DE3930912A1

DE3930912A1 - Parallelism testing appts. for two axes - has automatic collimator and beam splitter testing position of three mirror planes

Info

Publication number: DE3930912A1
Application number: DE19893930912
Authority: DE
Inventors: Erwin Ing Grad Francke; Michael Dipl Ing Kremmel
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1989-09-17
Filing date: 1989-09-17
Publication date: 1991-03-28

Abstract

An angled mirror(10) cuts one(1) of the axes, while a planar mirror (20) cuts the other(2). The mirrors are positioned w.r.t. each other that their three mirror planes extend at right angles to each other. An auto-collimator(30) and a beam splitter(40) are positioned so that the collimator beam (31,33) is split into two partial beams (32,34) at right angles to each other. Each partial beam impinges on an assigned mirror(10 and 20). If the positioning of the three mirror planes is correct the beams are reflected back to the beam splitter and collimator. Pref., the beam splitter is a mirrored 135 deg. prism. A laser range finder and CCD angle sensor can be incorporated. USE/ADVANTAGE - Gun and telescopic sight of tank. Effective for long distances.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Zum Überprüfen zweier Achsen auf Parallelität, wie dies beispielsweise für die Waffenachse eines Kampf panzers und die Achsen der Zielfernrohre des Komman danten und des Richtschützen erforderlich ist, ist bereits vorgeschlagen worden, eine aus zwei gelenkig verbundenen Halterungsrohren bestehende Meßvorrich tung zu verwenden, wobei in jedem Halterungsrohr Tripelspiegel angeordnet sind. Der Strahlengang verläuft dabei von einem Eintrittsfenster am freien Ende des einen Halterungsrohrs zu einem Austritts fenster am freien Ende des anderen Halterungsrohrs. Das Eintrittsfenster wird auf die eine Achse ein gestellt, in der sich eine Lichtquelle befindet. Das Austrittsfenster wird auf die zweite Achse ein gestellt, welche die Achse des Zielfernrohrs ist. Wenn beide Achsen parallel sind, ist die Abbildung des Leuchtflecks der Lichtquelle in Deckung mit der Zielmarkierung des Zielfernrohrs.To check two axes for parallelism, such as for example for the weapon axis of a fight tanks and the axes of the Komman's riflescopes danten and the gunner is required already suggested one out of two articulated connected support tubes existing measuring device device to use, being in each mounting tube Triple mirrors are arranged. The ray path runs from an entrance window on the open End of a support tube to an outlet window at the free end of the other mounting tube. The entrance window is on one axis in which there is a light source. The exit window is on the second axis which is the axis of the riflescope. If both axes are parallel, the picture is the luminous spot of the light source coincides with the Target marking of the telescopic sight.

