DE102006012633A1 - Machine aligning device e.g. for machine parts or other technical objects, has alternate fixable or light receiver, rotatable around longitudinal axis, with which first reference axis is defined - Google Patents

Abstract

The device has an alternate fixable or light receiver (40), rotatable around a longitudinal axis, with which a first reference axis is defined. A second reference axis (80) is rotatable around an optical element, which is a reflector prism (60). An independent claim is included for a method for aligning machines.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von Maschinen, Maschinenteilen oder anderer technischer Gegenstände mittels Lichtstrahlen und optoelektronischen Empfangselementen.The The present invention relates to an apparatus and a method for aligning machines, machine parts or other technical objects by means of Light rays and optoelectronic receiving elements.

Vorrichtungen und Verfahren der genannten Art haben sich seit nunmehr ca. 20 Jahren hervorragend bewährt, um ein bequemes und trotzdem sehr präzises Ausrichten von Maschinen oder anderen technischen Gegenständen durchzuführen.devices and methods of the type mentioned have been around for about 20 years now excellently proven, for a comfortable, yet very precise alignment of machines or other technical items perform.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Vorrichtungen und Verfahren weiterzubilden, so daß insbesondere die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten ohne größere zusätzliche Kosten gesteigert werden kann. Insofern ist es ein besonderes Anliegen der Erfindung, eine Einrichtung zum verbesserten Ausrichten von Rohren oder Hohlzylindern relativ zueinander zu schaffen. Die Erfindung kann aber insbesondere auch dazu verwendet werden, Spindeln in axialer Richtung relativ zueinander auszurichten.task The invention is the aforementioned devices and methods educate, so that in particular the variety of applications without major additional Cost can be increased. In that sense, it is a special concern of the invention, a device for improved alignment of To create pipes or hollow cylinders relative to each other. The invention but can also be used in particular, spindles in axial Orientation relative to each other.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine im Prinzip bekannte Lichtsende-/Empfangseinrichtung koaxial zu einem Rohr oder einer Spindel angebracht und fixiert wird. Gemäß der Erfindung wird nun gegenüber, in Richtung des ausgesendeten Lichtstrahls, ein als Reflektor wirkendes Dahkantprisma angeordnet. Eine solche Kombination ist für die Zwecke der Spindelausrichtung an sich bekannt und unter dem Namen SPINDALIGN erhältlich. Zum Ausrichten von Spindeln gemäß der Spindalign-Vorrichtung ist es jedoch erforderlich, gleichzeitig sowohl die Lichtsende-/Empfanseinrichtung als auch das als Reflektor wirkende Dachkantprisma im gleichen Drehsinn zu verdrehen. Dies ist umständlich und wenig ergonomisch. Es ist ersichtlich, dass die Übertragung dieses Meßprinzips auf die Ausrichtung von Rohren mit noch schlechterer Ergonomie einhergeht. Die Lösung dieses Problems erfolgt nun gemäß der Erfindung dadurch, daß es überraschenderweise lediglich erforderlich ist, bei stationärer und unbewegter Lichtsende-/Empfangseinrichtung nur den anderen Teil der Meßapparatur, also das als Reflektor wirkende Dachkantprisma, um einen Drehwinkel zu verschwenken, und zwar um eine Drehachse, die dem auszurichtendem Rohr parallel ist. In unterschiedlichen Drehpositionen des Dachkantprismas wird dann durch die Lichtsende-/Empfangseinrichtung mittels eines zweidimensional auslesbaren optoelektronischen Detektors ein jeweiliger Auftreffpunkt des reflektierten Laserstrahles gemessen. – Das Dachkantprisma kann im Inneren des Rohres mittels einer Drehvorrichtung verschwenkt werden, oder an das Rohr fixiert sein und zusammen mit diesem um einen definierten Winkel ("phi"), bevorzugt 90°, verschwenkt werden. Es sind zumindest zwei Drehstellungen des Dachkantprismas zu verwenden, wobei es vorteilhaft ist, dessen jeweilige Drehstellung (=Drehlage) mittels eines Inclinometers zu bestimmen, insbesondere mittels eines elektronisch wirkenden Inclinometers. Überraschenderweise wandert der Lichtpunkt des per Dachkantprisma reflektierten Licht- oder Laserstrahls auf dem optoelektronischen Detektor derart, daß bei Rotation des Dachkantprismas von nur 90° eine Kreislinien- oder elliptische Ortskurve mit einem Bogen entsprechend 180° gebildet wird, allgemein also eine Verdoppelung des Drehwinkels bewirkt wird. Aus diesem Grund hat die auswertende Software eines erfindungsgemäßen Gerätes diesen Effekt speziell zu berücksichtigen, so daß vorhandene herkömmliche Geräte zwar in lediglich softwaremäßiger Weise angepaßt, aber nicht unmodifiziert verwendet werden können.These Task is according to the invention solved by that one in principle known Lichtsende- / receiving device coaxial with a Pipe or a spindle attached and fixed. According to the invention is now facing, in the direction of the emitted light beam, acting as a reflector Dahkant prism arranged. Such a combination is for the purposes of spindle alignment known and available under the name SPINDALIGN. For aligning spindles according to the Spindalign device However, it is necessary to simultaneously both the Lichtsende- / Empfanseinrichtung as well as acting as a reflector roof prism in the same direction to twist. This is awkward and not very ergonomic. It can be seen that the transmission of this measuring principle is associated with the alignment of tubes with even worse ergonomics. The solution this problem now takes place according to the invention in that it surprisingly only is required at inpatient and stationary light transmitting / receiving device only the other part the measuring apparatus, so acting as a reflector roof prism, a rotation angle to pivot, and that about an axis of rotation, the ausurichtendem Tube is parallel. In different rotational positions of the roof prism is then by the light transmitting / receiving device by means of a two-dimensional readable optoelectronic detector a respective impact point of the reflected laser beam. - The roof prism can in Are pivoted inside the tube by means of a rotating device, or be fixed to the pipe and together with this to a defined Angle ("phi"), preferably 90 °, pivoted become. There are at least two rotational positions of the roof prism to use, it is advantageous whose respective rotational position (= rotational position) determined by means of an Inclinometer, in particular by means of a electronically acting Inclinometer. Surprisingly, the walk Point of light of the light or laser beam reflected by the roof prism on the optoelectronic detector such that upon rotation of the roof prism from only 90 ° one Circular or elliptical locus corresponding to one arc 180 ° formed is, in general so a doubling of the rotation angle is effected. For this reason, the evaluating software of a device according to the invention has this To take special account of the effect so that existing conventional equipment although in a software-only manner customized, but can not be used unmodified.

