Einrichtung zur berührungslosen Messung von Konturen In der Industriefertigung ist häufig die Aufgabe gestellt, die komplizierten Profilformen eines modell- mässig hergestellten Körpers auf zeichnerische Unterla- g <B>-</B> e n zu übertragen. Die Aufgabe kann auch <RTI
ID="0001.0017"> dahinge- hend abgewandelt sein, den Modellkörper unmittelbar als Sollgrösse für die Steuerung einer Werkzeugma schine heranzuziehen. Derartige Vorgänge sind an sich bekannt und in den Kopiersteuerungen bereits verwirk licht. Hier werden mit Hilfe eines Raststiftes die Modellprofile vorwiegend mechanisch abgetastet und die Tastbewegungen mittels zwischengeschalteter Nach laufsteuerungen auf das Werkzeug übertragen. Es ist weiter bekannt, die Abtastung des Modellkörpers berüh rungslos etwa mit Hilfe eines Lichtsrahles vorzunehmen.
Ähnliche Aufgabenstellungen liegen beispielsweise bei Walzwerken vor, wo zur Prüfung der Halbzeugpro- dukte, etwa eines Blechbandes, fortlaufend die Band breite mit Hilfe eines oszillierenden Lichtstrahles ge prüft und das Istmass mit einem Sollwert (Norm-Mass) verglichen wird. Abweichungen von dieser Norm kön nen mittelbar zur Steuerung der Walzenverstellung im Sinne einer Fehlerkorrektur benutzt werden. Es ist eine Anordnung bekannt (DAS 1<B>178</B> 234), bei der mit Hilfe eines Drehspiegels ein Lichtstrahl zei lenweise über die zu prüfenden Gegenstände bewegt wird.
In einer Speicheranordnung wird der Verlauf der Ausgangssignale des photoelektrischen Empfängers bei der Abtastung eines fehlerfreien Gegenstandes als Soll wert eingespeichert. Bei der Abtastung des zu prüfen den Gegenstandes wird der ermittelte Istwert ständig mit diesem Sollwert verglichen. Derartige bekannte Einrichtungen sind mit befriedigender Messgenauigkeit nur bei vorwiegend prismatischen Objekten anwend bar.
Bei beliebig geformten Körpern, beispielsweise bei Autokarosserien, versagen diese Methoden, denn sie sind nicht imstande, eine orthogonale Verschiebung des Messfühlers zu steuern. Hierfür bedarf es einer Einrichtung, die die genaue Koinzidenz des Brenn punktes auf der Oberfläche des Messobjektes feststellt und ausserdem die Unterscheidung treffen kann, in welche Richtung der Brennpunkt abweicht.
Diesem Nachteil will die Erfindung abhelfen. Sie bezieht sich auf eine Einrichtung zur berührungslosen Messung der Konturen von Messobjekten mit Hilfe eines in drei Raumrichtungen verschiebbaren optischen Messfühlers und einer vom Messfühler gesteuerten Nachführeinrichtung und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler aus zwei konzentrisch angeordne ten optischen Systemen mit unterschiedlichen Brenn weiten besteht, die mittels einer Kondensvorrichtung über vorgeschaltete Filter mit verschiedenfarbigem Licht beleuchtet werden, und dass ein Bündel optischer Glasfasern vorgesehen ist, das das vom Messobjekt reflektierte Licht einem farbempfindlichen Lichtdetek tor zuführt.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemässen Messfühlers dargestellt.
Eine punktförmige Lichtquelle 1 (z. B. eine Glüh lampe) erzeugt ein Mischlicht, das mittels einer Kon- densoroptik 2, beispielsweise einem Hohlspiegel, die Form eines parallelen Lichtbündels annimmt. In die sem Bündel sind zwei konzentrisch angeordnete Licht filter 3 und 4 eingeschaltet. Davon ist das Filter 3 für grünes Licht und das Filter 4 für rotes Licht durchläs sig (oder umgekehrt). Unmittelbar nach den Lichtfil tern ist ein mit dem Lichtbündel kollimiertes konzen trisches Linsensystem, bestehend aus der Ringlinse 5 und der Zentrallinse 6 vorgesehen. Die Durchmesser der Einzellinsen decken sich mit den entsprechenden Durchmessern der vorgeschalteten Farbfilter.
