DE3629648A1 - Verfahren und anordnung zum optischen bestimmen der abweichungen der ist-position eines mess-gegenstandes von einer soll-position - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestim­ men der Abweichungen der Ist-Position eines Meßgegenstan­ des von einer Soll-Position, bei der von einem Meßmarken- Geber das Bild einer Meßmarke mit Strahlen, vorzugsweise einem Lichtstrahlenbündel, über eine Meßstrecke zu dem in der Ist-Position befindlichen Gegenstand hin übertragen und danach in einem Meßmarken-Aufnehmer mit einer Vergleichs-Marke zusammen beobachtet und aus der Abweichung zwischen den Bildern der beiden Marken ein Steuersignal abgeleitet wird, wobei die Meß­ marke und die Vergleichs-Marke aus einem wenigstens an­ nähernd strichförmigen ersten Teil und/oder aus einem wenigstens annähernd strichförmigen, etwa senkrecht zum ersten Teil verlaufenden zweiten Teil besteht und die Abweichungen mit Hilfe eines opto-elektrischen Bildwandlers in elektrische Signale umgewandelt werden.

Bei einer solchen bekannten Anordnung können sichtbare Lichtstrahlen, z.B. von einer Glühlampe, verwendet werden. Die Meßmarke mit ihren Teilen liegt in der Regel in einer Fläche bzw. Ebene und kann als Fadenkreuz ausgebildet sein; ihr Bild wird über Linsensysteme od.dgl. übertragen und mit einer Vergleichs-Marke überlagert und zusammen betrachtet, wobei eine Verschiebung der Markenbilder gegeneinander eine Abweichung des Meßgegen­ standes von einer Soll-Position bestimmen läßt. Bei einem Fadenkreuz kann die exakte Lage durch einen Richtpunkt bestimmt werden, der durch den Kreuzungspunkt der Fäden eines Fadenkreuzes bestimmt wird. Im Falle einer Drehung um die Achse kann bei exakter Lage des Richtpunktes aus einer Winkelbildung zwischen den Achsen der Fadenkreuze die betreffende Winkelabweichung fest­ gestellt werden. Durch jedes Fadenkreuz wird ein flächen­ haftes Bild bestimmt, und die beiden Bildflächen sind miteinander zu vergleichen.

Solche Anordnungen sind als Kollimator mit Fernrohr od.dgl. bekannt.

Da die zu vergleichenden Markierungen flächenförmig ausgebildet sind, muß bei Anwendung eines opto-elektronischen Bildwandlers dieser ebenfalls in der Lage sein, die beiden Bilder und ihre Abweichungen auf einer flächenför­ migen Elektrode bzw. einem Flächensensor od.dgl. aufzu­ nehmen und auszuwerten. Solche Bildwandler sind wegen des Erfordernisses einer flächenmäßigen Bildabtastung technisch aufwendig, teuer und gegebenenfalls mit einer gewissen Verzögerung behaftet, da ja eine Vielzahl von Bildelementen abgetastet sein muß, bevor eine Aus­ wertung in verschiedenen Koordinatenrichtungen möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung zu vereinfachen, weniger aufwendig und gleichzeitig exakter und schneller arbeitend auszubilden.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die beiden Teile der Meßmarke mit Strahlen verschiedener Wellenlänge gemeinsam übertragen, danach die Teil-Strahlen­ bündel entsprechend der Wellenlänge getrennt und je auf einem ersten bzw. zweiten, etwa zeilenförmigen, zur Richtung des zugeordneten Meßmarken-Teiles, vorzugs­ weise wenigstens annähernd senkrecht verlaufenden Bildwandler abgebildet werden und daß jedem Bildwandler elektrische Signale entnommen werden, aus denen in einer Auswerte- Einheit die den Abweichungen der Ist-Position von der vorgegebenen Soll-Position in den unterschiedlichen Richtungen entspre­ chenden Signale gebildet und an einen Ausgang abgegeben werden.