Die Schwierigkeit bei der vorgeschlagenen Meßvor richtung liegt zum einen darin, daß der maximale Abstand der zu überprüfenden Achsen durch die mit wachsender Länge der Halterungsrohre abnehmende Stabilität und damit Genauigkeit begrenzt ist. Zum anderen ist die Halterung der Tripelspiegel innerhalb der Rohre thermischen oder anderweitig bedingten Veränderungen unterworfen, so daß die richtige gegenseitige Positionierung der Spiegelflächen gesondert überprüfbar sein muß. Bei der vorgeschlagenen Meßvorrichtung sind hierzu Hilfsprismen und Lochblenden vorgesehen, welche in den Halterungsrohren integriert sind und den zur Parallel überprüfung der Achsen vorgesehenen Lichtstrahl aus nutzen. Da die Hilfsprismen relativ klein gehalten werden müssen, um den Normalbetrieb der Meßvorrich tung nicht zu stören, ist die dadurch erreichbare Justiergenauigkeit begrenzt. Je länger indessen ein Halterungsrohr und damit je größer der Abstand zwischen den einzelnen Spiegelflächen der Tripel spiegel wird, desto weniger ist die Justiergenauig keit seitens der kleinen Hilfsprismen ausreichend.The difficulty with the proposed measurement direction lies on the one hand in that the maximum Distance of the axes to be checked by the as the length of the support tubes decreases Stability and therefore accuracy is limited. On the other hand, the bracket is the Triple mirror inside the tubes thermal or subject to other changes, so that the correct mutual positioning the mirror surfaces must be able to be checked separately. In the proposed measuring device are for this Auxiliary prisms and aperture plates provided, which in the support tubes are integrated and the parallel Check the light beam provided use. Because the auxiliary prisms are kept relatively small must be in order to normal operation of the measuring device Not to disturb the process is the one that can be achieved Adjustment accuracy limited. However, the longer one Bracket tube and thus the greater the distance between the individual mirror surfaces of the triple is mirrored, the less the adjustment is accurate sufficient auxiliary prisms.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche auch für größere Abstände zwischen den zu überprüfenden Achsen geeignet ist und mit ausreichender Genauigkeit die Justierung der Spiegelflächen ermöglicht.In contrast, the object of the invention is therein, a device of the type mentioned to create which also for larger distances between the axes to be checked is suitable and the adjustment with sufficient accuracy the mirror surfaces.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the kenn Drawing features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments and refinements the device according to the invention result from the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated below in the Drawings illustrate exemplary embodiments explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Meßvorrichtung zur Überprüfung der Parallelität zweier Achsen; Figure 1 is a schematic plan view of a measuring device for checking the parallelism of two axes.

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen bei der Vor richtung nach Fig. 1 vorgesehenen Strahlenteiler, und Fig. 2 is a plan view of a beam splitter provided in the on device according to FIG. 1, and

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht der Spiegelflächen bei der Vorrichtung nach Fig. 1. Fig. 3 is a schematic, perspective view of the mirror surfaces in the apparatus of FIG. 1.

In Fig. 1 sind mit den Bezugszeichen 1 und 2 zwei Achsen bezeichnet, welche parallel zueinander ver laufen. Beispielsweise handelt es sich bei der Achse 1 um die Waffenachse eines Panzerfahrzeugs und bei der Achse 2 um die optische Achse eines Zielfernrohrs. Zur Überprüfung der Parallelität beider Achsen 1, 2 wird die Achse 1 durch eine nicht gezeigte Lichtquelle, z.B. Laserdiode, erzeugt.In Fig. 1, the reference numerals 1 and 2 denote two axes which run parallel to each other ver. For example, axis 1 is the weapon axis of an armored vehicle and axis 2 is the optical axis of a telescopic sight. To check the parallelism of both axes 1 , 2 , axis 1 is generated by a light source, not shown, for example a laser diode.

Die Meßvorrichtung zur Überprüfung der Parallelität der Achsen 1, 2 besteht aus einem Winkelspiegel 10 und einem Planspiegel 20, welche auf einem nicht gezeigten Gestell montiert sind. Das Gestell läßt sich senkrecht zu den Achsen 1, 2 teleskopartig oder anderweitig verstellen, so daß der Abstand zwischen den Spiegeln 10, 20 senkrecht zu den Achsen 1, 2 stufenlos verstellbar ist. Der Winkel spiegel 10 schneidet dabei die Achse 1, während der Planspiegel 20 die Achse 2 schneidet. Die stufenlose Verstellung des Abstandes zwischen den Spiegeln 10 und 20 erlaubt daher eine Anpassung der Meßvor richtung an die jeweiligen Abstände der zu messen den Achsen 1, 2. Dabei kann durch geeignete Gestal tung des Gestells für die Spiegel 10, 20 auch ein verhältnismäßig großer Achsenabstand von bis zu 2 m und mehr in den Meßbereich der Spiegel 10, 20 ein bezogen werden.The measuring device for checking the parallelism of the axes 1 , 2 consists of an angle mirror 10 and a plane mirror 20 , which are mounted on a frame, not shown. The frame can be adjusted perpendicular to the axes 1 , 2 telescopically or otherwise, so that the distance between the mirrors 10 , 20 is continuously adjustable perpendicular to the axes 1 , 2 . The angle mirror 10 intersects the axis 1 , while the plane mirror 20 intersects the axis 2 . The stepless adjustment of the distance between the mirrors 10 and 20 therefore allows adaptation of the measuring device to the respective distances of the axes 1 , 2 to be measured. In this case, by means of suitable design of the frame for the mirrors 10 , 20 , a relatively large axis distance of up to 2 m and more can be obtained in the measuring range of the mirrors 10 , 20 .

