DD245039A1 - OPTICAL POSITIONABLE DEVICE - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optisch positionierbare Einrichtung fuer Fluchtungs-, Geradheits- und Rechtwinkligkeitsmessungen an Maschinen und Messgeraeten mit dem Ziel, vor allem den Gebrauchswert von Einrichtungen fuer derartige Messungen zu erhoehen. Aufgabe ist es vor allem, eine am Zielort kippinvariante, Intensitaets- und Kontrastverluste sowie Streulichteinfluesse vermeidende Einrichtung zu schaffen. Die Einrichtung umfasst ein optisches Abbildungssystem, welches ein zweistufig abbildendes Fernrohrsystem zur verkleinerten Abbildung einer, in eine Einstellebene am Zielort virtuell durch einen Projektionsstrahlengang abgebildeten Strichmarke oder eines Laserlichtfleckes. Im oder am Gehaeuse der Einrichtung ist in der Einstellebene oder in einer dazu konjugierten Ebene eine Einstellmarke oder eine fotoelektrische Empfaengeranordnung angeordnet. Fig. 2The invention relates to an optically positionable device for alignment, straightness and perpendicularity measurements on machines and measuring instruments with the aim of increasing, above all, the usefulness of devices for such measurements. The main task is to create an intensity and contrast loss that avoids tilting at the destination as well as a device that avoids stray light influences. The device comprises an optical imaging system, which has a two-stage imaging telescope system for the reduced imaging of a line mark or a laser light spot, which is virtually imaged into a setting plane at the destination by a projection beam path. In or on the housing of the device, an adjustment mark or a photoelectric receiver arrangement is arranged in the adjustment plane or in a plane conjugate thereto. Fig. 2

Description

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabebei einer optisch positionierbaren Einrichtung für Fluchtungs-, Geradheits- und Rechtwinkligkeitsmessungen mit einem Gehäuse, in welchem eine Zieimarke oder ein fotoelektrischer Empfänger angeordnet ist, und welche in einem Laser- oder Projektionsstrahlengang am zu vermessenden oder zu positionierenden Meßobjekt anbringbar sind, wobei im Gehäuse im Raum zwischen Zielmarke oder Empfängeranordnung und Projektionssystem oder Laser ein optisches Abbildungssystem und optische Elemente zur Erzeugung eines Beobachtungs-oder Abtaststrahlenganges vorgesehen sind, dadurch gelöst, daß das optische Abbildungssystem ein zweistufig abbildendes, ein erstes und ein zweites optisches Glied umfassendes Teleskopsystem zur verkleinerten reellen Abbildung einer in die Einstellebene am Meßobjekt virtuell durch den Projektionsstrahlengang abgebildeten Strichmarke oder eines dorthin virtuell abgebildeten Laserlichtfleckes ist, und daß im oder am Gehäuse der Einrichtung in dieser Einstellebene oder in einer dazu konjugierten Ebene eine Einstellmarke oder eine fotoelektrische Empfängeranordnung angeordnet ist.According to the invention, this object is met with an optically positionable device for alignment, straightness and perpendicularity measurements with a housing in which a Zieimarke or a photoelectric receiver is arranged, and which can be attached in a laser or projection beam to be measured or positioned to be measured object an optical imaging system and optical elements for generating an observation or scanning beam path are provided in the housing in the space between target mark or receiver arrangement and projection system or laser, achieved in that the optical imaging system to a two-stage imaging, a first and a second optical member comprehensive telescope system to reduce is a real illustration of a in the adjustment plane on the measurement object virtually by the projection beam path depicted stroke mark or a virtual there imaged laser light spot, and that in or on the housing of Einri An adjustment mark or a photoelectric receiver arrangement is arranged in this adjustment plane or in a plane conjugate thereto.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn in der bildseitigen Brennebene des, dem Projektionssystem oder Laser benachbarten ersten optischen Systems eine Streulichtblende angeordnet ist.It is advantageous if a stray light diaphragm is arranged in the image-side focal plane of the first optical system adjacent to the projection system or laser.