Die Strahlen verschiedener Wellenlänge, die je das Bild eines Teiles der Meßmarke enthalten, bilden gemein­ sam das Strahlenbündel, das über die Meßstrecke geleitet wird. Dadurch, daß die z.B. aus zeilenförmig angeordneten opto-elektronischen Elementen bestehenden Bildwandler zur Richtung des zugeordneten strichförmigen Meßmarken- Teiles etwa senkrecht angeordnet sind, wird durch ein opto-elektronisches Element jedes Bildwandlers, das z.B. etwa in der Mitte der Zeile angeordnet ist, die Soll-Position festgelegt. Jeder Bildwandler ist so seinerseits als Teil der Vergleichs-Marke wirksam. Es kann auch eine Mehrzahl von Meßmarken-Teilen verwendet werden, die mit einer entsprechenden Zahl von Bildwandler- Teilen zusammenwirkt. So könnten z.B. sich gegenseitig unter 60°-Winkeln schneidende Linien verwendet werden, die mit drei verschiedenen Strahlenarten übertragen werden.

Als zeilenförmig ausgebildeter opto-elektronischer Bildwandler (Zeilensensor) kann eine CCD-Halbleiterplatte verwendet werden; diese ist ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement, das als Strahlungsempfänger, insbesondere für sichtbare und infrarote Strahlung, verwendet werden kann. Seine Funktion beruht auf der Verschiebung von elektrischen Ladungen im Inneren durch außen angelegte, vorzugsweise hochfrequente, Spannungen, wobei eine kapazitive Auskoppelung der vom Licht unter­ schiedlich veränderten Ladungen am Ausgang erfolgt.

Die Strahlen verschiedener Wellenlänge können von ver­ schiedenen Strahlenquellen, z.B. Leuchtdioden, geliefert werden, die ein vorzugsweise annähernd monochromatisches Licht liefern. Die Strahlen können aber auch von einer einzigen Strahlenquelle geliefert werden, wobei sie über einen Strahlenteiler in zwei, vorzugsweise etwa gleich starke Bündel geteilt werden, die je durch ein Filter hindurch den ersten bzw. den zweiten Teil der Meßmarke beleuchten; die mit dem Abbild der Meßmarke versehenen Strahlenbündel können dann wieder zusammengesetzt und der Meßstrecke zugeführt werden.

Das übertragene Strahlenbündel kann direkt dem am Meß- Gegenstand angebrachten Meßmarken-Aufnehmer zugeführt werden, in dem die Bilder des ersten und des zweiten Meßmarken-Teiles vom zugeordneten Zeilensensor erfaßt und dadurch seine Position bestimmt werden kann.

Insbesondere aus Gründen einfacher Handhabung kann es zweckmäßig sein, daß das beide Strahlenarten enthaltende zusammengefaßte Strahlenbündel durch einen an dem Meß- Gegenstand angebrachten Spiegel reflektiert wird, so daß das Strahlenbündel etwa in die ursprüngliche Richtung zurückgeworfen wird. Der Meßmarken-Aufnehmer kann dann mit dem Meßmarken-Geber konstruktiv verbunden sein, so daß eine Anordnung besteht, wie sie bei einem Auto­ kollimator an sich bekannt ist. Das Strahlenbündel kann durch das gleiche optische System, durch das es vom Meßmarken-Geber hier austritt, nach Durchlaufen der Meßstrecke mit der Spiegelung wieder eintreten und über einen optischen Strahlenteiler dem Meßmarken- Aufnehmer zugeführt werden.

Die Teile der Meßmarke können aus je einer, durch den Richtpunkt, z.B. den Mittelpunkt des Bildfeldes, verlaufenden Linie bestehen.

Wenn eine solche Linie von einem dazu senkrecht verlau­ fenden zeilenförmigen Bildwandler abgetastet wird, ergibt sich nur eine einzige impulsförmige Lichtänderung und ein entsprechendes elektrisches Signal. Gewünschten­ falls kann jeder Teil der Meßmarke wenigstens eine weitere Linie aufweisen. Dadurch kann gegebenenfalls die Empfindlichkeit erhöht bzw. eine Unterscheidung verschiedener Teile der Strahlenbündel ermöglicht werden. Die weitere Linie kann zu dem betreffenden strichförmigen Teil der Meßmarke parallel verlaufen. Vorzugsweise kann die weitere Linie in wenigstens einem Quadranten etwa konzentrisch zum Mittelpunkt und im gegenüberliegenden Quadranten mit einem vom Winkel abhängigen Abstand vom Mittelpunkt, z.B. als schrägliegende Gerade oder spiralförmig, ausgebildet sein. So kann erreicht werden, daß beim Abtasten durch den Bildwandler mehrere Impulse auftreten, deren gegenseitiger Abstand von der Winkel­ lage abhängig ist, so daß ein entsprechendes winkelab­ hängiges Signal gewonnen werden kann.

