DE3940432A1

DE3940432A1 - Verfahren zum justieren einer nut und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3940432A1
Application number: DE19893940432
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Blume; Willi Dipl Phys Wolf
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1990-11-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren einer Nut nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 oder 2 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 9 oder 10.

Um eine Nut bezüglich einer vorgegebenen Richtung auszurichten ist es bekannt, einen Lichtstrahl in dieser vorgegebenen Richtung zu erzeugen und die Nut durch Entlangstreifen des Lichtstrahls an der Nut bezüglich der vorgegebenen Richtung auszurichten. Dieses Verfahren ist zwar besonders einfach durchzuführen, hat aber den Nachteil, daß es nur eine geringe Genauigkeit aufweist. Eine wesentlich genauere Justierung ist beispielsweise mit einem Fluchtfernrohr zu erreichen. Dazu ist es jedoch notwendig, daß an der Nut besondere Markierungen angebracht werden, um die Nut mittels des Fernrohres auszurichten. Außerdem muß auch die vorgegebene Richtung auf die die Nut ausgerichtet werden soll markiert sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Justierung einer Nut parallel zu einer vorgegebenen Richtung anzugeben, das keinen hohen Aufwand erfordert und eine Anordnung anzugeben, mit der das Verfahren zur Justierung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 2 gelöst und bezüglich der Anordnung durch Anordnungen mit den Merkmalen der Patentansprüche 9 oder 10. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 3 bis 8 angegeben. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung ist in Anspruch 11 beschrieben.

Das Verfahren weist den Vorteil auf, daß kein großer Aufwand an Meßgeräten notwendig ist. Die Justage kann leicht durchgeführt werden und einfach kontrolliert werden. Die Messung des Abstandes zweier Auftreffpunkte beziehungsweise die Feststellung der Deckung dieser beiden Punkte ist sehr einfach. Sie kann zudem mit hinreichender Genauigkeit durchgeführt werden. In der Praxis haben die Auftreffpunkte eine endliche Querschnittsfläche und der Mittelpunkt dieser Fläche oder der Schwerpunkt der Verteilung des auftreffenden Lichtes soll betrachtet werden. Eine große Auflösung bezüglich der Winkelgenauigkeit läßt sich dann erzielen, wenn das lichtdurchlässige Hilfselement beziehungsweise der lichtdurchlässige Zylinder sehr lang ist, das heißt der Abstand zwischen den beiden Stirn- beziehungsweise zwischen den beiden Grundflächen sehr groß ist. Das Material des lichtdurchlässigen Zylinders beziehungsweise Hilfselementes sollte so gewählt sein, daß es einen großen Brechungsindex aufweist und zudem leicht und genau bearbeitbar ist. Der Brechungsindex sollte groß sein, da das erfindungsgemäße Verfahren den physikalischen Effekt ausnutzt, daß bei schrägem Einfall eines Lichtstrahls auf einen planparallelen Körper der Strahl durch entgegengesetzt gleiche Brechung an beiden Planflächen parallel versetzt wird. Der parallele Versatz ist um so größer, je schräger der Lichteinfall und je größer der Brechungsindex des Körpers ist. Mit dem beschriebenen Verfahren läßt sich eine Nut von beliebigem Querschnitt und aus beliebigem Material justieren, da ein Hilfselement beziehungsweise Zylinder eingesetzt wird, um die Justage durchzuführen. Es ist besonders vorteilhaft, den Körper mit der Nut zur Justage um zwei zueinander senkrechte Achsen zu drehen, da die Justage in den beiden Richtungen dadurch voneinander unabhängig wird. Zur Messung des Abstandes zwischen den verschiedenen Auftreffpunkten kann sowohl ein Schirm dienen, auf dem die Punkte markiert werden, als auch ein CCD-Chip, mit dessen Hilfe die Auftreffpunkte beispielsweise in einer Speichereinheit abgespeichert werden können. Es ist aber auch möglich eine Aufweitungsoptik mit einer nachgeschalteten Kamera zu verwenden. Während der Einsatz eines Schirmes besonders einfach und unaufwendig ist, ist das Verfahren durch den Einsatz eines CCD-Chips automatisierbar und mit der nachgeschalteten Kamera kann eine besonders hohe Auflösung erreicht werden. Wenn das lichtdurchlässige Hilfselement sehr genau gearbeitet ist, das heißt wenn die Stirnflächen genau senkrecht zur longitudinalen Vorzugsrichtung der Nut stehen, wenn das Hilfselement in diese eingelegt ist, so genügt es bei jeder Lageveränderung des Körpers mit der Nut nur einen Auftreffpunkt zu markieren. Sollte es jedoch nicht sichergestellt sein, daß die Stirnflächen senkrecht zur longitudinalen Vorzugsrichtung der V-Nut stehen, so ist es besser einen Zylinder zu verwenden, der in der Nut gedreht werden kann und für jede neue Stellung des Körpers mit der Nut mehrere Auftreffpunkte aufzuzeichnen, die dadurch erzeugt werden, daß der Zylinder in der Nut gedreht wird. Bei fester Stellung des Körpers mit der Nut sollten die verschiedenen Auftreffpunkte bei Drehung des Zylinders auf einer Ellipse liegen. Wenn der Körper mit der Nut parallel zur vorgegebenen Richtung justiert ist, liegen die verschiedenen Auftreffpunkte, die durch Drehung des Zylinders erzeugt wurden, auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt mit dem Auftreffpunkt ohne Einsatz des Zylinders zusammenfällt.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1a bis 1c das Prinzip der Justage mit einem lichtdurchlässigen Hilfselement mit planparallelen Stirnflächen,