Nähere Einzelheiten werden in 1 und 2 gezeigt.More details are in 1 and 2 shown.

Ein auszurichtendes Rohr oder Maschinenteil 10 zeigt auf ein auszurichtendes vergleichbares Teil mit der Bezugsziffer 110. Koaxial im inneren des Rohres ist das Gehäuse 20 der Lichtsende-/Empfangsvorrichtung mittels Distanzvorrichtungen starr befestigt (in der Zeichnung schematisch mit Bezugszeichen 30–33 skizziert). Im Inneren des Gehäuses 20 befindet sich ein an sich bekannter Lichtsender 40, dem bevorzugt ein semitransparenter Teilerspiegel 50 vorgeschaltet ist. Auf diese Weise wird ein emittierter Lichtstrahl 42 nur partiell durchgelassen (Durchstoßungspunkt 43). Dieser Lichtstrahl wird durch das im Inneren des Rohres 110 befindliche Dachkantprisma 60 an dessen Kathetenflächen in an sich bekannter Weise reflektiert. Im günstigen Fall fällt der Lichtstrahl 42 auf die "Dachkante" des Prismas, beispielsweise auf den Reflktonspunkt 44. – Die Frontfläche 62 des Dachkantprismas kann optisch vergütet sein. – Der Lichtstrahl erreicht dann (Bezugszeichen 46) den zweiachsig auslesbaren optoelektronischen Sensor 60, nachdem er im Reflektionspunkt 45 annähernd rechtwinklig anteilig (bevorzugt 50% der auftreffenden Intensität) vom als Strahlteiler wirkenden teildurchlässigen Spiegel 50 umgelenkt worden ist.An aligned pipe or machine part 10 indicates a comparable part to be aligned with the reference numeral 110 , Coaxial inside the tube is the housing 20 the light emitting / receiving device by means of distance devices rigidly attached (in the drawing schematically with reference numerals 30 - 33 sketched). Inside the case 20 there is a known light transmitter 40 , preferably a semitransparent divider mirror 50 upstream. In this way, an emitted light beam 42 only partially let through (piercing point 43 ). This beam of light is through the inside of the tube 110 located roof prism 60 at the Kathetenflächen reflected in a conventional manner. In the best case, the light beam falls 42 on the "roof edge" of the prism, for example on the Reflktonspunkt 44 , - The front surface 62 The roof prism can be optically tempered. - The light beam then reaches (reference numeral 46 ) the biaxially readable optoelectronic sensor 60 after being in the reflection point 45 approximately at right angles (preferably 50% of the incident intensity) of the partially transparent mirror acting as a beam splitter 50 has been diverted.

