DE3912812A1 - Verfahren zur erfassung des fehlwinkels zwischen der optischen achse eines lwl und der mittelachse einer umgebenden huelse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung des Fehlwinkels zwischen der optischen Achse eines Endbereichs eines LWL und der geometrischen Mittelachse einer den LWL aufnehmenden Hülse, bei welchem die Hülse in eine Halterung eingespannt und um deren Mittelachse drehbar ist, und bei welchem ferner ein Lichtfleck eines aus dem LWL gesendeten Lichtstrahls auf einer Detektor­ fläche abgebildet und mittels einer Justierverschiebung der Winkellage der Hülse auf einen vorgegebenen Zielpunkt der Detektorfläche ausgerichtet wird.

Bei einem durch die EP-A 2 07 552 oder die DE-U 87 04 678 bekannten Verfahren dieser Art wird die optische Achse eines in einer Hülse festgelegten LWL zunächst koaxial zur Drehachse eines Bearbeitungswerkzeugs ausgerichtet. In dieser Position wird die Hülse konzentrisch zur optischen Achse spanabhebend bearbeitet. Dabei kann ein Drehmeißel rotieren (EP-A 2 07 552) oder die Hülse mit dem LWL (DE-U 87 04 678).

Beim durch die EP-B 6 662 bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird die den LWL aufnehmende Hülse in einer umgebenden Steckerhülse derart ausgerichtet und fixiert, daß die optische Achse des LWL in der Mittellinie der Steckerhülse verläuft.

In den bekannten Fällen erfolgt die justierende Ausrichtung der optischen Achse eines LWL mittels Justiermanipulatoren, die eine Winkelverschiebung in zwei zueinander senkrechten Drehebenen ermöglichen. Solche Manipulatoren sind aufwendig und insbesondere in einer Vorrichtung zur nachträglichen Bearbeitung einer Stecker­ hülse störempfindlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art zu vereinfachen.

Die Lösung gelingt dadurch, daß die Halterung um eine die Mittelachse senkrecht schneidende Schwenkachse drehbar ist, welche zumindest angenähert durch die Lichtaustritts­ fläche des LWL verläuft, daß die Hülse um ihre Mittelachse gedreht wird, bis der Lichtfleck in einer ersten Position auf der Detektorfläche zumindest angenähert auf einer Bezugslinie erscheint, welche parallel zu einer zur Schwenkachse orthogonalen Drehebene und durch die Mittel­ achse verläuft, und daß danach die Mittelachse um die Schwenkachse gedreht wird, bis der Lichtfleck zumindest angenähert im Zielpunkt liegt.

Erfindungsgemäß wird lediglich eine um eine einzige Schwenkachse drehbare Halterung benötigt, weil vor deren Justierschwenkung der Lichtfleck des aus dem LWL austretenden Lichtstrahls auf eine zur Drehebene parallele Bezugslinie gebracht wird. Dabei verursachen Toleranz­ abweichungen des Lichtflecks von der Bezugslinie keine nennenswerten Meßfehler, so daß sogar eine recht grobe Annäherung des Lichtflecks an die Bezugslinie noch hinreichend genauere Ergebnisse ermöglicht.

Bei einer zweiten Lösung ist vorgesehen, daß die Halterung um eine die Mittelachse senkrecht schneidende Schwenkachse drehbar ist, welche zumindest annähernd durch die Licht­ austrittsfläche des LWL verläuft, daß die Hülse um ihre Mittelachse gedreht wird, bis der Lichtfleck in einer ersten Position auf der Detektorfläche zumindest angenähert auf einer Bezugslinie erscheint, welche parallel zu einer zur Schwenkachse orthogonalen Drehebene und durch die Mittellinie verläuft, und daß danach die Hülse um 180° um die Mittelachse gedreht wird, bis der Lichtfleck in einer zweiten Position auf der Bezugslinie der Detektorfläche erscheint, und daß darauf die Mittel­ achse um die Schwenkachse gedreht wird, bis der Lichtfleck zumindest angenähert wiederum in der ersten Position erscheint, und daß die Winkelverschiebung der Halterung um die Schwenkachse als Maß für den Fehlwinkel ermittelt wird.