Unter der Voraussetzung, daß die Achse 11 des Winkelspiegels 10 senkrecht auf der Spiegelebene 20a des Planspiegels 20 steht und die Spiegelebenen 10a, 10b des Winkelspiegels 10 (Fig. 2) einen rechten Winkel bilden, gewährleistet das mit den Spiegeln 10, 20 verwirklichte Tripelspiegelprinzip , daß der auf den Winkelspiegel 10 fallende Strahl der Licht quelle exakt paralIel zur Achse 1 verläuft. Dieser reflektierte Strahl bildet in dem Zielfernrohr mit der optischen Achse 2 einen Leuchtfleck ab. Falls die Achse 1 mit dem reflektierten Strahl zusammenfällt, d.h., exakt parallel zur Achse 1 verläuft, ist der Leucht fleck deckungsgleich mit der Meßmarkierung (Faden kreuz) des Zielfernrohrs. Zweckmäßigerweise wird vor die Lichtquelle ebenfalls ein Fadenkreuz ange bracht, das in dem Leuchtfleck mitabgebildet wird und mit der Meßmarkierung auf Deckungsgleichheit verglichen werden kann.Provided that the axis 11 of the angular mirror 10 is perpendicular to the mirror plane 20 a of the plane mirror 20 and the mirror planes 10 a, 10 b of the angular mirror 10 ( FIG. 2) form a right angle, this is ensured by the mirrors 10 , 20 Realized triple mirror principle that the beam falling on the angle mirror 10 of the light source runs exactly parallel to the axis 1 . This reflected beam forms a light spot in the telescopic sight with the optical axis 2 . If the axis 1 coincides with the reflected beam, ie, runs exactly parallel to the axis 1 , the light spot is congruent with the measurement mark (cross hairs) of the telescopic sight. Advantageously, a crosshair is also placed in front of the light source, which is also depicted in the light spot and can be compared with the measurement mark for congruence.