Sofern das Dachkantprisma nicht direkt mit dem Rohr 110 (oder einer vergleichbaren Spindel) um dessen Längsachse verschwenkt wird, kann eine Halterung 70 samt Beabstandungs- oder Verschwenkeinrichtungen 71–73 vorgesehen werden, mithilfe derer eine Verdrehung des Dachkantprismas 60 möglich ist. Hierzu kann mit Vorteil ein elektromotorischer Antrieb vorgesehen sein. Zur präzisen Bestimmung der Drehlage ist es vorteilhaft, ein elektrisches oder elektronisches Inclinometer 76 zu verwenden, wiewohl dies je nach Genauigkeitsanforderung nicht unbedingt notwendig ist. Zur Verdeutlichung der geometrischen Verhältnisse ist in 1 die Richtung einer x- und y-Achse angegeben, die zugehörige z-Achse zeigt mithin in Richtung der Längsachse von Rohr oder Gegenstand 110.Unless the roof prism is directly connected to the pipe 110 (or a comparable spindle) is pivoted about its longitudinal axis, a holder 70 including spacing or pivoting devices 71 - 73 be provided by means of which a rotation of the roof prism 60 is possible. For this purpose, an electric motor drive can be provided with advantage. To the precise Bestim tion of the rotational position, it is advantageous to use an electrical or electronic inclinometer 76 although this is not absolutely necessary depending on the accuracy requirement. To clarify the geometric relationships is in 1 the direction of an x and y axis indicated, the associated z-axis thus points in the direction of the longitudinal axis of pipe or object 110 ,

Das zugrundeliegende Prinzip des Meßverfahrens wird in 2 gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird eine schematische Darstellung verwendet, bei der der Strahlteiler 50 entfällt. Vielmehr möge sich die Meßebene des Sensors 60 auf der x-y-Ebene der 2 befinden. Ein vom Lichtsender 40 emittierter Lichtstrahl 42 möge diese Ebene in Punkt 43' schneiden, welcher die Koordinaten x1 und y1 hat. In der Mehrzahl der Fälle trifft ein solcher Strahl nicht einen auf der Achse 80 liegenden Punkt "T", sondern ist windschief zu dieser gelagert. Je nach Strahllage und Drehstellung des Prismas 60 kommt es zu einer doppelten Umlenkung des Strahls an unterschiedlichen Reflektionspunkten, z.B. in den gezeigten Punkten 44' und 44''. Ein solcherart umgelenkter Strahl ist mit Bezugsziffer 46 gekennzeichnet und trifft die x-y-Ebene in Punkt P2 mit den Koordinaten x2 und y2. Nach Drehung des Prismas 60 um den Drehwinkel phi = 90° erreicht der Strahl 46 die x-y-Ebene bzw. eine äquivalente Sensor-Ebene im Punkt P3 mit den Koordinaten x3 und y3, welche den Durchmesser eines zugehörigen Kreises aufspannen. Dementsprechend hat das Zentrum Z dieses Kreises die Koordinaten (x3 + x2)/2 und (y3 + y2)/2.The underlying principle of the measurement method is described in 2 shown. For the sake of clarity, a schematic representation is used in which the beam splitter 50 eliminated. Rather, may the measuring plane of the sensor 60 on the xy-level of 2 are located. One from the light transmitter 40 emitted light beam 42 may this level be in point 43 " cut, which has the coordinates x1 and y1. In the majority of cases, such a beam does not hit the axis 80 lying point "T", but is skewed to this stored. Depending on the beam position and rotational position of the prism 60 There is a double deflection of the beam at different reflection points, for example in the points shown 44 ' and 44 '' , Such a deflected beam is denoted by reference numeral 46 and hits the xy plane at point P2 with the coordinates x2 and y2. After rotation of the prism 60 The beam reaches the angle of rotation phi = 90 ° 46 the xy plane or an equivalent sensor plane at the point P3 with the coordinates x3 and y3, which span the diameter of an associated circle. Accordingly, the center Z of this circle has the coordinates (x3 + x2) / 2 and (y3 + y2) / 2.

