CH633102A5 - Vorrichtung zum messen einer abmessung eines koerpers. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer 50 des geraden Streifens ist.

Abmessung eines Körpers mit einer mit mindestens einem licht- Es ist bekannt, die Abmessung des Körpers aus der Zeitdau-durchlässigen, spiralförmigen Streifen versehenen, sonst licht- er eines annähernd rechteckigen Impulses (Messignal) zu ermit-undurchlässigen, rotierenden Scheibe, einer mit einem licht- teln. Die Genauigkeit einer solchen Auswertung ist jedoch aufdurchlässigen, geraden Streifen versehenen, sonst lichtundurch- grund von Drehzahlschwankungen der Scheibe beschränkt, lässigen Blende, die so im Bereich der Scheibe angeordnet ist, 55 Durch eine ein Referenzmuster der Scheibe abtastende Ab-dass ein lichtdurchlässiger, bei Drehung der Scheibe entlang des tasteinrichtung zur Abgabe von die Drehstellung der Scheibe geraden Streifens wandernder Überschneidungsbereich von spi- darstellenden Signalen kann man ein von Drehzahlschwankun-ralförmigen und geraden Streifen gebildet ist, einer optischen gen unabhängiges Messergebnis erhalten.

Anordnung zur Erzeugung einer Abbildung des Körpers auf die Um Messungen rasch und präzise durchführen zu können, Blende oder die Scheibe mit der zu ermittelnden Abmessung im 60 ist eine hohe Abtastrate erwünscht, die man durch Anordnung Bereich des geraden Streifens und parallel zu diesem Streifen, einer Anzahl von z.B. 12 evolventenförmigen Streifen auf der einem Detektor zur Messung des durch den Überschneidungs- Scheibe erreicht. Um eine Zuordnung zwischen dem Beginn der bereich fallenden Lichts und einer Schaltung zur Auswertung einzelnen Evolventen und dem Messsignal sowie um eine feine des von dem Detektor abgegebenen Messignals. Winkelunterteilung zu erhalten, können das Referenzmuster ein

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art ist der licht- 65 gleichmässiges, längs eines Kreises der Scheibe verteiltes Tei-durchlässige gerade Streifen der Blende radial angeordnet und lungsmuster aus im wesentlichen radial verlaufenden lichtdurchschneidet jeweils einen der lichtdurchlässigen spiralförmigen lässigen Streifen und ein Markierungsmuster aus einzelnen, je-Streifen von nicht näher festgelegter Form (US-PS 3 254 226 ; weils einem der spiralförmigen Streifen zugeordneten, licht-

durchlässigen Streifen oder Streifengruppen und die Abtasteinrichtung zwei Detektoren umfassen, die das von einer Lichtquelle beleuchtete Referenzmuster unter Abgabe eines Teilungssignals und eines Markierungssignals abtasten.

Mit Hilfe des Teilungssignals hoher Frequenz lässt sich eine präzise Auswertung des Messignals mit einfachen Mitteln durchführen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Schaltung einen vom Messignal gesteuerten, Impulse des Teilungssignals zählenden Zähler zur Abgabe eines die Abmessung des Körpers darstellenden Bezugssignals aufweist.

Die Erfindung soll im Folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht im Schnitt auf eine Vorrichtung zum Messen einer Abmessung eines Körpers in vereinfachter Darstellung;

Fig. 2 eine Ansicht auf Blende und Scheibe der Anordnung in Fig. 1 in Richtung des Pfeils A ;

Fig. 3 von der Anordnung nach Fig. 1 gewonnene Signale.