Die vorstehend erwähnte Voraussetzung bedeutet, daß die Spiegelflächen 10a, 10b des Winkelspiegels 10 (Fig. 2) und die Spiegelfläche 20a des Planspiegels 20 (Fig. 2) jeweils senkrecht zueinander orientiert sind. Für die Spiegelflächen 10a, 10b des Winkel spiegels läßt sich diese Forderung durch entsprechende Herstellungsgenauigkeit verwirklichen. Die Schwierig keit besteht darin, die Orientierung der Spiegel fläche 20a bezüglich der Spiegelflächen 10a, 10b zu justieren und diese Justage zu überprüfen. Hierzu sind ein Auto-Kollimator 30 und ein Strahlenteiler 40, im dargestellten Beispielsfall ein verspiegeltes 135°-Prisma, vorgesehen. Die vordere Prismenkante als Schnittpunkt der beiden wirksamen Spiegelflächen 44, 45 (Fig. 3) des Prismas 40 verläuft dabei senk recht zur optischen Achse bzw. den austretenden Strahlen 31, 33 des Kollimators 30. Der Kollimator 30 weist eine Lichtquelle 36 und ein senkrecht zu seiner optischen Achse orientiertes Okular 35 auf. Infolge des 135°-Kantenwinkels zwischen den wirk samen Spiegelflächen 44, 45 (Fig. 3) des 135°-Pris mas 40 werden die auf die Spiegelflächen 44, 45 einfallenden Kollimatorstrahlen 31, 33 so reflek tiert, daß die reflektierten Strahlen 32, 34 räum lich senkrecht zueinander verlaufen. Die reflektierten Strahlen 32, 34 werden nur dann wieder von den be treffenden Spiegeln 10 bzw. 20 exakt in sich reflek tiert - und dies stellt das Meßkriterium dar - wenn die Achse 11 des Winkelspiegels 10 senkrecht auf der Spiegelebene 20a des Planspiegels 20 steht und die Spiegelebenen 10a, 10b des Winkelspiegels 10 einen rechten Winkel bilden. Die Strahlen 32, 34 bilden zusammen mit den Spiegelachsen 11, 12 ein gedachtes Quadrat. Infolge der Totalreflexion an den Spiegelflächen 44, 45 des Prismas 40 werden die Strahlen 32, 34 in oder parallel zur optischen Achse des Autokollimators 30 zurückgespiegelt und bilden im Okular 35 einen Leuchtfleck ab. Das Zielkreuz dieses Leuchtflecks kann mit dem Okular-Zielkreuz verglichen werden, wobei im Falle einer Kongruenz beider Ziel kreuze sowohl in der Ablage als auch in der Bildauf richtung die exakte Ausrichtung der Spiegel 10 und 20 erfüllt ist. Falls die Spiegelachse 11 in der Zeichen ebene nicht senkrecht auf dem Planspiegel 20 steht, äußert sich dieser Fehler in einer Verschiebung des Zielkreuzes von Spiegel 10 gegenüber dem Zielkreuz von Spiegel 20. Eine Abweichung der Spiegelachse 11 in der Ebene senkrecht zur Zeichenebene vom rechten Winkel äußert sich in einer Verdrehung des Zielkreuzes von Spiegel 10 gegenüber dem Zielkreuz von Spiegel 20. Zur Erfassung dieser Verdrehung mit hinreichender Genauigkeit ist vorteilhaft der Randbereich des Okulars 35 (wo die Verdrehung maximal sichtbar ist) ver größernd bezüglich des inneren Okularbereichs aus gebildet. Mit Hilfe der sehr einfachen Anordnung von Kollimator 30 und 135°-Spiegelprisma 40 läßt sich somit die exakte Positionierung der Spiegel flächen 10a, 10b und 20a überprüfen und justieren.The above-mentioned requirement means that the mirror surfaces 10 a, 10 b of the angle mirror 10 ( FIG. 2) and the mirror surface 20 a of the plane mirror 20 ( FIG. 2) are each oriented perpendicular to one another. For the mirror surfaces 10 a, 10 b of the angular mirror, this requirement can be met by appropriate manufacturing accuracy. The difficulty is to adjust the orientation of the mirror surface 20 a with respect to the mirror surfaces 10 a, 10 b and to check this adjustment. For this purpose, an auto-collimator 30 and a beam splitter 40 , in the example shown a mirrored 135 ° prism, are provided. The front prism edge as the intersection of the two effective mirror surfaces 44 , 45 ( FIG. 3) of the prism 40 extends perpendicular to the optical axis or the emerging rays 31 , 33 of the collimator 30 . The collimator 30 has a light source 36 and an eyepiece 35 oriented perpendicular to its optical axis. As a result of the 135 ° edge angle between the effective mirror surfaces 44 , 45 ( FIG. 3) of the 135 ° prism 40 , the collimator beams 31 , 33 incident on the mirror surfaces 44 , 45 are reflected such that the reflected beams 32 , 34 spatially perpendicular to each other. The reflected rays 32 , 34 are only then reflected again exactly from the mirrors 10 and 20 concerned - and this is the measurement criterion - when the axis 11 of the angular mirror 10 is perpendicular to the mirror plane 20 a of the plane mirror 20 and the mirror planes 10 a, 10 b of the angular mirror 10 form a right angle. The rays 32 , 34 together with the mirror axes 11 , 12 form an imaginary square. As a result of the total reflection on the mirror surfaces 44 , 45 of the prism 40 , the beams 32 , 34 are reflected back in or parallel to the optical axis of the autocollimator 30 and form a light spot in the eyepiece 35 . The target cross of this light spot can be compared with the eyepiece target cross, whereby in the case of a congruence of both target crosses, the exact alignment of the mirrors 10 and 20 is fulfilled both in the filing and in the direction of the image. If the mirror axis 11 is not perpendicular to the plane mirror 20 in the plane of the drawing, this error manifests itself in a displacement of the target cross of mirror 10 relative to the target cross of mirror 20 . A deviation of the mirror axis 11 in the plane perpendicular to the drawing plane from the right angle manifests itself in a rotation of the target cross of mirror 10 with respect to the target cross of mirror 20 . To detect this twist with sufficient accuracy, the edge area of the eyepiece 35 (where the twist is maximally visible) is advantageously formed to enlarge the inner eyepiece area. With the help of the very simple arrangement of collimator 30 and 135 ° mirror prism 40 , the exact positioning of the mirror surfaces 10 a, 10 b and 20 a can be checked and adjusted.