Ein strich- bzw. linienförmiger Teil der Meßmarke kann, wie bei einem Fadenkreuz, gegenüber dem Umfeld dunkel sein, aber auch, wie beim Bild eines Blendenspaltes, gegenüber dem Umfeld hell sein.

Die Abtastung erfolgt dabei zweckmäßig mit einem Bild­ wandler, der aus einer größeren Anzahl von in einer Reihe angebrachten lichtempfindlichen Elementen besteht, die periodisch nacheinander abgetastet werden, wobei aus den erhaltenen, impulsförmigen Signalen Ausgangssig­ nale gebildet werden, die die Abweichungen der Ist- Lage von der von einem Rechner vorgegebenen Soll-Lage repräsentieren. Dabei kann aus den dem Mittellagen- Impuls vorlaufenden bzw. nachlaufenden Impulsen über ihren Zeitabstand die Abweichung der Ist-Lage von der Soll-Lage bestimmt werden, und diese Signale können an einen Ausgang abgegeben werden.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Anordnung zum Bestimmen der Abweichungen der Ist-Position eines Meß-Gegenstandes von einer Soll-Position mit durch Lichtstrahlen übertragenen Meßmarken-Teilen, wobei nach einer bevorzugten Ausführungsform die beiden Teile der Meßmarke mit Strahlen verschiedener Wellenlänge übertragen werden von einem Meßmarkengeber, in dem die Teil-Strahlenbündel mit den Bildern der Meßmarken mittels eines ersten Strahlenteilers vereinigt werden, wobei die vereinigten Strahlenbündel nach Durchlaufen der Meßstrecke im Meßmarken-Aufnehmer in einem zweiten wellenlängenabhängigen Strahlungsteiler geteilt und je auf einem ersten bzw. zweiten, etwa zeilenförmigen, zur Richtung des zugeordneten Meßmarken-Teiles etwa senkrecht verlaufenden Bildwandler eine Abbildung entsteht.

Vor dem ersten Strahlungsteiler können dabei Masken bzw. Blenden mit den gewünschten Teilen der Meßmarke angebracht sein.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung enthält der Meßmarken- Aufnehmer einen zweiten Strahlenteiler, mit dem die beiden, die Bilder des ersten und des zweiten Teiles der Meßmarke enthaltenden Strahlenbündel unterschiedlicher Wellenlänge getrennt werden, wobei der zweite Strahlenteiler den zugehörigen zeilenförmigen Bildwandlern vorgeordnet ist. Der Strahlenteiler kann dabei so ausgebildet sein, daß er, ohne besondere Filter, die Trennung der Strahlenbündel nach ihrer Wellenlänge bewirkt. Durch die Verwendung von Kammfiltern mit versetzten Wellenlängen können Änderungen der Bestrahlungsquelle und chromatische Abberationen durch nicht auf eine erste Wellenlänge ( λ ₁) und eine zweite Wellenlänge ( λ ₂) korrigierte Optik-Systeme kompensiert werden.

Nach einer weiteren speziellen Ausführungsform kann in einem dritten Strahlenteiler das zusammengefaßte Strahlenbündel vom Meßmarken-Geber zum Meß-Gegenstand abgelenkt und das vom Meß-Gegenstand zurückkommende, zusammengefaßte Strahlenbündel zum Bildaufnehmer-Teil gelenkt werden. Es werden so einerseits die mit unter­ schiedlicher Wellenlänge übertragenen Meßmarken-Teile zusammengefaßt und zum Meßgegenstand gelenkt und es kann durch die gleiche Optik das am Meß-Gegenstand in einem Spiegel reflektierte zusammengefaßte Strahlenbün­ del vom hinlaufenden Strahlenbündel getrennt und der Bildaufnehmer-Einrichtung zugeführt werden, wobei zunächst die Teilstrahlenbündel nach den Wellenlängen separiert werden. So kann in an sich bekannter Weise ein Autokollimator gebildet werden, der nun auch nach der Erfindung mit unterschiedlichen Wellenlängen für verschiedene Bildmarken- Teile arbeitet.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann im Strahlengang des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels je eine einem ersten bzw. einem zweiten Teil der Meßmarke entsprechende Markierung tragende, wenigstens zum Teil strahlendurchlässige Platte angeordnet sein, wobei die Strahlengänge nach Durchlaufen einer Kombinations­ anordnung, z.B. eines Doppel-Prismas, ein gemeinsames Strahlenbündel bilden, das nach Durchlaufen der Meßstrecke in einen wellenlängenabhängigen Strahlenteiler wieder zwei getrennte Teilbündel mit unterschiedlicher Wellen­ länge liefert, die je einen zeilenförmigen Sensor erreichen, so daß dort das Bild des ersten bzw. zweiten Teiles der Meßmarke in elektrische Signale umgewandelt wird. So kann die Form der Meßmarke durch die eine oder die andere Platte gegebenenfalls geändert eingegeben werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei ge­ trennten Lichtquellen und

