CH618261A5

CH618261A5 -

Info

Publication number: CH618261A5
Application number: CH1049277A
Authority: CH
Inventors: Rainer Dipl Ing Haberl; Kurt Dipl Ing Mravlag
Original assignee: Semperit Ag
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1977-08-29
Publication date: 1980-07-15
Also published as: DE2836245A1; GB2003693A; GB2003693B; FR2402185A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung der Oberfläche eines in Profillängsrichtung fortlaufend bewegten Profils beliebiger Längausdehnung, wobei ein oder m mehrere Laserstrahlen auf die Oberfläche des Profils unter Bildung eines Lichtfleckes fokussiert wird (werden) und die aufgrund von Oberflächengeometrieänderungen auftretenden Änderungen des Bildes des Lichtfleckes registriert und gegebenenfalls in Analog- und/oder Digitalsignale umgewandelt dar-is gestellt werden. The present invention relates to a method for measuring the surface of a profile of any length extending continuously in the longitudinal direction of the profile, one or more laser beams being focused on the surface of the profile to form a light spot and the changes in the image of the light spot which occur due to changes in surface geometry registered and, if necessary, converted into analog and / or digital signals.

Es ist eine Vorrichtung bekannt, die über ein optisches System einen Laserstrahl auf die Oberfläche eines Gegenstandes fakussieren kann und die Intensitätsschwankungen des Bil-des des Lichtfleckes, die dann entstehen, wenn zwischen dem Laser und der Oberfläche des Gegenstandes eine Abstandsänderung eintritt, mittels eines Fotodetektors registriert. Diese bekannte Vorrichtung funktioniert folgendermassen: der vom Laser kommende Laserstrahl wird über ein Kollimatorlinsensy-;5 stem parallelgerichtet und das parallele Strahlenbündel sodann auf die Oberfläche des Gegenstandes fokussiert. Nach dem Kollimatorsystem ist unter 45° ein Teilerspiegel angeordnet, der für das vom Kollimator kommende Licht durchlässig, für Licht, das aus der anderen Richtung kommt, aber undurchlässig „i ist. Die von der Oberfläche des Körpers reflektierten Strahlen werden daher von der Rückseite des Teilerspiegels reflektiert und treffen auf einen Umlenkspiegel, der die Strahlen einer Sammellinse zuführt. Von dort gelangen die Strahlen auf einen Fotodetektor. Zwischen diesem und der Sammellinse, deren ,5 Brennpunkt vor dem Fotodetektor liegt ist - etwa beim Brennpunkt — eine Lochblende angeordnet. Diese Lochblende ist mit einem Oszillator verbunden und schwingt daher mit einer bestimmten Frequenz in axialer Richtung. Durch diese Schwingung der Lochblende trifft mehr oder weniger Licht auf den 4(, Fotodetektor, je nachdem, wieweit die Lochblende vom Brennpunkt entfernt ist. Schwingt die Lochblende durch den Brennpunkt, so wird der Fotodetektor bei geeignetem Durchmesser der Lochblende im Augenblick des Durchganges der Lochblende durch den Brennpunkt ein Maximum an Lichtintensität 45 anzeigen. Betrachtet man nun den Fall, dass der Abstand zwischen der Oberfläche des Körpers, auf die der Laserstrahl trifft, und Laser völlig konstant ist, so werden die vom Fotodetektor angezeigten Intensitätsschwankungen des Bildes des Laser-Lichtfleckes, die zufolge der Schwingung der Lochblende ent-s„ stehen, immer gleich sein. Nimmt man für diesen Fall an, dass die Schwingungsmitte der Lochblende genau im Brennpunkt der Sammellinse liegt, so ergibt eine Aufzeichnung der Intensitätsschwankung durch den Fotodetektor eine symmetrische Gauss-Kurve, deren Maximum der Stellung der Lochblende im ss Brennpunkt entspricht. Führt man die Auswertung des Ergebnisses in der Weise durch, dass man als Messwert die Differenz der Anzeigen des Fotodetektors in den beiden Extremstellungen der Lochblende verwendet, so ergibt sich in diesem Fall eine Differenz Null. In jedem anderen Fall, d.h., wenn die Schwin-ho gungsmitte der Lochblende nicht im Brennpunkt liegt, ergibt sich bei der Differenz der Fotodetektoranzeigen aus den beiden Extremlagen der Lochblende ein positiver oder negativer Wert. A device is known which can focus a laser beam onto the surface of an object via an optical system and the intensity fluctuations in the image of the light spot, which occur when a distance changes between the laser and the surface of the object, by means of a photodetector registered. This known device functions as follows: the laser beam coming from the laser is directed in parallel via a collimator lens system and the parallel beam is then focused on the surface of the object. After the collimator system, a divider mirror is arranged at 45 °, which is transparent to the light coming from the collimator, but is opaque to light coming from the other direction. The rays reflected from the surface of the body are therefore reflected from the rear of the divider mirror and hit a deflecting mirror which supplies the rays to a converging lens. From there, the rays reach a photo detector. Between this and the converging lens, whose 5 focal point lies in front of the photodetector - for example at the focal point - there is a pinhole. This pinhole is connected to an oscillator and therefore vibrates at a certain frequency in the axial direction. Due to this oscillation of the pinhole, more or less light strikes the 4 (, photo detector, depending on how far the pinhole is from the focal point. If the pinhole swings through the focal point, the photo detector with a suitable diameter of the pinhole becomes the moment the pinhole passes indicate a maximum of 45 light intensity by the focal point. If one now considers the case that the distance between the surface of the body which is hit by the laser beam and the laser is completely constant, the intensity fluctuations of the image of the laser light spot displayed by the photodetector become , which arise due to the oscillation of the pinhole, are always the same. If in this case it is assumed that the center of oscillation of the pinhole lies exactly in the focal point of the converging lens, a recording of the intensity fluctuation by the photodetector results in a symmetrical Gauss curve , the maximum of which corresponds to the position of the pinhole in the focal point If the evaluation of the result is carried out in such a way that the difference between the displays of the photodetector in the two extreme positions of the pinhole is used as the measured value, a difference of zero results in this case. In any other case, i.e. if the center of oscillation of the pinhole is not in focus, the difference between the photodetector displays from the two extreme positions of the pinhole results in a positive or negative value.

