Optische Winkelmessung

Kollimator

Der Kollimator ist ein optisches Instrument, das aus einem exakt korrigierten Objektiv und einer beleuchteten Strichplatte an der Brennpunktebene besteht. 

Der austretende Strahl verläuft parallel (kollimierter Strahl), so dass das Bild der Strichplatte ins Unendliche projiziert wird. Der Kollimator wird normalerweise so eingestellt. Diese Einstellung wird als Unendlichkeitseinstellung bezeichnet.

 

 

Wenn die Strichplatte aus der Brennpunktebene des Objektivs verschoben wird, ändert sich die Form des austretenden Strahls.

  • Wird die Strichplatte vom Objektiv weg verschoben, so führt dies zu einem konvergierenden Strahl. Das Bild der Strichplatte ist real und wird in eine unendliche Entfernung projiziert.
  • Wird die Strichplatte in Richtung des Objektivs verschoben, so führt dies zu einem divergierenden Strahl. Bei einem divergierenden Strahl wird am scheinbaren Kreuzungspunkt der Lichtstrahlen ein virtuelles Bild erzeugt. Dieser Punkt befindet sich ebenfalls in einer unendlichen Entfernung. Diese Einstellung des Kollimators wird als endliche Entfernungseinstellung bezeichnet.

Der Kollimator wird oft als Testbildprojektor zur Überprüfung unendlichkeitskorrigierter Objektive, beispielsweise bei Fotoobjektiven, eingesetzt. In Verbindung mit einem Prüffernrohr kann der Kollimator auch verwendet werden, um Maschinenbauteile entlang einer Linie auszurichten.

Empfohlene Produkte für diese Anwendungen: TRIOPTICS Kollimatoren

Prüffernrohr

Das Prüffernrohr bildet ein weit entferntes Objekt - standardmäßig bei Unendlichkeitseinstellung - in der Bildebene des Objektivs ab. Anschließend wird das Bild vergrößert und mithilfe eines Okulars optisch überprüft. Zu Messzwecken befindet sich in der Regel eine Maske mit Skaleneinteilung in der Bildebene. Die Vergrößerung des Prüffernrohrs wird durch das Verhältnis der Brennweiten von Objektiv und Okular bestimmt.

Der ausgehende Strahl verläuft parallel, so dass sich das durch das Prüffernrohr beobachtete Bild in einer unendlichen, d. h. in einer sehr großen, Entfernung befindet. Dieser Aufbau wird als Unendlichkeitseinstellung bezeichnet.

Ähnlich wie Kollimatoren können die Prüffernrohre auf endliche Entfernungen fokussiert werden. Durch die Anbringung eines ausziehbaren Rohrs an den Strichplattenadapter, wodurch die Strichplatte aus der Brennpunktebene des Objektivs verschoben werden kann wird das StandardPrüffernrohr zu einem fokussierenden Prüffernrohr. Je nach der Lage der Strichplatte in Bezug auf die Brennpunktebene ergibt sich in einer endlichen Entfernung ein reales oder ein virtuelles Bild.

Empfohlene Produkte für diese Anwendungen: TRIOPTICS Prüffernrohre

Autokollimator

Der Autokollimator vereint den Kollimator und das Prüffernrohr zu einem Gerät. Beide Strahlenwege werden durch einen Strahlteiler getrennt.

Der Autokollimator ist ein sehr empfindliches Winkelmessgerät und wird aus diesem Grund bei Optik- und Maschinenkomponenten zur präzisen Einstellung von Winkeln verwendet. Aufgrund des kollimierten Strahls (unendlich) hängen die Messergebnisse nicht von der Entfernung zum Prüfobjekt ab.

Wie im Kollimator wird das Bild der beleuchteten Objektstrichplatte durch das Objektiv in die Unendlichkeit projiziert. In einer bestimmten Entfernung wird der kollimierte Strahl von einer verspiegelten Fläche reflektiert. Wenn man die Spiegeloberfläche zur optischen Achse um einen Winkel α neigt, trifft der reflektierte Strahl in einem Winkel von 2α auf das Objektiv. Dies führt zu einer Verschiebung des Bildes in der Bildebene, die mithilfe der Brennweite f des Objektivs berechnet werden kann und zu einem Wert von d = 2α x f or α = d/( 2f ) führt. Somit ist der Abtastwinkel direkt proportional zur gemessenen Verschiebung der Bildebene (unter Annahme eines kleinen Winkels). Die Auflösung eines Autokollimators erhöht sich proportional und der Sichtfeldwinkel umgekehrt proportional zur Brennweite des Objektivs.

Empfohlene Produkte für diese Anwendungen: TRIOPTICS Autokollimatoren

Elektronischer Autokollimator

Bei einem elektronischen Autokollimator ist das Okular durch eine elektronische Kamera mit diskreten Sensorpixeln ersetzt worden (z. B. CCD- oder CMOS-Sensor). Hierbei kann es sich um einen 2-D-Rahmensensor handeln, der Winkelmessungen in zwei Richtungen erlaubt, oder um einen eindimensionalen Zeilenabtastsensor zur Messung in einer Achse. Die Digitalkamera ist in der Regel mit einem PC verbunden, der mithilfe einer Bildanalysesoftware den im Bild gemessenen Winkel berechnet. Die PC-gestützte Messung garantiert im Vergleich zur optischen Prüfung eine viel höhere Auflösung, Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Ergebnisse, da diese nicht von der Erfahrung und Aufmerksamkeit des Bedieners abhängen.

Die hohe Auflösung elektronischer Autokollimatoren hängt mit der Auswertung der Graustufenwerte im Bild zusammen, die die Subpixel-Interpolation der Bildposition ermöglicht. Je nach der Brennweite des Objektivs und der Stabilität des Prüfaufbaus sind Winkelauflösungen von 1/100 bis zu 1/1000 Bogensekunden erreichbar.

Elektronischer Autokollimator
Elektronischer Autokollimator

Empfohlene Produkte für diese Anwendungen: TRIOPTICS Elektronische Autokollimatoren