DE102009015627B4

DE102009015627B4 - Method and device for determining the inner diameter, outer diameter and wall thickness of bodies

Info

Publication number: DE102009015627B4
Application number: DE200910015627
Authority: DE
Inventors: Hans Wiedenmann; Armin Eisner
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2029-04-03
Also published as: DE102009015627A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen von Innen- und Außendurchmesser sowie der Wandstärke transparenter, rotationssymmetrischer Körper (30), bei welchem Verfahren – beide Außenkanten (34) des zu vermessenden Körpers (30) mittels einer Außenkontur-Lichtquelle (20) beleuchtet werden und die beiden Innenkanten (36) des zu vermessenden Körpers (30) mittels einer Innenkontur-Lichtquelle (50) beleuchtet werden, wobei es sich um zwei unterschiedliche Lichtquellen handelt, und – Außen- und Innenkanten (34, 36) mittels einer telezentrischen Empfangsoptik (40) abgebildet werden und – anhand der Abbildung die tatsächlichen Werte für Innen-, Außendurchmesser sowie die Wandstärke des zu vermessenden Körpers (30) direkt bestimmt werden, wobei – die Außenkontur-Lichtquelle (20) parallel zur optischen Achse (42) der telezentrischen Empfangsoptik (40) und in Richtung der telezentrischen Empfangsoptik (40) strahlt und die Rotationssymmetrieachse (32) des zu vermessenden Körpers (30) senkrecht auf der optischen Achse der Empfangsoptik (42) steht, und wobei – die Innenkontur-Lichtquelle (50) und die telezentrische Empfangsoptik (40) so angeordnet...Method for determining inner and outer diameters and the wall thickness of transparent, rotationally symmetrical bodies (30), in which method - both outer edges (34) of the body to be measured (30) are illuminated by means of an outer contour light source (20) and the two inner edges ( 36) of the body to be measured (30) by means of an inner contour light source (50) are illuminated, which are two different light sources, and - outer and inner edges (34, 36) by means of a telecentric receiving optics (40) are imaged and - The actual values for inner, outer diameter and the wall thickness of the body to be measured (30) are determined directly from the figure, wherein - the outer contour light source (20) parallel to the optical axis (42) of the telecentric receiving optics (40) and in Direction of the telecentric receiving optics (40) radiates and the rotational symmetry axis (32) of the body to be measured (30) perpendicular on the optical axis of the receiving optics (42), and wherein - the inner contour light source (50) and the telecentric receiving optics (40) arranged so ...

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Messen von Innen- und Außendurchmessern, insbesondere von hohlen Körpern, wie etwa Rohren oder Flaschen. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein optisches Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen von Innen- und Außendurchmesser sowie zum Bestimmen von Wanddicken solcher Körper.The invention relates generally to the measurement of inside and outside diameters, in particular of hollow bodies, such as pipes or bottles. In particular, the invention relates to an optical method and apparatus for simultaneously measuring inner and outer diameters and for determining wall thicknesses of such bodies.

Aus dem Stand der Technik sind optische Messvorrichtungen für transparente rotationssymmetrische Körper bekannt. Die DD 213 285 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Messung des Innendurchmessers von transparenten hohlen Erzeugnissen. Das hohle Erzeugnis wird mit Licht einer diffus strahlenden Leuchtfläche bestrahlt, wobei die Leuchtfläche von je einer verstellbaren Abdeckkante parallel zur Erzeugnisachse begrenzt wird. Ein Teil des abgestrahlten Lichts durchdringt die Erzeugniswand und ein anderer Teil wird von der Erzeugniswand reflektiert. Bei zweckmäßigem Abstand der Abdeckkanten ergibt sich – aus der Messrichtung gesehen – im Bereich des Innendurchmessers rechts und links je ein Schattenstreifen. Der Abstand dieser Schattenstreifen stellt eine Kenngröße für den Innendurchmesser des Erzeugnisses dar.Optical measuring devices for transparent rotationally symmetrical bodies are known from the prior art. The DD 213 285 A1 describes, for example, a method for measuring the inside diameter of transparent hollow products. The hollow product is irradiated with light of a diffuse emitting luminous surface, wherein the luminous surface is bounded by an adjustable cover edge parallel to the product axis. One part of the radiated light penetrates the product wall and another part is reflected by the product wall. With appropriate spacing of the cover edges results - seen from the measuring direction - in the region of the inner diameter right and left each have a shadow strip. The spacing of these shadow strips represents a parameter for the inner diameter of the product.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass einerseits nur der Innendurchmesser des Erzeugnisses, nicht aber Außendurchmesser und Wanddicke, ermittelt werden können. Andererseits ist für verschiedene Durchmesser der zu vermessenden Erzeugnisse jeweils eine aufwendige Kalibrierung der Messvorrichtung notwendig, da die Abbildung nur eine ”Kenngröße” für den Innendurchmesser darstellt, nicht aber den tatsächlichen Innendurchmesser abbildet. Der tatsächliche Durchmesser muss mittels eines Kalibrierungsfaktors berechnet werden.This method has the disadvantage that on the one hand only the inner diameter of the product, but not outer diameter and wall thickness, can be determined. On the other hand, a complex calibration of the measuring device is necessary for different diameters of the products to be measured, since the figure represents only a "parameter" for the inner diameter, but does not depict the actual inner diameter. The actual diameter must be calculated using a calibration factor.

Die DD 242 266 A1 offenbart dagegen eine Messeinrichtung, die zur Bestimmung sowohl von Innen- als auch Außendurchmesser und der Wanddicke von durchsichtigen zylindrischen Körpern geeignet ist. Die Hervorhebung der Begrenzungen für den Innen- und Außendurchmesser des Messobjektes als deutliche Hell-Dunkel-Übergänge wird durch eine geeignet geformte und hinsichtlich der Größe der lichtdurchlässigen und der abschattenden Bereiche auf das Messobjekt abgestimmten Blende erreicht, die zwischen Strahlungsquelle und Messobjekt angebracht wird.The DD 242 266 A1 On the other hand, discloses a measuring device which is suitable for determining both inner and outer diameter and the wall thickness of transparent cylindrical bodies. The highlighting of the boundaries for the inner and outer diameter of the measurement object as clear light-dark transitions is achieved by a suitably shaped and with respect to the size of the translucent and the shading areas tuned to the target aperture, which is mounted between the radiation source and the measurement object.