Fig. 2 eine Ausführungsform mit einer einzigen Licht­ quelle darstellt,

Fig. 3 und 4 stellen Bilder von Meßmarken und gegebenen­ falls zeilenförmigen Bildwandlern dar.

Fig. 5 stellt vom Bildwandler abgegebene Impulsformen dar.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Meßmarken-Geber und der Meßmarken-Aufnehmer kon­ struktiv vereinigt sind.

In Fig. 1 wird von einer ersten Leuchtdiode (LED) 1 und einer zweiten Leuchtdiode 2 Licht unterschiedlicher Wellenlänge, z.B. gelbes bzw. rotes Licht, ausgestrahlt zu einer ersten Platte 3 bzw. einer zweiten Platte 4.

Auf der ersten Platte 3 ist eine strichförmige erste Markierung 5 aufgetragen und auf der zweiten Platte 4 ist eine zweite strichförmige Markierung 6 aufgetragen. Diese Markierungen stellen das Bildfeld durch die Mitte hindurch überquerende, gerade Linien dar. Das von der ersten Leuchtdiode 1 bzw. der zweiten Leuchtdiode 2 ausgehende Licht beleuchtet die Platten 3 und 4, so daß die Markierungen 5 bzw. 6 entsprechend den dargestell­ ten Randstrahlen abgebildet werden. Die Strahlen von der Leuchtdiode 1 werden an der Trennfläche eines durch zwei Dreiecke 7 und 8 dargestellten ersten Doppel-Prismas reflektiert und abgelenkt und einem ersten Linsensystem 9 zugeführt. Die Strahlen von der Lichtquelle 2 und der Platte 4 treten praktisch nicht abgelenkt durch die Trennfläche des Doppel-Prismas 7, 8 hindurch und erreichen ebenfalls das Linsensystem 9. So wird ein Strahlenbündel 10 geformt, das sowohl das Bild der ersten Markierung 5 in gelbem Licht wie das Bild der zweiten Markierung 6 in rotem Licht enthält. Das Strahlen­ bündel 10 durchläuft dann die Meßstrecke, z.B. zwischen zwei einander gegenüber auszurichtenden Maschinenteilen. Die Markierungen 5 und 6 sind Teile einer Meßmarke.

Die Lichtstrahlen des Bündels 10 werden an dem Meß- Gegenstand von einem zweiten Linsensystem 11 aufgenommen und einem zweiten Doppel-Prisma zugeführt, das aus den dreieckförmig gezeichneten Teilen 13 und 14 besteht. Das an der Trennfläche 15 zwischen beiden Prismen 13 und 14 reflektierte und abgelenkte gelbe Licht wird durch eine dritte, strahlendurchlässige Platte 17 hindurch auf einen Zeilen-Sensor 18 abgebildet.

In entsprechender Weise fällt das rote Licht vom Linsen­ system 11 geradewegs durch das Doppel-Prisma 13, 14 und eine vierte Platte 19 hindurch auf einen zweiten Zeilen-Sensor 20.

Die Anordnung ist so getroffen, daß die Bilder der Markierungen 5 und 6 im Strahlengang 10 senkrecht zuein­ ander verlaufende, gerade Linien darstellen.

