DE10026357C2

DE10026357C2 - Optoelektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE10026357C2
Application number: DE2000126357
Authority: DE
Inventors: Martin Argast
Original assignee: Individual
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2000-05-27
Filing date: 2000-05-27
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2020-05-28
Also published as: DE10026357A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Struktur- und Geometriedaten einer Werkstückoberfläche, wobei mit Hilfe eines sichtbaren, quer zur Werkstückoberfläche abgelenkten Sendelichtstrahls Kontrast- und oder Distanzmesswerte erfasst werden können und durch das Ausblenden von Segmenten ein optisches Muster erzeugbar ist an dem die ermittelten Struktur- und Geometriedaten ablesbar sind.

Vor dem Bearbeiten eines Werkstückes muß dieses in der Regel zu einem Werkzeug oder einer Referenzfläche ausgerichtet werden. Dazu ist eine Vielfalt von taktilen Meßmitteln bekannt.

Nachteilig bei taktilen Meßmitteln ist, daß die Werkstückoberfläche zum Anlegen des Meßmittels geeignet sein muß.

Außerdem muß das Meßmittel gehalten, der Meßwert abgelesen und das Meßmittel danach wieder vom Werkstück entfernt werden. Dabei besteht die Gefahr, daß das Werkstück verrutscht. Außerdem ist während der Werkstückbearbeitung keine ständige Kontrolle möglich.

Berührungslose Meßsysteme können auch während der Bearbeitung Meßwerte erfassen.

Es ist eine Vorrichtung nach Gebrauchsmuster DE 93 09 094 U1 bekannt, bei dem Sende- und Empfangslichtstrahlen durch ein rotierendes Prisma kegelförmig abgelenkt werden und die Distanz durch zwei koaxial angeordnete Empfangselemente ermittelt wird.

Der Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß die Distanzmessung nur in einem kleinen Distanzbereich erfolgen kann, daß zur Ablenkeinheit eine zusätzliche Empfangsoptik erforderlich ist und für die Meßwertanzeige ein separates Anzeigeelement, das gleichzeitig nur einen Meßwert digital anzeigt, benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, mit Hilfe eines abgelenkten Sendelichtstrahls Struktur- und Geometriedaten einer Werkstückoberfläche berührungslos zu erfassen und als optisches Muster auf der Werkstückoberfläche anzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird die Vorrichtung durch einen Lichtsender, eine Sendeoptik, einen Empfänger, eine Sende-Empfangsoptik, eine Ablenkeinheit, eine Auswerte- und Treiberschaltung und einen Mikroprozessor gebildet.

Der kegelförmig abgelenkte Sendelichtstrahl trifft auf das Werkstück, wo er reflektiert und als Empfangslichtstrahl durch die gleiche Ablenkeinheit zum Empfänger gelangt. In einer Auswerteschaltung wird ein Distanz- oder Kontrastmeßwert generiert, aus dem ein nachgeschalteter Mikroprozessor mit Hilfe der von einem Winkelgeber stammenden Scanwinkelposition Struktur- und Geometriedaten der Werkstückoberfläche berechnet.

Gleichzeitig wird der, auf dem Werkstück, durch den Sendelichtstrahl erzeugte sichtbare Leuchtring zur symbolischen Darstellung der ermittelten Struktur- und Geometriedaten genutzt.

Zur Anpassung an die Meßaufgabe können über einen Taster oder eine Schnittstelle verschiedene Betriebsmodi eingestellt oder ein Teachbefehl ausgelöst werden.

Der Einsatz der Vorrichtung wird an Hand der drei Ausführungsbeispiele, Handbohrmaschinenaufsatz, Handmeßgerät und Barcodehandscanner, erläutert.

Im Gegensatz zu bisherigen Distanzsensoren wird mit dem gleichen Sendelichtstrahl gemessen und das Meßergebnis symbolisch angezeigt. Diese Doppelfunktion bedeutet nicht nur eine Einsparung bei den Herstellkosten, sondern bietet eine analoge Anzeige auf der Werkstückoberfläche, die durch den Bearbeiter zwangsläufig beobachtet werden muss, so dass seine Aufmerksamkeit nicht durch eine zusätzliche Anzeige abgelenkt wird. Der bisher sequentielle Vorgang: messen, ablesen, korrigieren, wird durch den direkten Korrekturvorgang parallel zur Bearbeitung ersetzt. Dabei ist die analoge Anzeige für Regelvorgänge, die durch den Bearbeiter ausgeführt werden, besonders wichtig.

Außerdem sind gleichzeitig mehrere Informationen durch ein optisches Muster darstellbar, die es dem Bearbeiter erlauben auch komplexe Korrekturen schnell durchzuführen.

Die Grundfunktion der Distanzmessung ist durch verschiedene Meßprinzipien realisierbar.

Im einfachsten Fall wird die Empfangsamplitude, die bei einer diffus reflektierenden Werkstückoberfläche mit dem Quadrat des Abstandes abnimmt, zur Distanzbestimmung verwendet. Dazu ist als Sender nur eine Leuchtdiode erforderlich, die zur Unterscheidung von Gleichlicht gepulst wird.

Eine genauere, vom Reflexionsgrad unabhängigere, Distanzmessung ist mit einer Anordnung möglich, bei der alle optischen Komponenten koaxial angeordnet sind. Dabei wird der Empfänger aus einem Fernelement, das konzentrisch von einem Nahelement umschlossen wird, gebildet. Die Distanzinformation ergibt sich aus dem Verhältnis von Nah- und Fernsignalpegel.

Für größere Distanzen eignet sich das Lichtlaufzeitmeßprinzip, vorzugsweise die Phasenmesstechnik, bei der der Distanzmeßwert aus der Phasenverschiebung zwischen Empfangssignal und dem Sendesignal ermittelt wird. Vorzugsweise wird der Sender durch einen Laser gebildet und durch ein Rechtecksignal moduliert.

Die Ablenkeinheit hat die Aufgabe, Sendelichtstrahlen kegelförmig abzulenken und die Empfangslichtstrahlen in umgekehrter Richtung so umzulenken, daß sie auf ein Empfangselement fokusierbar werden.

Mit einer Sammellinse, vorzugsweise einer Fresnellinse, die um eine, zur optischen Linsenachse parallel versetzten Achse gedreht wird, ist diese Anforderung erfüllt. Die Linse wird in seitlichen Rollen geführt, wobei eine der Rollen motorisch angetrieben wird.

Am umlaufenden Rand der Fresnellinse ist eine Winkelkodierung aufgebracht, die über einen Winkelgeber ausgelesen wird. Im einfachsten Fall besteht diese Kodierung aus einer schmalen Markierung, die einen Impuls pro Umdrehung liefert.

Mit einem Microscanspiegelarray, bestehend aus vielen Einzelspiegeln auf einem Halbleiterchip, die elektrostatisch oder magnetisch angesteuert werden, werden Sende- und Empfangslichtstrahlen umgelenkt und entsprechend der angelegten Steuerspannung kegelförmig abgelenkt. Für die Ablenkung sind Wechselsignale mit einem Phasenversatz von 90° und Wirkungsrichtungen die ebenfalls 90° zueinander stehen, erforderlich. Zur optimalen Ausnutzung der Spiegelfläche ist diese vorzugsweise 45° zur Sendeachse geneigt.