Diese Messeinrichtung hat allerdings den Nachteil, dass für verschieden dimensionierte Messobjekte auch verschiedene Blenden eingesetzt werden müssen. Die Messeinrichtung muss jedes Mal neu kalibriert werden, wenn ein anders dimensioniertes Objekt vermessen werden soll.However, this measuring device has the disadvantage that also different apertures must be used for different sized measurement objects. The measuring device must be recalibrated each time a different sized object is to be measured.

Aus der DE 198 06 288 A1 ist ein Laserscanner-Messsystem zur Vermessung von Körpern wie etwa Glasrohren bekannt, bei dem eine Scannereinheit und eine telezentrische Empfängeroptik auf der gleichen Seite angeordnet sind. Die Flächennormale der Empfängeroptik ist parallel zu der Scannereinheit, so dass Scanner- und Emfängerstrahlengang im Außenraum immer die gleiche Achse aufweisen. Auch ist vorgesehen, Retroreflektoren unter einem Winkel kleiner als 180° zur optischen Achse der Scannereinheit anzuordnen. Da hierbei lediglich eine Lichtquelle für eine Abbildung von Innen- und Außendurchmesser verwendet wird, kann eine direkte Messung von Innen-, Außendurchmesser und Wandstärken nicht erreicht werden.From the DE 198 06 288 A1 For example, a laser scanner measuring system for measuring bodies such as glass tubes is known in which a scanner unit and a telecentric receiver optics are arranged on the same side. The surface normal of the receiver optics is parallel to the scanner unit so that the scanner and receiver beam paths always have the same axis in the outer space. It is also provided to arrange retroreflectors at an angle smaller than 180 ° to the optical axis of the scanner unit. Since only one light source is used for imaging inside and outside diameters, a direct measurement of inside, outside diameter and wall thicknesses can not be achieved.

Die DE 102 25 488 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Dickenmessung von transparenten Messobjekten, wobei das Messobjekt mit einem zweidimensionalen Muster beleuchtet wird. Spiegelungen an einer Vorder- und Rückseite des Messobjektes werden auf einen Sensor abgebildet. Nachteilig ist, dass Durchmesser nicht bestimmt werden können.The DE 102 25 488 A1 discloses a method and an apparatus for non-contact thickness measurement of transparent measurement objects, wherein the measurement object is illuminated with a two-dimensional pattern. Reflections on the front and back of the measurement object are displayed on a sensor. The disadvantage is that diameter can not be determined.

Ferner ist aus der JP 2004 294 256 A der Einsatz eines telezentrischen optischen Systems bei einer Inspektion von Behältern bekannt. Schließlich beschreibt das US 5,289,265 A eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zustands-Bestimmung einer Beschichtung auf einem zylindrischen Körper mit Hilfe des Nachweises von Reflexionen von Lichtstrahlen an dem Körper.Furthermore, from the JP 2004 294 256 A the use of a telecentric optical system in an inspection of containers known. Finally, that describes US 5,289,265 A an apparatus and method for determining the state of a coating on a cylindrical body by detecting reflections of light rays on the body.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, das die gleichzeitige Messung von Innen- und Außendurchmessern sowie der Wanddicke eines transparenten rotationssymmetrischen Körpers ohne aufwendige Kalibrierung bei Formatwechseln ermöglicht. Darüber hinaus soll die Abbildung durch verstärkte Kontrastierung zwischen beleuchteten und unbeleuchteten bzw. weniger beleuchteten Bereichen eine verbesserte Auswertbarkeit ermöglichen.The invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus for carrying out the method available, which allows the simultaneous measurement of inner and outer diameters and the wall thickness of a transparent rotationally symmetrical body without expensive calibration in format changes. In addition, the image should allow enhanced readability by enhanced contrast between illuminated and unlit or less illuminated areas.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ausgeführt.This object is solved by the subject matter of the independent claims. In the dependent claims advantageous embodiments and modifications of the invention are carried out.

Gemäß Erfindung verwendet das optische Verfahren zum Messen von Innen- und Außendurchmesser sowie zur Bestimmung der Wandstärke transparenter, rotationssymmetrischer Körper verschiedene Beleuchtungen in Verbindung mit einer telezentrischen Empfangsoptik bzw. einer telezentrischen Abbildungsoptik zum Abbilden der Innen- und der Außenwandkontur bzw. der Innen- und der Außenkanten des zu vermessenden Körpers sowie eine Auswerteeinheit zur Aufzeichnung der Abbildungen und Verwendung der aufgezeichneten Daten.According to the invention, the optical method for measuring inner and outer diameter and for determining the wall thickness of transparent, rotationally symmetrical body uses different illuminations in conjunction with a telecentric receiving optics or a telecentric imaging optics for imaging the inner and outer wall contour or the inner and the Outside edges of the body to be measured and a Evaluation unit for recording the images and using the recorded data.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die gleichzeitige oder alternierende Messung von Außen- und Innendurchmesser von transparenten rotationssymmetrischen Körpern mittels einer telezentrischen Empfangsoptik. Für die Bestimmung des Außendurchmessers wird der zu vermessende Körper vorzugsweise mit kollimiertem Licht, für die Bestimmung des Innendurchmessers mit seitlich angeordnetem Licht, vorzugsweise Linienlicht, bestrahlt. Unter Linienlicht werden im Rahmen der Erfindung Lichtquellen verstanden, die eine langgestreckte lichtabstrahlende Oberfläche aufweisen. Beispielhaft werden nebeneinander angeordnete Lichtleitfasern, deren Lichtaustrittsflächen eine Linie bilden, genannt.The present invention allows the simultaneous or alternating measurement of outer and inner diameter of transparent rotationally symmetrical bodies by means of a telecentric receiving optics. For the determination of the outer diameter of the body to be measured is preferably irradiated with collimated light, for the determination of the inner diameter with laterally arranged light, preferably line light. In the context of the invention, line light is understood to mean light sources which have an elongated light-emitting surface. By way of example, juxtaposed optical fibers whose light exit surfaces form a line are called.

