DD220393A1

DD220393A1 - Vorrichtung fuer gleichzeitige fluchtungs- und richtungsmessung mit optischem ausgang

Info

Publication number: DD220393A1
Application number: DD25434083A
Authority: DD
Inventors: Werner Krieg
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-08-30
Filing date: 1983-08-30
Publication date: 1985-03-27

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE VORRICHTUNG FUER GLEICHZEITIGE FLUCHTUNGS- UND RICHTUNGSMESSUNG MIT OPTISCHEM AUSGANG MIT DEM ZIEL, DIE MESSZEITEN UND DIE STOERANFAELLIGKEIT ZU VERRINGERN. AUFGABE IST ES VORALLEM, EINE KABELLOSE ANORDNUNG FUER DERARTIGE MESSUNGEN ZU SCHAFFEN. DIE VORRICHTUNG UMFASST EINE MIT DEM MESSOBJEKT VERSCHIEBBARE ANORDNUNG MIT EINEM STRAHLENTEILERELEMENT, WELCHES AN SEINER STRAHLENTEILERFLAECHE MEHRERE BEREICHE UNTERSCHIEDLICHEN TRANSMISSIONS- UND REFLEXIONSGRADES BESITZT UND DASS IN DER ANORDUNG VORGESEHENE, ALS TRIPELPRISMEN AUSGEBILDETE REFLEKTOREN IN FESTER ZUORDNUNG ZUEINANDER ANGEORDNET SIND.

Description

Titel: Vorrichtung für gleichzeitige Fluchtungs- und Richtungsmessung mit optischem Ausgang

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für gleichzeitige O Fluchtungs- und Richtungsmessung mit optischem Ausgang,..insbesondere zur Abnahme und Justierung von Meßgeräten und Werkzeugmaschinen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen In der Meßtechnik ist es allgemein bekannt, getrennt Fluchtungs- und Richtungsmessungen mit Autokollimations- und ,,Fluchtfernrohren,-sowie dazugehörigen Reflektoren und Strichmarken durchzuführen· '

Nach Räntsch "Die Optik in der Feinmeßtechnik", Carl Häuser¹ Verlag, München 1949, Seiten 243 f·£·, werden für Richtungs- _. messungen Reflektoren mit ungerader Anzahl reflektierender ^ Flächen zusammen mit Autokollimationsfernrohren oder Kollimator und Fernrohr benutzt· Auch können zwei Reflektoren mit gerader Flächenzahl zusammen mit einem Kollimator oder ein Fernrohr mit Zielmarke dazu Anwendung finden.

Bei Fluchtungsmessungen sind zusammen mit Fernrohr, Zielmarke oder gerichtetem Laserstrahl ein Reflektor mit gerader Anzahl reflektierender Flächen oder ein Tripelprisma vorgesehen· (Räntsch, Seite 233 bis 235)

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Hierbei ist es jedoch nachteilig, daß Fluchtungs- und Richtungsmessungen nicht mit den gleichen Anordnungen auszuführen sind. Der gerätetechnische Aufwand ist hoch und die Umrüst- und Meßzeiten sind lang·

Bei einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Fluchtungs- und Richtungsmessung nach DD-PS 136 070 ist in der bei den Messungen entlang dem Meßobjekt zuvverschiebenden Baugruppe im Strahlengang des Fluchtungsmessers ein Strahlenteiler zur Ausblendung eines weiteren Strahlenganges vorgesehen, wobei in den Meßebenen beider Strahlengänge fotoelektrische Wandlereinheiten mit in Ροπή yon Sektoren ausgebildeten Wandlerelementen angeordnet sind, welche mit einer elektronischen Auswert eschaltung verbunden sind· Diese Vorrichtung fuhrt jedoch ein Signalkabel zur Auswerteschaltung mit, welches bei den Messungen, insbesondere an langen Meßobjekten, Erschwernisse und Störungen verursachen kann·

Ziel der Erfindung ;

Es ist Ziel der Erfindung, die Sachteile des Standes der Tech nik zu beseitigen und die Meßzeiten und die Störanfälligkeit bei den Messungen zu verringern. /)

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kabellose Anordnung mit' optischem Ausgang für gleichzeitige Fluchtungsund Richtun^smessungen zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer derartigen Vorrichtung für gleichzeitige Fluchtungs- und Richtungsmessung mit optischem Ausgang, umfassend eine Laserlichtquelle mit Strahlungsstabilisator¹, welche ein auf unendlich fokusiertes Strahlenbündel aussendet und welche gegenüber dem Meßobjekt ortsfest angeordnet sind, und eine mit dem Meßobjekt verschiebbare Anordnung, welche, in einem Gehäuse angeordnet, ein Strahlenteilerelement und vorzugsweise als Tripelprisma ausgebildete Reflektoren umfaßt, und strahllageempfindliche