Eine andere Möglichkeit der kegelförmigen Strahlablenkung bietet ein elastisch aufgehängter Spiegel, der durch mindestens drei, um 120° phasenversetzte Spannungen angesteuerte Aktoren zu einer Taumelbewegung angeregt wird.

Aus den, als Funktion des Scanwinkels, ermittelten Distanz- oder Kontrastmeßwerten berechnet ein Mikroprozessor die Winkelabweichung der Flächennormalen des Werkstückes zur Scanachse, was im folgenden als Neigungswinkel NW bezeichnet wird. Steht die Werkstückfläche senkrecht zur Scanachse ist der Meßwert über dem Scanwinkel konstant. Bei einer geneigten, ebenen Fläche ergibt sich ein sinusförmiger Verlauf, wobei der Wechselanteil ein Maß für den Neigungswinkel NW ist.

Aus der Phasenlage dieses Meßwerteverlaufes wird der Schwenkwinkel SW abgeleitet, der dem Scanwinkel bei kleinstem Meßwert entspricht. Die zur Gerätegrundfläche senkrecht verlaufende x-Richtung wird im folgenden als Scanwinkel mit dem Wert null definiert.

Innerhalb des Distanzmeßbereiches kann durch Betätigen einer Taste, z. B. durch Doppelklicken, ein Teachvorgang ausgelöst werden. Dabei wird die aktuelle Distanz zum Werkstück gemessen und als Referenzwert in einem nicht flüchtigen Speicher gesichert. Die folgenden Meßwerte werden mit dem Referenzwert verglichen und die Abweichung angezeigt. Alternativ kann über einen Eingang ein Teachbefehl ausgelöst werden.

Über die gleiche Taste kann durch einfaches Klicken in den nächst folgenden Betriebsmodus geschaltet werden, der die Auswertealgorithmen und die Art der Anzeige bestimmt. Alternativ können über den Eingang serielle Daten eingegeben und damit ein gewünschter Betriebsmodus eingestellt werden. Je nach Betriebsmodus werden über einen Ausgang analoge Meßwerte, oder ein mit Hilfe eines Schwellwertes generiertes binäres Schaltsignal ausgegeben.

Zur Darstellung des berechneten Distanzunterschiedes werden Segmente des Leuchtringes ausgeblendet. Ist die aktuelle Distanz größer als der Referenzwert, wird der Leuchtring symmetrisch zur x-Richtung zweimal ausgeblendet, so dass ein Bogenstück mit der Länge d2 entsteht. Die Länge dieses Bogenstückes stellt die Distanzabweichung dar. Verringert sich die Distanzabweichung auf null, verkürzt sich die Bogenlänge d2 auf einen Punkt. Bei negativen Distanzabweichungen verschwindet das Bogenstück ganz und es bleibt eine Leuchtringausblendung symmetrisch zur x-Richtung, wobei die Bogenlänge d1 dieser Ausblendung ein Maß für die negative Distanzabweichung darstellt.

Die Flächenneigung wird durch Leuchtringpunkte dargestellt, wobei die Anzahl der gezeigten Leuchtringpunkte ein Maß für den Neigungswinkel NW ist. Der Schwenkwinkel SW, der die Winkellage der Flächenneigung zur x- Achse ausdrückt, wird durch die Lage der Leuchtringpunkte dargestellt. Um eine gleichzeitige Anzeige von Distanzunterschied und Flächenneigung zu ermöglichen, werden die Leuchtringpunkte blinkend dargestellt.

Beim Bohren mit einer Handbohrmaschine ergibt sich oft das Problem, daß der Bohrer senkrecht auf dem Werkstück stehen sollte, der Bearbeiter die Flächenneigung aber nur ungenügend beurteilen kann, da er in Richtung der Bohrachse auf das Werkstück blickt.

Ein weiteres Problem tritt beim Bohren von Werkstücken auf, bei denen das Bohrloch eine bestimmte Tiefe aufweisen soll und kein mechanischer Anschlag verwendet werden kann.

Beim Durchbohren eines Werkstückes muß verhindert werden, daß das Werkstück ausreißt. Dazu müßte die noch zu bohrende Restdicke angezeigt werden.

Für diese Anwendung ist vorgesehen, die erfindungsgemäße Vorrichtung auf der Handbohrmaschine parallel zur Bohrachse so anzubringen, daß der Leuchtring über dem Bohrer auf die Werkstückoberfläche fällt.

Zum Teachen der Werkstückdistanz s1 wird der Bohrer auf der Werkstückoberfläche aufgesetzt und durch Anklicken der seitlich an der Bohrmaschine angebrachten Taste der Teachvorgang ausgelöst.

Die Werkstückdicke, bzw. Bohrlochtiefe s2, wird eingeteacht, indem der Bohrer am Werkstück, bzw. einer Platte mit der dem Bohrloch entsprechenden Dicke, vorbei auf einer Auflagefläche aufgesetzt wird, so daß der Leuchtring auf das Werkstück fällt. Durch Doppelklicken der seitlichen Taste wird der, um die Werkstückdicke verringerte Abstand (s1-s2) gespeichert. Die Anzeige liefert dann einen Bogen mit der minimalen Bogenlänge d2.

Der Teachvorgang muß nur nach dem Bohrerwechsel oder bei einem Werkstück mit anderer Dicke wiederholt werden.

Der Bohrvorgang beginnt mit dem Ausrichten der Bohrerachse zum Werkstück, wobei die Lage so lange korrigiert wird, bis alle Leuchtringpunkte verschwunden sind.

Beim Eindringen des Bohrers verringert sich die angezeigte Bogenlänge d2 und erreicht die minimale Bogenlänge, wenn die eingeteachte Bohrlochtiefe erreicht wird.

Nach dem Durchbohren wird eine Lücke mit der Bogenlänge d1 angezeigt, was der Strecke s4 entspricht, um die der Bohrer aus dem Werkstück herausragt.

Zum Fügen von Werkstücken, ist ein Handmeßgerät mit eigener Batterieversorgung vorgesehen. Entsprechend dem Aufsatz für die Handbohrmaschine, ist ein Betriebsmodus "Lage" vorgesehen, mit dem die Distanz durch Doppelklicken geteacht werden kann. Distanzunterschied und Lage werden dann in gleicher Weise angezeigt. Durch Einfachklicken einer am Handmeßgerät angebrachten Taste oder über die serielle Schnittstelle kann in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet werden.

Der Betriebsmodus "Höhenversatz" ist vorgesehen, um den lateralen Versatz des Werkstückes zu einer Auflagefläche oder einem daneben liegenden zweiten Werkstück zu kontrollieren. Alternativ kann auch die Spalttiefe oder Höhe einer länglichen Erhebung gemessen werden. Dieser Betriebsmodus ist zur Korrektur bei einem Fügeprozess oder zur Kontrolle auf Einhaltung von Grenzwerten einsetzbar.