Fig. 2 den Lichteinfall bei V-Nut mit eingelegtem Zylinder in erster Stellung und

Fig. 3 den Lichteinfall bei V-Nut mit eingelegtem Zylinder in zweiter Stellung.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt den physikalischen Effekt aus, daß bei schrägem Einfall eines Lichtstrahls auf einen planparallelen Körper der Lichtstrahl durch entgegengesetzt gleiche Brechung an beiden Planflächen parallel versetzt wird. In Fig. 1a befindet sich in der vorgegebenen Richtung 2 ein Hilfselement 11, dessen Stirnflächen 12 zueinander parallel sind. Ein in der vorgegebenen Richtung 2 einfallendes Bündel parallelen Lichts 9 wird durch das lichtdurchlässige Hilfselement 11, dessen Brechungsindex n < 1 ist, zweifach gebrochen, so daß das aus dem Hilfselement 11 austretende Lichtbündel parallel zur vorgegebenen Richtung 2 versetzt ist. Auf einem Schirm 3, wie er auch in Fig. 1b dargestellt ist, erkennt man einen ersten Auftreffpunkt 4, der den Schnittpunkt zwischen vorgegebener Richtung 2 und Schirm 3 markiert und einen zweiten Auftreffpunkt 5, der den Schnittpunkt des Bündel parallelen Lichts mit dem Schirm 3 markiert. Der zweite Auftreffpunkt ist gegen den ersten Auftreffpunkt versetzt. Dreht man das Hilfselement nun derart, daß die vorgegebene Richtung 2 senkrecht auf den Stirnflächen 12 steht, so fällt der erste Auftreffpunkt mit dem zweiten Auftreffpunkt zusammen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ohne Einsatz des Hilfselementes der erste Auftreffpunkt 4 auf dem Schirm 3 markiert. Dann wird das Hilfselement 11, das in eine Nut in einem Körper eingelegt wird, in den Strahlengang gebracht. Dadurch erfährt das von einer Lichtquelle erzeugte Bündel parallelen Lichts eine doppelte Brechung. Ist das Hilfselement 11 und somit auch die Nut gegen die vorgegebene Richtung 2 geneigt, so entsteht ein zweiter Auftreffpunkt 5, der mit dem ersten Auftreffpunkt 4 nicht zusammenfällt. Durch Drehung der Nut und somit auch des Hilfselementes um zur vorgegebenen Richtung transversale Achsen können die beiden Auftreffpunkte in Deckung gebracht werden. Die Nut ist dann parallel zur vorgegebenen Richtung justiert. In Fig. 1c ist der justierte Zustand dargestellt, indem die vorgegebene Richtung 2 senkrecht zu den Stirnflächen 12 des Hilfselementes 11 steht und das Bündel parallelen Lichts 9 im Auftreffpunkt 4 auf den Schirm 3 trifft.