Wanddicken des zu vermessenden Körpers können bei gleichzeitiger Messung von Innen- und Außendurchmesser direkt abgelesen werden bzw. aus der Kombination der Signale, d. h. der Abbildungen von Innen- und Außenkonturen bestimmt werden. Bei alternierender Messung von Innen- und Außendurchmesser können die Wanddicken berechnet werden.Wall thicknesses of the body to be measured can be read directly from the combination of the signals, d. H. the images of inner and outer contours are determined. If the inner and outer diameters are measured alternately, the wall thicknesses can be calculated.

Die Außenwandkontur, nachfolgend auch nur Außenkontur genannt, wird mittels kollimierten Lichts abgebildet, während die Innenwandkontur, nachfolgend auch nur Innenkontur genannt, vorzugsweise mittels parallel zur Rotationssymmetrieachse des zu vermessenden Körpers polarisiertem Linienlichts abgebildet wird.The outer wall contour, hereinafter also referred to as the outer contour, is imaged by means of collimated light, while the inner wall contour, hereinafter also referred to as the inner contour, is preferably imaged by means of line light polarized parallel to the rotational symmetry axis of the body to be measured.

Um eine naturgetreue, unverzerrte Abbildung der Konturen des zu vermessenden Körpers zu erreichen, wird vorteilhafter Weise eine telezentrische Empfangsoptik verwendet. Diese telezentrische Empfangsoptik lässt nur paraxiale Strahlen passieren; nicht-paraxial verlaufende Strahlen werden durch eine Blende im Brennpunkt der vorgeschalteten Linse ausgeblendet. Die telezentrische Empfangsoptik bildet also vorteilhafter Weise die Konturen des zu vermessenden Körpers im 1:1-Maßstab ab. Sie bietet damit die Möglichkeit, die tatsächlichen Innen- und Außendurchmesser sowie die tatsächlichen Wanddicken anhand der Abbildung der Konturen zu bestimmen.To achieve a lifelike, undistorted image of the contours of the body to be measured, a telecentric receiving optics is advantageously used. This telecentric receiving optics lets only paraxial rays pass through; Non-paraxial rays are masked out by an aperture in the focal point of the upstream lens. The telecentric receiving optics thus advantageously forms the contours of the body to be measured in a 1: 1 scale. It thus offers the possibility of determining the actual inner and outer diameters as well as the actual wall thicknesses based on the illustration of the contours.

Darüber hinaus ist der Maßstab einer telezentrischen Empfangsoptik unempfindlich gegenüber unterschiedlichen Objektabständen. Wird also die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise in einen Produktionsprozess eingebunden, kann die Vorrichtung an die bereits vorhandene Geometrie der Produktionsmaschinen angepasst werden. Der Abstand zwischen Beleuchtung, zu vermessendem Körper und telezentrischer Empfangsoptik kann variabel gestaltet werden, ist also nicht durch feste Werte vorgegeben.In addition, the scale of a telecentric receiving optics is insensitive to different object distances. Thus, if the device according to the invention is integrated, for example, in a production process, the device can be adapted to the already existing geometry of the production machines. The distance between illumination, the body to be measured and the telecentric receiving optics can be made variable, that is, not predetermined by fixed values.

Die Außenwandkonturen des zu vermessenden Körpers werden vorteilhafterweise mittels kollimierten Lichts, d. h. parallel verlaufenden Strahlen, die zumindest die Außenkonturen des zu vermessenden Körper senkrecht zu dessen Rotationssymmetrieachse bestrahlen, bestimmt. Dabei werden Strahlen erzeugt, die seitlich an dem zu vermessenden Körper vorbei direkt durch die telezentrische Empfangsoptik aufgefangen werden.The outer wall contours of the body to be measured are advantageously by means of collimated light, d. H. parallel rays that irradiate at least the outer contours of the body to be measured perpendicular to its rotational symmetry axis determined. In this case, beams are generated, which are collected laterally on the body to be measured directly through the telecentric receiving optics.

Das kollimierte Licht strahlt dabei parallel zur optischen Achse der telezentrischen Empfangsoptik und in Richtung der telezentrischen Empfangsoptik, wobei die Rotationssymmetrieachse des zu vermessenden Körpers senkrecht auf der optischen Achse der telezentrischen Empfangsoptik steht. Anders ausgedrückt bedeutet das, dass die Beleuchtung, die kollimiertes Licht erzeugt, so ausgerichtet sein sollte, dass das erzeugte Licht in der telezentrischen Empfangsoptik abgebildet wird. Gleichzeitig sollten zumindest die Außenkanten des zu vermessenden Körpers senkrecht zu seiner Rotationssymmetrieachse innerhalb des von der Beleuchtung bestrahlten Bereichs liegen, so dass seine Außenkonturen in der telezentrischen Empfangsoptik als scharfe Hell-Dunkel-Übergänge abgebildet werden.The collimated light radiates parallel to the optical axis of the telecentric receiving optics and in the direction of the telecentric receiving optics, wherein the rotational symmetry axis of the body to be measured is perpendicular to the optical axis of the telecentric receiving optics. In other words, this means that the illumination that generates collimated light should be aligned so that the generated light is imaged in the telecentric receiving optics. At the same time, at least the outer edges of the body to be measured should lie perpendicular to its rotational symmetry axis within the area irradiated by the illumination, so that its outer contours in the telecentric receiving optics are imaged as sharp light-dark transitions.