Die Brennweite der ringförmigen Linse 5 ist grösser als diejenige der inneren Linse 6. Der Brennweitenunter- schied soll mit Rücksicht auf die Messgenauigkeit des Messfühlerabstandes von der Oberfläche des Messob- jektes 8 gering sein, beispielsweise 1 mm. Es ist weiter hin ein Glasfaserbündel 11 vorgesehen, dessen plane Eingangsfläche 12 genau in der optischen Achse des Linsensystems endet. Das andere Ende des Glasfaser bündels 11 ist in je eine Hälfte aufgespalten.
Die pla- nen Ausgangsflächen dieser Bündelhälften sind durch zwei Farbfilter 13, 14 abgedeckt und werden von zwei nebeneinander angeordneten Linsen 15, 16 auf zwei photoelektrische Wandler 17, 18 (Photowiderstände, Photodiode- oder transistoren, Photoelemente, Photo zellen usw.) abgebildet.
Befindet sich die Oberfläche des Messobjektes 8 zwischen den beiden Teilbrennpunkten, so wird in der optischen Achse ein Mischlicht von rot und grün auf treten. Das reflektierte Mischlicht wird von dem Glas faserbündel 11 aufgenommen und weiter geleitet, so dass die Ausgangsflächen in den Farben des Mischlich tes leuchten. Die nachgeschalteten Lichtfilter 13, 14 entsprechen in ihrer Lichtdurchlässigkeit genau den Vorschaltfiltern 3 und 4. Demgemäss erscheinen die Ausgangsflächen der Bündelhälften in einem roten bzw. grünen Licht. Bei einer bestimmten Stellung der Objektoberfläche zwischen den beiden Brennpunkten 9 und 10 ist die Intensität der beiden farbigen Lichtan teile gleich gross.
Die in den photoelektrischen Wand lern erzeugten Spannungen sind dann ebenfalls gleich gross und heben sich in der Wirkung auf eine nachge ordnete Steuer- oder Regelanordnung auf. Ändert sich der Abstand des Messfühlers vom Messobjekt, dann wird die Intensität der einen Farbkomponente zu- und die der anderen abnehmen. Entsprechend wird von den Ausgängen des Bündels geliefertes Licht nach der Fil terung eine ungleiche Lichtintensität aufweisen, die dementsprechend auch zu ungleichen Spannungen der photoelektrischen Wandler führt. Es entsteht eine Dif ferenzspannung, die einer (nicht dargestellten) Nach laufsteuerungseinrichtung und gegebenenfalls einer Kopiersteuerung zugeführt wird.
Die Nachlaufeinrich- tung sorgt nun für eine orthogonale Verschiebung des Messfühlers so lange, bis die Lichtintensität der zwei verschiedenfarbigen, auf die Objektoberfläche fokus sierten Lichtbündel gleich gross ist, d. h. bis die Ober fläche zwischen den eng benachbarten Brennpunkten verläuft.
Es ist zweckmässig, die Farben der Filter so zu wählen, dass sie der spektralen Empfindlichkeit der photoelektrischen Wandler 17, 18 entsprechen. Am besten dürften sich langwellige Farben, z. B. orange, kirschrot, infrarot, hierfür eignen. Zwecks Ausschal tung des von äusserem Streulicht herrührenden Fehlers soll die Intensität der Lichtquelle 1 so bemessen sein, dass die grünen und roten Lichtflecken am Messort immer eine grössere Lichtstärke als das äussere Streu licht aufweisen. In einer Variante der erfindungsgemässen Einrich tung kann das Linsensystem 3 und 4 aus mehreren hintereinander liegenden und verstellbar angeordneten Einzelsystemen bestehen. Hier lässt sich der Abstand der Brennpunkte verändern und damit eine einstellbare Auflösung und Genauigkeit erreichen.
Zur Überwachung der Lichtquelle 1 ist eine weitere Photozelle 19 vorgesehen, die ausserdem einen zusätz lichen Zweck erfüllt. Liegt nämlich der Messfühler gänzlich ausserhalb des Messbereiches, dann liefert die Photozelle 19 zunächst eine Steuerspannung für die Nachführeinrichtung, die eine Annäherung des Mess- fühlers an das Messobjekt bewirkt. Übersteigt die Spannung der Photozellel7 diejenige der Photozelle 19, so tritt mit Hilfe einer an sich bekannten Ablö- seeinrichtung die erstere an die Stelle der zweiten.
Bei Ausfall der Glühlampe 1 wird die ganze Anlage abge schaltet und eventuell ein Signal betätigt.