Ergibt sich nun eine Änderung des Abstandes der Oberfläche des zu messenden Körpers vom Laser, so ändert sich die m Intensität des Lichtfleckes des Laserstrahls auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes. Demzufolge ändert sich auch die Intensität des Bildes dieses Brennfleckes und damit der vom Fotodetektor registrierte Intensitätsverlauf im Zuge der If there is a change in the distance of the surface of the body to be measured from the laser, the m intensity of the light spot of the laser beam on the surface of the object to be measured changes. As a result, the intensity of the image of this focal spot and thus the intensity curve registered by the photodetector also change in the course of the

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Schwingung der Lochblende, Die der Intensitätsdifferenz der Extremstellungen der Lochblende entsprechenden Intensitätsunterschiede der Anzeige des Fotodetektors werden von diesem als Potentialdifferenz abgegeben. Oscillation of the pinhole, the intensity differences of the display of the photodetector, which correspond to the intensity difference of the extreme positions of the pinhole, are emitted by the latter as a potential difference.

Geht man nun von dem Fall aus, dass unter einem Laser- s strahl ein Gegenstand vorbeibewegt wird oder auch umgekehrt ein Laserstrahl an einem stehenden Objekt vorbeibewegt wird, so kann bei geeigneter Anordnung die Änderung der Oberflächenstruktur des Gegenstandes mittels der bekannten Anordnung in einer Dimension festgestellt und gegebenenfalls regi- m striert und dargestellt werden. Nicht geeignet ist diese bekannte Vorrichtung zum zwei- oder dreidimensionalen Bestimmen der Oberfläche eines Körpers. Diese Problematik tritt beispielsweise dann zutage, wenn ein Gummi- oder Kunststoffprofil extrudiert wird. Trotz aller technischen Vorkehrungen ist man 15 heute oft nicht in der Lage, die Querschnittsmasse eines extru-dierten Profils mit der notwendigen Genauigkeit einzuhalten. Insbesondere tritt dieses Problem bei Gummiprofilen auf, da Gummimischungen nie 100%ig gleich eingestellt werden können, so dass nach der Extrusion ein unterschiedliches Quellver- 20 halten auftreten kann, wodurch das Vulkanisat dann im Querschnitt ausserhalb der geforderten Toleranzen liegen kann. Dieser unerwünschte Zustand kann heute befriedigend durch keine bekannte Massnahme behoben werden. If one now starts from the case that an object is moved past under a laser beam or, conversely, a laser beam is moved past a stationary object, the change in the surface structure of the object can be determined in one dimension by means of the known arrangement with a suitable arrangement and, if necessary, registered and represented. This known device is not suitable for determining the surface of a body in two or three dimensions. This problem arises, for example, when a rubber or plastic profile is extruded. Despite all the technical precautions, 15 are often unable to maintain the cross-sectional mass of an extruded profile with the necessary accuracy. This problem occurs in particular with rubber profiles, since rubber mixtures can never be set 100% identically, so that different swelling behavior can occur after extrusion, which means that the cross-section of the vulcanizate can then lie outside the required tolerances. This undesirable condition can today be satisfactorily remedied by no known measure.