Anhand der 4 Koordinaten fürdie Punkte P2 und P3 ist es anhand bekannter mathematischer Zusammenhänge möglich, sowohl die achsiale Winkeldifferenz zwischen einfallendem Strahl 42 udn Achse 80 nach zwei Raumkoordinaten zu bestimmen, als auch den Parallelversatz, d.h. den Abstand dieser Geraden in der der Frontfläche 62 zugeordneten x'-y' Ebene zu bestimmen, wie es die zugehörige Meßaufgabe erfordert.Based on the four coordinates for the points P2 and P3, it is possible on the basis of known mathematical relationships, both the axial angular difference between the incident beam 42 udn axis 80 to determine two spatial coordinates, as well as the parallel offset, ie the distance of this line in the front surface 62 assigned x'-y 'level to determine how it requires the associated measurement task.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, anstelle einer Schwenkbewegung von 90° mehrere andere mit beliebigen Winkeln durchzuführen. Es wird bevorzugt, in diesem Falle gleichzeitig per Inclinometer 76 die Drehlage des Dachkantprismas 60 zu bestimmen und dem erforderlichen nachgeschalteten Rechengang zuzuführen. Radius und Zentrum des Kreises 90 können im Prinzip durch drei Punkte der Art P2, P3, P4 bestimmt werden. Von Wichtigkeit ist jedoch die Lage des Startpunktes P3, welcher zu einer normierten Start-Drehlage des Dachkantprismas 60 (bevorzugt mit horizontal liegender Dachkante) gehört.In a further embodiment of the invention, it is possible to perform several other at arbitrary angles instead of a pivoting movement of 90 °. It is preferred, in this case at the same time by inclinometer 76 the rotational position of the roof prism 60 to determine and supply the required downstream processing. Radius and center of the circle 90 can in principle be determined by three points of the type P2, P3, P4. Of importance, however, is the location of the starting point P3, which leads to a standardized starting rotational position of the roof prism 60 (preferably with horizontally lying roof edge) belongs.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, nicht nur eine Schwenkbewegung des Dachkantprismas 60 samt zugehöriger Registrierung von Positionsdaten von Lichtpunkten auf einem zugeordneten Sensor auszuführen, sondern nachfolgend, gegenenfalls auch vorher, bei nunmehr feststehendem Dachkantprisma 60 eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung der Lichtsende- und Empfangsvorrichtung auszuführen. Dies kann entweder in z.B. drei bevorzugten Drehlagen vorgenommen werden, die sich auf eine Lotlinie beziehen, oder in drei oder mehr beliebig einstellbaren Drehlagen der Lichtsende- und Empfangsvorrichtung stattfinden. Auch hier ist es von Vorteil, die Winkelstellung solcher Drehlagen mittels eines elektronisch wirkenden Inclinometers zu erfassen und in den gesamten elektronischen Rechengang einer erfindungsgemäßen Meßwerterfassung und -darstellung einfließen zu lassen. Die zuletzt genannte Ausgestaltung der Erfindung knüpft also in entfernter Weise an die Lehre der DE 10109462.0 an.In a further embodiment of the invention is provided, not just a pivoting movement of the roof prism 60 complete with associated registration of position data of points of light on an associated sensor, but subsequently, if necessary, before, at now fixed roof prism 60 to perform a pivoting movement of the light emitting and receiving device. This can be done either in eg three preferred rotational positions, which relate to a plumb line, or take place in three or more arbitrarily adjustable rotational positions of the light emitting and receiving device. Again, it is advantageous to detect the angular position of such rotational positions by means of an electronically acting inclinometer and to incorporate into the entire electronic calculation of a measured value acquisition and representation according to the invention. The last-mentioned embodiment of the invention thus ties in a remote way to the teaching of DE 10109462.0 at.