Da die telezentrische Empfangsoptik nur paraxial verlaufende Strahlen zur Abbildung zulässt, werden nur Strahlen, die den zu vermessenden Körper seitlich passieren und Strahlen, die in etwa senkrecht auf die Oberfläche des zu vermessenden Körpers treffen (d. h. Strahlen, die durch die Rotationssymmetrieachse des Körpers verlaufen oder aber den Körper nahe der Rotationssymmetrieachse durchlaufen) zur Abbildung zugelassen. Es ergibt sich also eine zweidimensionale Abbildung, die einen Schnitt entlang der Rotationssymmetrieachse des Körpers darstellt. Der zu vermessende Körper wird, mit Ausnahme des Bereichs der Rotationssymmetrieachse, dabei als Schatten darstellt, da die den zu vermessenden Körper treffenden kollimierten Strahlen stark gebrochen oder totalreflektiert werden. Sie verlaufen daher zwischen dem Körper und der telezentrischen Empfangsoptik nicht mehr paraxial und kommen somit nicht zur Abbildung. Kollimiertes Licht, das seitlich am zu vermessenden Körper vorbei strahlt wird als beleuchteter Bereich abgebildet. Die in der Abbildung erzeugten Hell-Dunkel-Übergänge oder -Kanten, die diese beleuchteten Bereiche rechts und links von den abgeschatteten Wandungsbereichen trennen, stellen die Außenkonturen des zu vermessenden Körpers dar. Der Abstand zwischen diesen Kanten kann direkt als Außendurchmesser des zu vermessenden Körpers bestimmt werden, da die telezentrische Empfangsoptik keine Maßstabsänderung in der Abbildung bewirkt.Since the telecentric receiving optics allow only paraxial rays for imaging, only rays that pass laterally through the body to be measured and rays that meet approximately perpendicular to the surface of the body to be measured (ie rays that pass through the rotational axis of symmetry of the body or but traversing the body near the rotational symmetry axis) is allowed for imaging. This results in a two-dimensional image representing a section along the axis of rotational symmetry of the body. The body to be measured, with the exception of the area of the axis of rotational symmetry, thereby represents a shadow, since the collimated rays striking the body to be measured are strongly refracted or totally reflected. They therefore no longer run paraxial between the body and the telecentric receiving optics and thus do not come to picture. Collimated light, which radiates laterally past the body to be measured, is displayed as an illuminated area. The light-dark transitions or edges produced in the figure, which separate these illuminated areas to the right and left of the shaded wall areas, represent the outer contours of the body to be measured. The distance between these edges can be determined directly as the outer diameter of the body to be measured because the telecentric receiving optics do not cause a scale change in the image.

Einzelne Strahlen von Lichtbündeln des Linienlichts, welches zur Abbildung der Innenkontur des zu vermessenden Körpers verwendet wird, spannen erfindungsgemäß zusammen mit Parallelen der optischen Achse der telezentrischen Empfangsoptik Ebenen auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Rotationssymmetrieachse des zu vermessenden Körpers liegen. Nur Strahlen, die in diesen Ebenen verlaufen und im Idealfall im Grenzwinkel der Totalreflexion an den Innenkanten des zu vermessenden Körpers paraxial reflektiert werden, sollen erfindungsgemäß von der Empfangsoptik abgebildet werden. Es werden jedoch auch Strahlen abgebildet, die zwischen dem Brewster-Winkel und dem Grenzwinkel der Totalreflexion einfallen und im Wesentlichen paraxial reflektiert werden. Auch diese Strahlen tragen zur Abbildung in der telezentrischen Empfangsoptik bei. Individual beams of light beams of the line light, which is used to image the inner contour of the body to be measured, according to the invention, along with parallels of the optical axis of the telecentric receiving optics tension planes which are substantially perpendicular to the rotational axis of symmetry of the body to be measured. Only beams that run in these planes and are reflected paraxially in the ideal case at the critical angle of total reflection at the inner edges of the body to be measured, should be imaged by the receiving optics according to the invention. However, rays are also imaged which are incident between the Brewster angle and the critical angle of total reflection and are reflected substantially paraxially. These rays also contribute to the imaging in the telecentric receiving optics.

Die Beschränkung der Abbildung auf Strahlen, die mit einem Winkel zwischen Brewster-Winkel und dem Grenzwinkel der Totalreflexion auf die Innenwand des zu vermessenden Körpers einfallen, ist darin begründet, dass diese Strahlen – bezogen auf den Idealfall des Einfallens im Grenzwinkel der Totalreflexion – paraxial reflektiert werden und die paraxiale reflektierten Strahlen in ihrer rückwärtigen Verlängerung eine zur optischen Achse der telezentrischen Empfangseinheit parallele Tangente mit der Innenkontur des zu vermessenden Körpers bilden. Anders ausgedrückt bilden nur diese Strahlen den tatsächlichen Innendurchmesser des zu vermessenden Körpers ab.The restriction of the image to rays incident on the inner wall of the body to be measured with an angle between Brewster angle and the limit angle of total reflection is due to the fact that these rays - paraxially reflected - based on the ideal case of incidence in the critical angle of total reflection and the paraxially reflected rays in their rearward extension form a tangent parallel to the optical axis of the telecentric receiving unit with the inner contour of the body to be measured. In other words, only these rays depict the actual inner diameter of the body to be measured.