Eine solche Verfahrensweise ist insbesondere vorteilhaft geeignet, wenn der Istwert des Fehlwinkels eines LWL innerhalb einer Hülse gemessen werden soll. Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung braucht kein Zielpunkt der Detektorfläche bekannt zu sein, sondern lediglich die angenäherte Lage der Bezugslinie. Der zu messende Fehlwinkel ist der halbe Wert des Winkels, um den die Halterung um die Schwenkachse gedreht wurde.

Für die vorliegende Erfindung kann als Detektorfläche eine Mattscheibe verwendet werden, auf welcher die Lage des Lichtflecks unmittelbar mit bloßem Auge beobachtet werden kann.

Eine vergrößerte Darstellung ist über vorgeschaltete Objektive möglich. Beispielsweise kann eine Videokamera verwendet werden. Weiterhin kann die Detektorfläche optoelektronische Wandler wie Fotodioden in vorbestimmter räumlicher Verteilung erhalten, deren elektrische Ausgangssignale eine Aussage über die Lagekoordinaten des Lichtflecks ermöglichen. Beispielsweise ist eine Anordnung nach Fig. 3 der EP-A 2 07 552 geeignet.

Die Drehbarkeit der den LWL aufnehmenden Hülse um deren Mittelachse kann in beliebig geeigneter Weise erreicht werden, z.B. mittels eines drehbaren Backenfutters oder in besonders einfacher Weise durch drehbares Einlegen der Hülse in eine V-Nut. Die Schwenkachse, um welche die Halterung und damit die Mittelachse der Hülse drehbar ist, kann konstruktiv durch eine gelagerte Drehwelle verwirklicht werden. Sie kann aber auch ähnlich wie in der EP-A 2 07 552 oder in der EP-B 6 662 mittels eines Kugelgelenks verwirklicht werden, welches durch eine der Hülse zugeordnete kollimierende Linse gebildet wird. Die Hülse ist dann um den Mittelpunkt der Kugel in einer einzigen vorbestimmten Ebene schwenkbar. Die Schwenk­ bewegung wird durch am gegenüberliegenden Ende der Hülse angreifende Kräfte erreicht.

Eine besonders gute Meß- oder Justiergenauigkeit erhält man dadurch, daß der Abstand der Detektorfläche von der Lichtaustrittsfläche des LWL mindestens 200 mm beträgt. Wenn man den Fehlwinkel konkret messen will, ergibt sich bei einem erfindungsgemäßen großen Strahlweg bis zur Detektorfläche keine merkliche Verfälschung des Meßwerts durch nicht ausschließbare Transversalverlagerungen der optischen Achse des LWL zur Mittelachse der Hülse.

Nach der Erfassung des Fehlwinkels durch Einjustierung der optischen Achse des LWL auf die Mittelachse der Hülse kann die Hülse vorteilhaft spanabhebend nachbearbeitet werden, wie es an sich durch die EP-A 2 07 552 oder die DE-U 87 04 678 bekannt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch vorteilhaft dazu dienen, die Hülse innerhalb einer umgebenden Steckerhülse derart auszurichten und zu fixieren, daß die optische Achse des LWL in der Mittelachse der Steckerhülse verläuft.

Eine geeignete Vorrichtung zur Ausübung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung um eine Schwenkachse drehbar gelagert ist, welche orthogonal durch die Mittelachse verläuft.

