DE4107299A1

DE4107299A1 - Verfahren und anordnung zur beruehrungslosen erfassung und/oder justierung des zentrierungsfehlers optisch wirksamer flaechen

Info

Publication number: DE4107299A1
Application number: DE19914107299
Authority: DE
Inventors: Olaf Dipl Ing Mollenhauer; Bodo Gesell; Stephan Springsguth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-07
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1992-09-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur berührungslosen Erfassung und/oder Justierung des Zentrie rungsfehlers optisch wirksamer Flächen, insbesondere rota tionssymmetrischer, sphärischer optischer Bauelemente mit reflektierenden Oberflächen. Der Einbau von optischen Bau elementen, insbesondere von rotatorischen optischen Linsen und Spiegeln, in Geräten oder Baugruppen setzt die Fixierung der optischen Achse dieser optischen Bauelemente bezüglich einer mechanischen Achse voraus. Weicht die optische Achse von einer geforderten Lage bezüglich der mechanischen Achse ab, so liegt eine Dezentrierung vor. Zur Gewährleistung des funktionellen Zusammenhanges der optischen Bauelemente in Baugruppen oder Geräten, die sie enthalten, muß der Zentrie rungsfehler hinreichend beseitigt werden. Dabei spielen Verfahren und Anordnungen, mit denen die Lage der optischen Bauelemente bezüglich einer mechanischen Aufnahme gezielt verändert wird, eine besondere Rolle.

Der bekannte Stand der Technik beschreibt Verfahren, bei denen eine auf einer Ringschneide aufliegende und um eine Systemachse rotierende Linse mittels Autokollimationsver fahren o.a. hinsichtlich ihrer Relativlage zur Rotations achse kontrolliert und durch Manipulation zentriert wird.

Dabei werden beide optisch wirksamen Flächen mittels eines Reflexbildgerätes von einer Seite bzw. mit zwei gegenüber der jeweiligen Fläche angeordneten Reflexbildegeräten über prüft.

Der technische Aufwand und die Anforderungen hinsichtlich einer dabei notwendigen Vorzentrierung der Linse sowie exakten geometrischen Anordnung des Reflexbildgerätes und Justiereinrichtung ist hoch und die meßtechnische Auswertung der Lage der Linse zur Rotationsachse bei ungünstiger Lage der Krümmungsmittelpunkte der optisch wirksamen Flächen problematisch.

Die Erfassung der Dezentrierung der Linse erfolgt durch visuelle und elektronische Auswertung eines optischen Sig nals. Eine elektronische Auswertung erfolgt beispielsweise mittels ortsabhängiger oder ortsunabhängiger fotoelek trischer Sensoren.

Bekannt sind fotoelektrische Empfänger (US-PS 1 09 217. US-PS 35 42 476), bei denen die Empfängerfläche in vier Teilsektoren aufgeteilt ist, wodurch eine Ortsauflösung ermöglicht wird. Weiterhin sind Anordnungen ortsunbhängiger Empfänger bekannt, bei denen das optische Signal mit dreh barer Halbblende (DD-PS 2 45 058) oder Graukeil (DD-PS 1 39 311) moduliert und die Intensitätsänderung elektronisch ausgewertet wird.

Der Nachteil bei diesen Verfahren liegt in dem hohen Aufwand bei der elektronischen Auswertung sowie der aufwendigen Justierung der Auswerteeinrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur berührungslosen Erfassung und Justierung des Zentrierungsfehlers optisch wirksamer Flächen, insbesondere rotationssymetrischer, sphärischer optischer Bauelemente mit reflektierenden Oberflächen, zu schaffen, wobei die den Zentrierungsfehler hervorrufende Dezentrierung der optisch wirksamen Flächen bezüglich einer mechanischen Aufnahme Sensors erfasst und die Lage des optischen Bauelements gezielt verändert werden soll, bis eine zentrierte Lage bezüglich der mechanischen Aufnahme vorliegt.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst nach dem Anfahren einer Aus gangsposition zwischen einem faseroptischen Sensor und der mit einem Zentrierungsfehler behafteteten optisch wirksamen Fläche eine rotatorische Relativbewegung eingeleitet wird.