Wenn keine Abweichung besteht, haben ihre Bilder auf jedem Zeilen-Sensor 18 bzw. 20 eine definierte Lage. Gemäß Fig. 3 stehen der Meßmarkenteil 6 und der zugeordnete zeilenförmige Sensor 20 sich senkrecht kreuzend gegenüber. Sie werden von einer kreisförmigen Bildumgrenzung 41 umschlossen. Den Sensor 20 kann man sich als eine Reihe von punktförmigen lichtempfindlichen Elementen vorstellen, wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist. Wenn die strichförmige Markierung 6 den zeilenförmigen Sensor 20 in der Mitte kreuzt, was vorzugsweise der Soll-Lage entspricht, erhält wenigstens eines der punktförmigen Sensor-Elemente kein oder wenigstens stark vermindertes Licht, wenn die Markierung 6, wie bei einem Fadenkreuz einen dunklen Strich in einem hellen Umfeld bildet. Bei der Auswertung mit der Steuer- und Auswerteeinheit 23 ergibt sich dann ein entsprechendes Signal am Ausgang 24, das das Vorliegen der Soll-Position angibt und z.B. dem Null- Wert einer Gleichspannung entspricht. Wenn das Bild 6 der Meßmarke sich in Fig. 3 nach links oder nach rechts ver­ schiebt, ergibt es ein die Abweichung von der Soll- Lage repräsentierendes Ausgangssignal an dem Ausgang 24, z.B. einen positiven oder negativen Gleichspannungs­ wert, dessen Größe von der festgestellten Abweichung abhängig ist.

Um dies zu erreichen, sind die Sensoren 18 und 20 mit Eingängen 21 bzw. 22 einer Steuer- und Auswerteeinheit 23 verbunden. Diese bewirkt die erforderliche Abtastung der Elemente der Zeilen-Sensoren 18 und 20 und wertet die erhaltenen Bildsignale aus. An den Ausgängen 24 und 25 können Signale entnommen werden, die der vertikalen bzw. horizontalen Abweichung von der Soll-Lage entsprechen. Da solche Zeilen-Sensoren eine wesentlich höhere Empfind­ lichkeit und Auflösung gegenüber Flächen-Sensoren haben können, wird so ein sehr genaues Einrichten ermöglicht.

Fig. 2 zeigt einen Meßmarkengeber, der an die Stelle des in Fig. 1 links dargestellten Meßmarkengebers treten kann, wobei eine einzige Lichtquelle 30 verwendet wird. Ein von der Quelle 30 geliefertes Lichtbündel tritt in einen Strahlenteiler 31 ein, der durch zwei als Dreiecke dargestellte Prismen 32 und 33 gebildet wird. Ein Teil des Lichtes geht ohne Ablenkung durch den Strahlenteiler 31 hindurch und erreicht dann ein Filter 34, das z.B. nur gelbes Licht hindurchtreten läßt.

Dieses beleuchtet eine Platte 3 mit dem ersten Teil 5 der Meßmarke; das gelbe Licht mit dem Bild dieses Meßmarken- Teiles tritt dann in ein Doppel-Prisma 35 ein, das durch zwei rechtwinklige Dreiecke 36 und 37 dargestellt ist, die mit ihrer Hypotenuse aneinanderliegen. An dieser Trennlinie des Doppel-Prismas 35 wird das gelbe Licht reflektiert und dann, wie in Fig. 1, dem Linsensystem 9 zugeführt.

Ein anderer Teil des Lichtes wird im Strahlenteiler 31 um 90° abgelenkt und einem Umlenkprisma 38 zugeführt. Es tritt dann durch eine Filterplatte 39, die nur rotes Licht hindurchläßt. Nach einem weiteren Umlenkprisma 40 wird eine Platte 4 beleuchtet, auf der der zweite Teil 6 der Meßmarke aufgezeichnet ist. Das Licht mit dieser Meßmarke tritt dann in eine Schenkel-Seite des Prismateiles 37 ein und wird aus dem anderen Prismateil 36 ohne Ablenkung dem Linsensystem 9 zugeführt.

Der weitere Strahlengang 10 enthält das gelbe und das rote Licht mit den Bildern der Meßmarken-Teile und wird weitergeleitet und ausgewertet, wie in Fig. 1 rechts dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt die gegenseitige Lage des ersten Meßmarken- Teiles 5 und des zugeordneten Sensors 18, die in ihrer Wirkung dem entsprechen, was oben bei Fig. 3 beschrieben wurde.