Die Erfindung sieht vor, parallel polarisiertes Licht für die Abbildung der Innenkontur zu verwenden. Das verwendete Licht ist dabei parallel zur Rotationsachse des zu vermessenden Körpers oder anders ausgedrückt senkrecht zur Einfallsebene, die durch den Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Normalen auf die innere Oberfläche des zu vermessenden Körpers aufgespannt wird, polarisiert. Diese Polarisierung hat zur Folge, dass Lichtstrahlen, die in einem Winkel, der zwischen dem Brewster-Winkel und dem Grenzwinkel der Totalreflexion einfallen, nur in sehr geringem Maße transmittieren, aber sehr stark reflektiert werden. Die im Bereich des Grenzwinkels der Totalreflexion reflektierten Strahlen, die paraxial von der telezentrischen Empfangsoptik aufgefangen werden, sind besonders bevorzugt die Strahlen, die zur Abbildung der Innenkontur beitragen. Die besonders starke Reflexion der parallel polarisierten Strahlen, die zwischen dem Brewster-Winkel und dem Grenzwinkel der Totalreflexion auf die innere Wandung des zu vermessenden Körpers treffen, bewirkt eine hohen Lichtintensität in der Abbildung und damit eine starken Kontrastbildung. Starke Kontraste zwischen beleuchteten und nicht oder schwächer beleuchteten Bereichen der Abbildung ermöglichen wiederum eine sehr genaue Auswertung der Abbildung der Innenkonturen des zu vermessenden Körpers.The invention provides to use parallel polarized light for imaging the inner contour. The light used is parallel to the axis of rotation of the body to be measured or in other words perpendicular to the plane of incidence, which is spanned by the angle between the incident beam and the normal to the inner surface of the body to be measured, polarized. As a result of this polarization, light rays which are incident at an angle which occurs between the Brewster angle and the critical angle of total reflection transmit only very little, but are very strongly reflected. The rays reflected in the region of the limiting angle of the total reflection, which are collected paraxially by the telecentric receiving optics, are particularly preferably the rays which contribute to the imaging of the inner contour. The particularly strong reflection of the parallel polarized rays, which strike the inner wall of the body to be measured between the Brewster angle and the critical angle of total reflection, causes a high light intensity in the image and thus a strong contrast formation. Strong contrasts between illuminated and not or less illuminated areas of the image, in turn, allow a very accurate evaluation of the image of the inner contours of the body to be measured.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Linienlicht-Beleuchtung parallel zur Rotationssymmetrieachse des zu vermessenden Körpers angeordnet, so dass in der Abbildung nicht nur ein Punkt die Innenkontur des Körpers markiert, sondern ein Linien- oder Streifen-förmiger Bereich erzeugt wird. Dieser streifenförmige Bereich dient der besseren Auswertbarkeit der erzeugten Abbildung.In a particularly preferred embodiment of the invention, the line light illumination is arranged parallel to the axis of rotational symmetry of the body to be measured, so that in the figure, not only a point marks the inner contour of the body, but a line or strip-shaped area is generated. This strip-shaped area serves to improve the readability of the image produced.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht die Positionierung der Lichtquelle des parallel polarisierten Linienlichts mittels Raytracings vor. Auf Basis der Soll-Wert-Abmessungen des zu vermessenden Körpers kann der Strahlengang durch die telezentrische Empfangsoptik und durch den zu vermessenden Körper hindurch „rückwärts gerechnet” werden und so die optimale Positionierung des Linienlichts bestimmt werden. Das Positionieren des Linienlichts mittels Raytracing ist insbesondere vorteilhaft, wenn verschiedene Geometrien vermessen werden sollen, die unterschiedliche Positionierungen des Linienlichts erfordern. Die Vorrichtung kann dann, beispielsweise gesteuert durch einen Computer, sehr schnell an die neue Geometrie angepasst werden.A further advantageous embodiment of the invention provides the positioning of the light source of the parallel polarized line light by means of ray tracing. On the basis of the nominal value dimensions of the body to be measured, the beam path through the telecentric receiving optics and through the body to be measured can be "counted backwards" and thus the optimal positioning of the line light can be determined. The positioning of the line light by means of ray tracing is particularly advantageous if different geometries are to be measured which require different positioning of the line light. The device can then be adapted very quickly to the new geometry, for example under the control of a computer.

Besonders bevorzugt wird diese Positionierung durch einen Stellmotor vorgenommen, der insbesondere auch computergesteuert sein kann.Particularly preferably, this positioning is performed by a servomotor, which can be computer-controlled in particular.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Linienlicht-Beleuchtung Leuchtmittel umfasst, beispielsweise Lichtleitfasern, die einen gewissen Öffnungswinkel besitzen. Der Öffnungswinkel liegt vorzugsweise zwischen 30° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 55° und 65°. Es können auch Leuchtmittel mit unsymmetrischem Öffnungswinkel verwendet werden. Ein gewisser Öffnungswinkel der Leuchtmittel hat den großen Vorteil, dass die Positionierung des Linienlichts mittels Raytracing an der Soll-Geometrie ausgerichtet werden kann. Die Abbildung des tatsächlichen Körpers ist jedoch auch bei starken Abweichungen von der Soll-Geometrie möglich, da durch den Öffnungswinkel der Leuchtmittel trotzdem Strahlen erzeugt werden, die im Grenzwinkel der Totalreflexion reflektiert und paraxial aus dem zu vermessenden Körper austreten. Der öffnungswinkel erhöht somit die Toleranz des Messverfahrens. Allerdings sollte der Öffnungswinkel auch nicht zu groß gewählt werden, da ansonsten ein großer Anteil der abgestrahlten Lichtintensität nicht für den eigentlichen Messprozess genutzt wird.A particularly preferred embodiment of the invention provides that the line light illumination comprises lighting means, for example optical fibers, which have a certain opening angle. The opening angle is preferably between 30 ° and 70 °, more preferably between 55 ° and 65 °. It is also possible to use bulbs with asymmetrical opening angles. A certain opening angle of the bulbs has the great advantage that the positioning of the line light can be aligned by ray tracing on the target geometry. However, the image of the actual body is possible even with strong deviations from the desired geometry, as are still generated by the opening angle of the bulbs rays that reflect the critical angle of total reflection and paraxial exit from the body to be measured. The opening angle thus increases the tolerance of the measuring method. However, the opening angle should not be too large, otherwise a large proportion of the emitted light intensity is not used for the actual measuring process.

Der Unterschied zwischen der vorgegebenen Soll-Geometrie und der tatsächlichen abgebildeten Geometrie kann vorteilhafter Weise als Kriterium für die Qualitätskontrolle – insbesondere auch während des Produktionsprozesses, also inline – der zu vermessenden Körper genutzt werden.The difference between the given target geometry and the actual mapped Geometry can be advantageously used as a criterion for quality control - especially during the production process, ie inline - the body to be measured.