Der Betriebsmodus "Kantenversatz" ist vorgesehen, damit der seitliche Versatz einer Kontur- oder Kontrastkante, bezogen auf den Mittelpunkt des Leuchtringes gemessen werden kann. Damit die zur Anzeige erforderlichen Ausblendungen im Leuchtring nicht bei der Messung stören, kann jeder fünfte bis zehnte Scan mit durchgezogenem Leuchtring ausgeführt werden. Dieser Betriebsmodus dient zur Positionierung eines Werkstückes oder zur Kontrolle des Randposition eines quer bewegten Bandes, wie z. B. einer Papierbahn.

Der Betriebsmodus "Kantenwinkel" ist vorgesehen, damit die Winkelabweichung der Werkstückkante, bezogen auf die zur x-Achse senkrecht stehende Richtung, gemessen und wie bei den vorhergehenden Betriebsmodi angezeigt werden kann.

Der Betriebsmodus "Spurverfolgung" ist vorgesehen, damit der zur x-Richtung gemessene Winkel einer Kante, eines Kontraststreifens, eines Spaltes, oder einer länglichen Erhebung, symbolisch dadurch dargestellt werden kann, indem nur die unmittelbaren Bereiche um den Scanwinkel w4 und w5, bei dem die Kante, bzw. der Streifen detektiert wurde, angezeigt werden. Dadurch werden zwei Ausschnitte des Streifens vergrößert gezeigt, was als Kontrolle für die richtige Detektion des Streifens verwendet werden kann. Über eine serielle Schnittstelle können Daten ausgegeben werden, die die Winkel w4 und w5 beinhalten, mit denen eine Positioniervorrichtung, wie z. B. eine Koordinatensteuereinheit, ein Werkzeug dem detektierten Streifen nachgeführt werden kann. Eine andere Anwendung ist die Verfolgung einer auf dem Boden aufgebrachten Kontrastlinie durch ein frei fahrendes Transportsystem. Die Positionsregeleigenschaften sind dabei gegenüber einer 1D-Scanneinrichtung, die nur die seitliche Abweichung ermitteln kann, erheblich verbessert.

Der Betriebsmodus "Spaltbreite" ist vorgesehen, damit die mittlere Breite eines Kontraststreifens, eines Spaltes, oder einer länglichen Erhebung, wie sie z. B. beim Fügen von zwei Werkstücken entstehen kann, gemessen werden kann. Die angezeigte Abweichung kann sich dabei auf einen eingeteachten Wert beziehen.

Der Betriebsmodus "Parallele" ist vorgesehen, damit die Spaltbreitendifferenz der beiden, durch den Leuchtring erfaßten Spaltbreiten berechnet und daraus die Abweichung zur Parallelität berechnet werden kann. Diese Betriebsart ist besonders zum parallelen Fügen von Platten vorteilhaft.

Bei einer gewölbten Fläche entsteht im Gegensatz zu einer schrägen, ebenen Fläche nicht nur ein sinusförmiger Verlauf des Meßwertes mit einer Periode pro Scan, sondern auch Anteile mit zwei Perioden pro Scan. Der Betriebsmodus "Wölbung" ist vorgesehen, damit diese Anteile herausgefiltert werden können um daraus Richtung und Wölbungsgrad zu berechnen. Die ausgegebenen Daten können zur Nachführung eines Lackier-, Klebe- oder Schweißroboters dienen.

Oft soll nicht nur die Flächenlage des Werkstückes auf eine, als Referenzfläche dienende, Auflagefläche bezogen werden, sondern auf die Horizontale. Dazu sind optional zwei, im Gerät integrierte, Beschleunigungssensoren vorgesehen, die aufeinander senkrecht stehende Wirkungsachsen haben und bei einer Abweichung zur Horizontalen durch die Erdbeschleunigung ausgelenkt werden und proportionale Meßwerte liefern. Diese Option kann den Einsatz einer Wasserwaage ersetzen.

Für das Handmessgerät ist eine Ladestation vorgesehen, die im Wohnbereich so aufgestellt werden kann, dass das optische Muster während dem Ladevorgang auf eine gegenüberliegende Wand projiziert wird. Es ist ein Betriebsmodus "Standby" vorgesehen, der durch den Ladevorgang automatisch aktiviert wird und durch die Leuchringpunkte die aktuelle Uhrzeit anzeigen kann, indem der Stundenzeiger durch drei zusammenhängende Leuchringpunkte, der Minuten- und Sekundenzeiger durch einen Leuchringpunkt gebildet werden. Alternativ ist der Betriebsmodus "Sonne" vorgesehen, mit dem der aktuelle Sonnenstand mit Hilfe eines Leuchringpunktes auf einem 24-Stundenkreis angezeigt werden kann.

Zur Kennzeichnung von Waren ist es gebräuchlich einen Barcode auf der Verpackung aufzubringen, der mit Hilfe eines Scanners gelesen werden kann. Es sind Barcodehandscanner bekannt, die eingelesene Daten an einen. Rechner weiterleiten oder auf einem Anzeigeelement, z. B. einem LCD-Display, anzeigen.

Der Nachteil dieser Barcodehandscanner besteht darin, daß eine separate Anzeige vorhanden sein muß, die je nach Raumbeleuchtung eine zusätzliche Displaybeleuchtung benötigt. Außerdem muß zum Ausrichten des Lichtstrahls und anschließenden Ablesen der Anzeige die Blickrichtung vom Barcode, zur Anzeige wechseln. Bei nicht erfolgreicher Dekodierung muß dieser Vorgang mehrfach wiederholt werden.

In der Regel besitzen Barcodehandscanner nur eine Ablenkrichtung, so dass das Gerät entsprechend der Lage des Barcodes um bis zu 90° gedreht werden muß.

Die erfindungsgemäße Lösung des dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung (1) arbeitet mit einem Microscanspiegel, wie er in der Veröffentlichung "Elektronik 24/1999" vorgestellt wurde.

Zur Ablenkung des Sendelichtstrahls ist ein Microscanspiegel mit zwei senkrecht zueinander stehenden Ablenkrichtungen vorgesehen, der mit Hilfe von zwei Ansteuerspannungen auslenkt werden kann. Bei einem Frequenzverhältnis von ca. 1,1 : 1 ergibt sich ein Scanmuster, das eine Lissajoufigur darstellt und einen rechteckförmigen Bereich mehrfach abtasten kann. Bei Ablenkfrequenzen von ca. 0,3 bis 10 kHz wiederholt sich dieses Scanmuster mindestens 30 mal pro Sekunde, so dass der Betrachter nur ein stehendes Bild wahrnimmt.

Wird das Scanmuster auf einen Barcode gerichtet, wird das Empfangssignal durch den Kontrastwechsel des Barcodes in mehreren Scanabschnitten moduliert. Da die Abtastlinien des Sendelichtstrahls im mittleren Bereich des Scanmusters vorwiegend diagonal verlaufen, entstehen je nach Winkellage des Barcodes in einem Scanabschnitt mehr Empfangssignalpulse als in dem dazu senkrechtstehenden. Daraus kann die Winkellage des Barcodes ermittelt und ein Pfeilsymbol ausgegeben werden, in welcher Richtung der Barcodehandscanner zu drehen ist. Ebenso kann die grobe Position des Barcodes innerhalb des Scanmusters ermittelt und ein Pfeilsymbol ausgegeben werden, in welcher Richtung der Barcodehandscanner zu verschieben ist.

