DE3107835C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für ein schwenkbewegliches, optisches Strahlenumlenkelement, wie Schwenkspiegel, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

In bestimmten Einsatzbereichen von Schwenkspiegeln, z. B. bei Anordnung im gemeinsamen Ausblickkopf für ein Zielfernrohr und einen opto-elektronischen Entfernungsmesser, ist eine exakte und lagerichtige Spiegelbewegung eine zwingende Voraussetzung. Es besteht daher die Notwendigkeit, den gewünschten Bewegungsablauf des montierten Schwenkspiegels zu prüfen, um ggf. ihn selbst oder seine Schwenkachse zu justieren und seine räumliche Ausrichtung zu verschiedenen optischen Bezugsachsen sicherzustellen.

Es sind sogenannte Autokollimatoren bekannt, mit welchen eine winkelgerechte, z. B. parallele oder rechtwinklige Ausrichtung verschiedener Teile zueinander möglich ist. Ein solcher Autokollimator weist ein Autokollimationsfernrohr und mindestens einen Fixspiegel auf, dessen plane Spiegelfläche auf das Autokollimationsfernrohr ausrichtbar ist. Der oder die Fixspiegel werden an den auszurichtenden Teilen vorübergehend befestigt. Eine Lichtquelle im Autokollimationsfernrohr beleuchtet eine dort angeordnete Kollimator-Strichplatte. Das von der Kollimator-Strichplatte ausgehende Lichtbündel gelangt über ein Objektiv zum Fixspiegel, wird an dessen Spiegelfläche reflektiert und gelangt zurück zum Objektiv, das die Kollimator-Strichplatte auf einer Okular-Strichplatte abbildet. Die Lage der Abbildung der Kollimator-Strichplatte zur Teilung der Okular-Strichplatte ist ein Maß für die Ausrichtung der Teile.

Ein solcher Autokollimator läßt in Anwendung auf ein schwenkbares, optisches Strahlenumlenkelement, wie einen Schwenkspiegel, zwar die Prüfung der Ebenheit und der Ausrichtung eines solchen Strahlenumlenkelements in einer bestimmten festen Position zu, ist aber nicht zur Prüfung des Bewegungsablaufs des Strahlenumlenkelements bei dessen Schwenkbewegung brauchbar.

Aus der DE-AS 12 18 739 ist eine Prüfvorrichtung zur Winkelschrittmessung bekannt, bei welcher ein Planspiegel auf das zu prüfende Werkstück aufsetzbar ist, das schrittweise um eine Achse gedreht wird. Vor dem Planspiegel ist ein Autokollimationsfernrohr und im optischen Strahlengang hinter dem Planspiegel ist ein planer Hilfsspiegel angeordnet, der um eine zur Drehachse des Werkstücks parallele Schwenkachse schwenkbar ist. Die Schwenkverstellung des Hilfsspiegels ist an einer Skala ablesbar. Das vom Autokollimationsfernrohr entworfene Bild einer Strichmarke wird am Planspiegel und am Hilfsspiegel reflektiert und kann durch das Okular beobachtet werden. Dessen Ablage von der Strichmarke ist ein Maß für die Dejustierung der Prüfvorrichtung. Mit jedem Winkelschritt des Werkstücks muß der Hilfsspiegel um einen äquivalenten Winkel soweit verschwenkt werden, daß die Strichmarke und ihr Abbild deckungsgleich sind. Die Übereinstimmung von Drehwinkel des Werkstücks und Schwenkwinkel des Hilfsspiegels ist an der dem Hilfsspiegel zugeordneten Skala ablesbar.