Theoretisch möglich wären z.B. mechanische Abtastungen, 25 welche jedoch immer den Nachteil aufweisen, dass sie einen gewissen Messdruck benötigen, der — insbesondere bei Kautschukteilen - zu einer Deformation und damit einer Fehlanzeige führt. Eine andere theoretische Möglichkeit besteht in der Anwendung einer Isotopenmessung, indem die Dicke eines m extrudierten Profiles durch eine Absorptionsmessung von radioaktiven Strahlen bestimmt wird. Neben den Problemen, die radioaktive Messungen im allgemeinen mit sich bringen, ist hier noch ein prinzipieller Nachteil darin gelegen, dass diese Messmethode nicht tatsächlich den zu messenden Querschnitt misst, 35 sondern nur ein Flächengewicht bestimmt. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Messmethode liegt darin, dass man den Empfindlichkeitsbereich der Messapparatur sehr eng auf einen Messbereich einstellen muss, so dass, wenn grössere Dickenunterschiede des zu messenden Profiles vorliegen, man nicht mit 4» einer Messsonde auskommt. Theoretically, e.g. mechanical scans, 25 which, however, always have the disadvantage that they require a certain measuring pressure, which - particularly in the case of rubber parts - leads to deformation and thus to a false indication. Another theoretical possibility is to use an isotope measurement by determining the thickness of an extruded profile by measuring the absorption of radioactive rays. In addition to the problems that radioactive measurements generally entail, there is a fundamental disadvantage here that this measurement method does not actually measure the cross section to be measured, 35 but only determines a weight per unit area. Another disadvantage of such a measuring method is that the sensitivity range of the measuring apparatus has to be set very closely to a measuring range, so that if there are large differences in thickness of the profile to be measured, a measuring probe is not sufficient.

Eine weitere relativ primitive Methode zur Kontrolle von Querschnittsabweichungen besteht in der Bestimmung des Gewichtes eines entsprechenden Abschnittes des Profils. Es versteht sich von selbst, dass diese letzte Methode nur sehr 45 ungenaue Aussagen liefern kann. Another relatively primitive method for checking cross-sectional deviations is to determine the weight of a corresponding section of the profile. It goes without saying that this last method can only provide 45 very imprecise statements.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zu schaffen, das ein berührungsloses Vermessen der Oberfläche eines ruhenden oder vorzugsweise bewegten Profiles gestattet, wobei aber nicht nur eine Messung entlang ™ einer Geraden erfolgt, sondern entlang jeder beliebigen Aus-senfläche, so dass über entsprechende Auswerteinheiten ein komplettes dreidimensionales Bild der Oberfläche des Profiles erstellt werden kann. The present invention has therefore set itself the goal of creating a method which allows a non-contact measurement of the surface of a stationary or preferably moving profile, but not only taking a measurement along a straight line, but along any outside surface, so that a complete three-dimensional image of the surface of the profile can be created using appropriate evaluation units.

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Dies wird bei einem oben spezifizierten Verfahren dadurch erreicht, dass der oder die Laserstrahlen in einer normal zur Bewegungsrichtung des Profiles liegenden Ebene periodisch hin- und herbewegt wird (werden). Durch diese periodische Hin- und Herbewegung, auch Schwenkbewegung bezeichnet, 60 kann - bei entsprechender Abstimmung mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Profiles innerhalb von Sekundenbruchteilen eine Momentaufnahme über die gesamte vom Laserstrahl über-strichene Breite des Profiles erfolgen, so dass die Analog- und/ oder Digitalanzeige, beispielsweise auf einem Bildschirm, direkt ft5 den Kurvenverlauf der Oberfläche entlang der vom Laserstrahl bestrichenen Geraden darstellen kann. Im Laufe der Fortbewegung des Profiles in seiner Längsrichtung kann nun in minimalen Abständen der Kurvenverlauf der Oberfläche entlang der Bewegungsgeraden des Laserstrahles registriert werden, so dass im Endeffekt eine endlos lange Fläche, die sich aus eng nebeneinanderliegenden Kurvenabschnitten zusammensetzt, gemes-s sen und registriert werden kann. In a method specified above, this is achieved by periodically moving the laser beam (s) back and forth in a plane normal to the direction of movement of the profile. This periodic back and forth movement, also referred to as swiveling movement, 60 allows a snapshot to be taken over the entire width of the profile, swept by the laser beam, within a fraction of a second, with appropriate coordination with the speed of movement of the profile, so that the analog and / or digital display , for example on a screen, can directly ft5 represent the curve of the surface along the straight line swept by the laser beam. In the course of the movement of the profile in its longitudinal direction, the curve of the surface along the lines of movement of the laser beam can now be registered at minimal intervals, so that in the end an endlessly long area, which is composed of closely adjacent curve sections, is measured and registered can.