Um auch die weitere Bedingung, daß die vordere Prismenkante des 135°-Prismas 40 senkrecht zur optischen Achse des Kollimators 30 verläuft, über prüfen zu können, ist in vorteilhafter Weise im Bereich dieser vorderen Prismenkante ein zum Kollimator 30 hin offenes 90°- Heferenzprisma mit den verspiegelten Prismenflächen 42, 43 (Fig. 3) eingeschliffen. Dies kann dadurch erfolgen, daß das Prisma 40 aus zwei Dreiecksprismen längs der gemeinsamen Kantenfläche 41 zusammengefügt wird und vor dem Verkleben der Dreiecksprismen die be treffenden Kanten unter Bildung der Flächen 42 und 43 plangeschliffen werden. Die Flächen 42, 43 sind senkrecht zueinander orientiert, so daß ein auf die Fläche 43 auftreffender Strahl 35 des Kollimators 30 zur Fläche 42 reflektiert und von dort als ein zum Strahl 35 exakt paralleler Strahl 36 zurück zum Kollimator 30 gespiegelt wird. Ist der Leuchtfleck des Strahls 36 kongruent mit dem Okular-Zielkreuz des Kollimators 30, so sind beide Strahlen 35, 36 parallel, was nur dann der Fall ist, wenn die Flächen 42, 43 (beziehungsweise die nicht mehr vorhandene vordere Kante des 135°-Prismas 40) exakt senkrecht zu der optischen Achse des Kollima tors 30 verlaufen.In order to be able to check the further condition that the front prism edge of the 135 ° prism 40 runs perpendicular to the optical axis of the collimator 30 , a 90 ° yeast prism open to the collimator 30 is advantageously included in the area of this front prism edge the mirrored prism surfaces 42 , 43 ( Fig. 3) ground. This can be done in that the prism 40 is assembled from two triangular prisms along the common edge surface 41 and before the gluing of the triangular prisms, the edges concerned be surface-ground to form the surfaces 42 and 43 . The surfaces 42 , 43 are oriented perpendicular to one another, so that a beam 35 of the collimator 30 impinging on the surface 43 is reflected to the surface 42 and from there is reflected back to the collimator 30 as a beam 36 that is exactly parallel to the beam 35 . If the light spot of the beam 36 is congruent with the eyepiece target cross of the collimator 30 , then both beams 35 , 36 are parallel, which is only the case if the surfaces 42 , 43 (or the no longer present front edge of the 135 ° - Prism 40 ) run exactly perpendicular to the optical axis of the collimator 30 .