Auch eine solche Prüfvorrichtung könnte selbst dann nicht zur Vermessung des Bewegungsablaufs z. B. eines Schwenkspiegels herangezogen werden, wenn das drehbare Werkstück mit aufgesetztem Planspiegel durch einen solchen Schwenkspiegel ersetzt wird. Beim Prüfen des Bewegungsablaufs kommt es nämlich wesentlich darauf an, festzustellen, ob die Schwenkachse des Spiegels exakt justiert ist und somit die Bewegungsbahn des Schwenkspiegels, bzw. eines Punktes auf dem Schwenkspiegel, von der einen Endstellung bis zur anderen in Toleranzgrenzen parallel zu einer Referenzlinie verläuft, und nicht etwa unter einem Winkel zu dieser Referenzlinie. Hingegen ist es für den in Abhängigkeit von bestimmten Parametern im wesentlichen kontinuierlich schwenkbaren Schwenkspiegel unwesentlich, ob bestimmte Verstellschritte eingehalten werden oder nicht, was aber ausschließlich mit der bekannten Prüfvorrichtung geprüft werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrichtung für ein schwenkbewegliches, optisches Strahlenumlenkelement, wie einen Schwenkspiegel, der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Kontrolle und ein Vermessen des durch die Ausrichtung seiner Schwenkachse bedingten Bewegungsablaufs eines Schwenkspiegels in einfacher und vor allem zeitsparender Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe ist bei einer Prüfvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung hat den Vorteil, daß nach einmaligem Einbringen des schwenkbeweglichen, optischen Strahlenumlenkelements in die Prüfvorrichtung und Ausrichten seiner Schwenkachse innerhalb der Prüfvorrichtung dessen Schwenkbewegung über den gesamten Schwenkbereich kontrolliert und vermessen werden kann. Eine Abweichung aus einer gewünschten Bewegungsrichtung, z. B. eine seitliche Abweichung von dem Lotablauf der Schwenkbewegung, kann in jeder Schwenkposition des Strahlenumlenkelements schnell und sehr genau dadurch festgestellt werden, daß die mittlere Strichlinie das von den beiden äußeren Strichlinien vorgegebene Toleranzfeld verläßt. Dabei ist es ausreichend, den Bewegungsablauf diskontinuierlich, also punktweise, zu prüfen. Bei entsprechend feiner Teilung der Spiegelflächenabschnitte des Fixspiegels oder bei entsprechend großem Bildfeldwinkel des Autokollimationsfernrohrs ist auch eine kontinuierliche bzw. quasikontinuierliche Vermessung möglich. Die Messung kann auf engstem Raum durchgeführt werden. Die Prüfzeit ist extrem klein. Eine Justierung des Strahlenumlenkelements in seiner Aufhängung ist ohne Trennung von der Prüfvorrichtung möglich, so daß nach evtl. erforderlicher Justierung der Schwenkachse sich ohne Zeitverlust und ohne Montageaufwand ein weiterer Prüfvorgang anschließen kann. Da in der Prüfvorrichtung nur feststehende Bauelemente vorhanden sind, ergibt sich nach einmaliger Justierung der Prüfvorrichtung eine hohe Langzeitstabilität.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Prüfvorrichtung bei eingesetztem Schwenkspiegel in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Autokollimationsfernrohrs der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 1 in schematischer Darstellung,

Fig. 3 ein sich durch optische Überlagerung ergebendes Bild einer Kollimator-Strichplatte und einer Okular-Strichplatte in dem Autokollimationsfernrohr gemäß Fig. 1 und 2, schematisch dargestellt,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Fixspiegels mit Spiegelgehäuse und Ju­ stierspiegel der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Prüfvorrichtung für einen Schwenkspiegel 10, als Beispiel für ein allgemeines schwenkbewegliches, optisches Strahlenumlenkelement, dient insbesondere der Ver­ messung und Kontrolle des Bewegungsablaufs des Schwenk­ spiegels 10 innerhalb seines Schwenkbereichs. Solche Schwenkspiegel, bei welchen die Forderung nach einem exakten Bewegungsablauf, z. B. Lotablauf, bestehen, finden sich z. B. in Periskop-Spiegelköpfen, die gleichzeitig zum Umlenken des Strahlengangs von opto-elektronischen Entfernungsmessern dienen. Zur Änderung der Ausblickrichtung werden die Schwenkspiegel um eine vertikale und/oder horizontale Schwenkachse geschwenkt.

Die Prüfvorrichtung weist ein Autokollimationsfernrohr 11 und einen Fixspiegel 12 mit auf das Autokollimationsfernrohr 11 ausgerichteter Spiegelfläche 24 auf. Der Schwenkspiegel 10 wird in der Prüfvorrichtung derart eingebracht, daß er sich im Strahlengang zwischen Autokollimationsfernrohr 11 und Fixspiegel 12 befindet, wobei letztere im wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind.

Der Aufbau eines Autokollimationsfernrohrs 11 ist bekannt und in Fig. 2 lediglich der Vollständigkeit halber schematisch dargestellt. Ein Objektiv 18 projiziert in bekannter Weise eine über ein Grünfilter 14, einen Kondensor 15 von einer Lampe 13 beleuchtete Kollimator- Strichplatte 16 über einen Teilerwürfel 17 ins Unendliche. Das von dem Objektiv 18 ausgehende Lichtbündel wird von der Spiegelfläche 24 des Fixspiegels 12 in das Objektiv 18 zurückreflektiert und von diesem auf einer Okular-Strichplatte 20 abgebildet. Diese Abbildung der Kollimator-Strichplatte 16 wird durch ein Okular 19 betrachtet. Ein durch das Okular 19 sehender Betrachter sieht nunmehr in optischer Überdeckung die Okular-Strichplatte 20 und die Abbildung der Kollimator- Strichplatte 16. Eine solche optische Überdeckung bei ausgerichtetem Fixspiegel 12 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.