Nachfolgend wird der faseroptische Sensor derart posi tioniert, daß Anteile eines vom senderseitigen Lichtwellen leiter des faseroptischen Sensors ausgesendetes Strahlungs bündels nach Reflexion an der optisch wirksamen Fläche von den empfängerseitigen Lichtwellenleiter des faseroptischen Sensors empfangen werden.

Durch das sich anschließende Verschieben und/oder Verkippen wird die Lage des optischen Bauelementes so verändert, daß sich die Amplitude des von dem senderseitigen Lichtwellen leiter empfangenen periodischen Signals, dessen Amplitude durch den Zentrierungsfehler und die Frequenz durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der rotatorischen Relativbewegung bestimmt ist, verringert. Der Vorgang der Positionierung des faseroptischen Sensors mit anschließender Manipulation des optischen Bauelementes wird solange wiederholt, bis der Wechselanteil des empfangenen Signals hinreichend klein ist. Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einer Aufnahme, auf der sich die optisch wirksame Fläche befindet, mindestens einem, die Lage der optisch wirksamen Fläche verändernden, von einer Positioniereinrichtung bewegten Justiermanipulator und einer Auswerte- und Steuerungs einrichtung mit faseroptischem Sensor sowie einem eine rotatorische Relativbewegung zwischen Aufnahme und faser optischen Sensor erzeugenden Antrieb mit Lageerkennung wobei vor der optisch wirksamen Fläche ein mit einer Posi tioniereinrichtung verbundener faseroptischer Sensor ange ordnet ist.

Eine Anpassung an die geometrisch optischen Eigenschaften der optisch wirksamen Fläche, die die Abbildung des senderseitigen Strahlungsbündels auf den faseroptischen Sensor beeinflußt, erfolgt durch senderseitige und empfän gerseitige Lichtwellenleiter, die über eine mit ihnen ver bundene Positioniereinrichtung zu einander verschiebbar und/oder verkippbar sind, oder mehrere empfängerseitigen Lichtwellenleiter, die in unterschiedlichen Abständen neben dem senderseitigen Lichtwellenleiter angeordnet sind, und/oder einer Formgebung der Stirnflächen der Lichtwellen leiter bzw. einem optisches System, daß vor dem faser optischen Sensor angebracht ist.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazu gehörendern Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Anordnungsschema zur berührungslosen Erfassung und Justierung des Zentrierungsfehlers optisch wirksamer Flächen,

Fig. 2 Strahlengang bei der Antastung der optisch wirk samen Fläche durch das optische Bauelement,

Fig. 3 Lageänderung des reflektierten Strahlungskegels beim Auftreffen auf die empfängerseitigen Licht wellenleiter.

Fig. 1 zeigt das Anordnungsschema zur berührungslosen Erfas sung und Justierung des Zentrierungsfehlers optisch wirksamer Flächen mittels faseroptischen Sensors, bei dem das optische Bauelement 10 sich auf einer Ringschneide 11, die mit der Aufnahme mit rotatorischem Antrieb 12 verbunden ist, befindet. Der Justiermanipulator mit positionier einrichtung 4 ist neben der Aufnahme mit rotatorischem Antrieb 12 und Lageerkennung bzw. optischem Bauelement 10 deart angeordnet, daß er das optische Bauelement 10 bezüg lich des faseroptischen Sensors 14 verschiebt und/oder ver kippt.

Dem optischen Bauelement 10 gegenüberliegend ist ein faser optischer Sensor 14, bestehend aus mit einem Sendebauelement 5 verbundenem senderseitigen Lichtwellenleiter 7 und zwei benachbarten empfängerseitigen Lichtwellenleitern 6, 6′ ange ordnet. Der empfängerseitige Lichtwellenleiter 6 ist mit der Positioniereinrichtung 3 verbunden, die eine Relativlagen änderung zwischen den empfängerseitigen und senderseitigen Lichtwellenleitern 6, 6′, 7 bewirkt. Der faseroptische Sensor 14 ist mit einer Positioniereinrichtung 2 verbunden, die den faseroptischen Sensor 14 bezüglich des optischen Bauelementes 10 verschiebt und/oder verkippt.

Die positioniereinrichtungen 2, 3, 4 sowie das Sendebau element 5 sind mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung 1 verbunden.

