DD252254A1 - Anordnung zur justierung und pruefung optischer ablenksysteme - Google Patents

Abstract

Die Anordnung zur Justierung und Pruefung optischer Ablenksysteme ist unter Labor- wie auch Serienbedingungen zur Bestimmung des Ablenkwinkels verstellbarer wie auch fester optischer Systeme einsetzbar. Ein Autokollimationsfernrohr erzeugt einen Pruefstrahl, der durch den Pruefling (Planspiegel, Prisma, Keil o. ae.) abgelenkt wird. Diese Ablenkung wird durch eine nachgeordnete, genau ausgemessene Funktionsbaugruppe kompensiert und zwar so, dass der Pruefstrahl in sich zurueck reflektiert wird. Die Auswertung erfolgt im AKF durch Lagevergleich (Deckungsgleichheit) von Strichbild und Reflexbild. Die Funktionsbaugruppe mit Etalongenauigkeit kann z. B. ausgefuehrt sein als Kompensationskeil, der sich zum Pruefling in Subtraktionsstellung befindet und dazugehoeriger Autokollimationsspiegel bzw. als Spiegel, der mechanisch so ausgerichtet wird, dass der Pruefstrahl senkrecht auf ihn auftritt, mit Verstelleinrichtung und Winkelanzeige.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Anordnung ist unter Labor- wie auch Serienbedingungen zur Bestimmung des Ablenkwinkels und zur Justierung verstellbarerwie auch fester optischer Ablenksysteme einsetzbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Optische Ablenksysteme sind aus ablenkenden Funktionselementen, zu denen Planspiegel, planparallele Platten, Prismen und Keile bzw. Kombinationen dieser untereinander gehören, aufgebaut.

Im optischen Präzisionsgerätebau werden höchste Anforderungen an die winkelgenaue Montage dieser Elemente und damit an die Genauigkeit der Bestimmmung des Ablenkwinkels gestellt.

Zur Messung des Ablenkwinkels von optischen Ablenksystemen bieten sich in der Praxis folgende prinzipielle optische Anordnungen an:

Variante 1

Kollimator-Prüfling-Prüffernrohr

Vom Kollimator wird ein Strichkreuz nach Unendlich abgebildet. Im Prüffernrohr, das ein Okular-Mikrometer enthält, wird das Bild des Strichkreuzes aufgefangen. Prüffernrohr und Mikrometer und Kollimator müssen zueinander entsprechend justiert werden. Durch den zwischen Kollimator und Prüffernrohr eingesetzten Prüfling wird das Licht je nach Lage des Prüflings abgelenkt. Dieser Ablenkwinkel wird mit Hilfe des Okular-Mikrometers und der Koinzidenzeinstellung Prüffernrohr-Mikrometer zahlenmäßig bestimmt.

Hohe Genauigkeiten können durch große Brennweiten erreicht werden, wodurch sich der Gesichtsfeldwinkel jedoch verkleinert.

Das Fernrohr wird dabei durch seine lange Brennweite handhabungsungünstig. Will man mit diesem Prinzip größere Ablenkungswinkel bestimmen, muß ein Aufbau nach dem Goniometerprinzip mit zusätzlichem Ablesefernrohr und dazugehörigem Teilkreis gewählt werden. Die gemessenen Ablenkwinkel sind jedoch durch das Ablesen am Teilkreis und den Teilungsfehler mit einem hohen subjektiven Fehler behaftet.

Variante 2

Autokollimationsfernrohr—Prüfling—Autokollimationsspiegel

Das AKF und der AK-Spiegel werden zueinander justiert. Das Strichkreuz des AKF wird vom AK-Spiegel zurückreflektiert und im AKF aufgefangen. Durch den zwischen AKF und AK-Spiegel eingesetzten Prüfling wird das auftreffende Licht abgelenkt und trifft um den Ablenkwinkel auf den AK-Spiegel auf, kommt nach dem Reflexionsgesetz um den doppelten Ablenkwinkel zurück und wird vom Prüfling nochmals gebrochen und im AKF aufgefangen.