Wurde der Barcode erfolgreich dekodiert, wird der durch eine Taste eingestellte Wert als alphanumerische Zeichenkette dargestellt, indem der Prozessor den Sendelichtstrahl partiell austastet.

Die Daten werden solange angezeigt, wie die Taste gedrückt bleibt. Bei erneutem Drücken wiederholt sich der Vorgang der Barcodeerkennung, mit Positionsbestimmung, Dekodierung und Anzeige.

Durch Doppelklicken kann zu einem anderen anzuzeigenden Dateninhalt weitergeschaltet werden.

Der Vorteil gegenüber bekannten Barcodehandscannern ist die direkte, selbstleuchtende und große Anzeige auf dem angetasteten Objekt.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a, 1b Erstes Ausführungsbeispiel der Ablenkeinheit (5)

Fig. 2a Zweites Ausführungsbeispiel der Ablenkeinheit (5)

Fig. 2b, 2c Drittes Ausführungsbeispiel der Ablenkeinheit (5)

Fig. 3 Blockschaltbild der Vorrichtung (1)

Fig. 4a Geometrie des Leuchtringes (17)

Fig. 4b Definition des anzuzeigenden Schwenk- und Neigewinkels

Erstes Anwendungsbeispiel der Vorrichtung (1) als Bohrmaschinenaufsatz

Fig. 5 Teachvorgang der Werkstückdistanz s1

Fig. 6 Teachvorgang der Werkstückdicke s2

Fig. 7a, 7b Ausrichtvorgang mit Hilfe der Neigungsanzeige

Fig. 8a-c Bohrvorgang mit Kontrolle der Bohrtiefe

Zweites Anwendungsbeispiel der Vorrichtung (1) als Handmeßgerät

Fig. 9a-d Lage- und Distanzmessung

Fig. 10a, 10b Anordnung und Messwertdiagramm bei der Kantenmessung

Fig. 11a, 11b Anordnung und Anzeigefiguren im Betriebsmodus "Höhenstufe"

Fig. 12 Anzeigefiguren im Betriebsmodus "Kantenversatz"

Fig. 13 Anzeigefiguren im Betriebsmodus "Kantenwinkel"

Fig. 14a-c Anordnung mit Messwertdiagramm und Anzeigefigur im Betriebsmodus "Spurverfolgung"

Fig. 15a Anzeigefiguren im Betriebsmodus Spaltbreite"

Fig. 15b Anzeigefiguren im Betriebsmodus "Parallele"

Fig. 16a-c Anordnung mit Messwertdiagramm und Anzeigefiguren im Betriebsmodus "Wölbung"

Fig. 17 Anzeigefigur der Uhrzeit im Betriebsmodus "Standby"

Fig. 18 Anzeigefigur des Sonnenstandes im Betriebsmodus "Standby"

Drittes Anwendungsbeispiel der Vorrichtung (1) als Barcodehandscanner

Fig. 19a Anordnung und Strahlengang des Barcodehandscanners

Fig. 19b Prinzipaufbau des Microscanspiegels (40)

Fig. 20a-d Vorgang der Barcodeantastung und Anzeige der Symbole und Daten

Fig. 1 zeigt den Aufbau der Vorrichtung (1) mit einem ersten Ausführungsbeispiels der Ablenkeinheit (5). Die Sendelichtstrahlen (3) des Senders (2) gelangen über die Sendeoptik (4) und die Fresnellinse (6), die zusammen mit dem Motor (20), dem Reibrad (21) und dem Winkelgeber (15) die Ablenkeinheit (5) bildet, über das Austrittsfenster (8) zum Objekt (9). Die reflektierten Empfangslichtstrahlen (10) werden über die Fresnellinse (6) auf den Empfänger (12) fokusiert. Die Sende- und Empfangslichtstrahlen (3', 10') stellen die Verhältnisse bei um 180° gedrehter Fresnellinse (6) dar. Die Ablenkeinheit (5) mit Sender (2) und Empfänger (12) sind in einem gemeinsamen Gehäuse (22) untergebracht.

In Fig. 1b ist die Ablenkeinheit (5) in der Draufsicht dargestellt. Die Fresnellinse (6) ist als Asphäre ausgebildet, deren optische Achse gegenüber der Drehachse um den Betrag ds versetzt ist. Dadurch werden Sendelichtstrahlen (3) und Empfangslichtstrahlen (10) um den gleichen Winkel abgelenkt. Durch Drehen der Fresnellinse (6) wandert der Sendelichtfleck (16) auf der Oberfläche (9) auf einer eliptischen Bahn und bildet den im folgenden als Leuchtring (17) bezeichneten sichtbaren Ring.

Die Rollen (19) halten die Fresnellinse (6), wobei eine der drei Rollen als Reibrad (21) ausgebildet ist und durch den Motor (20) angetrieben wird.

Auf dem umlaufenden Rand der Fresnellinse (6) ist eine Kodierung aufgebracht, die durch den Winkelgeber (15) abgetastet wird.

Fig. 2a zeigt die Vorrichtung (1) mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Ablenkeinheit (5), die durch ein Microscanspiegelarray (7) gebildet wird. Mehrere nebeneinanderliegende Mikrospiegel werden elektrostatisch oder elektromagnetisch in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen abgelenkt. Die Ansteuerung erfolgt durch sinus- oder rechteckförmige Spannungen, die zueinander in der Phase um 90° versetzt sind, so daß der Sende- und Empfangslichtstrahl (3, 10) kegelförmig abgelenkt werden, was durch die Sende- und Empfangslichtstrahlen (3', 10') angedeutet ist. Das Microscanspiegelarray (7) ist zur Senderachse um 20° bis 60°, vorzugsweise 45° geneigt, so daß der Sendelichtstrahl (3) über das Austrittsfenster (8) zum Objekt (9) gelangen kann. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die Sendelinse (4) und die Empfangslinse (11) ortsfest angeordnet. Das Microscanspiegelarray (7) ist mit dem Sender (2), dem Empfänger (12) und der Sende-Empfangsoptik (4, 11) im gemeinsamen Gehäuse (22) untergebracht.