Darüber hinaus sollte bei der Ausrichtung des Linienlichts darauf geachtet werden, dass der horizontale Winkel, zwischen Linienbeleuchtung und optischer Achse der telezentrischen Beleuchtung nicht zu klein wird. Vorzugsweise ist die Linienlicht-Beleuchtung seitlich auf der der telezentrischen Empfangsoptik gegenüberliegenden Hälfte des zu vermessenden Körpers angeordnet, bestrahlt jedoch die der telezentrischen Empfangsoptik zugewandte Hälfte des Körpers. Diese Konstellation stellt sicher, dass Strahlen, die zwar paraxial aus dem zu vermessenden Körper austreten und deshalb in der Empfangsoptik abgebildet werden, aber den Hohlraum passiert haben und damit nicht die Innenkonturen des Körpers anzeigen, vermieden werden. Eine solche Anordnung der Linienlicht-Beleuchtung dient also vorteilhafter Weise der unverfälschten Abbildung der Innenkonturen des Körpers.In addition, when aligning the line light, make sure that the horizontal angle between the line illumination and the optical axis of the telecentric illumination does not become too small. Preferably, the line light illumination is arranged laterally on the half of the body to be measured opposite the telecentric receiving optical system, but irradiates the half of the body facing the telecentric receiving optical system. This constellation ensures that rays which are emitted paraxially from the body to be measured and therefore imaged in the receiving optics but have passed the cavity and thus do not indicate the inner contours of the body, are avoided. Such an arrangement of the line light illumination thus advantageously serves the unadulterated image of the inner contours of the body.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhafter Weise zwei Linienlicht-Beleuchtungen aufweisen, die gegenüberliegende Innenkonturen des zu vermessendenkörpers abbilden. Bei einem solchen Vorrichtungsaufbau kann der Innendurchmesser direkt aus der Abbildung in der telezentrischen Empfangsoptik bestimmt werden. Es ist darüber hinaus jedoch auch möglich, die Vorrichtung mit nur einer Linienlicht-Beleuchtung zu betreiben.A device according to the invention can advantageously have two line light illuminations which image opposite inner contours of the body to be measured. In such a device structure, the inner diameter can be determined directly from the image in the telecentric receiving optics. However, it is also possible to operate the device with only one line light illumination.

Die Wandstärke oder Wanddicke des zu vermessenden Körpers kann erfindungsgemäß aus den Werten der Abbildungen der Innen- und Außenkonturen ermittelt werden. Werden Innen- und Außenkonturen gleichzeitig abgebildet, können die Wandstärken direkt gemessen werden. Werden Innen- und Außenkontur nacheinander abgebildet, können die Wandstärken berechnet werden. Jede Messung von Innen- und Außenkonturen des zu vermessenden Körpers liefert zwei Wandstärken, nämlich je eine von in etwa gegenüberliegenden Seiten des Körpers.The wall thickness or wall thickness of the body to be measured can be determined according to the invention from the values of the images of the inner and outer contours. If inner and outer contours are mapped simultaneously, the wall thicknesses can be measured directly. If the inner and outer contours are displayed consecutively, the wall thicknesses can be calculated. Each measurement of inner and outer contours of the body to be measured provides two wall thicknesses, one each from approximately opposite sides of the body.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht als Abbildungsfläche einen Zeilensensor vor, der mittels der Auswerteeinheit die Auswertung der erzeugten Abbildung ermöglicht.An advantageous development of the device according to the invention provides an imaging surface as a line sensor, which allows the evaluation of the image generated by means of the evaluation.

In noch einer Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, den zu vermessenden Körper in gedrehter Stellung durchzumessen. Damit können fehlerhaft bestimmte Innendurchmesser, die durch unrunde Geometrien verursacht werden, durch zusätzliche, an anderen Stellen des Körpers durchgeführten Messungen aufgedeckt werden. Die Rotation des Körpers und die Durchführung von mehreren Messungen kann zusätzlich auch als Qualitätssicherung eingesetzt werden, beispielsweise um konstante Wandstärken des Körpers sicher zu stellen. Damit ist ein Einsatz im Bereich der Prozess- oder Fertigungskontrolle ist möglich. Durch Rückkopplung können, beispielsweise in einem Rohrzug die Ziehparameter zum einen kontrolliert, zum anderen aber auch, wenn nötig, angepasst werden.In a further development of the invention, it is possible to measure the body to be measured in a rotated position. Thus, certain internal diameters caused by out-of-round geometries can be erroneously detected by additional measurements made elsewhere in the body. The rotation of the body and the performance of several measurements can also be used as a quality assurance, for example, to ensure constant wall thicknesses of the body. This is a use in the field of process or production control is possible. By means of feedback, the drawing parameters can be controlled, for example in a pipeline, but also, if necessary, adjusted.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht die Verwendung von gepulstem Linienlicht für die Abbildung des Innendurchmessers vor. Gepulstes Licht ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der zu vermessende Körper relativ klein ist, da die Beleuchtung für die Abbildung der Innenkontur die Abbildung der Außenkontur stört. Daher ist für solche Fälle vorgesehen, die Messungen für die Innen- und die Außenkonturen separat nacheinander oder alternierend durchzuführen. Die Außenkontur des Körpers wird dann abgebildet und aufgezeichnet, wenn die Linienlicht-Beleuchtung nicht aktiv ist.A particularly preferred development of the invention provides for the use of pulsed line light for imaging the inside diameter. Pulsed light is particularly advantageous if the body to be measured is relatively small, since the illumination for imaging the inner contour disturbs the imaging of the outer contour. Therefore, it is provided for such cases, the measurements for the inner and outer contours separately sequentially or alternately. The outer contour of the body is then imaged and recorded when the line lighting is not active.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Gleiche und ähnliche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden.In the following the invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the drawings. The same and similar elements are given the same reference numerals, and the features of various embodiments may be combined.

Es zeigen:Show it:

1 schematische Aufsicht auf die Messanordnung und den Strahlengang für die Messung des Außendurchmessers, 1 schematic plan view of the measuring arrangement and the beam path for the measurement of the outer diameter,

2 schematische Aufsicht auf die Messanordnung und den Strahlengang für die Messung des Innendurchmessers, 2 schematic plan view of the measuring arrangement and the beam path for the measurement of the inner diameter,

3 schematische Aufsicht auf die Messanordnung und den Strahlengang für die gleichzeitige Messung von Innen- und Außendurchmesser sowie der Wandstärken. 3 schematic plan view of the measuring arrangement and the beam path for the simultaneous measurement of inner and outer diameter and the wall thicknesses.