Bei der Abtastung des Sensors 20 wird in der Einheit 23 ein Signalverlauf festgestellt, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Die Tastung erfolgt periodisch von links nach rechts. Es wird dabei ein Abtastintervall gestartet, in dessen Mitte an der Stelle, an der die Markierung 6 den Sensor 20 kreuzt, ein Impuls 44 in Erscheinung tritt. Wenn durch eine seitliche Verschiebung die Markierung 6 den Sensor 20 weiter links außerhalb der Mitte kreuzt, ergibt sich im abgetasteten Signal eine Verschiebung, wie sie bei 45 gestrichelt angedeutet ist; der Impuls 44 entfällt dann.

Entsprechende Impulse und Impuls-Verschiebungen ergeben sich bei Abtastung des Sensors 18 infolge der Markierung 5.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung für ein Verfahren nach der Erfindung, bei der die zugeordneten Teile konstruktiv verbunden sind, wobei ein Autokollimator gebildet wird.

Eine Lichtquelle 71, z.B. eine 10-W-Halogenlampe ist in einem Strahlerzeugungssystem 72 angeordnet. Diese enthält hinter der Lichtquelle 71 einen Reflektor 73 und vor der Lichtquelle 71 einen aus mehreren optischen Elementen und Blenden aufgebauten Kondensor bekannter Art. Dieser liefert ein Lichtstrahlenbündel in eine Strahlenteileranordnung 75, die im Aufbau der Strahlerzeu­ gungsanordnung 30 bis 36 der Fig. 2 entspricht. Die Anordnung 75 liefert an ihrem Ausgang ein Strahlenbündel 76, das, wie bei Fig. 2, zwei Bündel mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge liefert, die je das Bild eines Teiles einer Meßmarke enthalten. Das gemeinsame Strahlenbündel 76 wird einer Prismenanordnung 77 zugeführt, in der es an der Trennfläche zweier Prismen, in der Zeichnung nach Fig. 6 nach rechts, abgelenkt wird zu einem optischen System 78 hin, von dem dann ein Strahlenbün­ del 79 ausgeht. Dies wird in einer gewissen größeren Entfernung an einem Spiegel 80 reflektiert, der an einem Meß-Gegenstand 81 befestigt ist. Wenn dieser Meß-Gegenstand wenigstens annähernd richtig positioniert ist, tritt das reflektierte Strahlenbündel 82 wieder durch die Optik 8 hindurch wieder in die Prismenanordnung 77 ein. Das von außen kommende Strahlenbündel 82 tritt ohne nennenswerte Ablenkung durch die Prismenanordnung 77 hindurch und als Strahlenbündel 83 in einen Strahlen­ teiler 84 ein. Im Strahlenteiler 84 werden die Strahlen­ bündel unterschiedlicher Wellenlänge geteilt und einerseits einem ersten Sensor 85 und andererseits einem zweiten Sensor 86 zugeführt. Diese Anordnung entspricht somit derjenigen, die in Fig. 1 rechts dargestellt ist. Der Sensor 85 wird durch eine CCD-Zeile gebildet, die horizontal wirksam ist. Der Sensor 86 hingegen wird durch eine CCD-Zeile gebildet, die vertikal wirksam ist.

Der Sensor 85 und der Sensor 86 sind mit je einer Treiber- Elektronik 87 bzw. 88 verbunden, deren Ausgangssignale einer Steuer- und Auswerte-Einheit 89 zugeführt werden. Von den Treiber-Elektronik-Stufen 87 und 88 gelangen die aufgenommenen Signale über Leitungen 91 und 92 in je eine Umsetzereinheit (Interface) 93 bzw. 94, die mit einem Mikrocomputer 95 verbunden sind, der seinerseits an eine Bedienungseinheit 96 angeschlossen ist. Mit dieser können die erforderlichen Kommandos gegeben werden, eine Anzeige der erhaltenen Werte bzw. Fehler ist möglich und gegebenenfalls ein Alarmsignal im Falle größerer Fehler oder Funktionsstörungen.