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fotoelektrische Wandlerelemente zur Erzeugung von Fluchtungsund Richtungssignalen, dadurch gelöst, daß das in der Anordnung liegende Strahlenteilerelement an seiner Strahlenteilerfläche im Strahlengang zwischen den Reflektoren und den Wandlerelementen mehrere Bereiche unterschiedlichen Trans missions und/oder Reflexionsgrades besitzt, und daß die Reflektoren in fester Zuordnung zueinander im Gehäuse der verschiebbaren Anordnung angeordnet sind·

Eine vorteilhafte Vorrichtung ergibt sich, wenn im Strahlengang zwischen dem Strahlenteilerelement und mindestens einem der Reflektoren die Polarisationsebene des Lichtes drehende Elemente vorgesehen sind, daß das Strahlenteilerelement einen polarisationsoptisch wirksamen Bereich enthält, und daß den Wandlerelementen ein Polarisationsteiler im Strahlengang vorgelagert ist. , _] ^:

Eine.weitere Vorrichtung ergibt sich, wenn? das Strahlenteiler element eine Planparallelplatte ist, welche schräg in den Strahlengängen zwischen Laserlichtquelle und Tripelprisma einerseits und Tripelprisma und Wandlerelementen andererseits angeordnet ist und vorzugsweise auf ihrer, dem Tripelprisma zugewandten Fläche zwei durchlässige, einen teildurchlässigen und einen voll reflektierenden Bereich umfaßt. Die Teilerfläche des Strahlenteilerelementes besitzt zwei teildurchlässige und einen volldurchlässigen Bereich oder, bei Arbeit mit polarisiertem Licht, einen teildurchlässigen und einen polarisationsoptisch wirksamen teildürchlässigen Bereich·

Besonders vorteilhaft ist es, daß, die strahllageempfindlichen fotoelektrischen Wandlerelemente zusammen mit der Laserlichtquelle (2) und dem Strahlenstabilisator (3) ortsfest in einer Baueinheit angeordnet sind» ,

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... ' ; ' - 4 -

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich eine Verkürzung der Meß- und'Rüstzeiten, weil gleichzeitig sowohl Pluchtungs- als auch Richtungsmessungen durchgeführt werden können. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit in mehreren Preiheitsgraden die Wirkung von Justierungen zu beobachten· Durch Vermeidung von Signalkabeln an der verschiebbaren Anordnung werden Erschwernisse und Störquellen bei den Messungen beseitigt und eine hohe Betriebssicherheit erreicht· < .

Ausführung^ beispiel . -. . '

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In der Zeichnung zeigen

Pig. 1 eine Vorrichtung mit zwei Tripelprismen als Reflektoren,

Pig. 2 eine Ansicht in der Strahlenebene auf Pig· 1, Pig· 3 eine verschiebbare Anordnung mit polarisations-

pptischen Elementen

«Pig· 4 eine Draufsicht in der Strahlenebene auf Pig. •' ι und /

Pig. 5 eine Vorrichtung mit Planparallelplatte und Tripelprisma · '-'·

Die in den Piguren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 'zur gleichzeitigen Pluchtungs- und Richtungsmessung an Meßobjekten 1 umfaßt eine Laserlichtquelle 2 mit nachgeordnetem Strahlenstabillsator 3, welche ortsfest auf einer Basis 4». z.B· Maschinenbett, angeordnet sind. Vorzugsweise bilden dabei die Laserlichtquelle 2, der Strahlungsstabilisator und strahllageempfindliche, fotoelektrische Wandlerelernende 5.J 6 z.B· Sektorenfotoelemente oder -empfänger, eine bauliche Einheit. Auf dem Meßobjekt 1 ist bei den Messungen eine in Pfeilrichtung 7 verschiebbare Anordnung 8 aufgesetzt, die in einem'Gehäuse 9 ein Strahlenteilerelemente in Porm eines zusammengesetzten Teilerprismas und in senkrechter Ebene um 90°versetzte, als Tripelspiegel oder