Ferner ist es vorteilhaft, daß am Gehäuse in der Einstellebene eine Aufsetzfläche oder Elemente zur Lokalisierung der Einrichtung am Meßobjekt vorgesehen sind.Furthermore, it is advantageous that a mounting surface or elements for locating the device are provided on the DUT on the housing in the adjustment plane.

Vorteilhaft ist bei Anwendung der Erfindung, daß durch die Ausschaltung von Streulicht, durch Verringerung der Intensitätsverluste des Lichtes und durch Verbesserung des Kontrastes der lichttechnische Wirkungsgrad mit minimalem technischen Aufwand verringert wird. Das Überbrücken größerer Entfernungen bei Fluchtungsmsssungen wird ermöglicht. Durch die justiergerechte Ausführung der Einrichtung und die Tatsache, daß der kippinvariante Punkt des optischen Abbildungssystems an eine beliebige Stelle gelegt werden kann, ist die Einrichtung vielseitig und mit hohem Gebrauchswert einsetzbar.It is advantageous in application of the invention that is reduced by the elimination of scattered light, by reducing the intensity loss of light and by improving the contrast of the lighting efficiency with minimal technical effort. The bridging of larger distances in alignment measures is made possible. By the Justiergerechte execution of the device and the fact that the tilt-inverted point of the optical imaging system can be placed anywhere, the device is versatile and can be used with high utility value.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Äusführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below to Äusführungsbeispielen. In the accompanying drawing show

Fig. 1: den Grundaufbau der Einrichtung und ihre Anordnung im Laser-oder Projektionsstrahlengang,1 shows the basic structure of the device and its arrangement in the laser or projection beam path,

Fig.2: Strahlengang und Abbildungsverhältnisse der Einrichtung,2: beam path and imaging conditions of the device,

Fig. 3: eine Einrichtung für visuelle Benutzung undFig. 3: a device for visual use and

Fig.4: eine Einrichtung für fotoelektrische Messungen.4 shows a device for photoelectric measurements.

In Fig. 1 ist der Grundaufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung und ihre Anordnung im Strahlengang eines Lasers oder eines Fluchtfernrohres mit Projektionseinrichtung (Kollimator) 1 dargestellt. Die Projektionseinrichtung 1 umfaßt in an sich bekannter Weise eine Lichtquelle und Mittel zur Projektion oder Abbildung einer Strichmarke (nicht dargestellt) oder eines Laserlichtfleckes in eine entfernte Einstellebene E, die am Meßobjekt 2 liegt. Im aufgeweiteten Strahlengang 3 des Lasers oder der Projektionseinrichtung 1 befindet sich am Meßobjekt 2 die erfindungsgemäße Einrichtung, welche in einem Gehäuse 4, ein erstes und ein zweites optisches Glied 5 und 6 umfassendes Fernrohrsystem zur verkleinerten, reellen Abbildung der Strichmarke in die Einstellebene E sowie Mittel 7 und 8 zur visuellen Beobachtung der Einstellebene E umfaßt, in welcher der Achspunkt P, der der Durchstoßpunkt der optischen Achse 9 durch die Einstellebene E ist, liegt. An der Projektionseinrichtung 1 ist vorteilhaft eine Beobachtungsanordnung 10zurvisuellen Beobachtung der Einstellebene E angeordnet.In Fig. 1, the basic structure of the device according to the invention and its arrangement in the beam path of a laser or a telescopic sight with projection device (collimator) 1 is shown. The projection device 1 comprises, in a manner known per se, a light source and means for projecting or imaging a bar mark (not shown) or a laser light spot into a remote adjustment plane E lying on the object to be measured 2. In the expanded beam path 3 of the laser or the projection device 1 is located on the object to be measured 2 the device according to the invention, in a housing 4, a first and a second optical member 5 and 6 comprehensive telescope system for reduced, real image of the stroke in the adjustment level E and means 7 and 8 for visual observation of the adjustment plane E, in which the axis point P, which is the puncture point of the optical axis 9 through the adjustment plane E, is located. An observation arrangement 10 for visual observation of the adjustment level E is advantageously arranged on the projection device 1.