Eine besonders einfache Gestaltung dieser Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß die Halterung eine Keilnut aufweist, in welche die Hülse derart einlegbar ist, daß sie um ihre Mittelachse drehbar ist, und daß die Schwenk­ achse durch die Schnittlinie der Keilflächen verläuft. Diese Vorrichtung ist insbesondere für die Ermittlung eines Meßwerts eines Fehlwinkels zwischen der optischen Achse eines LWL und einer diesen umgebenden Hülse geeignet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur spanabhebenden Bearbeitung einer erfindungsgemäß ausgerichteten, einen LWL umgebenden Hülse,

Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Ausrichtung einer Hülse innerhalb einer Steckerhülse,

Fig. 3 zeigt eine besonders einfache Halterung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß Fig. 1 ist ein LWL 1 über ein Kapillarröhrchen 2 in eine Hülse 3 fest eingefügt. Diese Teile bilden gemeinsam mit einer der Endfläche 6 des LWL zugeordneten Kugel­ linse 4 ein optisches Steckerelement 5. Die Kugellinse 4 kollimiert einen aus der Endfläche 6 des LWL 1 austretenden Lichtstrahl, welcher von einer Lichtquelle 7, insbesondere einer Fotodiode oder einem Laser, in den LWL 1 gesendet wird.

Die zylindrische Oberfläche der Hülse 3 soll möglichst genau konzentrisch zur optischen Achse des LWL 1 spanabhebend durch den Drehmeißel bzw. Diamant 8 bearbeitet werden. Der Diamant 8 ist an einer Führungs­ halterung 9 befestigt, welche um die Mittelachse 10 eines raumfesten Lagerblocks 12 rotierbar und in Richtung 11 der Mittelachse 10 verfahrbar ist. Der Diamant ist senkrecht dazu in Richtung 12 einstellbar. Wenn die optische Achse des LWL 1 mit der Drehachse 10 fluchtet, kann die Ober­ fläche mittels des Diamanten 8 konzentrisch zur optischen Achse des LWL bearbeitet werden.

Die Kugellinse 4 ist in einer Kalottenaufnahme 13 des Lagerblocks 12 gehalten und darin um ihren Mittelpunkt schwenkbar gelagert. Der aus der Kugellinse 4 austretende kollimierte Lichtstrahl trifft auf die Detektorfläche 14. Die Hülse 3 wird soweit gedreht, bis der auf der Detektor­ fläche 14 erscheinende Lichtfleck auf einer in der Papier­ ebene durch die Drehachse auf der Detektorfläche 14 verlaufenden Bezugslinie erscheint, wie es näher anhand Fig. 2 erläutert wird. In Richtung dieser Bezugslinie wird danach das Ende 15 der Hülse 3 in Pfeilrichtung 16 in der Papierebene geschwenkt, bis der Lichtfleck auf den Zielpunkt 17 auf der Detektorfläche 14 ausgerichtet ist. Dieser Zielpunkt 17 ist als Auftreffpunkt der Drehachse 10 auf die Detektorfläche 14 definiert. Bei der dann anschließenden spanabhebenden Bearbeitung steht das Werkstück, nämlich das Steckerelement 5, still, während der spanabhebende Diamant 8 mit der Führungshalterung 11 rotiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Fehlwinkels zwischen der optischen Achse des LWL 1 und einer geometrischen Mittellinie einer den LWL 1 aufnehmenden Hülse 18 wird anhand Fig. 2 näher erläutert.

Dort ist der LWL 1 über ein Kapillarröhrchen 19 in die Hülse 18 fest eingefügt, welche mittels der Stell­ schraube 20 entgegen der Feder 21 gegenüber der Stecker­ hülse 22 in der Papierebene um eine durch die Kugellinse 4 vorgegebene Schwenkachse derart schwenkbar ist, daß die zylindrische Außenfläche der Steckerhülse 22 konzentrisch zur optischen Achse des LWL 1 verläuft. Dazu wird die Überwurfmutter 23, welche an sich der Verschraubung der Steckerhülse 22 mit einem Gegensteckerelement dient, auf einer angedeuteten Grundplatte 24 befestigt. In einem Abstand von ca. 1000 mm, welcher von der Größe des zu messenden Fehlwinkels bzw. von der gewünschten Meßgenauig­ keit abhängt, ist als Detektorfläche eine Mattscheibe 28 auf der Gestellplatte 24 orthogonal zur Mittelachse 26 der Überwurfmutter 23 angeordnet. Zu dieser Mittelachse 26 ist die Steckerhülse 22 ebenfalls konzentrisch ausgerichtet.