Die Verdoppelung des Winkels bedingt den Einsatz kurzbrennweitiger Weitwinkel-AKF. Große Genauigkeiten können jedoch besser bei langen Brennweiten erreicht werden. Der Einfluß des subjektiven Meßfehlers kann durch die Winkelverdoppelung zwar verkleinert werden, begrenzt jedoch weiterhin die erreichbare Meßgenauigkeit.

Gebräuchliche Meßgeräte und Methoden zur Bestimmung von Winkeln und zum gegenseitigen Orientieren optischer Systeme zueinander sind in (Däumlich, F.,.Instrumentenkunde der Vermessungstechnik, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1974, S.55ff.) enthalten. Es handelt sich hierbei um eine Auswahl von Kollimatoren, Autokollimatoren verschiedener Produzenten mit Angabe des optischen Systems, des Meßbereichs der Meßeinrichtung und der Meßgenauigkeit. Mit ihnen sind die in Variante 1 und 2 dargestellten Meßprinzipien verwirklichbar.

Zur Senkung des Ablese- und Teilungsfehlers wird in dem Schutzrecht CH 448508 vorgeschlagen, zum mehrstufigen Ablesesystem'überzugehen. Eine Erhöhung der Meßgenauigkeit soll auch dadurch erreicht werden, daß das Ablesen mit elektrooptischen Mitteln und entsprechenden Mitteln zur Auswertung und Anzeige, also automatisch und weitestgehend ohne Mitwirkung des menschlichen Auges erfolgt (DE 3528955). Bekannt ist weiterhin, durch Mehrfachmessungen mit jeweiligem Verstellen des Teilkreises spezielle Teilungsfehler auszuschalten.

Dies erfordert zusätzlichen Meßaufwand, garantiert keinen vollen Erfolg und schließt den herstellungsseitig den Teilkreis anhaftenden Teüungs- und Meßfehler nicht aus.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit einer einfachen und kompakten optischen Anordnung die Messung großer Ablenkwinkel mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, durch einen veränderten optischen Aufbau und ein anderes Meßprinzip die Messung großer Ablenkwinkel und die Meßwertabnahme zu vereinfachen und damit die Messung von subjektiven Fehlerquellen zu befreien. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einer Anordnung zur Justierung und Prüfung optischer Ablenksysteme mit einem Autokollimationsfernrohr zur Erzeugung eines Prüfstrahls und einem Prüfling, der eine zu messende Ablenkung des Prüfstrahls bewirkt, dadurch gelöst, daß dem Prüfling im optischen Strahlengang eine eine Ablenkung des Prüfstrahls bewirkende genau ausgemessene Funktionsbaugruppe nachgeordnet ist, die hinsichtlich der bewirkenden Ablenkung sich in Subtraktionsstellung zum Prüfling befindet und den Prüfstrahl in Richtung Prüfling und Autokollimationsfernrohr zurücklenkt. Die Funktionsbaugruppe kann dabei so ausgelegt sein, daß sie entsprechend dem Erfordernis des Prüflings diskrete als auch kontinuierlich veränderbare Ablenkwinkel realisiert. Die eine Ablenkung und eine „in-sich-Reflexion" des Prüf Strahls bewirkende Funktionsbaugruppe kann beispielsweise bestehen aus

— einem Kompensationskeil fest vorgegebener Ablenkungswinkel und

— einem senkrecht zur optischen Achse des Autokollimationsfernrohrs einjustierten Autokollimationsspiegel oder

— einem Spiegel und

— einer mit ihm mechanisch gekoppelten Verstelleinrichtung mit Winkelanzeige (variable Ablenkungswinkel) zum jeweils senkrechten Ausrichten des Spiegels zum auftreffenden Prüfstrahl.

