-
Vorrichtung zur optischen Messung von Winkeländerungen
-
Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Vorri.chtung zur optischen
Messung von Winkeländerungen, insbesondere Autokolli.-mator mit einem bewegbaren
Meßspiegel, einem Kollimatorobaektiv, Autokollimatoradapter und einem fotoelektronischen
Bildwandler zur digitalen oder analogen Meßwerterfassung.
-
Zur Messung relativ kleiner Winkeländerungen auf den verschiedensten
Gebieten, beispielsweise im Maschinenbau wird ein Fernrohr verwendet, das in Verbindung
mit einem Prisma oder Spiegel das Prinzip der Autokollimation verwendet. Hierbei
bildet das Objektiv eine beleuchtete, als Strichplatte mit einer Kante oder Winkelskala
ausgebildete Meßmarke ins Unendliche ab und ein am zu prüfenden Gegenstand angebrachter
Planspiegel wirft die Lichtstrahlen i.n das Kernrohr bzw. in den Autokollimator
zurück. Steht der Spiegel senkrecht zur optischen Achse des AutokolTimators, so
fällt die Meßmarke mit der Mitte eines Strichkreuzes oder einer Kante im Autokollimator
zusammen. Eine Winkeländerung des Spiegels bewirkt jedoch eine Verschiebung des
zurückgeworfenen Bildes, um den Tangens des doppelten Winkels multipliziert mit
der Objektivbrennweite.
-
Es sind auch bereits Autokollimatoren bekannt, welche mit einem foto
elektronischen Bildwandler zur digitalen oder analogen Meßwertverarbeitung ausgerüstet
sind. Die Abbildung des von dem Meßspiegel reflektierten Bildes erfolgt beispielsweise
auf einer Diodenzeile, wobei durch eine elektronische Abtastung entsprechend der
Auslenkung
der Meßmarke die Erzeugung eines korrespondierenden elektronischen Signales aMfolgt,mit
dessen Hilfe digitale oder analoge Meßwertanzeige erreicht wird.Zur' analogn MeßwerterEssung
ist es vorteilhaft, als selbststrahlende Meßfläche zur Erzeugung eines hell-dunkel
Kontrastes eine Kante zu verwenden, wobei deren Kontrastsprung auf einer im System
befindlichen Lochblende abgebildet wird. Die Bildfläche wird sodann i.ntegriert
und entsprechend der Integrationsgröße ein Elektronenbild erzeugt, welches derart
abgelenkt wird, daß es wieder auf der Hälfte des Loches steht. Das Maß der Ablenkung
entspricht sodann dem Maß der Verschi.ebung des optischen Bildes. Hieraus wird ersichtli.ch,
daß Meßfehler auftreten können, wenn sich die Helligkeit des Bildes bei der Winkeländerung
ändert, d.h. wenn nicht der gesamte reflektierte Strahl in die Optik gelangt. Derartige
Helligkeitsschwankungen würden eine Winkeländerung vortäuschen und damit Meßwertfehler,
welche in jedem Fall ausgeschaltet werden müssen.
-
Wie eingangs ausgeführt wurde, hängt der Meßbereich des Systems von
der Brennweite des verwendeten Objektivs ab. Sollen die Meßbereiche vergrößert werden,
so tritt das Problem auf, daß der zurückkommende Strahl bei größeren Meßwinkeln
nicht mehr insgesamt von der Optik aufgenommen wird.
-
Eine weitere Begrenzung des Meßbereichs ergibt sich durch den Aufbau
des Objektivs, da eine möglichst kleine Brennweite verwendet werden muß, welche
durch den räumlichen Aufbau des erforderlichen Linsensystems begrenzt ist.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen,
mit der der Meßbereich eines Autokollimators erheblich vergrößert wird, und zwar
über die Grenzen hinaus, welche durch die Brennweiten der erforderlichen Autokollimatorobäektive
gegeben sind. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, den Meßbereich eines
Autokollimators zu vergrößern, ohne daß Helligkeitsverluste des reflektierten Meßstrahles
auftreten.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß
bei der eingangs aufgeführten Vorrichtung zur Vergrößerung oder Verkleinerung der
Winkelmeßbereiche in den Strahlengang zwischen Meßspiegel und Kollimatorobjektiv
ein Konverter geschaltet ist, welcher zwei Objektivsysteme aufweist.