Fig. 2b zeigt die Vorrichtung (1) mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Ablenkeinheit (5), die durch eine Taumeleinheit (25) gebildet wird, die, wie das Microscanspiegelarray (7) in Fig. 2a angeordnet ist. Mindestens drei Aktoren (26), die durch Tauchspulen oder Piezoschwinger gebildet werden, verändern lokal den Abstand zwischen der Grundplatte (28) und dem Spiegel (27). Ein Dorn (29) hält den mittleren Abstand konstant und Federn, die vorzugsweise durch eine hochelastische Platte zwischen Grundplatte (28) und Spiegel (27) gebildet werden sorgen für eine stabile Lage. Durch die Ansteuerung der Aktoren (26) mit 120° phasenversetzten Spannungen führt der Spiegel (27) eine Taumelbewegung aus und lenkt den Sende- und Empfangslichtstrahl (3,10) kegelförmig ab.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der Vorrichtung (1) entsprechend Fig. 1 mit dem Sender (2), dessen Sendelichtstrahlen (3) über die Fresnellinse (6) zum Objekt (9) und als Empfangslichtstrahlen (10) zurück zum Empfänger (12) gelangen. Das elektrische Signal des Empfängers (12), der durch eine Fotodiode gebildet wird, wird in der Auswerte- und Treiberschaltung (13) verstärkt und bezüglich Amplitude und gegebenenfalls Distanz ausgewertet und der ermittelte Meßwert MW an den Mikroprozessor (14) weitergegeben. Die Auswerte- und Treiberschaltung (13) übernimmt auch die Ansteuerung des Senders (2), wobei der Mikroprozessor (14) das Steuersignal "Se_aus" für das partielle Ausblenden des Senders (2) zur symbolischen Darstellung der Geometriedaten liefert. Der Mikroprozessor (14) steuert den Motor (20) an und hält die Scandrehzahl der Fresnellinse (6) konstant. Der Winkelgeber (15) liefert ein oder mehrere Impulse pro Umdrehung, woraus der Mikroprozessor (14) den aktuellen Scanwinkel Wi berechnet. Aus dem Meßwert MW und dem Scanwinkel Wi berechnet der Mikroprozessor (14) die Geometriedaten der Oberfläche des Objektes (9), die auch über die serielle Schnittstelle (23) oder als Analogsignal über den Ausgang (24) ausgegeben werden können. Die serielle Schnittstelle (23) kann auch zur Parametrierung von Referenzwerten, zur Einstellung verschiedener Betriebsmodi, bzw. zum Auslösen von Teachbefehlen genutzt werden. Im einfachsten Fall wird der Sender (2) durch eine rot leuchtende Diode gebildet, und aus der Amplitude des Empfängers (12), die bei diffus reflektierender, homogener Objektoberfläche quadratisch mit dem Abstand abnimmt, der Distanzmeßwert MW ermittelt.

Ein, von der Objektoberfläche weitgehend unabhängiger Distanzmeßwert wird gewonnen, indem der Lichtsender (2), die Sendeoptik (4), die Empfangsoptik (11) und ein Fernelement, das konzentrisch von einem Nahelement umschlossen ist, gebildet wird und die Distanzinformation aus dem Verhältnis von Nah- und Fernsignalpegel abgeleitet wird.

Wird die Distanz nach dem Lichtlaufzeitmeßprinzip, vorzugsweise der Phasenmessung ermittelt, wird der Sender (2) durch einen Laser gebildet.

Fig. 4a zeigt den Leuchtring (17), der durch den auf einer Ellipse wandernden Sendelichtfleck (16) entsteht und durch die hohe Scandrehzahl (< 25 U/s) als stehender Ring wahrgenommen wird. Zur Darstellung der ermittelten Struktur- und Geometriedaten werden bestimmte Sektoren des Sendelichtstrahls ausgeblendet. In Bezug auf die Grundfläche des Gehäuses (22) wird die x- Achse mit dem Scanwinkel 0° festgelegt. Durch zwei, zur x-Achse symmetrische Ausblendungen des Leuchtringes (17) entsteht eine leuchtende Linie mit der Bogenlänge d2, die ein Maß für die Objektdistanz s1 in y- Richtung darstellt. Eine geringe Bogenlänge d2, stellt eine geringe Objektdistanz s1 dar. Die minimale Bogenlänge d2 wird angezeigt, wenn gerade die eingestellte, oder geteachte Referenzdistanz s1 = s_ref erreicht wird. Kürzere Objektdistanzen s1 sind auf s_ref bezogen negative Distanzunterschiede und werden als eine einzige Ausblendung mit der Bogenlänge d1 dargestellt, die dem Betrag von s1 entspricht.

Die Flächenneigung wird durch Leuchtringpunkte (18) dargestellt, wobei die Anzahl der Punkte ein Maß für den Neigungswinkel NW darstellt. Beim Neigungswinkel NW = 0° ist auch die Anzahl der Leuchtringpunkte (18) null.

Die Richtung der Flächenneigung bezogen auf die x-Richtung wird durch den Schwenkwinkel SW beschrieben und durch die Lage der Leuchtringpunkte (18) dargestellt.

In Fig. 4b ist gezeigt, wie die verwendeten Winkel NW und SW bezogen zur x_ und y-Achse definiert sind.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung (1) in einem ersten Anwendungsbeispiel, wobei die Vorrichtung (1) auf einer Handbohrmaschine parallel zur Bohrachse montiert ist und der Leuchtring (17) auf einer Fläche oberhalb des Bohrers (31) abgebildet wird. Nach dem Einspannen eines Bohrers (31) wird die Maximaldistanz s1 = s_max von der Vorrichtung (1) bis zur Bohrerspitze geteacht, indem der Bohrer (31) senkrecht auf einer Auflagefläche (34) aufgesetzt und durch Doppelklicken der Taste (32) ein Teachvorgang ausgelöst wird. Die Maximaldistanz s_max wird gespeichert und als Linie mit der Bogenlänge d2 = d_max angezeigt.

Fig. 6 zeigt die Anordnung von Fig. 5, wobei der Bohrer (31) am zu bohrenden Werkstück (33) vorbei auf einer Auflagefläche (34) so aufgesetzt wird, daß der Leuchtring (17) auf das Werkstück (33) fällt. Durch Einfachklicken der Taste (32) wird der Teachvorgang ausgelöst und die ermittelte Nulldistanz s3 gespeichert. Die Bogenlänge d2 wird dabei als Punkt beim Scanwinkel 0° angezeigt. Damit ist die Dicke des Werkstückes (33) mit s2 = s1 - s3 bekannt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen den Vorgang beim Bohren und das durch den Leuchtring (17) entstehende optische Muster.

Beim Ansetzen der Bohrmaschine (30) steht der Bohrer (31) in der Regel noch nicht senkrecht auf dem Werkstück (33) und der Neigungswinkel NW und der Schwenkwinkel SW werden durch Leuchtringpunkte (18) dargestellt.

Mit Hilfe des optischen Musters kann die Neigung korrigiert werden, was in Fig. 7b dargestellt ist.

Wenn der Bohrer (31), wie in Fig. 8a senkrecht auf dem Werkstück (33) steht, kann der Bohrvorgang beginnen.

Fig. 8b zeigt den Zustand, wo der Bohrer (31) schon weit in das Werkstück (33) eingedrungen ist. Die kurze Bogenlänge d2 symbolisiert die geringe Restdicke s4, so daß jetzt der Bohrdruck verringert werden sollte um ein Ausreißen des Bohrlochrandes zu verhindern.

In Fig. 8c ist das Bogenstück im optischen Muster verschwunden, was besagt, daß das Werkstück (33) durchgebohrt ist. Die Bogenlänge d1 zeigt an, daß der Bohrer (31) um die Strecke s5 auf der Gegenseite des Werkstückes (33) herausragt.

Fig. 9 bis Fig. 18 zeigen die Vorrichtung (1) als Handmeßgerät in verschiedenen Anwendungen und Betriebsmodi.