Gemäß Fig. 2 wird das Laserlichtbündel oder die durch die Projektionseinrichtung projizierte Strichmarke auf die Einstellebene E gerichtet. Die Größe des Laserlichtfleckes oder die Bildgröße der Strichmarke in der Einstellebene E ist mit y (Bild der Strichmarke) bezeichnet. W_oegen der Abschaltung durch das in den Strahlengang 3 eingeschaltete erste optische Glied 5 bleibt das Bild der Strichmarke y virtuell. Das Glied 5 bildet jedoch die Strichmarke oder den Laserlichtfleck reell als verkleinertes Zwischenbild y' in einer Zwischenbildebene 11 ab. Dieses Zwischenbild y' wird durch das zweite optische Glied 6 auf der Einstellebene E auf dem Meßobjekt 2 als Bild Y" abgebildet. Es werden also die Einstellebene E und damit der Achspunkt P vorn, aus den Gliedern 5 und 6 bestehenden optischen Abbildungssystem verkleinert und mit erhöhter Intensität in sich als E" bzw. P" abgebildet. Jeder auf den Achspunkt P gerichtete, von außen kommende Strahl trifft auf P= P". In diesem Punkt ist damit das optische Abbildungssystem gegen Schieflagen zu diesem Strahl invariant. In Fig. 2 wurde das optische Abbildungssystem der Einrichtung vereinfacht als afokales optisches System dargestellt, bei welchen der bildseitige Brennpunkt F₁' des ersten optischen Gliedes 5 und der dingseitige Brennpunkt F₂ des zweiten optischen Gliedes 6 zusammenfallen. Es ist jedoch auch möglich, daß F₁' und F₂ an verschiedenen Orten auf der optischen Achse 9 liegen. Ferner kann auch zwecks Vorzeichenumkehr für das Bild y" den optischen Gliedern 5 oder 6 ein Umkehrsystem nachgeordnet sein. Insbesondere bei Verwendung eines Laserlichtbündels ist es zwecks Vermeidung von Streulicht vorteilhaft, im bildseitigen Brennpunkt F-J eine Streulichtblende vorzusehen.According to FIG. 2, the laser light beam or the line mark projected by the projection device is directed to the adjustment plane E. The size of the laser light spot or the image size of the line mark in the adjustment level E is denoted by y (image of the line mark). W _o egen the shutdown by the turned-on in the beam path 3 first optical member 5 is the image of the bar mark y virtually. However, the member 5 forms the stroke mark or the laser light spot real as a reduced intermediate image y 'in an intermediate image plane 11. This intermediate image y 'is imaged as the image Y "by the second optical element 6 on the adjustment plane E on the measurement object 2. Thus, the adjustment plane E and thus the axis point P are reduced in front, and the optical imaging system consisting of the elements 5 and 6 is included Increased intensity in itself as E "or P" imaged Each directed to the axis point P, coming from the outside beam hits P = P ". At this point, the optical imaging system is thus invariant against imbalances to this beam. In Fig. 2, the optical imaging system of the device has been simplified as an afocal optical system shown, in which the image-side focal point F ₁ 'of the first optical member 5 and the dingseitige focus F _{2 of} the second optical member 6 coincide. However, it is also possible that F ₁ 'and F _{2 are located} at different locations on the optical axis 9. Furthermore, a reversing system can also be arranged downstream of the optical members 5 or 6 for the purpose of reversing the sign. <br/><br/> In particular when using a laser light bundle, it is advantageous for the purpose of avoiding scattered light to provide a scattered light diaphragm in the image-side focal point FJ.

