DE3122357A1 - "vorrichtung zur optischen messung von winkelaenderungen" - Google Patents

"vorrichtung zur optischen messung von winkelaenderungen"

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DE3122357A1
DE3122357A1 DE19813122357 DE3122357A DE3122357A1 DE 3122357 A1 DE3122357 A1 DE 3122357A1 DE 19813122357 DE19813122357 DE 19813122357 DE 3122357 A DE3122357 A DE 3122357A DE 3122357 A1 DE3122357 A1 DE 3122357A1
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DE19813122357
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Martin 6100 Darmstadt Oehmichen
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KARL F ZIMMER oHG
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KARL F ZIMMER oHG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

  • 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.

Claims (4)

  1. P a t e n t a n 5 p r ii c h e Vorrichtung zur optischen Messung von Winkelanderungen, insbesondere Autokollimator mit einem bewegbaren Meßspiegel, einem Kollimatorobjektiv, Autokollimatoradapter und einem fotoelektronischen Bildwandler zur digitalen oder analogen Meßwerterfassung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Winkelmeßbereiche in dem Strahlengang zwischen dem Meßspiegel (5) und dem Kollimatorobjektiv (1) ein Konverter (6) geschaltet ist, welcher zwei Objektivsysteme (2,4) aufweist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Konverter (6) auswechselbar und zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Winkelmeßbereiche in Bezug auf den Strahlengang umkehrbar ausgebildet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t , daß das Obäektivsystem (4) des Konverters (6) positive Schnittwerte aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Brennweiten der Obåektivsysteme (2 und 4) des Konverters, deren Abstände voneinander und deren Durchmesser ein der artiges Verhältnis aufweisen, daß alle vom Meßspiegel reflektierten Strahlen in das jeweilige Primärobåektiv (2 bzw. 4) gelangen, so daß die Intensität des Meßstrahles während der Winkeländerung bzw. des Meßvorganges konstant bleibt und daß der Abstand des Meßspiegels vom Primärobjektiv ein Maximum ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014202347A1 (de) * 2014-02-10 2015-08-13 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zum Vermessen eines beweglichen Spiegels

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014202347A1 (de) * 2014-02-10 2015-08-13 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zum Vermessen eines beweglichen Spiegels
DE102014202347B4 (de) * 2014-02-10 2015-11-12 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zum Vermessen eines beweglichen Spiegels

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