Die allgemein mit 10 bezeichnete Vorrichtung zur Messung von Abmessungen, beispielsweise der Breite b eines Körpers 12 erzeugt eine Abbildung 14 dieses Körpers auf einer Blende 16. Hierzu wird der Körper 12 von einer Lichtquelle 18, beispielsweise einer Glühlampe und einer Kondensorlinse 20 möglichst kontrastreich beleuchtet. Neben der gezeigten Durchlichtbe-leuchtung, d.h. einer Anordnung, bei der der Körper 12 auf der optischen Linie zwischen Lichtquelle 18 und Abbildung 14 angeordnet ist, kann auch eine Auflichtbeleuchtung verwendet werden, bei der die Lichtquelle 18 auf der selben Seite wie die Abbildung 14 angeordnet ist. In diesem Falle kann die Lichtquelle 18 in einem Gehäuse mit den weiteren noch zu beschreibenden Bauteilen der Vorrichtung 10 integriert werden.

Der von der Lichtquelle 18 beleuchtete Körper 12 wird mit Hilfe eines Objektivs 22 auf die Blende 16 scharf abgebildet. In Fig. 2 ist die Abbildung 14 mit unterbrochenen Kantenlinien 24 und 26 und schraffiertem Innenbereich dargestellt. Senkrecht zu diesen Kantenlinien 24 und 26 ist in der Blende 16 ein gerader, lichtdurchlässiger Streifen 28 einer Breite c vorgesehen. Dicht hinter der Blende 16 rotiert eine von einem Motor 33 angetriebene Scheibe 30. Diese hat spiralenförmige, lichtdurchlässige Streifen 32 in der Form von Evolventen. Diese Evolventen gehen von einem im Drehpunkt 34 der Scheibe 30 zentrierten Grundkreis 36 aus (siehe Fig. 2).

Die Position der Blende 16 ist in der Weise festgelegt, dass der gerade Streifen 28 längs einer Tangente 38 an dem Grundkreis 36 verläuft, mit einem Abstand R vom Berührpunkt 40 der Tangente 38 am Grundkreis 36. Der Abstand R ist wesentlich grösser als die Breite c des Streifens 28.

An der Stelle, wo sich der gerade lichtdurchlässige Streifen 28 mit einem der evolventenförmigen, lichtdurchlässigen Streifen 32 schneidet, wird ein lichtdurchlässiger Überschneidungsbereich 42 gebildet. Sonst ist die Anordnung aus Blende 16 und

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Scheibe 30 lichtundurchlässig. Da der Uberschneidungsbereich 42 bei Drehung der Scheibe 30 entlang des geraden Streifens 28 wandert, kann man den auf diesen Streifen 28 projizierten Teil der Abbildung 14 abtasten. Hierzu ist hinter der Scheibe 30 eine Linse 44 angebracht, die das durch den Uberschneidungsbereich 42 fallende Licht in einem lichtempfindlichen Detektor 46 sammelt. Der Detektor 46 gibt ein Messignal f x an eine Schaltung 48 ab. In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf von ft bei Abtastung der Abbildung 14 dargestellt. Da der Bereich zwischen den Kantenlinien 24 und 26 durch die Abschattung der Lichtquelle 18 durch den Körper 12 dunkler als die benachbarten Bereiche ist, hat das Signal fj innerhalb dieses Bereichs niedrigere Amplitude. Zwischen einem Kreis 51 auf der Scheibe 30 und ihrem Rand ist ein Teilungsmuster 50 mit lichtdurchlässigen, radial verlaufenden Streifen 52 nach Art eines Radialgitters vorgesehen. Zusätzlich sind einzelne, den evolventenförmigen Streifen 32 jeweils zugeordnete, lichtdurchlässige Streifen 54 eines Markierungsmusters 56 innerhalb der Scheibe 30 vorgesehen. Diese Streifen 54 markieren jeweils den Beginn der Überschneidung eines evolventenförmigen Streifens 32 mit dem geraden Streifen 28 der Blende 16.