In 1 ist eine schematische Aufsicht auf eine Messanordnung 1 zur Bestimmung des Außendurchmessers dargestellt. Der Strahlengang bei der Abbildung des Außendurchmessers des zu vermessenden Körpers 30 ist dargestellt. Die Aufsicht zeigt, dass eine Außenkontur-Lichtquelle 20, der zu vermessende Körper 30 und eine telezentrische Empfangsoptik 40 entlang der optischen Achse 42 der telezentrischen Empfangsoptik 40 angeordnet sind. Der zu vermessende Körper 30 ist rotationssymmetrisch und steht mit seiner Rotationssymmetrieachse 32 senkrecht auf der optischen Achse 42 der Empfangsoptik 40.In 1 is a schematic plan view of a measuring arrangement 1 shown for determining the outer diameter. The beam path when imaging the outside diameter of the body to be measured 30 is presented, layed out. The supervision shows that an outer contour light source 20 , the body to be measured 30 and a telecentric receiving optics 40 along the optical axis 42 the telecentric receiving optics 40 are arranged. The body to be measured 30 is rotationally symmetric and stands with its rotational symmetry axis 32 perpendicular to the optical axis 42 the receiving optics 40 ,

Die Innenkontur-Lichtquelle 20, die vorzugsweise kollimiertes Licht auf den zu vermessenden Körper 30 abstrahlt, ist bezüglich ihrer Breite so dimensioniert, dass sie die äußeren Kanten des zu vermessenden Körper 30 erfasst, so dass die Kanten mittels eines Schattenwurfs abgebildet werden können. Zu diesem Zweck können auch mehrere, vorzugsweise zwei, Lichtquellen 20 verwendet werden, die je eine der äußeren Kanten 34 beleuchten. The inner contour light source 20 that preferentially collimated light on the body to be measured 30 In terms of their width, they are dimensioned to be the outer edges of the body to be measured 30 detected, so that the edges can be imaged by means of a shadow. For this purpose, also several, preferably two, light sources 20 used, each one of the outer edges 34 illuminate.

Die telezentrische Empfangsoptik 40 umfasst eine Linse 44, ein in der Brennebene angeordnete Lochblende 46 und einen Abbildungsempfänger 48 in doppelter Brennweitenentfernung zur Linse 44. Der Abbildungsempfänger 48 kann als Zeilensensor ausgebildet sein. Die Blendenöffnung der Lochblende 46 befindet sich im Brennpunkt der Linse 44.The telecentric receiving optics 40 includes a lens 44 , an aperture plate arranged in the focal plane 46 and a picture recipient 48 in double focal distance to the lens 44 , The picture recipient 48 can be designed as a line sensor. The aperture of the pinhole 46 is at the focal point of the lens 44 ,

Zur optischen Achse 42 der Empfangsoptik 40 parallel verlaufende Strahlen 22 der Innenkontur-Lichtquelle 20, die den zu vermessenden Körper 30 seitlich passieren, werden auf belichteten Bereichen 49a des Zeilensensors 48 abgebildet. Wie auf der schematischen Darstellung zu sehen ist, kommen im Wesentlichen paraxiale Strahlen 22 zur Abbildung, die seitlich an dem zu vermessenden Körper 30 vorbeilaufen. Sie bilden zwei beleuchtete Bereiche 49a, deren Ausdehnung von der Ausdehnung und Positionierung der Leuchtfläche der Lichtquelle 20 und dem Durchmesser des zu vermessenden Körpers 30 abhängig ist. Die zum zentralen Bereich der Abbildungsfläche weisenden Hell-Dunkel-Übergänge 45 bilden dabei die äußeren Konturen 34 des zu vermessenden Körpers 30 ab. Da telezentrisch abgebildet wird, kann der äußere Durchmesser oder der Durchmesser der Außenwände direkt durch die Abstandsmessung zwischen diesen beiden Hell-Dunkel-Übergängen 45 ermittelt werden. Vorteilhafter Weise ist keine Fehlerkorrektur notwendig, die bei verzerrender oder nicht maßstabsgetreuer Abbildung durchgeführt werden muss.To the optical axis 42 the receiving optics 40 parallel rays 22 the inner contour light source 20 that the body to be measured 30 pass sideways, be on exposed areas 49a of the line sensor 48 displayed. As can be seen on the schematic illustration, essentially paraxial rays come 22 for illustration, the side of the body to be measured 30 pass. They form two illuminated areas 49a whose extension depends on the extent and positioning of the luminous area of the light source 20 and the diameter of the body to be measured 30 is dependent. The light-dark transitions pointing to the central area of the image area 45 form the outer contours 34 of the body to be measured 30 from. Because telecentric imaging is possible, the outer diameter or diameter of the outer walls may be directly determined by the distance measurement between these two light-dark transitions 45 be determined. Advantageously, no error correction is necessary, which must be performed with distorting or not true to scale mapping.

Darüber hinaus ist ein weiterer belichteter Bereich 49c zwischen den beiden abgebildeten Konturen zu erkennen. Dieser Bereich 49c entsteht durch Lichtstrahlen 22, die den zu vermessenden Körper 30 senkrecht durch seine Rotationssymmetrieachse 32 ungebrochen durchqueren, sowie durch parallele Strahlen 22, die den Körper 30 nahe seiner Rotationssymmetrieachse 32 durchqueren und nur wenig gebrochen werden. Diese Strahlen 22 verlaufen auch nach dem Durchqueren des Körpers noch paraxial und in Achsnahe und werden deshalb von der telezentrischen Empfangsoptik 40 zur Abbildung zugelassen. Da sie den zu vermessenden Körper 30 durchstrahlen, ist die Lichtintensität dieser Strahlen jedoch geringer als die der Strahlen, die den zu vermessenden Körper 30 seitlich passieren und abgebildet werden.In addition, another exposed area 49c to recognize between the two illustrated contours. This area 49c created by light rays 22 that the body to be measured 30 perpendicular through its rotational symmetry axis 32 traversing unbroken, as well as by parallel rays 22 that the body 30 near its rotational symmetry axis 32 cross and be broken only slightly. These rays 22 Even after passing through the body, they still run paraxially and close to the axis and are therefore of the telecentric receiving optics 40 allowed for illustration. Since she has the body to measure 30 however, the light intensity of these rays is lower than that of the rays that surround the body to be measured 30 pass and image laterally.