Bei der oben beschriebenen Vorgehensweise setzt man voraus, daß die Stirnflächen 12 des Hilfselementes 11, wenn das Hilfselement in die Nut eingelegt ist, senkrecht zur longitudinalen Vorzugsrichtung der Nut stehen. Möchte man berücksichtigen, daß die beiden Stirnflächen zwar zueinander parallel, aber beim Einlegen des Hilfselementes 11 in die Nut gegen die longitudinale Vorzugsrichtung der Nut geneigt sind, so kann man das Verfahren nach Patentanspruch 2 einsetzen. Das Hilfselement ist dann beispielsweise ein lichtdurchlässiger Zylinder 6, wie er in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Der Zylinder weist elliptische Grundflächen auf und eine kreisförmige Schnittfläche, wobei die Schnittfläche senkrecht zur Mantelfläche steht. Eine Lichtquelle 1, beispielsweise ein Laser oder eine Lampe mit Kollimator und Lochblende ist derart angebracht, daß sie ein Bündel parallelen Lichts 9 mit kleiner Querschnittsfläche in der vorgegebenen Richtung 2 abstrahlt. Es kann auch eine Lampe mit einem Fadenkreuz zur Markierung verwendet werden. Ohne Einsatz des Zylinders 6 trifft das Bündel parallelen Lichts 9 auf ein Beobachtungsmittel beispielsweise ein CCD-Chip 3 auf. Dieser erste Auftreffpunkt 4 wird markiert. Legt man dann den Zylinder 6 in die Nut 7, die sich in einem Körper 10 befindet, ein, so wird das Bündel parallelen Lichts 9 auch dann zweimal gebrochen und somit parallel abgelenkt, wenn die Vorzugsrichtung der Nut mit der vorgegebenen Richtung 2 zusammenfällt. Dreht man den Zylinder 7 jedoch in der Nut, so beschreibt der zweite Auftreffpunkt 5 auf dem CCD-Chip 3 einen Kreis. Zwei verschiedene Stellungen des Zylinders und die zugehörigen Strahlengänge sind in den Fig. 2 und 3 in Ansicht, Draufsicht und Seitenansicht dargestellt. Der Kreis, den der zweite Auftreffpunkt 5 bei Drehung des Zylinders 6 beschreibt, ist derart angeordnet, daß sein Mittelpunkt mit dem ersten Auftreffpunkt 4 zusammenfällt, wenn die longitudinale Vorzugsrichtung der Nut 7 mit der vorgegebenen Richtung 2 zusammenfällt. Ist die Nut 7 gegen die vorgegebene Richtung geneigt, so beschreibt der zweite Auftreffpunkt 5 bei Drehung des Zylinders 6 eine Ellipse, die nicht symetrisch zum ersten Auftreffpunkt 4 angeordnet ist. Mit einem CCD-Chip und einer angeschlossenen Auswerteeinheit, kann bestimmt werden, wann der zweite Auftreffpunkt 5 einen Kreis um den ersten Auftreffpunkt beschreibt. Dann ist die Nut 7 parallel zur vorgegebenen Richtung 2 einjustiert. Durch die Drehung des Zylinders 6 wird eine sehr genaue Justage der Nut ermöglicht, die auch automatisiert werden kann. Zudem werden geringe geometrische Abweichungen des Zylinders ausgeglichen.

Claims

1. Verfahren zum Justieren einer Nut, derart, daß die longitudinale Vorzugsrichtung (8) der Nut (7) parallel zu einer vorgegebenen Richtung (2) verläuft, mit den folgenden Verfahrensschritten:
Eine Lichtquelle (1) wird derart angeordnet, daß ein Bündel parallelen Lichts (9) mit einer kleinen Querschnittsfläche in der vorgegebenen Richtung (2) abgestrahlt wird,
ein Körper (10) mit der Nut (7) wird so angeordnet, daß die longitudinale Vorzugsrichtung (8) der Nut (7) näherungsweise parallel zur vorgegebenen Richtung (2) verläuft,
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
In die Nut (7) wird ein lichtdurchlässiges Hilfselement (11) mit planparallelen Stirnflächen (12) und einem Brechungsindex n < 1 eingelegt, wobei das Bündel parallelen Lichts (9) an einer Stirnfläche (12) des Hilfselements (11) in dieses eintritt und an der zweiten Stirnfläche (12) wieder austritt und die Stirnflächen (12) senkrecht zur longitudinalen Vorzugsrichtung (8) der Nut (7) verlaufen,
der Körper (10) mit der Nut (7) wird so lange um zwei zur vorgegebenen Richtung (2) transversale Richtungen gedreht, bis das aus dem Hilfselement (11) austretende Bündel parallelen Lichts mit der vorgegebenen Richtung (2) zusammenfällt.

2. Verfahren zum Justieren einer Nut, derart, daß die longitudinale Vorzugsrichtung (8) der Nut (7) parallel zu einer vorgegebenen Richtung (2) verläuft, mit den folgenden Verfahrensschritten:
Eine Lichtquelle (1) wird derart angeordnet, daß ein Bündel parallelen Lichts (9) mit einer kleinen Querschnittsfläche in der vorgegebenen Richtung (2) abgestrahlt wird,
ein Körper (10) mit der Nut (7) wird so angeordnet, daß die longitudinale Vorzugsrichtung (8) der Nut (7) näherungsweise parallel zur vorgegebenen Richtung (2) verläuft,
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
in die Nut wird ein lichtdurchlässiger Zylinder (6) mit elliptischen Grundflächen und mit kreisförmiger Schnittfläche, wobei die Schnittfläche senkrecht zur Mantelfläche steht, und mit einem Brechungsindex n < 1, derart eingelegt, daß das Bündel parallelen Lichts (9) an einer Grundfläche (13) des Zylinders (6) in diesen eintritt und an der zweiten Grundfläche (13) wieder austritt,
der Zylinder (6) wird in der Nut (7) gedreht,
der Körper (10) mit der Nut (7) wird so lange um zwei zur vorgegebenen Richtung (2) transversale Richtungen gedreht, bis das aus dem Zylinder austretende Bündel parallelen Lichts bei einer Umdrehung des Zylinders (6) einen zur vorgegebenen Richtung (2) konzentrischen Kreis beschreibt.