Die Einrichtung für visuelle Beobachtung gemäß Fig. 3 umfaßt im Gehäuse 4 das erste und das zweite optische Glied 5 und 6 sowie die dazwischen angeordnete Streulichtblende 12. Dem Glied 6 nachgeordnet ist ein Strahlenteiler! 3 im Strahlengang. Das . von der Projektionseinrichtung kommende Strahlenbündel 14, das heißt, das Strichbild oder der Laserfleck, wird durch die Glieder 5 und 6 auf die am Meßobjekt 2 liegende Einstellebene E und über den Strahlenteiler 13 auf eine Zielmarke 15 oder, bei Anwendung eines Laserlichtbündels, auf einen fotoelektrischen Empfänger abgebildet, wobei die Einstellebene E und die die Zielmarke 15 umfassende Ebene optisch konjugierte Ebene sind. Die Beobachtung erfolgt durch ein im Gehäuse 4 angeordnetes Betrachtungssystem 16. An Gehäuse 4 ist in der Einstellebene E eine Aufsetzfläche 17 oder ein anderes Element zur Lokalisierung der Einrichtung am Meßobjekt 2 vorgesehen.The device for visual observation according to FIG. 3 comprises in the housing 4 the first and the second optical members 5 and 6 as well as the scattered light diaphragm 12 arranged therebetween. A beam splitter is arranged downstream of the member 6! 3 in the beam path. The . Coming from the projection device beams 14, that is, the line image or the laser spot, by the members 5 and 6 to the lying on the measurement object 2 setting level E and the beam splitter 13 on a target 15 or, when using a laser light beam on a photoelectric Receiver, wherein the adjustment plane E and the plane comprising the target 15 are optically conjugate plane. Observation is made by a viewing system 16 arranged in the housing 4. An attachment surface 17 or another element for locating the device on the test object 2 is provided on the housing 4 in the adjustment plane E.

Zum Einstellen wird die Einrichtung auf dem Meßobjekt 2, z.B. einer mit einer Teilung versehenen Meßplatte, so bewegt, daß sich der auf die Einstellebene E abgebildete Lichtfleck oder die Strichmarke als Spiegelbild y'" mit der Zielmarke 15 deckt. In dieser Stellung erfolgt die Ablesung z.B.der Teilung durch das Betrachtungssystem 16.For adjustment, the device on the measuring object 2, e.g. a graduated measuring plate is moved so that the light spot or bar mark reflected on the adjustment plane E coincides with the target mark 15 as a mirror image y '' '.

Bei der Einrichtung für fotoelektronische Messungen nach Fig. 4 sind die optischen Glieder 5 und 6 so im Gehäuse 4 angeordnet, daß der bildseitige Brennpunkt des ersten optischen Gliedes 5 und der dingseitige Brennpunkt des zweiten optischen Systems 6 an μ η!θΓί«Λΐ»ι i ay-ll i/iliön Hrtan <ii ii riar /~vr\*-ir?^l-iaf» Λ *^1-ΐί>α Q liöi-iön In rl ar· C 1 nt^+eil lohono C iot eii f-ΐ I Oi-ioöi-ni-if 1 nr-Hicher f r\+t-\ al ω L"+ r\ er h or4, the optical members 5 and 6 are arranged in the housing 4 so that the image-side focal point of the first optical member 5 and the dingseitige focal point of the second optical system 6 to μ η! ΘΓί «ι» i ay-llll Hrtan <ii ii riar / ~ vr \ * - ir ^ l-iaf »Λ * ^ 1-ΐί> α Q liöi-iön In rl ar · C 1 nt ^ + eh lohono C iot eii f-ΐ I Oi-ioöi-ni-if 1 nr-hicher fr \ + t- \ al ω L "+ r \ er h or

Empfänger 18 vorhanden, der im vorliegenden Falle benutzt wird, um ein Lager 19 auszufluchten. Es wird so eingesetzt, daß der Achspunkt (kippinvarianter Punkt) P = P" des Abbildungssystems und der Mittelpunkt der Kalotten 20 des Lagers 19 deckungsgleich sind. Drehlagenungenauigkeiten des Abbildungssystems der Einrichtung und des das Meßobjekt darstellenden Lagers 19 gegenüber dem einfallenden Strahlenbündel 21 bleiben ohne Einfluß auf die Messungen.Receiver 18 is present, which is used in the present case to register a warehouse 19. It is used so that the axis point (tilt-inverted point) P = P "of the imaging system and the center of the dome 20 of the bearing are congruent 19. Dregelagenungenauigkeiten the imaging system of the device and the object to be measured bearing 19 against the incident beam 21 remain without influence on the measurements.