Um alle praktischen Anwendungsfälle optimal bewältigen zu können, ist es zweckmässig, wenn die die periodische Schwenkbewegung mit einer Frequenz von 1 Hz bis 10 kHz erfolgt. Es können dann sowohl langsame als sehr schnelle 111 Profillängsbewegungen noch registriert werden. Die höchste, noch der Messung zugängliche Bewegungsgeschwindigkeit des Profiles liegt bei einer Frequenz der Schwenkbewegung von 10 kHz bei etwa 10 m/s, wenn man eine mittlere Messdistanz in Bewegungsrichtung von ca. 0,5 mm verlangt. Bei grösserer 15 Messdistanz kann die Bewegungsgeschwindigkeit noch wesentlich erhöht werden. In order to be able to cope optimally with all practical applications, it is expedient if the periodic pivoting movement is carried out at a frequency of 1 Hz to 10 kHz. Both slow and very fast 111 profile longitudinal movements can then still be registered. The highest movement speed of the profile, which is still accessible for measurement, is around 10 m / s at a frequency of the swiveling movement of 10 kHz if an average measuring distance in the direction of movement of approx. 0.5 mm is required. With a larger measuring distance, the movement speed can be increased significantly.

Ist ein Profil derart gestaltet, dass die zu registrierende Oberfläche nicht von einem einzigen Laserstrahl bestrichen werden kann, so müssen mehrere Laserstrahlen in einer 20 Normalebene auf die Profillängsrichtung auf die Profiloberfläche fokussiert werden, wobei die Registrierung und gegebenenfalls Darstellung der jeweiligen Messeffekte der einzelnen Laserstrahlen zeitlich synchronisiert erfolgen muss. Nur dann ist gewährleistet, dass die erhaltenen Messwerte einem gemeinsa-25 men Kurvenverlauf entlang eines Querschnittes des Profils entsprechen. If a profile is designed in such a way that the surface to be registered cannot be swept by a single laser beam, several laser beams must be focused in a normal plane on the longitudinal direction of the profile on the profile surface, with the registration and, if necessary, presentation of the respective measurement effects of the individual laser beams in time must be synchronized. Only then is it guaranteed that the measured values obtained correspond to a common curve profile along a cross section of the profile.

Um eine gute Kontrolle und Darstellung der erhaltenen Messwerte zu sichern, ist es zweckmässig, wenn die Darstellung der sich bei der Bewegung des Laserstrahles normal zu einer 111 Längsrichtung des Profiles ergebenden Messeffekte räumlich zugeordnet, in Form eines dem tatsächlichen Verlauf der Oberflächengeometrie geometrisch ähnlichen Analog- und/oder Digitalsignals erfolgt. Es ist dann möglich, die registrierten Messwerte auch optisch, z.B. auf einem Bildschirm darzustellen, 35 so dass auch auf diese Weise eine Kontrolle der Profiloberfläche erfolgen kann. Zweckmässigerweise kann dabei die Sollkurve gleich am Bildschirm über die Istkurve gelegt werden, so dass unzulässige Toleranzüberschreitungen sofort erkennbar sind. In order to ensure good control and representation of the measured values obtained, it is expedient if the representation of the measurement effects which result from the movement of the laser beam normally spatially associated with a 111 longitudinal direction of the profile, in the form of an analogue geometrically similar to the actual course of the surface geometry. and / or digital signal. It is then possible to visually, e.g. on a screen, 35 so that the profile surface can also be checked in this way. The target curve can expediently be placed on the screen over the actual curve, so that impermissible tolerance violations can be recognized immediately.

In vielen Fällen ist es wünschenswert, die ganze Oberfläche 4(1 eines Profiles rundherum zu messen. In diesem Falle ist es zweckmässig, wenn mehrere Laserstrahlen um das Profil so angeordnet sind, dass bei ihrer Schwenkbewegung zumindest aneinandergrenzende Umfangsbereiche des 'rofiles überstrichen werden, wobei die zeitlich synchronen 1 vnalog- und/oder ls Digitalsignale zu einem geometrisch dem von den Laserstrahlen bestrichenen Profilumfang ähnlichen, geschlossenen Linienzug zusammengefügt dargestellt werden. Bei einer synchronen Schwenkbewegung der verwendeten Laserstrahlen wird somit ein geschlossener Linienzug um das Profil erfasst. Bei Fortbe-™ wegung des Profiles in seiner Längsrichtung reiht sich dann ein geschlossener Linienzug an den zeitlich nächstfolgenden, so dass bei bildlicher Darstellung hintereinanderliegende Linienzüge quasi «scheibenweise» das gemessene Profil darstellen. Diese Darstellung kann endlos erfolgen, so dass beispielsweise, wenn ein aus einer Spritzmaschine extrudiertes Profil registriert werden soll, die ganze Produktionslänge in einem Arbeitsgang gemessen und erfasst werden kann. Wesentlich ist an der erfin-dungsgemässen Methode, dass das Profil frei im Raum bewegend gemessen wird und keinerlei Krafteinflüssen von aussen ausgesetzt ist, die eine Deformation bewirken könnten. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist auch, dass die Messgeschwindigkeit derart gross gewählt werden kann, dass sie vollkommen der gegebenenfalls vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit des zu messenden Profils angepasst werden kann. In many cases it is desirable to measure the entire surface 4 (1) of a profile all around. In this case, it is expedient if several laser beams are arranged around the profile in such a way that when they pivot, at least adjoining circumferential regions of the profile are covered, whereby the time-synchronous 1 digital and / or digital signals are shown merged to form a closed line geometrically similar to the scope of the profile covered by the laser beams, so that when the laser beams are pivoted synchronously, a closed line around the profile is detected The profile of the profile in its longitudinal direction is then followed by a closed line of the next one in time, so that the line profile lying one behind the other virtually “slice-wise” represents the measured profile. This representation can be endless, so that, for example, if a from a spraying machine ne extruded profile is to be registered, the entire production length can be measured and recorded in one operation. It is essential to the method according to the invention that the profile is measured moving freely in space and is not exposed to any external forces that could cause deformation. It is also essential for the present invention that the measuring speed can be selected to be so large that it can be completely adapted to the movement speed of the profile to be measured, which may be predetermined.