Das Teilungsmuster 50 sowie das Markierungsmuster 56 werden von einer Abtasteinrichtung 58 abgetastet. Hierzu wird die Scheibe 30 im Bereich dieser Muster 50,56 von einer Lichtquelle 60 durch eine Linse 62 beleuchtet und das durch die Scheibe 30 tretende Licht von zwei Detektoren 64 und 66 aufgenommen. Der das Teilungsmuser 50 abtastende Detektor 64 gibt ein Teilungssignal f3, der das Markierungsmuster 56 abtastende Detektor 66 ein Markierungssignal f2 an die Schaltung 48 ab. In Fig. 3 ist der Zeitliche Verlauf beider Signale f2 und f3 gezeigt.

Durch die starke Unterteilung des Teilungssignals f3 in eine Vielzahl von Rechteckimpulsen kann man durch einfaches Zählen dieser Impulse die Breite b' der Abbildung 14 und über den bekannten Vergrösserangsfaktor die gesuchte Breite b des Körpers 12 messen. Hierzu ist in der Schaltung 48 ein Zähler 68 vorgesehen, der die Impulse des Teilungssignals f3 aufaddiert, solange f2 niedrige Amplitude hat (n Impulse in Fig. 3). Dementsprechend kann ein zweiter Zähler 70 vorgesehen werden, der die Impulse des Teilungssignals f3 zu zählen beginnt, sobald ein Impuls im Markierungssignal f2 auftritt und das Zählen beendet, sobald f j niedrige Amplitude annimmt (m Impulse in Fig. 3). Daraus kann man die absolute Lage des Körpers erhalten.

Mit der im Vorangegangenen beschriebenen Vorrichtung kann die Messung der Lage von Körperkanten berührungslos und mit einer hohen Messfrequenz von beispielsweise 50 oder 100 Messungen pro Sekunde durchgeführt werden. Das Messergebnis steht digital mit einem hohen Verhältnis von Messbereich zu Auflösung von beispielsweise 10 000 :1 zur Verfügung. Der Vergrösserangsfaktor lässt sich in weiten Grenzen variieren. Die Vorrichtung ist von einfachem Aufbau und kostengünstig herzustellen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

633102 2 PATENTANSPRÜCHE Fig. 3). Die spiralförmigen Streifen schneiden den geraden

1. Vorrichtung zum Messen einer Abmessung eines Körpers Streifen während der Drehung unter Winkeln, die kleiner als mit einer mit mindestens einem lichtdurchlässigen, spiralförmi- 90° sind. Der Überschneidungsbereich ist daher nicht recht-gen Streifen versehenen, sonst lichtundurchlässigen, rotieren- ecksförmig, was dazu führt, dass das Messignal bei Abtastung den Scheibe, einer mit einem lichtdurchlässigen, geraden Strei- 5 einer Kante des Körpers einen vergleichsweise flach ansteigen-fen versehenen, sonst lichtundurchlässigen Blende, die so im den Bereich aufweist, wodurch die Genauigkeit der Messung Bereich der Scheibe angeordnet ist, dass ein lichtdurchlässiger, beeinträchtigt ist.

bei Drehung der Scheibe entlang des geraden Streifens wan- Es ist eine Vorrichtung bekannt, bei der durch die von der dernder Überschneidungsbereich von spiralförmigen und gera- Geraden abweichenden Form des Streifens der Blende die Ahden Streifen gebildet ist, einer optischen Anordnung zur Erzeu- io tastung linearisiert ist, d.h. bei der die Position der Überschnei-gung einer Abbildung des Körpers auf die Blende oder die dungsfläche längs des Spaltes streng proportional zum Drehwin-

Scheibe mit der zu ermittelnden Abmessung im Bereich des kel der Scheibe ist (DE-PS16 23 323). Eine solche Blende ist geraden Streifens und parallel zu diesem Streifen, einem Detek- jedoch schwierig zu fertigen. Auch bei dieser Vorrichtung tor zur Messung des durch den Uberschneidungsbereich fallen- schneiden sich die Streifen unter von 90° abweichenden Winden Lichts und einer Schaltung zur Auswertung des von dem is kein.