Claims (3)

Patentansprüche:claims: 1. Optisch positionierbare Einrichtung für Flüchtlings-, Geradheits- und Rechtwinkligkeitsmessungen mit einem Gehäuse, in welchem eine Zielmarke oder ein fotoelektronischer Empfänger angeordnet ist, und welche in einem Laser- oder Projektionsstrahlengang am zu vermessenden oder zu positionierenden Meßobjekt anbringbar sind, wobei im Gehäuse im Raum zwischen Zielmarke oder Empfängeranordnung und Projektionssystem oder Laser ein optisches Abbildungssystem und optische Elemente zur Erzeugung eines Beobachtungs- oder Abtaststrahlenganges vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Abbildungssystem ein zweistufig abbildendes, ein erstes und ein zweites optisches Glied umfassendes Teleskopsystem zur verkleinerten reellen Abbildung einer in die Einstellebene am Meßobjekt virtuell durch den Projektionsstrahlengang abgebildeten Strichmarke oder eines dorthin virtuell abgebildeten Laserlichtfleckes ist, und daß im oder am Gehäuse der Einrichtung in dieser Einstellebene oder in einer dazu konjugierten Ebene eine Einstellmarke oder eine fotoelektrische Empfängeranordnung angeordnet ist.1. Optically positionable device for refugee, straightness and perpendicularity measurements with a housing in which a target mark or a photoelectronic receiver is arranged, and which can be attached in a laser or projection beam path to be measured or positioned object to be measured, wherein in the housing in Space between target or receiver assembly and projection system or laser optical imaging system and optical elements for generating an observation or scanning beam path are provided, characterized in that the optical imaging system comprises a two-stage imaging, a first and a second optical member comprehensive telescope system for reduced real image of a is in the adjustment plane on the measurement object virtually by the projection beam path imaged stroke mark or a virtual virtually imaged there laser light spot, and that in or on the housing of the device in this setting level o in a plane conjugate to an adjustment mark or a photoelectric receiver array is arranged. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in derbildseitigen Brennebene des, dem Projektionssystem oder Laser benachbarten ersten optischen Systems eine Streulichtblende angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that in the image-side focal plane of the projection system or laser adjacent the first optical system, a scattered light aperture is arranged. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse in der Einstellebene eine Aufsetzfläche oder Elemente zur Lokalisierung der Einrichtung am Meßobjekt vorgesehen sind.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the housing in the adjustment plane, a contact surface or elements for locating the device are provided on the measurement object. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine optisch positionierbare Einrichtung für Fluchtungs-, Geradheits- und Rechtwinkligkeitsmessungen an Meßgeräten und Maschinen. Sie ist geeignet, angewendet zu werden u. a. zur Ermittlung von Bewegungsabläufen an Schlitten bei Messungen, bei der Montage und beim Aufbau von Werkzeugmaschinen und technischen Anlagen, bei Geradheits- und Rechtwinkligkeitsmessungen bei der Justierung und Abnahme von Meßgeräten und bei visuell oder automatisch durchzuführenden Lasernivellements.The invention relates to an optically positionable device for alignment, straightness and perpendicularity measurements on measuring instruments and machines. It is suitable to be applied u. a. for the determination of movements of slides in measurements, in the assembly and construction of machine tools and technical equipment, in straightness and squareness measurements in the adjustment and acceptance of measuring instruments and in visually or automatically to be performed laser leveling. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Aus der DD-PS 136070 ist eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Fluchtungs- und Richtungsmessung bekannt, bei welcher Strahlverschiebungen an zwei unterschiedlichen Orten im Strahlengang eines Teleskopes gemessen werden, um aus der Differenz beider auf Richtungsabweichungen gegenüber einem Laserlichtbündel schließen zu können. Ein Meßort ist dabei über "erneii Strahlenteiler der vorderen Hauptebene eines Projektives zugeordnet und der andere befindet sich vorzugsweise in der Austrittspupille des optischen Systems, wobei die Ebene, in der sich der zweite Meßort befindet, als Bildebene bezeichnet wird, weil sich hier der Bildort