Dient die vorliegende Erfindung zur Kontrolle eines Ferti-eungsprozesses, so ist es zweckmässig, wenn die Analog- und/ oder Digitalsignale als Stellgrössen für Steuer- und/oder Regel- If the present invention is used to control a manufacturing process, it is expedient if the analog and / or digital signals act as manipulated variables for control and / or regulating processes.

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eingriffe an der Fertigungseinrichtung Verwendung finden. Auf diese Weise ist es möglich, während der Herstellung eines Profiles sofort den Fehler festzustellen und entsprechende Korrekturen zu seiner Behebung vorzunehmen. Auf diese Weise kann, wenn die Kontrolle der Massgenauigkeit unmittelbar nach 5 der Fertigungseinrichtung stattfindet, die Menge an hergestelltem fehlerhaftem Profil auf ein Minimum reduziert werden. interventions in the manufacturing facility are used. In this way it is possible to immediately identify the error during the production of a profile and to make appropriate corrections to remedy it. In this way, if the dimensional accuracy is checked immediately after the manufacturing device, the amount of defective profile produced can be reduced to a minimum.

Dies hat neben anderen wirtschaftlichen Vorteilen auch noch positiven Einfluss auf die Leistung der Fertigungsmaschine und auf die Qualität des Produkts. i n In addition to other economic advantages, this also has a positive impact on the performance of the production machine and on the quality of the product. in

Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens wird gemäss der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verwendet, wobei im Strahlengang eines Lasers nach diesem aufeinanderfolgend a) eine Sammellinse, b) eine Kollimatorlinse, c) ein zur optischen Achse geneigter Teilerspiegel, der für vom Laser i ? kommende Strahlen durchlässig ist, für aus der anderen Richtung kommende Strahlen undurchlässig ist, und d) eine Sammellinse angeordnet sind, wobei im Strahlengang ausserdem eine Vorrichtung zum periodischen Schwenken des Laserstrahls angeordnet ist. Durch die Schwenkung allein des Strahlengan- 211 ges ist eine mechanische Unabhängigkeit von den anderen Teilen des laseroptischen Systems gegeben, so dass die Schwenkeinrichtung völlig unabhängig bedient werden kann. In order to carry out the method described above, a device is used according to the present invention, in which a) a converging lens, b) a collimator lens, c) a splitter mirror inclined to the optical axis, which is used by the laser i? incoming rays is transparent, is impermeable to rays coming from the other direction, and d) a converging lens is arranged, a device for periodically swiveling the laser beam also being arranged in the beam path. The pivoting of the beam path alone provides mechanical independence from the other parts of the laser-optical system, so that the pivoting device can be operated completely independently.

Für relativ niedere Frequenzen der Schwenkbewegung kann eine mechanisch schwenkbare Optik verwendet werden, bei 25 höheren Frequenzen ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Schwenken des Laserstrahls aus einem steuerbaren Beugungsgitter besteht. Derartige Beugungsgitter sind optisch durchlässige Materialien, deren Brechungsindex durch Anlegen einer Wechselspannung periodisch geändert werden kann. Syn-chron zu der angelegten, eventuell auch hochfrequenten Wechselspannung ändert sich der Brechungsindex des Beugungsgitters und lenkt demnach den Laserstrahl bzw. das Laserstrahlbündel entsprechend ab, so dass der durch den Laserstrahl erzeugte Lichtfleck innerhalb der gewünschten Grenzen auf der 1S Oberfläche des zu vermessenden Profiles hin und her wandert. Eine besonders zweckmässige Messanordnung aus den beschriebenen Vorrichtungen besteht aus einem ringförmigen Gehäuse, in dem zumindest zwei der Vorrichtungen entlang der inneren Mantelfläche des Ringes in Umfangsrichtung beweglich 40 verfahr- und arretierbar angeordnet sind. Entsprechend der Kompliziertheit des zu vermessenden Profilquerschnittes können auch mehrere Vorrichtungen in dem ringförmigen Gehäuse angeordnet sein, um auch Hinterschneidungen ausmessen zu können. Durch die Verfahrbarkeit der Vorrichtungen in dem 45 Gehäuse kann eine Anpassung an den jeweils zu vermessenden Profilquerschnitt gewählt werden. Mechanically pivotable optics can be used for relatively low frequencies of the pivoting movement; at 25 higher frequencies it is advantageous if the device for pivoting the laser beam consists of a controllable diffraction grating. Diffraction gratings of this type are optically permeable materials, the refractive index of which can be changed periodically by applying an alternating voltage. The refractive index of the diffraction grating changes in sync with the applied, possibly also high-frequency AC voltage and accordingly deflects the laser beam or the laser beam accordingly, so that the light spot generated by the laser beam falls within the desired limits on the 1S surface of the profile to be measured and wanders here. A particularly expedient measuring arrangement from the devices described consists of an annular housing in which at least two of the devices are arranged such that they can be moved and locked in the circumferential direction along the inner circumferential surface of the ring. According to the complexity of the profile cross-section to be measured, a plurality of devices can also be arranged in the annular housing in order to also be able to measure undercuts. Because the devices can be moved in the housing, an adaptation to the profile cross section to be measured can be selected.