Detektor abgegebenen Messignals, dadurch gekennzeichnet, Schliesslich ist eine Vorrichtung bekannt, bei der der gerade dass der spiralförmige Streifen (32) der Scheibe (30) in Form Streifen der Blende radial angeordnet ist und anstelle des spiral-einer Evolvente angeordnet ist, die von einem im Drehpunkt förmigen Streifens eine Folge von rechteckigen Öffnungen längs (34) der Scheibe (30) zentrierten Grundkreis (36) ausgeht, und einer Spirale angeordnet sind (US-PS 3 254 226 ; Fig. 1). Der dass der gerade Streifen (28) der Blende (16) im wesentlichen 20 Überschneidungsbereich einer solchen Öffnung mit dem gera-längs einer Tangente (38) an den Grundkreis (36) des spiralför- den Streifen ist zwar rechteckig, die Genauigkeit dieser Anord-migen Streifens (32) der Scheibe (30) angeordnet ist. nung ist jedoch aufgrund der Dunkelperioden zwischen aufein-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, anderfolgenden Öffnungen wesentlich eingeschränkt.

dass der gerade Streifen (28) der Blende (16) von dem Berüh- Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrich-

rungspunkt (40) der Tangente (38) am Grundkreis (36) in ei- 25 tung eingangs genannter Art zu schaffen, die ein Messignal lie-nem Abstand R angeordnet ist, der wesentlich grösser als die fert, das die Abmessung des Körpers mit hoher Genauigkeit Breite (c) des geraden Streifens (28) ist. darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet Dies wird dadurch erreicht, dass der spiralförmige Streifen durch eine, ein Referenzmuster (50,56) der Scheibe (30) abta- der Scheibe in Form einer Evolvente angeordnet ist, die von stende Abtasteinrichtung (58) zur Abgabe von die Drehstellung 30 einem im Drehpunkt der Scheibe zentrierten Grundkreis aus-der Scheibe (30) darstellenden Signalen (f2, f3). geht, und dass der gerade Streifen der Blende im wesentlichen

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, längs einer Tangente an den Grundkreis des spiralförmigen dass das Referenzmuster (50,56) ein gleichmässiges, längs eines Streifens der Scheibe angeordnet ist.

Kreises (51) der Scheibe (30) verteiltes Teilungsmsuter (50) aus Die gestellte Aufgabe wird durch diese Merkmale gelöst, da radial verlaufenden lichtdurchlässigen Streifen (52) und ein der evolventenförmige Streifen der Scheibe den geraden Strei-

Markierungsmuster (56) aus einzelnen, jeweils einem der spiral- fen der Blende stets unter einem rechten Winkel schneidet und förmigen Streifen (32) zugeordneten lichtdurchlässigen Streifen die Position des Überschneidungsbereichs zum Drehwinkel (54) oder Streifengruppen und die Abtasteinrichtung (58) zwei streng proportional ist. Dies folgt aus den geometrischen Eigen-Detektoren (64,66) umfasst, die das von einer Lichtquelle (60) schaffen einer Evolvente, die man als Bahnkurve des Endes beleuchtete Referenzmuster (50,56) unter Abgabe eines Tei- 40 eines gespannten Fadens bei der Abwicklung von einem Grund-lungssignals (f3) und eines Markierungssignals (f2) abtasten. kreis betrachten kann.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Legt man daher von einem Punkt einer solchen Evolvente dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (48) einen vom eine Tangente an den Grundkreis, so ist die Länge dieser Tan-Messsignal (fj) gesteuerten, Impulse des Teilungssignals (f3) gente zwischen Grundkreis und Evolventenpunkt gleich dem zählenden Zähler (68) zur Abgabe eines die Abmessung (b) des 45 Krümmungsradius in diesem Evolventenpunkt. Man kann in Körpers (12) darstellenden Bezugssignals (g) aufweist. sehr guter Näherung einen rechteckigen Uberschneidungsbereich erhalten, wenn der gerade Streifen der Blende von dem

Berührungspunkt der Tangente am Grundkreis in einem Abstand R angeordnet ist, der wesentlich grösser als die Breite c