Die genau ausgemessene Funktionsbaugruppe kompensiert die durch den Prüfling bewirkte Ablenkung derart, daß es zu der o.g. „in-sich-Reflexion" des Prüfstrahls kommt. Angestrebt wird eine vollständige Kompensation der Ablenkung. Dadurch wird auch bei großem Ablenkungswinkel eine Auffassung des reflektierten Prüfstrahls durch das Autokollimationsfernrohr möglich. Die Bestimmung des Ablenkwinkels wird damit auf einen Lagevergleich von Strich- und Reflexbild des Prüfstrahls im Autokollimationsfernrohr zurückgeführt. Erfolgte eine vollständige Kompensation des Ablenkwinkels, d.h. Ablenkung der Funktionsbaugruppe ist gleich der des Prüflings, wird dies durch Deckungsgleichheit von Reflex- und Strichbild im Autokollimationsfernrohr angezeigt. Zusätzlich ist auch weiterhin eine zahlenmäßige Bestimmung des Ablenkwinkels entsprechend der Lageverschiebung der beiden Bilder möglich.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 dientder Erläuterung des 1. Ausführungsbeispiels Fig.2 dient der Erläuterung des 2. Ausführungsbeispiels

Die optische Anordnung zum Beispiel 1, Fig. 1 besteht aus folgenden₍nacheinander im optischen Strahlengang angeordneten Funktionselementen:

— Autokollimationsfernrohr 1

— Prüfling 2

— Kompensationskeil 3

— Autokollimationsspiegel 4

Das Autokollimattonsfernrohr 1 dient der Erzeugung des Prüfstrahlenganges und zur Ausmessung der Ablenkwinkel. Zur Gewährleistung hoher Auflösung und damit Genauigkeit ist die Verwendung eines langbrennweitigen abgewinkelten AKF's (Brennweite P 800mm) mit relativ kurzer kompakter Bauweise vorteilhaft

Bei dem Autokollimationsspiegel 4 handelt es sich um einen praxisüblichen Spiegel für AKF's.

Vor dem Einbringen des Prüflings 2 und des Kompensationskeils 3 in die optische Anordnung erfolgt eine Grundjustierung des Autokollimationsspiegels 4 in Seite und Höhe zum Autokollimationsfernrohr 1. Das Einbringen des Prüflings 2 in den optischen Strahlengang zwischen Autokollimationsfernrohr 1 und dem Kompensationskeil 3 und das Einbringen dieses Kompensationskeils 3 zwischen Prüfling 2 und Autokollimationsspiegel 4 erfolgt mittels justierbarer, nicht näher dargestellter Aufnahmen, die eine dem Nutzungs- und Anwendungsfall entsprechende, reproduzierbare Lage des Prüflings 2 und des Kompensationskeils 3 gewährleisten.

Die vom Autokollimationsfernrohr 1 ausgehenden Prüf strahlen werdenbeim Durchgang durch den Prüfling 2 entsprechend seinen optischen Eigenschaften (Brechkraft, prismatischer Winkel usw.) abgelenkt. Durch das Einschwenken des vorher einjustierten hochgenau vermessenen Kompensationskeils 3, dessen Ablenkrichtung entgegen der Ablenkrichtung des Prüflings 2 gerichtet ist und dessen Ablenkwinkel auf den des Prüflings abgestimmt ist, erfolgt im optischen Strahlengang eine Kompensation der durch den Prüfling 2 bewirkten Ablenkung. Die Prüfstrahlen breiten sich deshalb nach Durchlaufen des Kompensationskeils 3 genau in Richtung der optischen Achse zum Autokollimationsspiegel 4 aus, werden dort in sich reflektiert und nach erneutem Durchlaufen der optischen Anordnung vom Autokollimationsfernrohr 1 aufgefaßt. . «

Im Autokollimationsfernrohr 1 erfolgt dann die Bewertung (im geschilderten Fall deckungsgleiche Überlagerung von Strich kreuz und Reflexbild).