Fig. 9a zeigt die Vorrichtung (1) auf einer Auflagefläche (34) mit seitlichem Anschlag, die als Referenzfläche dient, gegen die das Werkstück (33) rechtwinklig ausgerichtet werden soll.

Fig. 9b zeigt den Verlauf des Meßwertes als Funktion des Scanwinkels Wi entsprechend Fig. 9a. Die Differenz zwischen U_max und U_min ist ein Maß für den Neigungswinkel NW. Bei einer ebenen Werkstückfläche ergibt sich ein sinusförmiger Verlauf, wobei sich aus der Phasenlage der Schwenkwinkel SW ermitteln läßt. Nach Fig. 4b entspricht der Schwenkwinkel SW dem Scanwinkel Wi an der Stelle U_min.

Fig. 9c zeigt die Vorrichtung (1) auf der Auflagefläche (34) und das Werkstück (33) in der Position nach dem Teachen der Nulldistanz entsprechend Fig. 6. Der Abstand kann im Bereich s_min bis s_max gemessen und durch die in Fig. 9d dargestellten Leuchtringmuster angezeigt werden.

Fig. 11 bis Fig. 13 zeigen die Meß- und Anzeigemöglichkeiten im Betriebsmodus "Kantenmessung".

Werden ein Werkstück (33) und eine Auflagefläche (34) teilweise übereinander, oder wie in Fig. 10a, nebeneinander gelegt, ergibt sich durch Höhenunterschiede der beiden Flächen eine Konturkante, bzw. bei unterschiedlichen Oberflächenreflektivität eine Kontrastkante. Der untere Teil des Leuchtringes (17) fällt etwa senkrecht auf die Auflagefläche (34) und liefert die Referenzdistanzmeßwerte, bzw. die Referenzintensitätsmeßwerte. Der obere Teil des Leuchtringes (17) liegt auf dem Werkstück (33).

Fig. 10b beschreibt den Verlauf des Meßwertes MW als Funktion des Scanwinkels Wi. In der gezeichneten Anordnung nach Fig. 10a befindet sich der Sendelichtfleck (16) im Scanwinkelbereich w1 = 0°-100° und im Scanwinkelbereich W3 = 280°-360° auf dem Werkstück (33) wo sich der Meßwert U1 ergibt. Dazwischen, im Scanwinkelbereich w2 wird der Referenzmeßwert U_ref ermittelt.

Die Differenz der Meßwerte U1 und U_ref ergibt den Höhenunterschied der beiden Flächen nach der Beziehung: Höhenunterschied = U1 - U_ref.

Aus den Winkelbereichen w1, w2 und w3 wird die seitliche Lage, bzw. die Winkellage der Kante ermittelt.

Fig. 11a zeigt die Anordnung nach Fig. 10 mit verschiedenen Höhenstufen, wobei im Betriebsmodus "Höhenstufe" die in Fig. 11b dargestellten Leuchtringsymbole den Höhenunterschied der darüberliegenden Skizze anzeigen.

In Fig. 12 ist das Werkstück (33) und die Auflagefläche (34) in der Draufsicht mit dem Leuchtring für drei verschiedene seitliche Kantenlagen dargestellt, wobei im Betriebsmodus "Kantenlage" die entsprechenden Leuchtringmuster den Versatz der Objektkante in x_Richtung bezogen auf den Leuchtringmittelpunkt zeigen.

Fig. 13 zeigt die optischen Muster im Betriebsmodus "Kantenwinkel", wobei die Winkelabweichung der Objektkante bezogen auf die zur x_Achse senkrecht stehende Richtung angezeigt wird.

Überstreicht der Leuchtring (17), wie in Fig. 14a gezeigt einen Kontraststreifen, einen Spalt oder eine Erhöhung, kann wie bei der Kantenmessung die seitliche Lage und die Winkellage des Kontraststreifens ermittelt werden.

Der entsprechende Meßwerteverlauf als Funktion des Scanwinkels Wi ist in Fig. 14b dargestellt.

Im Betriebsmodus "Spurverfolgung" wird die Winkellage des Kontraststreifens, was etwa der an den Kontraststreifen angelegten Tangente entspricht, dadurch angezeigt, das nur der Leuchtring im unmittelbaren Scanwinkelbereich w4 und w5, wie in Fig. 14b definiert, angezeigt und die anderen Winkelbereiche ausgeblendet werden.

Fig. 14c zeigt, wie die Winkellage und der seitliche Versatz im Leuchtringmuster deutlich gemacht werden.

In Fig. 15 ist die Möglichkeit der Spaltbreitenmessung dargestellt. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die zu tilgenden Flächen des Werkstückes (33) und (33') etwa auf gleicher Höhe liegen und der dazwischen liegende Spalt durch eine deutlich meßbare Vertiefung, Erhöhung oder einen Kontraststreifen gebildet wird. Die Breite der in Fig. 14b definierten Scanwinkelbereiche w4 und w5 sind ein Maß für die Spaltbreite und werden im Betriebsmodus "Spaltbreite" durch die in Fig. 15a dargestellten Leuchtringmuster angezeigt.

Im Betriebsmodus "Parallele" wird der parallele Verlauf des Spaltes bewertet, indem die Differenz zwischen den Scanwinkelbereichen w4 und w5 gebildet und wie in Fig. 15b dargestellt, durch entsprechende Leuchtringmuster angezeigt.

Fig. 16a zeigt, wie die Vorrichtung (1) auf eine zylindrische Wölbung eines Werkstückes (33) gerichtet ist.

Im Gegensatz zum Meßwerteverlauf nach Fig. 9b, wo eine geneigte, ebene Fläche vorliegt und ein sinusförmiger Verlauf über dem Scanwinkel Wi entsteht, bildet sich bei einer gewölbten Fläche ein Verlauf nach Fig. 16b, wobei zwei Perioden pro Scan auftreten. Anteile mit der doppelten Frequenz werden durch digitale Filter bestimmt, wobei die Amplitude zwischen dem minimalen und maximalen Meßwert ein Maß für den Wölbungsgrad darstellt. Die Scanwinkel, bei denen die Maximalwerte auftreten ergeben die Richtung des "Bergkammes" der gewölbten Fläche.

Fig. 16c zeigt das zugehörige optische Muster. Dabei zeigen die Leuchtringpunkte die tiefer gelegenen Bereiche der Fläche an und die Anzahl der Leuchtringpunkte ist ein Maß für den Wölbungsgrad.

Fig. 17 zeigt die Darstellung der Uhrzeit auf einer, dem Handmeßgerät gegenüberliegenden Wand. Der Stundenzeiger (35) wird durch drei zusammenhängende Leuchringpunkte (18) dargestellt, der Minutenzeiger (36) durch einen Leuchringpunkt (18). Der Sekundenzeiger (37), der ebenfalls durch einen Leuchringpunkt (18) dargestellt, kann vom Minutenzeiger (36) durch seine Bewegung unterschieden werden. Eine, auf der Wand angebrachte, Skalierung (38) ist beim Ablesen der Uhrzeit hilfreich.