Die Hülse 18 wird zunächst in der Steckerhülse 22 in eine solche Lage gedreht, daß ein mit einem Fehlwinkel aus der Kugellinse 4 austretender Lichtstrahl einen Licht­ fleck 25 oder einen Lichtfleck 26 auf einer Bezugslinie 27 der Mattscheibe bildet. Die Bezugslinie 27 verläuft in der Papierebene, also in der Schwenkebene, welche durch die Stellschraube 20 in Verbindung mit der Kugellinse 4 vorgegeben ist. Sie verläuft ferner durch den Ziel­ punkt 29, welcher als gedachter Auftreffpunkt der Mittel­ achse 26 auf die Detektorfläche 28 definiert ist.

Bei Drehung der Hülse 18 wandert der Lichtfleck 25 bzw. 26 auf der Kreisringfläche 30. Mittels der Stellschraube 20 wird der Lichtfleck 25 oder 26 in die Lage 31 auf den Zielpunkt 29 geschoben. Danach wird die Hülse 18 in der Steckerhülse 22 beispielsweise durch aushärtbaren Kleber lagefixiert, so da8 die optische Achse des LWL 1 dann unverrückbar durch die Mittelachse 26 der Steckerhülse 22 verläuft.

Die in Fig. 3 angedeutete Vorrichtung dient zur Messung des Fehlwinkels zwischen der optischen Achse eines LWL 1 und der Mittelachse einer diesen umfassenden Hülse 32. Die Hülse 32 ist in eine V-Nut 33 eines mit der Welle 34 in einem Lagerbock 39 verdrehbaren Drehtellers 35 eingelegt. Die Scheitelkante der V-Nut 33 schneidet die Schwenk­ achse 36 des Drehtellers 35. Die Endfläche des LWL 1 oder gegebenenfalls die Mitte einer vorgeordneten Kugellinse tangiert in etwa diese Schwenkachse 36. Die Hülse 32 ist mittels einer Gummiantriebsrolle 37 um ihre Mittelachse drehbar. Oberhalb der Papierebene ist eine in Fig. 3 nicht dargestellte Mattscheibe 28 nach Fig. 2 angeordnet, auf welcher ein den LWL 1 bzw. eine vorgeschaltete Kugellinse verlassender Strahl mit einem Lichtfleck auftrifft, welcher bei Drehung der Hülse 32 entsprechend Fig. 2 auf einer Kreisringfläche 30 wandert. Er wird in eine Position 25 gemäß Fig. 2 gebracht, also auf eine Bezugs­ linie 27, welche parallel zur Drehebene des Drehtellers 35 und senkrecht zur Mittellinie der Hülse 32 verläuft. Diese Position 25 des Lichtflecks wird gespeichert oder gekennzeichnet. Danach wird die Hülse um 180° gedreht, wonach der Lichtfleck etwa in einer Position 26 gemäß Fig. 2 erscheint. Darauf wird der Drehteller 35 um die Schwenkachse 36 gedreht, bis der Lichtfleck wieder in der ersten Position 25 erscheint. Der Schwenkwinkel des Drehtellers wird mittels der Skala 38 gemessen. Er ist doppelt so groß wie der zu messende Fehlwinkel. Eine Vorrichtung nach Fig. 3 bietet beispielsweise mit einer Mattscheibe nach Fig. 2 eine unkomplizierte Meßanordnung, welche auf besonders einfache Weise eine recht genaue Messung des Fehlwinkels erlaubt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erfassung des Fehlwinkels zwischen der optischen Achse eines Endbereichs eines LWL (1) und der geometrischen Mittelachse einer den LWL (1) aufnehmenden Hülse (3, 18, 32), bei welchem die Hülse in eine Halterung (23, 35) eingespannt und um deren Mittel­ achse (26, 36) drehbar ist, und bei welchem ferner ein Lichtfleck (25, 26, 31) eines aus dem LWL (1) gesendeten Lichtstrahls auf einer Detektorfläche (28) abgebildet und mittels einer Justierverschiebung der Winkellage der Mittelachse (26, 36) der Hülse (3, 18, 32) auf einen vorgegebenen Zielpunkt (29) der Detektorfläche (28) ausgerichtet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterung (23, 35) um eine die Mittelachse (26, 36) senkrecht schneidende Schwenk­ achse drehbar ist, welche zumindest angenähert durch die Lichtaustrittsfläche des LWL (1) verläuft,
daß die Hülse (3, 18, 32) um ihre Mittelachse gedreht wird, bis der Lichtfleck in einer ersten Position (25 bzw. 26) auf der Detektorfläche (28) zumindest angenähert auf einer Bezugslinie (27) erscheint, welche parallel zu einer zur Schwenkachse orthogonalen Drehebene und durch die Mittel­ achse verläuft, und
daß danach die Mittelachse um die Schwenkachse gedreht wird, bis der Lichtfleck zumindest angenähert im Zielpunkt (29) liegt.