Die Okular-Strichplatte 20 weist zwei im Abstand voneinander angeordnete parallele Strichlinien auf, deren gegenseitiger Abstand die zulässige Toleranz der Spiegelabweichung von der exakten Ausrichtung vorgibt. Diese Strichlinien sind in Fig. 3 ausgezogen dargestellt und mit 21, 22 bezeichnet. Die Kollimator-Strichplatte 16 weist eine einzige Strichlinie auf, die bei optischer Überdeckung der beiden Strichplatten sich längs der parallelen Strichlinien 21, 22 der Okular-Strichplatte 20 erstreckt und zu diesen parallel ist. Diese von der Strichlinie der Kollimator-Strichplatte 16 in dem optischen Bild erzeugte Linie ist in Fig. 3 liniert gezeichnet und durch die Bezugszahl 23 kenntlich gemacht.

Die im wesentlichen quer zur Achse 27 des Autokollimationsfernrohrs 11 ausgerichtete Spiegelfläche 24 des Fixspiegels 12 weist eine Vielzahl, hier sieben, von planen Spiegelflächenabschnitten 25 auf, die derart aneinandergereiht und zueinander geneigt sind, daß der Querschnitt der Spiegelfläche 24 - in Richtung der Achse 27 des Autokollimationsfernrohrs 11 gesehen - einen einwärts geneigten Polygonzug bildet (Fig. 1 und 4). Die Normalen der planen Spiegelflächenabschnitte 25 laufen dabei aufeinander zu und liegen in einer oder mehreren parallelen Ebenen, die parallel zu einer durch die Achse 27 des Autokollimationsfernrohrs 11 hindurchgehenden Ebene ausgerichtet sind. Die Spiegelflächenabschnitte 25 sind als langgestreckte Rechtecke ausgebildet, deren Längsseiten 26 quer zur Achse 27 des Autokollimationsfernrohrs 11 ausgerichtet sind und die mit ihren Längsseiten 26 aneinanderliegen. Alle Spiegelflächenabschnitte 25 weisen die gleichen Abmessungen auf und schließen den gleichen stumpfen Neigungswinkel miteinander ein. Der Neigungswinkel gibt den Prüf- Schrittwinkel für den Schwenkspiegel 10 vor, d. h. den Winkel, um welchen der Schwenkspiegel 10 bei der Vermessung seines Bewegungsablaufs schritt- oder stufenweise geschwenkt werden muß. Dieser Prüf-Schrittwinkel ist gleich der Differenz aus einem rechten Winkel (90°) und dem halben Neigungswinkel der Spiegelflächenabschnitte 25. Anders ausgedrückt schließen die auf den Spiegelflächenabschnitten 25 errichteten Normalen einen Winkel miteinander ein, der gleich dem doppelten Prüf-Schrittwinkel des Schwenkspiegels 10 ist.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der Fixspiegel 12 in einem Spiegelgehäuse 28 fest angeordnet. Zur Ausrichtung des Fixspiegels 12 und des Autokollimationsfernrohrs 11 zueinander ist an dem Spiegelgehäuse 28 eine Paßaufnahme 29 in einer vorbestimmten Ausrichtung zur Spiegelfläche 24 vorgesehen. In diese Paßaufnahme 29 kann ein Justierspiegel 30 eingesetzt werden, mit Hilfe dessen das Spiegelgehäuse 28 und damit die Spiegelfläche 24 des Fixspiegels 12 exakt zur Achse 27 des Autokollimationsfernrohrs 11 ausgerichtet werden kann. Nach erfolgter Ausrichtung wird der Justierspiegel 30 wieder entfernt.

Üblicherweise ist der Schwenkspiegel 10 mit seiner Schwenkachse 31 (Fig. 1) in einem der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellten Gehäuse angeordnet. In diesem Fall kann das Spiegelgehäuse 28 als Adapter derart ausgebildet sein, daß beim Aufsetzen des Gehäuses mit Schwenkspiegel 10 auf das Spiegelgehäuse 28 in einer vorgegebenen Position der Schwenkspiegel 10 sich in richtiger Relation zu dem Fixspiegel 12 befindet. Ein solcher Adapter kann selbstverständlich auch ein gesondertes Bauteil bilden, in welches dann sowohl das Spiegelgehäuse 28 als auch das den Schwenkspiegel 10 enthaltene Gehäuse in vorgesehenen Paßaufnahmen lagegerecht eingesetzt werden können.