Fig. 18 zeigt die Darstellung des Sonnenstandes auf einem 24-Stundenkreis. Die auf der Wand aufgebrachte Skalierung (38) kann durch jeweils eine horizontale Linie für Sonnenauf- und Untergang im Sommer, bzw. Winter ergänzt werden.

Fig. 19a zeigt den Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung (1). Das Licht des Senders (2) wird durch die Sendeoptik (4) kollimiert und durch den Microscanspiegel (40) abgelenkt. Vom Objekt (9) werden die Empfangslichtstrahlen durch die Empfangsoptik (11) auf den Empfänger (12) fokusiert.

In Fig. 19b ist die prinzipielle Funktion des Microscanspiegel (40) dargestellt. Die mit einer Spiegelschicht versehene Siliziumplatte (41) ist über Torsionsstege (42) an einem Rahmen (43) aufgehängt. Der Rahmen (43) ist über 90° versetzte Torsionsstege (44) aufgehängt, sodaß der Rahmen (43) und die Siliziumplatte (41) in zwei Richtungen schwingen können. Die Anregung erfolgt elektrostatisch über seitliche, nicht dargestellte, Elektroden.

Fig. 20a zeigt das sichtbare Scanmuster (45), das durch Anregung mit Wechselspannung entsteht und bei einem Verhältnis 1 : 1,1 der beiden Anregungsfrequenzen die dargestellte Lissajoufigur ergibt (Fig. 20c). Fällt das Scanmuster (45) auf einen, auf einer Verpackung (46) aufgedruckten Barcode (47), wird dieser mehrfach abgetastet und im Prozessor (14) dekodiert.

Nach erfolgreicher Dekodierung wird, wie in Fig. 20d gezeigt, durch gezieltes Austasten des Sendelichtfleckes, eine alphanumerische Zeichenkette (48) im Bereich des Scanmusters (45) ausgegeben.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Sender

3

Sendelichtstrahl

4

Sendeoptik

5

Ablenkeinheit

6

Fresnellinse

7

Microscanspiegelarray

8

Austrittsfenster

9

Objekt

10

Empfangslichtstrahl

11

Empfangsoptik

12

Empfänger

13

Auswerte- und Treiberschaltung

14

Mikroprozessor

15

Winkelgeber

16

Sendelichtfleck

17

Leuchtring

18

Leuchtringpunkt

19

Rollen

20

Motor

21

Reibrad

22

Gehäuse

22

Schnittstelle

24

Ausgang

25

Taumeleinheit

26

Aktor

27

Spiegel

28

Grundplatte

29

Dorn

30

Bohrmaschine

31

Bohrer

32

Taste

33

Werkstück

34

Auflagefläche

35

Stundenzeiger

36

Minutenzeiger

37

Sekundenzeiger

38

Skalierung

39

-

40

Microscanspiegel

41

Siliziumplatte

42

Torsionssteg

43

Rahmen

44

Torsionssteg

45

Scanmuster

46

Verpackung

47

Barcode

48

Zeichenkette

Claims

1. Optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung von Struktur- und Geometriedaten einer Objektoberfläche mit
einem Lichtsender (2) für einen Sendelichtstrahl (3),
einem Empfänger (12) für von der Objektoberfläche zurückgeworfenes Licht,
einer Sende- und Empfangsoptik (4, 11),
einer Ablenkeinheit (5), die den Sendelichtstrahl periodisch ablenkt,
einer Auswerte- und Treiberschaltung (13) sowie einem Mikroprozessor (14), die während einer Ablenkperiode mehrere Kontrast- und/oder Distanzmesswerte zur Bestimmung der Struktur- und Geometriedaten ermitteln,
Mittel zur Ausblendung des Sendelichtstrahls in Segmenten seiner Ablenkbewegung,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ausblendung des Sendelichtstrahls in Abhängigkeit von den ermittelten Struktur- und Geometriedaten so gesteuert sind, dass die nicht ausgeblendeten Segmente auf der Objektoberfläche ein optisches Muster ergeben, an dem ermittelte Struktur- und Geometriedaten ablesbar sind.

2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (5) durch eine Sammellinse, vorzugsweise eine Fresnellinse (6), gebildet wird, die um eine Achse gedreht wird, die parallel zur optischen Linsenachse versetzt ist und ein Winkelgeber (15) den Drehwinkel der Ablenkeinheit (5) ermittelt.

3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (5) durch ein Microscanspiegelarray (7) gebildet wird, dessen Spiegelflächen nach einer Sinusfunktion und in einer um 90° gedrehten Richtung nach einer Cosinusfunktion angesteuert und damit die Sende- und Empfangslichtstrahlen (3, 10) kegelförmig abgelenkt werden, wobei das Microscanspiegelarray (7) etwa 20° bis 60°, vorzugsweise 45° gegenüber der Senderachse geneigt ist.

4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (5) durch eine Taumeleinheit (25) gebildet wird, die durch mindestens drei als Tauchspulen oder Piezoschwinger ausgeführte und mit um 120° phasenversetzten Spannungen angesteuerten Aktoren (26) gebildet wird.

5. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Treiberschaltung (13) die Empfangssignale des Empfängers (12) bezüglich Amplitude und/oder Distanz auswertet und den Sender (2) zur Ausblendung des Sendelichtstrahls ansteuert.

6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (14) den von der Auswerte- und Treiberschaltung (13) ermittelten Meßwert und gegebenenfalls den Drehwinkel des Winkelgebers (15) einliest, daraus Struktur- und Geometriedaten berechnet und über die Auswerte- und Treiberschaltung (13) den Sender (2) zur Ausblendung des Sendelichtstrahls ansteuert.

7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter über eine serielle Schnittstelle (23) eingestellt und/oder ein Teachbefehl ausgelöst werden kann.

8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Ausgang (24) die durch den Prozessor (14) ermittelten Geometriedaten analog ausgegeben werden, oder ein mit Hilfe eines parametrierten Schwellwertes ermitteltes binäres Schaltsignal bereitgestellt wird.

9. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (2) durch eine Leuchtdiode gebildet wird und der Distanzmeßwert aus der Empfangsamplitude abgeleitet wird.

10. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (2), die Sendeoptik (4), die Empfangsoptik (11) und der Empfänger (12) koaxial angeordnet sind, wobei der Empfänger (12) durch ein Fernelement, das konzentrisch von einem Nahelement umschlossen ist, gebildet wird und die Distanzinformation aus dem Verhältnis von Nah- und Fernsignalpegel abgeleitet wird.

11. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz nach dem Lichtlaufzeitmeßprinzip, vorzugsweise der Phasenmessung, ermittelt wird, wobei der Lichtsender (2) durch einen Laser gebildet wird.

12. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Distanzmeßwert durch einen Teachbefehl speicherbar ist.

13. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der auf einen geteachten Distanzreferenzwert bezogene Distanzunterschied mit Hilfe eines durch den periodisch abgelenkten Sendelichtfleck (16) erzeugten Leuchtrings (17) dargestellt wird, der zwei Unterbrechungen aufweist und die Bogenlänge d2 des dazwischen liegenden Segmentes ein Maß für den positiven Distanzunterschied ist, wenn die Objektdistanz größer als die Referenzdistanz s_ref ist und ein negativer Distanzunterschied durch eine einzelne Unterbrechung mit der Bogenlänge d1 dargestellt wird.

14. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerte- und Treiberschaltung (13) aus einem sich über den Drehwinkel der Ablenkeinheit (5) ändernden Distanzmeßwert die Flächenneigung des Objektes (9) ermittelt wird

15. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anzeige der Flächenneigung des Objektes (9) der Leuchtring (17) im Ablenkwinkelbereich der kürzesten Meßdistanz mehrfach unterbrochen wird, wobei die Anzahl der dadurch entstehenden Leuchtringpunkte (18) ein Maß für die Flächenneigung darstellt.

16. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtringpunkte (18) zur Unterscheidung gegenüber anderen Anzeigeinformationen blinkend dargestellt werden.

17. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Distanz- und Kontrastmesswerte mit dem zugehörigen Ablenkwinkel, oder die daraus berechneten Geometriedaten über eine serielle Schnittstelle (23) ausgegeben werden können.

18. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) auf einer Handbohrmaschine parallel zur Bohrachse montierbar ist.

19. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Taste (32) mit der durch Doppel- und Einfachklicken Teachbefehle ausgelöst werden, wobei sich die Taste bei Montage der Vorrichtung auf einer Handbohrmaschine in der Nähe der Bohrmaschineneinschalttaste befindet und mit dem Zeigefinger erreichbar ist.

20. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) als Handmeßgerät mit Batterieversorgung ausgelegt ist und mittels einer Taste (32) ein Betriebsmodus eingestellt oder ein Teachvorgang ausgelöst werden kann.

21. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Lage" vorgesehen ist, mit dem ein auf einer Auflagefläche (34) mit Anschlag aufliegenden Handmeßgerät Schwenk- und Neigewinkel, sowie Distanz einer Werkstückoberfläche (33), bezogen zur Auflagefläche (34) und deren Anschläge gemessen und auf dem Werkstück (33) angezeigt werden können.

22. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21 dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Höhenversatz" vorgesehen ist, mit dem der Distanzunterschied zwischen zwei Flächen, die gemeinsam vom Leuchtring (17) erfaßt werden, oder eine Spalttiefe oder eine längliche Erhebung in einer Fläche gemessen werden kann und eine Objekterhebung durch einen Bogen mit der Länge d2 und eine Vertiefung durch eine Unterbrechung mit der Bogenlänge d1 dargestellt wird.

23. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Kantenversatz" vorgesehen ist, mit dem der seitliche Versatz einer Kontur- oder Kontrastkante bezogen auf den Mittelpunkt des Leuchtringes (17) gemessen werden kann und eine Kantenverschiebung in x-Richtung durch einen Bogen mit der Länge d2 und eine Kantenverschiebung entgegen der x-Richtung durch eine Unterbrechung mit der Bogenlänge d1 dargestellt wird.

24. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Kantenwinkel" vorgesehen ist, mit dem die Winkelabweichung der Werkstückkante (33), bezogen auf die zur x-Achse senkrecht stehende Richtung gemessen werden kann und eine Kantendrehung im mathematisch positiven Sinne durch einen Bogen mit der Länge d2 und eine Kantendrehung mit negativem Winkel durch eine Unterbrechung mit der Bogenlänge d1 dargestellt wird.

25. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Spurverfolgung" vorgesehen ist, mit dem der zur x-Richtung gemessene Winkel einer Kante, eines Kontraststreifens, eines Spaltes oder einer länglichen Erhebung gemessen werden kann und dadurch angezeigt wird, dass nur die unmittelbaren Bereiche um den Scanwinkel w4 und w5, bei dem die Kante oder der Streifen detektiert wurde, als Segmente angezeigt werden.

26. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25 dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Spaltbreite" vorgesehen ist, mit dem die mittlere Breite eines Kontraststreifens, eines Spaltes, oder einer länglichen Erhebung gemessen und bezogen auf eine eingestellte oder eingeteachte Spaltbreite gemessen werden kann und eine größere Spaltbreite durch einen Bogen mit der Länge d2 und eine kleinere Spaltbreite durch eine Unterbrechung mit der Bogenlänge d1 dargestellt wird.

27. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Parallele" vorgesehen ist, mit dem die Spaltbreitendifferenz der beiden, durch den Leuchtring (17) erfaßten Spaltbreiten berechnet werden kann und ein sich links zur x-Richtung verengender Spalt durch einen Bogen mit der Länge d2 und ein sich rechts zur x-Richtung verengender Spalt durch eine Unterbrechung mit der Bogenlänge d1 dargestellt wird.

28. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27 dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Wölbung" vorgesehen ist, mit dem aus dem Meßwerteverlauf der Wechselanteil mit einer Periode von 180°, bezogen auf einen Scan, gefiltert und daraus die Richtung und der Wölbungsgrad der Werkstückoberfläche berechnet werden kann und die tiefer liegenden Bereiche durch Leuchtringpunkte (18) dargestellt werden, wobei die Anzahl der Leuchtringpunkte (18) ein Maß für den Wölbungsgrad sind.

29. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, gekennzeichnet durch einen integrierten, elektronischen Beschleunigungssensor mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Meßachsen, auf dessen Winkel der Neigungs- und Schwenkwinkel einer Werkstückfläche (33) oder die Winkellage einer Kante bezogen werden kann.

30. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Standby" vorgesehen ist, mit dem die aktuelle Uhrzeit mit Hilfe von Leuchringpunkten (18), die den Stunden-, Minuten- und Sekundenzeiger bilden, auf einer, der Vorrichtung (1) gegenüberliegenden Fläche anzeigt werden kann, wobei der Stundenzeiger (35) durch drei zusammenhängende Leuchringpunkte (18) gebildet wird.

31. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmodus "Sonne" vorgesehen ist, mit dem der Sonnenstand mit Hilfe eines Leuchringpunktes (18) auf einer der Vorrichtung (1) gegenüberliegenden Fläche mit einer 24-Stunden- Skalierung angezeigt werden kann.

32. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (5) durch einen Microscanspiegel (40) gebildet wird, der den Sendelichtstrahl in zwei Richtungen ablenkt, wobei die Ablenkfrequenzen der beiden Ablenkrichtungen um 5% bis 20% so zueinander versetzt sind, dass der Sendelichtfleck (16) ein Scanmuster (45) in Form einer Lissajoufigur beschreibt, mit dem ein auf dem Objekt angebrachter Barcode abtastbar ist, und die Mittel zur Ausblendung des Senderlichtstrahls so gesteuert sind, dass alphanumerische Zeichen dargestellt werden.

33. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Scanmusters (45) die Position und Winkellage des Barcodes ermittelt und die Mittel zur Ausblendung des Sendelichtstrahls so gesteuert sind, dass Pfeilsymbole als Korrekturhinweis zum Drehen oder Verschieben des Handscanners angezeigt werden.

34. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33 gekennzeichnet durch eine Taste (32), über die nacheinander verschiedene, aus dem Barcode dekodierte Daten selektiert und als alphanumerische Zeichenkette (48) angezeigt werden können.