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-prisma ausgebildete Reflektoren 11; 12 umfaßt. Die Strahlenteilerfläche 13 des Strahlenteilerelementes 10 besitzt mehrere Bereiche 14; 15; 16 mit unterschiedlichem Trans--. missions- und/oder Reflexionsgrad· Die beiden Reflektoren 11, 12 sind in fester Zuordnung zueinander im Gehäuse 9 angeordnet· Nach der Ausführung von Fig. 1 und 2 ist der Bereich 16 teildurchlässig verspiegelt, der Bereich 14 vollverspiegelt und der Bereich 15 voll lichtdurchlässig·

Das von der Laserlichtquelle 2 ausgesandte und durch den Strahlenstabilisator 3 lagestabilisierte Lichtbündel 17 (Fig. 2) wird im Bereich 16 der Strahlenteilerfläche 13 in zwei Bündel 18; 19 aufgespalten, von denen das Bündel 18 über den Reflektor 11 und den Bereich 14 des Strahlenteilerelementes 10 zum Wandlerelement 6 und das Bündel 19 über den Reflektor 12 und den Bereich 15 des Strahlenteilerelementes 10 zum· Wandlerelement 5 geführt werden.

Ihre meßtechnischen Eigenschaften erhält die gesamte Anordnung 8 durch die feste Zuordnung der Reflektoren 11; Aufgrund der optischen Gesetze der Reflexion ergibt sich im Strahlengang des Bündels 18 ein Spiegelbild 11^f des Reflektors 11· Das auf das Wandlerelement 6 treffende Bündel 18 verhält sich somit so, als ob das Licht von einem Reflektor an der. Stelle des Spiegelbildes 11· umgelenkt worden wäre· Infolgedessen trägt das auf das Wandlerelement treffende Bündel TB Informationen zur Meßwertgewinnung für die Fluchtungsmessung bezogen auf den dem Spiegelbild 11* zugeordneten Tripelpunkt. Das vom Reflektor 12 über den Bereich 15 auf das Wandlerelement 5 treffende Bündel 19 enthält bei Parallelversetzung der Anordnung 8 (Fluchtungsmessung) die gleichen Informationen wie das Bündel 18· Beide Wandlerelemente 5;6 liefern bei der Fluchtungsmessung gleiche Signale an eine nichtdargestellte Auswerteeinrichtung.

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Bei einer Richtungsänderung der gesamten Anordnung 8,

ζ·Β· beim Verschieben derselben entlang dem Meßobjekt 1, beschreiben die Tripelpunkte des ReiLektors 12 und des Spiegelbildes 11· des Reflektors 11 unterschiedliche Wege , (Bögen)· Die Differenz der daraus resultierenden Verschiebungen ist ein Maß für die Richtungsabweichung des Meßobjektes 1 im Bezug auf das vom Strahlungsstabilisator 3 ausgehende. Licht bündel 17· Sie wird von einem Rechner in der Auswerteeinrichtung aus den Signalen .der.Wandlerelemente 5; 6 unter Berücksichtigung des Abstandes der Tripelpunkte gebildet· .

/ ι

Die in den Piguren 3 und 4 dargestellte Anordnung.9 zur Plüchtungs- und Richtungsmessung beruht auf dem grundsätzlich gleichen, im Zusammenhang mit Pig. 1 und 2 dargelegten Prinzip· TJm jedoch den Einfluß der Luftunruhe in zwei räumlich getrennten Strahlenbündeln bei der Richtungsmessung auszuschalten, werden die von den Reflektoren 11 und 12 reflektierten Bündel 20; 21 nach dem Durchlaufen polarisierender Elemente 22, ζ·Β· einer -^?'-Platte, und polarisationsoptisch wirksamer Teilerflächen 23 eines den Wandlerelementen 5; 6 vorgelegten Polarisationsteilers und eines Strahlenteilerelementes 25 (Bereich 26) den Wandlerelementen 5; 6 auf einem gemeinsamen Wege zugeführt« Im Strahlenteilerelement 25 ist der Bereich 27 teildurchlässig verspiegelt,und der Bereich 26 ist polarisationsoptisch wirksam·

Ein auf das Strahlenteilerelement 25 treffendes Lichtbündel 28 wird im Bereich 27 in zwei Bündel 20;21 aufgespalten· Eines der Bündel 20 wird über den Reflektor 11, den Bereich 26 und das andere Bündel 21 über den Reflektor 12 durch das polarisierende Element 22 und den Bereich 26 geleitet·

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Beide Bündel 20; 21 ,besitzen nach dem Passieren des Strahlenteilerelementes 25 einen verschiedenen Polarisationszustand und werden auf einem gemeinsamen Wege dem Polarisationsteiler 24 zugeleitet, an dessen Teilerfläche 23 eine Trennung der Bündel 20; 21 erfolgt* Die getrennten Bündel werden den Wandlerelementen 5; 6 zugeführt·