Um eine möglichst vorteilhafte Auswertung der erhaltenen Messeffekte zu erreichen, ist es zweckmässig, wenn bei einer 5H Messanordnung, bei der im Strahlengang des über den Teilerspiegel vom Objekt reflektierten Laserstrahlbündels nach dem Teilerspiegel aufeinanderfolgend eine Sammellinse, eine mit einem Oszillator gekoppelte Lochblende und ein Fotodetektor angeordnet sind und wobei die im Fotodetektor erzeugte Mess- 55 Spannung über einen Verstärker einem Eingang eines Lock-in-Detektors zugeführt ist, dessen zweiter Eingang mit dem Oszillator der Lochblende in Verbindung steht, die Ausgänge aller laseroptischen Systeme an einen elektronischen Messwerte-Decoder angeschlossen sind, der über einen elektronischen Prozessor in Verbindung mit Parametereingabe- und Messer-gebnis-Ausgabeeinheiten besteht. In order to achieve the most advantageous evaluation of the measurement effects obtained, it is expedient if, in the case of a 5H measurement arrangement in which a converging lens, a pinhole coupled to an oscillator and a photodetector are arranged in succession in the beam path of the laser beam reflected from the object via the splitter mirror and the measuring voltage generated in the photodetector is fed via an amplifier to an input of a lock-in detector, the second input of which is connected to the oscillator of the pinhole, the outputs of all laser-optical systems are connected to an electronic measured value decoder which consists of an electronic processor in connection with parameter input and measurement result output units.

Durch eine derartige Anordnung ist eine vollautomatische Mess-, Registrier- und Ausgabeeinheit geschaffen, die gegebe- 6S nenfalls noch durch entsprechende Impulsumwandler zur Steuerung von Regeleinheiten für die Produktionsmaschine verwendet werden kann. Such an arrangement creates a fully automatic measuring, registration and output unit which, if necessary, can also be used by appropriate pulse converters to control control units for the production machine.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielshaft näher erläutert. Es zeigt die Fig. 1 ein Schema der Laseroptik, die Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Messanordnung und die Fig. 3 und 4 eine schematische Darstellung der Laserkopfanbringung von vorne bzw. von der Seite. In the following the invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawing. 1 shows a diagram of the laser optics, FIG. 2 shows a block diagram of a measuring arrangement and FIGS. 3 and 4 show a schematic representation of the laser head attachment from the front or from the side.