Die optische Achse des optischen Bauelementes 10, gebildet durch eine gedachte Verbindung der Krümmungsmittelpunkte der oberen und unteren optisch wirksamen Flächen 8, 9, weist einen Zentrierungsfehler bezüglich der mechanischen, mit der Rotationsachse der Aufnahme mit Antrieb 12 fluchtenden Achse der Ringscheide 11 auf. Gemäß des ersten Verfahrensschrittes wird der faseroptische Sensor 14 durch die positionier einrichtungen 2, 3 in eine Ausgangslage gebracht.

Nachfolgend wird durch den rotatorischen Antrieb der Auf nahme und Lageerkennung 12 eine Relativbewegung zwischen dem optischen Bauelement 10 und dem faseroptischen Sensor 14 eingeleitet.

Anteile eines vom senderseitigen Lichtwellenleiter 7 auf das rotierende optische Bauelement 10 abgebildeten divergenten Strahlungsbündels werden durch die obere optisch wirksame Fläche 8 reflektiert. Das reflektierte Strahlungsbündel ändert periodisch seine Richtung, wobei die Rotations geschwindigkeit die Periode und die Abweichung der Lage der oberen optisch wirksamen Fläche 8 das Maß der Richtungs änderung beeinflussen. Bei feststehendem faseroptischen Sensor 14 ist die Richtungsänderung des reflektierten Strahlungsbündels unabhängig von der Relativlage des sender seitigen Lichtwellenleiters 7 bezüglich der oberen optisch wirksamen Fläche 8.

Im folgenden Verfahrensschritt wird der faseroptische Sensor 14 durch die positioniereinrichtung 2 bezüglich der oberen optisch wirksamen Fläche 8 derart positioniert, daß das reflektierte Strahlungsbündel auf die empfängerseitigen Lichtwellenleiter 6, 6′ trifft. Dabei ist vorzugsweise der in Fig. 3 dargestellte Fall zu erreichen, bei dem die Rand strahlen des reflektierten Strahlungsbündels die Stirn flächen der empfängerseitigen Lichtwellenleiter 6, 6′ schneiden und durch die Richtungsänderung des reflektierten Strahlungsbündels eine Anderung der bestrahlten Flächen der empfängerseitigen Lichtwellenleiter eintritt.

Mit einer, durch die Fositioniereinrichtung 3 bewirkten, Relativlagenänderung zwischen senderseitigem und empfänger seitigen Lichtwellenleiter 7, 6, 6′ ist ebenfalls eine Posi tionierung des empfängerseitigen Lichtwellenleiters 6 in den Strahlengang des reflektierten Strahlungsbündels möglich. Die Amplitude des Wechselanteils des von den empfänger seitigen Lichtwellenleitern 6, 6′ empfangene Signals ist ein Maß der Dezentrierung der oberen optisch wirksamen Fläche 8. Der nachfolgende Verfahrensschritt ist gekennzeichnet durch die Ermittlung der Justierstellen und -stellgrößen aus dem Verlauf des empfangenen Signales und der rotatorischen Relativlage.

Anschließend wird das optische Bauelement 10 bezüglich des faseroptischen Sensors 14 mittels des Justiermanipulators mit Positioniereinrichtung 4 derart verschoben und/oder verkippt, daß eine Verringerung der Extrema des Wechsel anteiles des empfangenen Signales eintritt.

Die Verfahrensschritte des Positionierens des faseroptischen Sensors 14, der Ermittlung der Justierstellen und -größen sowie der anschließenden Manipulation wird solange wieder holt, bis der Wechselanteil des empfangenen Signals und damit die Dezentrierung der oberen optisch wirksamen Fläche 8 hinreichend klein ist.

Fig. 2 zeigt den Strahlengang bezüglich der unteren optisch wirksamen Fläche 9, deren Justierung analog zur oberen optisch wirksamen Fläche 8 erfolgt. Im Ergebnis der Justie rung ist die optische Achse des optischen Bauelementes 10 bezüglich der mechanischen Achse der Ringschneide 11 ausge richtet.