Gemäß der Fig· 5 umfaßt die Anordnung 8 in ihrem Gehäuse 9 einen als Tripelprisma 29 ausgebildeten Reflektor und eine schräg in den Strahlengängen zwischen Tripelprisma 29 und Laserlichtquelle 2 bzw· Strahlungsstabilisator 3 angeordnete Planparallelplatte 30, welche auf ihrer dem Tripelprisma 29 zugewandten Fläche zwei durchlässige Bereiche 31.; 32, einen teildurchlässigen Bereich 33 und einen voll reflektierenden Bereich 34, welcher analog zu den Anordnungen nach den Figuren 1 bis 4 die Funktion eines weiteren Reflektors übernimmt·

Bei Fig· 5 durchläuft das vom Stabilisator 3 kommende Lichtbündel 35 den durchlässigen Bereich 31 der Planparallelplatte 30, wird am Tripelprisma 29 reflektiert und am teildurchlässigen Bereich 33 in ein durchgehendes Bündel 36 und ein reflektiertes Bündel 37 aufgespalten· Das Bündel 37 wird nach mehrmaliger Reflekxion am Tripelprisma 29 und am reflektierenden Bereich 34 und nach Durchlaufen des durchlässigen Bereiches 32 dem Wandlerelement 6 zugeführt. Das Bündel,36 trifft auf das Wandlerelement 5· Bündel 36 wird bei Veränderungen gegenüber seiner Ausgangslage um den doppelten Betrag der Verschiebung der Tripelspitze 38 verschoben, enthält also Informationen über die Fluchtung· Bündel 37 wird bei Richtungsabweichungen zuzüglich um den doppelten Betrag des Bogens der Spitze 38* des Spiegelbildes 29' des Tripelprismas 29 verlagert und umfaßt somit Richtungsinformationen· Die von den Wandlerelementen 5;6 gelieferten Signale werden dann nach bekannter Art weiterverarbeitet·

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Claims

Erfindungsanspruch

1· Vorrichtung für gleichzeitige Fluchtungs- tmd Richtungsmessung mit optischem Ausgang, umfassend eine LaserlichtquelLe mit Strahlungsstabilisator, welche ein auf unendlich fokussiertes Strahlenbündel aussendet und welche gegenüber dem Meßo_tgekt ortsfest angeordnet sind, und „ ' eine mit dem Meßobjekt verschiebbare Anordnung, welche, in einem Gehäuse angeordnet, ein Strahlenteilerelement und vorzugsweise als Tripelprisma ausgebildete Reflektoren umfaßt, und strahllageempfindliche fotoelektrische Wandlerelemente_;zur Erzeugung von Fluchtungs- und Richtungssignalen, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Anordnung liegende Strahlenteilerelement, an seiner Strahlenteilerflache im Strahlengang zwischen den Reflektoren und den Wandlerelementen mehrere Bereiche unterschiedlichen Transmissions- und/oder Reflexionsgrades besitzt, und daß die Reflektoren in fester Zuordnung zueinander im Gehäuse der verschiebbaren Anordnung angeordnet sind·

2. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen dem Strahlenteilerelement und mindestens einem der Reflektoren die Polarisationsebene des Lichtes drehende Elemente vorgesehen sind, daß das Strahlenteilerelement einen polarisationsoptisch wirksamen Bereich enthält und daß den Wandlerelementen ein Polari-

\ sationsteiler im Strahlengang vorgelagert ist»

3· Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenteilerelement eine''Planparallelplatte ist, welche schräg in den Strahlengängen zwischen Laserlichtquelle und Tripelprisma einerseits und Tripelprisma und Wandlerelementen andererseits angeordnet ist und vorzugsweise auf ihrer, dem Tripelprisma zugewandten Fläche zwei durch-

\ lässige, einen teildurchlässigen und einen voll reflektierenden Bereich umfaßte

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4· Vorrichtung nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerfläche des Strahlenteilerelementes zwei teildurchlässige und einen voll durchlässigen Bereich besitzt· .

5· Vorrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerfläche des Strahlenteilerelementes einen teildurchlässigen und einen polarisationsoptisch wirksamen Bereich * besitzt. .

6« Vorrichtung nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die strahllageempfindlichen fotoelektrischen Wandlerele- (" / mente zusammen mit der Laserlichtquelle (2) und dem Strahlenstabilisator (3) ortsfest in einer Baueinheit angeordnet sind·

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Zeichni:;;