Der Mikrocomputer 95 ist weiter mit einem Ausgang 97 verbunden, der gegebenenfalls mehrere Leitungen enthalten und unterschiedliche Signale führen kann. Insbesondere können vom Ausgang 96, z.B. mit einer RS Abstand 232- Schnittstelle, weitere Rechen- und/oder Speichereinheiten angeschlossen sein sowie gegebenenfalls wenigstens ein Drucker.

Zum Betrieb der gesamten Anordnung des Autokollimators 70 (mit den Teilen 71 bis 78 und 84 bis 92) ist die letztgenannte Einheit mit einem Energie-Eingang 99 verbunden, an den einerseits der Mikrocomputer 95 mit den angeschlossenen Signalstufen und andererseits eine Speisestufe 100 angeschlossen ist, die über eine Leitung 101 die erforderliche Energie der Lichtquelle 71 zuführt.

Claims (13)

1. Verfahren zum optischen Bestimmen der Abweichungen der Ist-Position eines Meß-Gegenstandes von einer Soll-Position, bei der von einem Meßmarken-Geber das Bild einer Meßmarke mit Strahlen, vorzugsweise eines Lichtstrahlenbündels, über eine Meßstrecke zu dem in der Ist-Position befindlichen Gegenstand hin übertragen und danach in einem Meßmarken-Aufnehmer mit einer Vergleichs-Marke zusammen beobachtet und aus der Abweichung zwischen den Bildern der beiden Marken ein Steuersignal abgeleitet wird, wobei die Meßmarke und die Vergleichs-Marke aus einem wenigstens an­ nähernd strichförmigen ersten Teil und/oder aus einem wenigstens annähernd strichförmigen, etwa senkrecht zum ersten Teil verlaufenden zweiten Teil besteht und die Abweichungen mit Hilfe eines opto-elektronischen Bildwandlers in elektrische Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (5, 6) der Meßmarke vom Meßmarkengeber (1 bis 9) in zwei oder mehr Teil-Strahlenbündeln mit Strahlen verschiedener Wellenlänge in einem gemeinsamen Strahlenbündel (10) übertragen, danach im Meßmarken- Aufnehmer (11 bis 20) die Teil-Strahlenbündel entsprechend der Wellenlänge getrennt (in 14, 17, 19) und je auf einem ersten bzw. zweiten etwa zeilenförmi­ gen, zur Richtung des zugeordneten Meßmarkenteiles (5 bzw. 6) vorzugsweise wenigstens annähernd senkrecht verlaufenden Bildwandler (18 bzw. 20) abgebildet werden, wobei die zeilenförmigen Bildwandler (18, 20) die Funktion der Teile der Vergleichs-Marken übernehmen, und daß jedem Bildwandler (18, 20) elektrische Signale entnommen werden, aus denen in einer Auswerte- Einheit (23) die den Abweichungen der Ist-Position von der Soll-Position in den unterschiedlichen Richtungen entsprechenden Signale gebildet und an wenigstens einen Ausgang (24; 25) abgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil-Strahlenbündel CCD-Zeilensensoren (18, 20) als Bildwandlern zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teil-Strahlenbündel von verschiedenen Strahlenquellen (1, 2) geliefert werden, je einen Teil (5, 6) der Meßmarke beleuchten und danach zu einem gemeinsamen Strahlenbündel (10) zusammengefaßt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlen von einer einzigen Strahlenquelle (30) geliefert, über einen Strahlen­ teiler (31) in zwei, vorzugsweise etwa gleich starke Bündel geteilt werden, die je durch ein für Strahlen verschiedener Wellenlänge durchlässiges Filter hindurch den ersten bzw. den zweiten Teil (5, 6) der Meßmarke beleuchten und danach wieder zusammengefaßt werden. (Fig. 2)

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das beide Strahlenarten enthaltende gemeinsame Strahlenbündel (10) durch einen, an dem Meß-Gegenstand (81) angebrachten Spiegel (80) reflektiert wird und daß der Meßmarken- Geber (71 bis 76) mit dem Meßmarken-Aufnehmer (83 bis 88) konstruktiv verbunden ist. (Fig. 8)

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenbündel (79, 82) durch das gleiche optische System (78), durch das es vom Meßmarken- Geber (71 bis 78) her austritt, nach Durchlaufen der Meßstrecke wieder eintritt und über einen optischen Strahlenteiler (77) dem Bildwandler (84, 85, 86) zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Meßmarke durch je eine, durch den Richtpunkt, z.B. den Mittelpunkt des Bildfeldes, verlaufende Linie (5, 6) gebildet werden. (Fig. 3, Fig. 4)