-
Gemäß der Erfindung ist der Konverter auswechselbar und zur Vergrößerung
oder Verkleinerung der Winkelmeßbereiche in Bezug auf den Strahlengang umkehrbar
ausgebildet. Durch diese Maßnahme i.st es möglich, den Winkelmeßbereich erheblich
zu erweitern, und zwar sQ-wohl in Richtung größerer als auch in Richtung kleinerer
Meßwinkeländerungen.
-
In Weiterbildung der Erfindung weist das Obåektivsystem des Konverters
mit dem kleineren Systemdurchmesser positive Schnittwerte auf.
-
Die Brennweiten der Objektivsysteme des Konverters, deren Abstände
voneinander und deren Durchmesser weisen nach der Erfindung ein derartiges Verhältnis
auf, daß
alle vom Meßspiegel reflektiert;cn strahlen in das jeweilige
Primärobjekt-iv Sclangen, so daß die Intensität des Meßstrahles während der Winkeländerung
bzw. des Meßvorganges konstant bleibt, wobei der Abstand des Meßspiegels vom Primärobäektiv
ein Maximum ist.
-
Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert.
-
Zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Winkelbereiche ist in den
Strahlengang zwischen dem Meßspiegel 5 und dem Kollimatorobjektiv 1 ein Konverter
6 geschaltet, der zwei Obj-tivsysteme 2,4 aufweist. Sämtliche Obåektivsysteme 1,
2 und 4 sind hier nur schematisch dargestellt und bestehen in-der Praxis aus unterschiedlichen
Linsensystemen. Mit der Position 3 ist die Brennebene der Objektive dargestellt,
in der das Luftbild der Meßmarke entsteht.
-
In der Figur ist der Meßspiegel 5 unter einem Winkel gekantet dargestellt,
so daß der zur Systemachse parallel verlaufende Strahl unter einem Winkel reflektiert
wird, der dem zweifachen Drehwinkel des Meßspiegels entspricht.
-
Während bei den bisher bekannten Autokollimatoren Winkelbewegungen
bis zu maxi.mal 20 C gemessen werden können, erstreckt sich der Winkelbereich mit
Hilfe der vorliegenden Erfindung bis auf maximal 17° C.
-
Die Lichtintensität des reflektierten Meßstrahles ist abhängig von
dem Raumwinkel, dem Öffnungsdurchmesser der einzelnen Linsensysteme, dem Durchmesser
des gesendeten
parallelen Lichtes in den einzelnen Linsensystemen,
dem Aufweitungsfaktor des Konverters, dem Zusammenhang zwischen Brennweite und Öffnungsdurchmesser,
der Schnittweite des ersten Objektivs, der Spiegelgröße und dem Abstand des Spiegels
vom ersten Objektiv.
-
Nach der Erfindung sind alle Maße so optimiert, daß bei Winkelbewegungen
des Spiegels 5 in zwei Achsen, d.h. bei Taumelbewegungen die Lichtintensität des
reflektierten Lichtes nicht geändert wird. Wie eingangs ausgeführt wurde, darf der
Strahlengang des reflektierten Lichtes nach der Erfindung bei räumlicher Winkelbewegung
nicht beschnitten werden, damit alle Strahlen, die auf dem Spiegel auftreffen, auch
reflektiert werden und vollständig durch das Objektiv zurückgeleitet werden.
-
Bei Winkelbeweffunaen in zwei Achsen ist der Meßbereich von dem Faktor
größer als der Meßbereich in einer Winkel ebene.