Der Prüfvorgang eines Schwenkspiegels läuft in folgender Weise ab:

Das Autokollimationsfernrohr 11, der Fixspiegel 12 und der Schwenkspiegel 10 werden mit Hilfe eines hier nicht dargestellten Adapters in eine in Fig. 1 dargestellte Zuordnung zueinander gebracht. Mit Hilfe des in die Paßaufnahme 29 eingeschobenen Justierspiegels 30 wird bei eingeschalteter Lampe 13 des Autokollimationsfernrohrs 11 der Adapter mit dem darin fixierten Spiegelgehäuse 28 und dem Schwenkspiegel 10 zu dem Autokollimationsfernrohr 11 oder umgekehrt ausgerichtet. Dabei wird der Adapter - und damit der im Spiegelgehäuse 28 liegende Fixspiegel 12 - so lange verschoben, bis die Strichlinie 23 in Fig. 3 exakt in der Mitte zwischen den beiden Strichlinien 21, 22 liegt. Nunmehr wird der Schwenkspiegel 10 stufenweise über seinen gesamten Schwenkbereich geschwenkt, wobei in jeder Schwenkposition, im vorliegenden Beispiel sind sieben Schwenkpositionen vorgesehen, geprüft wird, ob die von der Autokollimator-Strichplatte 16 erzeugte Strichlinie 23 sich in dem Bereich zwischen den beiden von der Okular- Strichplatte erzeugten Strichlinien 21, 22 befindet. Solange dies der Fall ist, liegt der Bewegungsablauf des Spiegels innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzgrenzen. Schiebt sich die Strichlinie 23 aus diesem Bereich seitlich hinaus und über eine der beiden Strichlinien 21, 22 hinweg, so ist dies ein Zeichen für eine unzulässige seitliche Abweichung der Spiegelbewegung von dem vorgeschriebenen Lotablauf. Der Schwenkspiegel 10 muß neu justiert werden, wobei er in der Prüfvorrichtung verbleiben kann. Anschließend wird der Bewegungsablauf des nachjustierten Schwenkspiegels 10 neu geprüft und vermessen. Durch Vorsehen einer Skalierung auf der Okular-Strichplatte 20 kann zusätzlich der Grad der Abweichung der Spiegelbewegung angezeigt werden, so daß damit gleichzeitig der Grad der erforderlichen Nachjustierung festgestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann mit dieser Prüfvorrichtung nicht nur der Bewegungsablauf von Schwenkspiegeln geprüft werden, sondern, wie ohne weiteres ersichtlich, auch der Bewegungsablauf von allen schwenkbeweglichen optischen Umlenkelementen, wie z. B. Prismen od. dgl.

Claims (6)

1. Prüfvorrichtung für ein schwenkbewegliches, optisches Strahlenumlenkelement, wie Schwenkspiegel, mit einem eine Kollimator- und eine Okular-Strichplatte enthaltenden Autokollimationsfernrohr und mit einem Fixspiegel, dessen Spiegelfläche zum Autokollimationsfernrohr hin ausgerichtet ist, wobei das Strahlenumlenkelement im Strahlengang zwischen dem Autokollimationsfernrohr und dem Fixspiegel anzuordnen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche (24) des Fixspiegels (12) eine Vielzahl von planen Spiegelflächenabschnitten (25) aufweist, die derart aneinandergereiht und zueinander geneigt sind, daß der in Richtung der Achse (27) des Autokollimationsfernrohrs (11) gesehene Querschnitt der Spiegelfläche (24) einen einwärts geneigten Polygonzug bildet, daß die Okular-Strichplatte (20) zwei im Abstand voneinander angeordnete parallele Strichlinien (21, 22) aufweist, deren gegenseitiger Abstand die zulässige Toleranz der Abweichung des Strahlenumlenkelements von seiner exakten Ausrichtung vorgibt, und daß die Kollimator-Strichplatte (16) eine weitere Strichlinie (23) aufweist, die bei optischer Überdeckung der Strichplatten-Abbildungen sich in etwa mittig zwischen den parallelen Strichlinien (21, 22) und im wesentlichen parallel zu diesen erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächenabschnitte (25) als langgestreckte Rechtecke ausgebildet sind, deren Längsseiten (26) quer zur Achse (27) des Autokollimationsfernrohrs (11) ausgerichtet sind und die mit ihren Längsseiten (26) aneinanderliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächenabschnitte (25) gleiche Abmessungen aufweisen und den gleichen stumpfen Neigungswinkel miteinander einschließen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel einen Prüf-Schrittwinkel für das Strahlenumlenkelement (10) vorgibt, der gleich der Differenz aus einem rechten Winkel und dem halben Neigungswinkel ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fixspiegel (12) in einem Spiegelgehäuse (28) fest angeordnet ist, das eine zur Spiegelfläche (24) ausgerichtete Paßaufnahme (29) aufweist, in welche ein der Ausrichtung von Autokollimationsfernrohr (11) und Fixspiegel (12) dienender Justierspiegel (30) eingeschoben werden kann.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Prüfen des Bewegungsablaufs eines stabilisierten Schwenkspiegels im Spiegelkopf eines Periskops.