Liste der verwendeten Abkürzungen und Bezugszeichen

1 Auswerte- und Steuereinrichtung
2 Positioniereinrichtung für faseroptischen Sensor
3 Positioniereinrichtung für senderseitigen bzw. empfängerseitige Lichtwellenleiter
4 Justiermanipulator mit Positioniereinrichtung
5 Sendebauelement
6 empfängerseitige Lichtwellenleiter
7 senderseitiger Lichtwellenleiter
8 obere optisch wirksame Fläche
9 untere optisch wirksame Fläche
10 optisches Bauelement
11 Ringschneide
12 Aufnahme für Ringschneide mit rotatorischem Antrieb und Lageerkennung
13 sich ändernde bestrahlte Fläche der Empfangsfasern
14 faseroptischer Sensor

Claims

1. Verfahren zur berührungslosen Erfassung und/oder Justie rung des Zentrierungsfehlers optisch wirksamer Flächen, insbesondere von optischen Linsen, wobei die optisch wirksame Fläche eine Rotationsbewegung um eine Achse aus führt, zu der die optisch wirksame Fläche ausge richtet werden soll, durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

a) Anfahren einer anordnungsspezifischen Ausgangslage zwischen einem faseroptischen Sensor (14) und der mit einem Zentrierungsfehler behafteten optisch wirksamen Fläche (8);
b) Positionieren des faseroptischen Sensors (14) zur optisch wirksamen Fläche (8) derart, daß ein vom faser optischen Sensor (14) ausgesandtes Strahlungsbündel nach dessen Reflexion an der optisch wirksamen Fläche (8) vom faseroptischen Sensor (14) als sich mit der Frequenz der rotatorischen Relativbewegung änderndes periodisches Signal empfangen wird;
c) Ermitteln der Justierstellen und -stellgrößen aus dem Verlauf des empfangenen Signals und der rotatorischen Relativlage;
d) Verschieben und/oder Verkippen der optisch wirksamen Fläche (8) bezüglich des faseroptischen Sensors (14) derart, daß eine Verringerung der Extrema des Wechsel anteils des empfangenen Signals eintritt,
e) Wiederholung des Vorgangs unter b) bis d) bis der Wechselanteil des empfangenen Signals hinreichend klein ist.

2. Anordnung zur berührungslosen Erfassung und/oder Justie rung des Zentrierungsfehlers optisch wirksamer Flächen bestehend aus einer Aufnahme, auf der sich die optisch wirksame Fläche befindet, mindestens einem, die Lage der optisch wirksamen Fläche verändernden, von einer Positioniereinrichtung bewegten Justiermanipulator und einer Auswerte- und Steuerungseinrichtung mit faser optischem Sensor, bestehend aus mindestens einem sender seitigen Lichtwellenleiter mit Sendebauelement und mindestens einem Empfangsbauelement, sowie einem eine rotatorische Relativbewegung zwischen Aufnahme und faser optischen Sensor erzeugenden Antrieb mit Lageerkennung dadurch gekennnzeichnet, daß der faseroptische Sensor (14) der optisch wirksamen Fläche (8) gegenüber steht und durch eine Positionier einrichtung (2) bezüglich der optisch wirksamen Fläche (8) bewegbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß senderseitiger Lichtwellenleiter (7) und empfänger seitiger Lichtwellenleiter (6) durch eine Positionier einrichtung (3) zu einander verschiebbar und/oder ver kippbar angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere empfängerseitige Lichtwellenleiter (6) neben dem senderseitigen Lichtwellenleiter (7) so angeordnet sind, daß sich die Stirnflächen der empfängerseitigen Lichtwellenleiter (6) bei um die Achse des senderseitigen Lichtwellenleiters (7) gedachten Kreisbögen mit veränder lichen Radien nacheinander überlappen, aber mindesten berühren.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Lichtwellenleiter (6, 7) eine Formgebung erhalten, die ihre goemetrisch optischen Eigenschaften an die der optisch wirksamen Fläche (8) anpassen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß vor dem faseroptischen Sensor ein optisches System angeordnet ist, das die optische Abbildung des sender seitigen Strahlungsbündels an die geometrisch optischen Eigenschaften des zu justierenden optischen Bauelementes anpaßt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß für den senderseitigen Lichtwellenleiter (7) ersatz weise eine das Strahlungsbündel erzeugende Beleuchtungs einrichtung angeordnet ist.