3. Verfahren zum Justieren einer Nut nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel parallelen Lichts (9) auf ein Beobachtungsmittel (3) trifft und ein erster Auftreffpunkt (4) ohne den Einsatz des lichtdurchlässigen Hilfselements (11) markiert wird und der Körper (10) mit der Nut (7) so lange gedreht wird, bis der Auftreffpunkt (5) unter Einsatz des lichtdurchlässigen Hilfselements (11) mit dem ersten Auftreffpunkt (4) zusammenfällt.

4. Verfahren zum Justieren einer Nut nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel parallelen Lichts (9) auf ein Beobachtungsmittel (3) trifft und ein erster Auftreffpunkt (4) ohne den Einsatz des lichtdurchlässigen Zylinders (6) markiert wird und der Körper (10) mit der Nut (7) so lange gedreht wird, bis das Bündel parallelen Lichts bei einer Umdrehung des Zylinders (6) einen Kreis beschreibt, dessen Mittelpunkt mit dem ersten Auftreffpunkt (4) zusammenfällt.

5. Verfahren zum Justieren einer Nut nach einem der Patentansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Beobachtungsmittel (3) eine Aufweitungsoptik mit nachgeschalteter Kamera oder ein CCD-Chip oder ein Schirm eingesetzt werden.

6. Verfahren zum Justieren einer Nut nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) mit der Nut (7) um zwei zueinander senkrechte Richtungen gedreht wird.

7. Verfahren zum Justieren einer Nut nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Nut (7) eine V-Nut oder eine Nut mit rechteckigem Querschnitt eingesetzt werden.

8. Verfahren zum Justieren einer Nut nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein lichtdurchlässiges Hilfselement (11) beziehungsweise ein lichtdurchlässiger Zylinder (6) aus Glas eingesetzt werden.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Lichtquelle (1) vorgesehen ist, die ein Bündel parallelen Lichts (9) mit einer kleinen Querschnittsfläche in einer vorgegebenen Richtung (2) abstrahlt,
daß ein Körper (10) mit einer Nut (7) derart angeordnet ist, daß die longitudinale Vorzugsrichtung (8) der Nut näherungsweise parallel zur vorgegebenen Richtung (2) verläuft,
daß ein lichtdurchlässiges Hilfselement (11) mit planparallelen Stirnflächen und einem Brechungsindex n < 1 in die Nut (7) einlegbar ist, derart, daß das Bündel parallelen Lichts (9) an einer Stirnfläche des Hilfselements in dieses eintritt und an der zweiten Stirnfläche wieder austritt und daß die Stirnfläche (12) senkrecht zur longitudinalen Vorzugsrichtung (8) der Nut (7) verlaufen,
daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Auftreffpunkte des Bündel parallelen Lichts (9) mit und ohne Einsatz des lichtdurchlässigen Hilfselements (11) markiert werden können.

10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Lichtguelle (1) vorgesehen ist, die ein Bündel parallelen Lichts (9) mit einer kleinen Querschnittsfläche in einer vorgegebenen Richtung (2) abstrahlt,
daß ein Körper (10) mit einer Nut (7) derart angeordnet ist, daß die longitudinale Vorzugsrichtung (8) der Nut näherungsweise parallel zur vorgegebenen Richtung (2) verläuft,
daß ein lichtdurchlässiger Zylinder (6) mit elliptischen Grundflächen (13) und mit kreisförmiger Schnittfläche, die senkrecht zur Mantelfläche steht, und mit einem Brechungsindex n < 1 in die Nut (7) drehbar einlegbar ist, derart, daß das Bündel parallelen Lichts (9) an einer Grundfläche (13) des Zylinders (6) in diesen eintritt und an der zeiten Grundfläche (13) wieder austritt,
und daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Auftreffpunkte des Bündels parallelen Lichts mit und ohne Einsatz des lichtdurchlässigen Zylinders (6) markiert werden können.

11. Anordnung nach einem der Patentansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Markierung derart ausgebildet sind, daß der Abstand zwischen verschiedenen Auftreffpunkten bestimmt werden kann.