In Fig. 1 ist der Strahlengang innerhalb des Laserkopfes 2 dargestellt. Vom Laser 3 kommend gelangt das Laserstrahlbündel durch einen Kollimator 4, durchdringt einen unter 45° zur optischen Achse angeordneten Teilerspiegel und wird dann von der Fokussieroptik 6, die Strahlschwenkeinrichtung 7 durchsetzend, auf die Oberfläche des Profiles 1 gebündelt. Der reflektierte Laserstrahl wird von der Rückseite des Teilerspiegels 5 zu einem Umlenkspiegel 8 abgelenkt und sodann über eine weitere Fokussieroptik 9 einem Fotodetektor 11 zugeführt. Zwischen der Fokussieroptik 9 und dem Fotodetektor 11 ist eine Schwingblende 10 angeordnet. Die Schwingblende ist als Lochblende ausgeführt und ist etwa beim Brennpunkt der Fokussieroptik 9 positioniert. Der Durchmesser des Loches der Schwingblende 10 beträgt einige Zehntemillimeter. Zur Anregung der Schwingblende 10 beinhaltet diese einen Oszillator. Die Spannung, die der Fotodetektor 11 aufgrund der Intensitätsdifferenz des entsprechend den Extremstellungen der Schwingblende 10 auf ihn fallenden, reflektierten Laserstrahlbündels abgibt, wird durch einen NF-Verstärker 13 zu einem gleichfalls mit der Schwingblende 10 verbundenen sogenannten Lock-in-Detektor 14 geführt. Aus dem Lock-in-Detektor 14 tritt ein synchronisiertes Messsignal aus, so dass die Schwingungsfrequenz der Schwingblende 10 und die ihr entsprechende Spannungsänderung am Ausgang des Fotodetektors 11 zeitlich übereinstimmend ausgewertet werden können. Die Bezugsziffer 15 bezeichnet die Steuerleitung für die Strahlschwenkung, die Bezugsziffer 16 die entsprechende Rückkopplungsleitung für die Strahlschwenkung, die Bezugsziffer 17 die Messsignalausgabe und die Bezugsziffer 18 die Laserkopf-Position-Signalausgabe, welche mit dem Positionierantrieb 12, der den Lasermesskopf 2 steuert, in Verbindung steht. In Fig. 1, the beam path within the laser head 2 is shown. Coming from the laser 3, the laser beam passes through a collimator 4, penetrates a splitter mirror arranged at 45 ° to the optical axis, and is then focused onto the surface of the profile 1 by the focusing optics 6, passing through the beam swiveling device 7. The reflected laser beam is deflected from the rear of the divider mirror 5 to a deflecting mirror 8 and then fed to a photodetector 11 via a further focusing optics 9. An oscillating diaphragm 10 is arranged between the focusing optics 9 and the photodetector 11. The oscillating diaphragm is designed as a pinhole diaphragm and is positioned approximately at the focal point of the focusing optics 9. The diameter of the hole of the oscillating diaphragm 10 is a few tenths of a millimeter. To excite the oscillating diaphragm 10, it contains an oscillator. The voltage which the photodetector 11 emits due to the intensity difference of the reflected laser beam falling on it in accordance with the extreme positions of the oscillating diaphragm 10 is guided by an LF amplifier 13 to a so-called lock-in detector 14 which is also connected to the oscillating diaphragm 10. A synchronized measurement signal emerges from the lock-in detector 14, so that the oscillation frequency of the oscillating diaphragm 10 and the voltage change corresponding to it at the output of the photodetector 11 can be evaluated in accordance with time. The reference number 15 designates the control line for the beam pivoting, the reference number 16 the corresponding feedback line for the beam pivoting, the reference number 17 the measurement signal output and the reference number 18 the laser head position signal output, which is connected to the positioning drive 12 which controls the laser measuring head 2 stands.

Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Blockdiagramm sind in einem den Laserkopf-Montagegrundrahmen bildenden ringförmigen Gehäuse 19 drei Lasermessköpfe 2 angeordnet. Die aus diesen Lasermessköpfen 2 austretenden Laserstrahlen treffen auf verschiedene Oberflächenanteile eines im Querschnitt dreieckigen Profils 1. Die Position der Lasermessköpfe 2 wird durch eine Laserstrahlpositionssteuerung 20 erreicht. Die aus den Lasermessköpfen 2 austretenden Messsignale werden zuerst von einem Messwerte-Decoder 21 verarbeitet und gelangen von dort zu einer als elektronischer Prozessor ausgebildeten Auswerteeinheit 24. Um die Auswertung zu ermöglichen, ist die Auswerteeinheit 24 mit einer Eingabe für die Prozess-Istwerte 22 und einer Eingabe für die Prozess-Sollwerte 23 verbunden. Die aus der Auswerteeinheit 24 austretenden Daten können einerseits über einen Teletypeschreiber 25 protokolliert werden, oder andererseits auch zu einer bildlichen Darstellung auf einem Bildschirm 27 verwendet werden. Um eine direkte Rückkopplung auf den Herstellprozess des Profils 1 zu ermöglichen, führt eine Verbindungsleitung aus der Auswerteeinheit 24 zu entsprechenden Regelorganen 26 zur Prozesssteuerung. According to the block diagram shown in FIG. 2, three laser measuring heads 2 are arranged in an annular housing 19 forming the basic laser head mounting frame. The laser beams emerging from these laser measuring heads 2 strike different surface portions of a profile 1 with a triangular cross section. The position of the laser measuring heads 2 is achieved by a laser beam position controller 20. The measurement signals emerging from the laser measurement heads 2 are first processed by a measurement value decoder 21 and from there to an evaluation unit 24 designed as an electronic processor. To enable the evaluation, the evaluation unit 24 is provided with an input for the actual process values 22 and Input for the process setpoints 23 connected. The data emerging from the evaluation unit 24 can be logged on the one hand via a teletype writer 25, or on the other hand can also be used for a pictorial representation on a screen 27. In order to enable a direct feedback on the manufacturing process of the profile 1, a connecting line leads from the evaluation unit 24 to corresponding control elements 26 for process control.