Es zeigt sich, daß bei ausreichend exakter Fertigung der Spiegel 10, 20 und des 135°-Prismas 40 sämtliche Achsen der Meßvorrichtung mit Hilfe des Kollimators 30 überprüfbar und justierbar sind. Die Anordnung des Kollimators 30 und des 135°-Prismas 40 und die Genauigkeit der damit erzielbaren Überprüfung ist unabhängig von dem Abstand zwischen den Spiegeln 10 und 20, so daß auch bei großen Abständen der Achsen 1, 2 bzw. Spiegelabständen eine exakte Selbstjustage möglich ist.It can be seen that if the mirrors 10 , 20 and the 135 ° prism 40 are manufactured with sufficient precision, all axes of the measuring device can be checked and adjusted with the aid of the collimator 30 . The arrangement of the collimator 30 and the 135 ° prism 40 and the accuracy of the check that can be achieved thereby is independent of the distance between the mirrors 10 and 20 , so that an exact self-adjustment is possible even with large distances between the axes 1 , 2 or mirror distances .

Die Spiegel 10, 20 sind auf dem erwähnten Gestell dreh- und schwenkbar gelagert, so daß eine gute Justiermöglichkeit besteht. Die Spiegelflächen 10a, 10b und 20a sind dabei so groß bemessen, daß es unerheblich ist, wie exakt die Teleskopführung des erwähnten Gestells zur Veränderung des Abstan des der Spiegel 10, 20 ist, da stets gewährleistet ist, daß die Strahlen längs der Achsen 1, 2 auf die Spiegelflächen 10a, 10b und 20a auftreffen.The mirrors 10 , 20 are rotatably and pivotably mounted on the frame mentioned, so that there is a good possibility of adjustment. The mirror surfaces 10 a, 10 b and 20 a are dimensioned so large that it is irrelevant how exactly the telescopic guide of the frame mentioned to change the stan of the mirror 10 , 20 , since it is always ensured that the rays along the Axes 1 , 2 hit the mirror surfaces 10 a, 10 b and 20 a.

Claims

1. Device for checking the parallelism of two axes, in particular parallel axes in combat vehicles, with

- an angle mirror ( 10 ) which intersects one axis ( 1 ),
- a plane mirror ( 20 ) which intersects the other axis ( 2 ),

wherein the angle mirror (10) and the plane mirror (20) are positioned to each other that their three mirror planes perpendicular to each other, characterized in that for checking the positioning of the three mirror planes (10 a, 10 b, 20 a) an autocollimator (30 ) and a beam splitter ( 40 ) are provided and positioned such that the beam splitter ( 40 ) divides the collimator beam ( 31 , 33 ) into partial beams ( 32 , 34 ) which are perpendicular to each other, each of which beam points to an associated mirror ( 10 or 20 ) meets and with correct adjustment of the three mirror planes reflected in itself and is reflected back by the beam splitter ( 40 ) into the beam path of the collimator ( 30 ).

2. Device according to claim 2, characterized in that a mirrored 135 ° prism is provided as the beam splitter ( 40 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that on the edge of the 135 ° prism facing the collimator a 90 ° prism ( 42 , 43 ; Fig. 2) open to the collimator ( 30 ) is ground in such a way that a beam ( 35 ) incident from the collimator ( 30 ) after deflection in the 90 ° prism is reflected as a parallel beam ( 36 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the eyepiece of the collimator ( 30 ) carries a magnifying device at its edge region.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the angle mirror ( 10 ) and the plane mirror ( 20 ) are mounted on a telescopically adjustable in terms of the distance between the angle and plane mirror frame.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that instead of an auto collimator ( 30 ) an arrangement consisting of laser transmitter and CCD sensor as an angle receiver is provided.

7. The device according to claim 6, characterized in that the arrangement further comprises a switching element which transmits the beams incident on the arrangement ( 32 , 34 , 35 ) sequentially to the CCD sensor in the sense of a mutual decoupling.