Bei Abweichung des vom Prüfling 2 erzeugten Ablenkwinkels vom Sollwinkel des Kompensationskeils 3 wird dieser Winkel vom Kompensationskeil 3 nicht vollständig korrigiert. Die sich ergebende Abweichung wird bei der Reflexion am Autokollimationsspiegel 4 verdoppelt, so daß der Prüfstrahl nicht in sich selbst, sondern mit der doppelten Winkelabweichung durch die optische Anordnung zurückläuft. Die Bewertung erfolgt dabei wieder im Autokollimationsfernrohr 1, wobei die durch den Kompensationskeil 3 eingebrachte Winkeländerung unter Beachtung des Vorzeichens berücksichtigt werden muß. Die optische Anordnung im Beispiel 2, Fig. 2 besteht ebenfalls aus einem Autokollimationsfernrohr 1 und dem ihm nachgeordneten Prüfling 2.

Die optischen Funktionseinheiten, die die Kompensation und die Reflexion bewirken, sind in einer Baugruppe bestehend aus Spiegel 5 und mechanisch mit ihm gekoppelter Verstelleinrichtung 6 mit Winkelanzeige 7, vereint. Der Spiegel 5 kann in der zur optischen Achse und zur Ablenkrichtung des Prüflings 2 senkrecht stehenden Achse definiert und feinfühlig mit Hilfe der Verstelleinrichtung 6 bewegt werden. Der Drehwinkel kann mit der mit ihm gekoppelten Winkelanzeige 7 bestimmt werden. Vor dem Einschwenken des Prüflings 2 in die optische Anordnung wird der Spiegel 5 zum Autokollimationsfernrohr 1 justiert (ähnlich dem der Autokollimation). Nach dem Einschwenken des Prüflings 2 wird der Spiegel 5 um den vom Prüfling bewirkten Ablenkungswinkel mit hoher Genauigkeit verdreht, so daß der vom Prüfling 2 abgelenkte Prüfstrahl senkrecht auf den Spiegel 5 trifft und in sich reflektiert wird.

Die Bewertung erfolgt, wie im Beispiel 1 erläutert, durch Lagevergleich von Strichbild und Reflexbild (Deckungsgleichheit). An der Winkelanzeige 7 kann der durch den Prüfling bewirkte Ablenkungswinkel abgelesen werden.

Claims (5)

1. Anordnung zur Justierung und Prüfung optischer Ablenksysteme mit einem Autokollimationsfernrohrzur Erzeugung eines Prüfstrahls und einem Prüfling, der eine zu messende Ablenkung des Prüfstrahls bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Prüfling (2) im optischen Strahlengang eine eine Ablenkung des Prüfstrahls bewirkende genau ausgemessene Funktionsbaugruppe nachgeordnet ist, die hinsichtlich der bewirkenden Ablenkung sich in Subtraktionsstellung zum Prüfling (2) befindet und den Prüfstrahl in Richtung Prüfling (2) und Autokollimationsfemrohr (1) zurücklenkt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ablenkend^genau ausgemessene Funktionsbaugruppe diskrete Ablenkwinkel ermöglicht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ablenkende₍genau ausgemessene Funktionsbaugruppe kontinuierlich veränderbare Ablenkwinkel ermöglicht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ablenkende₍genau ausgemessene Funktionsbaugruppe einen Kompensationskeil (3) und einen senkrecht zur optischen Achse des Autokollimationsfemrohrs (1) einjustierten Autokollimationsspiegel (4) darstellt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ablenkende₍genau ausgemessene Funktionsbaugruppe einen Spiegel (5) und eine mit ihm mechanisch gekoppelte Verstelleinrichtung (6) mit Winkelanzeige (7) zum jeweils senkrechten Ausrichten des Spiegels (5) zum auftreffenden Prüfstrahl darstellt. _; , . ·