Die beschriebene Vorrichtung und das zugehörige Meßverfahren kann für eine Vielzahl an Ausrichtmaßnahmen im industriellen und architektonischen Umfeld verwendet werden, insbesondere, um zylindrische oder hohlzylindrische Gegenstände relativ zueinander in fluchtender Weise zu justieren.The described device and the associated measuring method can for a variety at alignment measures used in industrial and architectural environments, in particular, relative to cylindrical or hollow cylindrical objects to adjust each other in an aligned manner.

Claims (4)

Vorrichtung zum Ausrichten von Maschinen oder Objekten, mit einer wahlweise fixierbaren oder um ihre Längsachse rotierbaren Lichtsende- und Empfangsvorrichtung (40), mit welcher eine erste Referenzachse definiert wird, und mit einem um eine zweite Referenzachse (80) rotierbaren optischen Element, welches als Dachkantprisma (60) ausgebildet oder einem solchen äquivalent ist.Device for aligning machines or objects, with an optionally fixable or rotatable about its longitudinal axis Lichtsend- and receiving device ( 40 ), with which a first reference axis is defined, and with one about a second reference axis ( 80 ) rotatable optical element, which as roof prism ( 60 ) is formed or equivalent to one. Verfahren zum Ausrichten von Maschinen oder Objekten, bei dem eine Vorrichtung nach Anspruch 1 dazu verwendet wird, die Lage der genannten ersten Referenzachse relativ zur Lage der genannten zweiten Referenzachse nach zwei Winkelkoordinaten des Raumes sowie nach zwei Koordinaten des Parallelversatzes zu bestimmen.Method for aligning machines or objects, in which a device according to claim 1 is used, the Location of said first reference axis relative to the position of said second reference axis according to two angular coordinates of the room as well to determine two coordinates of the parallel offset. Verfahren zum Ausrichten von Maschinen, Maschinenelementen oder dgl, insbesondere von Rohren oder Hohlzylindern, welches in einer von zwei Meßphasen bei fixierter Lichtsende- und Empfangsvorrichtung (20) eine Drehung des Dachkantprismas (60) in mindestens 3 beliebig wählbare Drehpositionen samt zugehöriger Datenerfassung vorsieht, und in einer anderen der beiden Meßphasen bei fixiertem Dachkantprisma (60) eine Drehung der Lichtsende- und Empfangsvorrichtung (20) in mindestens 3 beliebig wählbare Drehpositionen samt zugehöriger Datenerfassung vorsieht.Method for aligning machines, machine elements or the like, in particular pipes or hollow cylinders, which in one of two measuring phases with fixed light emitting and receiving device ( 20 ) a rotation of the roof prism ( 60 ) in at least 3 arbitrarily selectable rotational positions, including associated data acquisition provides, and in another of the two measuring phases with fixed roof prism ( 60 ) a rotation of the light emitting and receiving device ( 20 ) in at least 3 arbitrarily selectable rotational positions, including associated data acquisition provides. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, oder der Vorrichtung nach Anspruch 1, um Maschinen, Maschinenelemente oder andere technische oder architektonische Objekte relativ zueinander und bevorzugt in fluchtender Weise auszurichten.Use of the method according to claim 2 or 3, or the device according to claim 1, to align machines, machine elements or other technical or architectural objects relative to each other and preferably in an aligned manner.