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildwandler (18 bzw. 20) aus einer Reihe lichtempfindlicher Elemente besteht, die periodisch nacheinander abgetastet werden, und daß in einer Auswerteeinheit (23) aus den erhaltenen, impulsförmigen Signalen die Abweichungen der die Ist-Lage von der Soll-Lage repräsentierenden Signale gebildet und an den Ausgang (24; 25) abgegeben werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus dem Abstand der dem Mittellagen­ Impuls (44) vorlaufenden und/oder nachlaufen­ den Impulse (54, 55, 58) die Abweichung der Ist- Winkellage von der Soll-Winkellage repräsentie­ rende Signale ermittelt und an einen Ausgang (60) abgegeben werden.

10. Anordnung zum Bestimmen der Abweichungen der Ist- Positionen eines Meß-Gegenstandes von einer Soll- Position, bei der von einem Meßmarken-Geber das Bild einer Meßmarke mit Strahlen, vorzugsweise eines Lichtstrahlenbündels, über eine Meßstrecke zu dem in der Ist-Position befindlichen Gegenstand hin übertragen und danach in einem Meßmarken-Aufnehmer mit einer Vergleichsmarke zusammen beobachtet wird und aus der Abweichung zwischen den Bildern der beiden Marken ein Steuersignal abgeleitet wird, wobei die Meßmar­ ke und die Vergleichs-Marke aus einem wenigstens annähernd strichförmigen ersten Teil und einem wenigstens annähernd strichförmigen, etwa senkrecht zum ersten Teil verlaufenden zweiten Teil besteht und die Abweichungen mittels eines opto-elektronischen Bildwandlers in elektrische Signale umgewandelt werden, insbesondere für ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (5, 6) der Meßmarke mit Strahlen verschiedener Wellenlänge gemeinsam übertragen werden von einem Meßmarken-Geber (1 bis 9), in den jeder Teil-Strahlenbündel mit den Bildern der Meßmarken mittels eines ersten Strahlenteilers (7, 8) vereinigt werden, wonach die vereinigten Strahlenbündel (10) nach Durchlaufen der Meßstrecke im Meßmarken-Aufnehmer (11 bis 20) in einem zweiten, wellenlängenabhängigen Strahlenteiler (13, 14, 17, 19) geteilt und je auf einem ersten bzw. zweiten etwa zeilenförmigen, zur Richtung des zugeordneten Meßmarken-Teiles etwa senkrecht verlaufenden Bildwand­ ler (18 bzw. 20) eine Abbildung entsteht.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßmarken-Aufnehmer (11 bis 20) einen zweiten Strahlenteiler (19, 14) enthält, mit dem die beiden, die Bilder des ersten und des zweiten Teiles der Meßmarke enthaltenden Strahlenbündel unterschiedlicher Wellenlänge getrennt werden, welcher zweite Strahlenteiler (13, 14) dem zugehörigen zeilenförmiger Bildwandler (18, 20) vorgeordnet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem dritten Strahlenteiler (77) das zusammengefaßte Strahlenbündel (79) vom Meßmarkengeber (71 bis 75) zum Meß-Gegenstand (81) gelenkt und das vom Meßgegenstand (81) zurückkom­ mende zusammengefaßte Strahlenbündel (82) zum Bildaufnehmerteil (84, 85, 86) gelenkt wird.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels je eine einem ersten bzw. einem zweiten Teil der Meßmarke entsprechende Markierung tragende, strahlendurchläs­ sige Platte (3, 4) angeordnet ist, wobei die Strahlen­ gänge nach Durchlaufen einer Kombinationsanordnung, z.B. eines Doppelprismas (7, 8) ein gemeinsames Strahlenbündel (10) bilden, das nach Durchlaufen der Meßstrecke in einem wellenlängenabhängigen Strahlenteiler (13, 14) wieder zwei getrennte Teilbündel mit unterschiedlicher Wellenlänge liefert, die je einen zeilenförmigen Sensor (18, 20) erreichen, so daß dort das Bild des ersten bzw. zweiten Teiles der ersten Meßmarke in elektrische Signale umgewandelt wird.