der Einstellebene befindet, die vorzugsweise mit der Eintrittspupille übereinstimmt. Einstell- und Empfängerebene sind also nicht vereint, und der kippvariante Punkt des optischen Systems liegt außerhalb der Empfängerebene.From DD-PS 136070 a device for simultaneous alignment and direction measurement is known in which beam shifts are measured at two different locations in the beam path of a telescope in order to conclude from the difference between the two on directional deviations from a laser light bundle. A measuring location is assigned via "erneii beam splitter of the front main plane of a projective and the other is preferably located in the exit pupil of the optical system, wherein the plane in which the second measuring location is referred to as the image plane, because here the location of the Adjustment level is located, which preferably coincides with the entrance pupil.Setting and receiver level are therefore not united, and the tilting point of the optical system is outside the receiver plane. Es ist eine optisch positionierbare Einrichtung vorgeschlagen worden, bei welcher im Raum zwischen Zielmarke oder Empfängeranordnung und einem Projektionssystem ein eingliedriges Abbildungssystem so angeordnet ist, daß die Zielmarkenoder Empfängerebene von der bildseitigen Hauptebene des Abbildungssystems einen Abstand kleiner oder gleich dessen bildseitiger Brennweiten besitzt. Es sind ferner optische Elemente zur Erzeugung eines Beobachtungs- oder Abtaststrahlenganges vorgesehen. Da mit dieser Einrichtung vor allem tiefliegende Bohrungen oder abgesetzteFlächen meßtechnisch zugänglich gemacht werden, liegen Einstell- und Empfängerebene auseinanderund somit der kippinvariante Punkt des Abbildungssystems nicht in der Empfänger-oder Zielmarkenebene. Bei einem Fluchtungsmeßsystem mit feststehendem Empfänger und beweglichem Sensor ist der Empfänger kippempfindlich und erfordert zu Beginn der Messungen gesonderte Vorkehrungen, um brauchbare Signale zu erhalten. Ohne zusätzliche optische Mittel ist die Abbildung des Lichtfleckes auf dem Empfänger nicht erkennbar.It has been proposed an optically positionable device in which in the space between target or receiver assembly and a projection system, a einliedriges imaging system is arranged so that the target or receiver plane of the image-side main plane of the imaging system has a distance less than or equal to the image-side focal lengths. There are also provided optical elements for generating an observation or scanning beam path. Since, in particular, deep-set holes or offset surfaces are made accessible by means of this device, the setting and receiver planes are apart and thus the tilt-inverted point of the imaging system is not in the receiver or target plane. In a fixed receiver and moving sensor alignment system, the receiver is susceptible to tilting and requires extra precautions at the beginning of the measurements to obtain useful signals. Without additional optical means the image of the light spot on the receiver is not visible. Ziel der ErfindungObject of the invention Es ist Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes derTechnikzu beseitigen und mit minimalem technischen Aufwand die Vielseitigkeit der Anwendung und den Gebrauchswert von Einrichtungen für insbesondere Fluchtungsmessungen zu erhöhen.It is an object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art and to increase with minimal technical effort the versatility of the application and the utility of devices for particular alignment measurements. Wesen der ErfindungEssence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optisch positionierbare Einrichtung für Fiuchtungs-, Geradheits- und Rechtwinkligkeitsmessungen zu schaffen, bei der in einfacher Weise der kippinvariante Punkt des optischen Systems einer Empfängeranordnung an den jeweiligen, die Empfänger- bzw. Beobachtungsebene einschließenden Zielort am Meßobjekt gebracht wird und bei welcher unter Verwendung eines aufgeweiteten optischen Strahlenbündels Intensitäts- und Kontrastverluste sowie Streulichteinflüsse am Zielort vermieden werden.The invention has for its object to provide an optically positionable device for Fiuchtungs-, straightness and perpendicularity measurements, in which brought in a simple way, the tilt-invariant point of the optical system of a receiver assembly to the respective, the receiver or observation level enclosing destination on the measurement object and in which intensity and contrast losses and scattered light influences at the destination are avoided by using an expanded optical beam.