In den Fig. 3 und 4 ist die Anbringung der Lasermessköpfe 2 innerhalb des Lasermesskopf-Montagegrundrahmens 19 dargestellt. Am Fuss des Lasermesskopfes 2 ist eine innere Führung 28 vorgesehen, der eine äussere Führung 29 am Lasermesskopf-Montagegrundrahmen 19 entspricht. Der äusseren Führung 29 entspricht wiederum ein äusserer Führungsring 30. Zur Verstellung eines Lasermesskopfes 2 innerhalb des Lasermesskopf-Montagegrundrahmens 19 dient ein Positionierantrieb 12, der den Lasermesskopf über eine Verzahnung 31 bewegen kann. Dadurch gelangt der Lasermesskopf 2 beispielsweise in die Position 2'. Eine weitere Möglichkeit zur Veränderung der 3 and 4, the attachment of the laser measuring heads 2 within the laser measuring head mounting base frame 19 is shown. At the foot of the laser measuring head 2, an inner guide 28 is provided, which corresponds to an outer guide 29 on the laser measuring head mounting base frame 19. The outer guide 29 in turn corresponds to an outer guide ring 30. A positioning drive 12, which can move the laser measuring head via a toothing 31, is used to adjust a laser measuring head 2 within the laser measuring head mounting basic frame 19. As a result, the laser measuring head 2 reaches position 2 ', for example. Another way to change the

Position der Lasermessköpfe 2 in bezug auf das Profil 1 besteht darin, den gesamten Lasermesskopf-Montagegrundrahmen 19 zu drehen. Dazu dient der Positionierantrieb 34. Um die Drehung des Lasermesskopf-Montagegrundrahmens 19 zu ermöglichen, ist dieser über Ständer 33 auf Führungsrollen 32 gelagert. Position of the laser measuring heads 2 with respect to the profile 1 is to rotate the entire laser measuring head mounting base frame 19. The positioning drive 34 is used for this purpose. In order to enable the rotation of the laser measuring head mounting base frame 19, it is mounted on guide rollers 32 via stands 33.

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Zur Führung des Profils 1, dessen Oberfläche vermessen werden soll, dient eine Rollenbahn 35. Das in der Mitte der Rollenbahn 35 in Fig. 3 dargestellte strichpunktierte Areal 36 symbolisiert den Messbereich, der in dem dargestellten Falle zur s Verfügung steht. A roller conveyor 35 is used to guide the profile 1, the surface of which is to be measured. The dash-dotted area 36 shown in the center of the roller conveyor 35 in FIG. 3 symbolizes the measuring range, which is available in the case shown.

C C.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

618 261 PATENT CLAIMS

1. A method for measuring the surface of a profile of any length that is continuously moved in the longitudinal direction of the profile, one or more laser beams being (are) focused on the surface of the profile to form a light spot and the changes in the image of the light spot that occur due to surface geometry changes being recorded and are shown converted into analog and / or digital signals, characterized in that the laser beam or beams are periodically moved back and forth in a plane normal to the direction of movement of the profile.

2. The method according to claim 1, characterized in that the periodic pivoting movement follows with a frequency of 1 Hz to 10 kHz.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein a plurality of laser beams are focused in a normal plane on the longitudinal direction of the profile on the profile surface, characterized in that the registration and optionally the respective measurement effects of the individual laser beams are synchronized in time.

4. The method according to claim 3, characterized in that the representation of the measurement effects resulting during the movement of the laser beam normal to a longitudinal direction of the profile is spatially assigned in the form of an analog and / or digital signal geometrically similar to the actual course of the surface geometry.

5. The method according to claim 4, wherein a plurality of laser beams are arranged around the profile so that at least adjacent circumferential areas of the profile are swept during their pivoting movement, characterized in that the time-synchronous analog and / or digital signals to a geometrically that of the Laser beam-swept profile circumference similar, closed lines are shown together.

6. The method according to claim 1, for checking the cross-sectional accuracy of a profile in the course of its manufacture, characterized in that the analog and / or digital signals are used as manipulated variables for control and / or regulating interventions on the manufacturing device.

7. An apparatus for performing the method according to claim 1, wherein in the beam path of a laser after this successively a) a converging lens, b) a collimator lens, c) a divider mirror inclined to the optical axis, which is transparent to rays coming from the laser, for the other Direction of coming rays is opaque, and d) a converging lens is arranged, characterized in that a device (7) for periodically pivoting the laser beam is also arranged in the beam path.

8. The device according to claim 7, characterized in that the device consists of a controllable diffraction grating.

9. Measuring arrangement with devices according to claim 7, characterized in that in an annular housing (19) at least two laser-optical systems along the inner lateral surface of the housing (19) are arranged such that they can be moved and locked in the circumferential direction.

10. Measuring arrangement according to claim 9, wherein in the beam path of the laser beam reflected from the object by the splitter mirror, a collecting lens, a pinhole coupled to an oscillator and a photodetector are arranged in succession after the splitter mirror and the measuring voltage generated in the photodetector via an amplifier has an input of a lock is fed into the detector, the second input of which is connected to the oscillator of the pinhole, characterized in that the outputs of all devices are connected to an electronic measured value decoder (21) which is connected to an electronic processor (24) Parameter input and measurement result output units are available.