2. Verfahren zur Erfassung des Fehlwinkels zwischen der optischen Achse eines Endbereichs eines LWL (1) und der geometrischen Mittelachse einer den LWL (1) aufnehmenden Hülse (3, 18, 32), bei welchem die Hülse in eine Halterung (23, 25) eingespannt und um deren Mittelachse (26, 36) drehbar ist, und bei welchem ferner ein Lichtfleck (25, 26, 31) eines aus dem LWL (1) gesendeten Lichtstrahls auf einer Detektorfläche (28) abgebildet und mittels einer Justierverschiebung der Winkellage der Mittelachse (26, 36) der Hülse (3, 18, 32) auf einen vorgegebenen Zielpunkt (29) der Detektor­ fläche (28) ausgerichtet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterung (23, 35) um eine die Mittelachse (26, 36) senkrecht schneidende Schwenk­ achse drehbar ist, welche zumindest annähernd durch die Lichtaustrittsfläche des LWL (1) verläuft,
daß die Hülse (3, 18, 32) um ihre Mittelachse gedreht wird, bis der Lichtfleck in einer ersten Position (25 bzw. 26) auf der Detektorfläche (28) zumindest angenähert auf einer Bezugslinie (27) erscheint, welche parallel zu einer zur Schwenkachse orthogonalen Drehebene und durch die Mittel­ linie verläuft, und
daß danach die Hülse (3, 18, 32) um 180° um die Mittelachse gedreht wird, bis der Lichtfleck in einer zweiten Position (26 bzw. 25) auf der Bezugs­ linie (27) der Detektorfläche (28) erscheint, und
daß darauf die Mittelachse um die Schwenkachse gedreht wird, bis der Lichtfleck zumindest angenähert wiederum in der ersten Position (25 bzw. 26) erscheint, und
daß die Winkelverschiebung der Halterung (23, 25) um die Schwenk­ achse als Maß für den Fehlwinkel ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Detektor­ fläche (28) von der Lichtaustrittsfläche des LWL (1) mindestens 200 mm beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3, 18, 32) konzentrisch zur optischen Achse des LWL (1) spanabhebend bearbeitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) in einer Steckerhülse (22) derart ausgerichtet und in ihr fixiert wird, daß die optische Achse des LWL (1) in der Mittel­ achse der Steckerhülse (22) verläuft.

6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche eine drehbare Halterung (3, 22, 35) für den LWL (1) enthält, deren Winkellage justierbar ist, und welche ferner eine Detektorfläche (28) enthält zur Detektion eines Lichtflecks (25, 26) eines durch den LWL (1) gesendeten Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (3, 22, 35) um eine Schwenkachse drehbar gelagert ist, welche orthogonal durch die Mittelachse verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (35) eine Keilnut (33) aufweist, in welche die Hülse (32) derart einlegbar ist, daß sie um ihre Mittelachse drehbar ist, und daß die Schwenkachse (36) durch die Schnittlinie der Keilflächen verläuft.