Strahlen 24, die beim Durchstrahlen des zu vermessenden Körpers 30 gebrochen oder auch totalreflektiert werden, verlaufen nach ihrem Austritt nicht mehr paraxial zur optischen Achse 42. Nicht paraxial verlaufende Strahlen 24, die in der Abbildung durch gepunktete Linien beispielhaft dargestellt sind, erreichen entweder die telezentrische Empfangsoptik 40 gar nicht oder werden nach Durchtritt durch die Linse oder das Linsensystem 44 mittels der Telezenterblende 46 von der Abbildung auf dem Abbildungsempfänger, hier dem Zeilensensor 48, ausgeschlossen.radiate 24 , while radiating the body to be measured 30 broken or even totally reflected, no longer run paraxial with the optical axis after their exit 42 , Non-paraxial rays 24 , which are exemplified by dotted lines in the figure, either reach the telecentric receiving optics 40 not at all, or after passing through the lens or the lens system 44 by means of the telecenter bezel 46 from the picture on the picture receiver, here the line sensor 48 , locked out.

2 zeigt eine Messanordnung 2, die den Strahlengang bei der Messung des Innendurchmessers in schematischer Aufsicht darstellt. Die Beleuchtung der Innenkonturen 36 des zu vermessenden Körpers 30 erfolgt mittels zweier Linienlichtquellen 50, deren Linienlicht parallel zur Rotationssymmetrieachse 32 ausgerichtet ist. Linienlichtquellen 50 beidseitig des zu vermessenden Körpers 30 ermöglichen die gleichzeitige Abbildung der beiden Innenkonturen 36. Grundsatzlich kann die Vorrichtung 2 jedoch auch mit nur einer verfahrbaren oder verschiebbaren Linienlichtquelle 50 betrieben werden. In diesem Fall werden dann die Innenkonturen nacheinander gemessen und der Innendurchmesser bzw. die Wandstärken aus den nacheinander gemessenen Werten berechnet. 2 shows a measuring arrangement 2 , which represents the beam path in the measurement of the inner diameter in a schematic plan view. The illumination of the inner contours 36 of the body to be measured 30 takes place by means of two line light sources 50 whose line light is parallel to the rotational symmetry axis 32 is aligned. Line light sources 50 on both sides of the body to be measured 30 allow the simultaneous imaging of the two inner contours 36 , In principle, the device can 2 but also with only one movable or movable line light source 50 operate. In this case, the inner contours are then measured one after the other and the inner diameter or the wall thicknesses are calculated from the successively measured values.

Die Linienlichtquellen 50 strahlen vorzugsweise polarisiertes Licht 52 ab, das parallel zur Rotationssymmetrieachse 32 bzw. senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist, wobei die Einfallsebene durch den einfallenden Strahl und die Normale dazu aufgespannt wird. Polarisiertes Licht ist für die Abbildung der Innenkonturen nicht zwingend erforderlich, erhöht jedoch die Lichtintensität des abbildenden Lichts. Lichtstrahlen 52, die zwischen Brewster-Winkel 59 und dem Winkel der Totalreflexion 58 auf die Innenwand des zu vermessenden Körpers 30 treffen verlaufen hinter dem Körper 30 paraxial und werden somit von der telezentrischen Empfangsoptik 40 abgebildet.The line light sources 50 preferably emit polarized light 52 which is parallel to the rotational symmetry axis 32 or polarized perpendicular to the plane of incidence, wherein the plane of incidence is spanned by the incident beam and the normal thereto. Polarized light is not essential for imaging the inner contours, but increases the light intensity of the imaging light. light rays 52 that's between Brewster's angle 59 and the angle of total reflection 58 on the inner wall of the body to be measured 30 Meetings are behind the body 30 paraxial and thus are from the telecentric receiving optics 40 displayed.

Die Linienlichtquellen 50 werden so positioniert, dass der paraxiale Strahl, der mit dem Grenzwinkel der Totalreflexion 58 an der Innenwand des zu vermessenden Körpers 30 reflektiert wurde (Strahl 56), in seiner gedachten rückwärtigen Verlängerung in Richtung auf den zu vermessenden Körper 30 die Innenkontur 36 tangiert. Genau diese Strahlen 56 bilden die Lage der beiden Innenkonturen in der telezentrischen Empfangsoptik ab. Sowohl die rückwärtig als auch die vorwärtig gedachte Verlängerung dieses Strahls 56 ist in 2 als gestrichelte Linie dargestellt.The line light sources 50 are positioned so that the paraxial ray, with the critical angle of total reflection 58 on the inner wall of the body to be measured 30 was reflected (beam 56 ), in its imaginary backward extension towards the body to be measured 30 the inner contour 36 affected. Exactly these rays 56 depict the position of the two inner contours in the telecentric receiving optics. Both the backward and the forward imaginary extension of this beam 56 is in 2 shown as a dashed line.

Diese geometrische Grundlage wird erfindungsgemäß auch für die computergestützte Positionierung der Linienlichtquellen 50 mittels Raytracings genutzt. Gemäß einer vorgegebenen Soll-Geometrie des zu vermessenden Körpers 30 kann genau der Strahlengang 56 berechnet werden, dessen rückwärtige Verlängerung eine Tangente mit der Innenkontur 36 des zu vermessenden Körpers 30 bildet und an der Innenwand im Grenzwinkel der Totalreflexion 58 reflektiert wird.This geometric basis is inventively also for the computer-aided positioning of the line light sources 50 used by ray tracing. According to a predetermined desired geometry of the body to be measured 30 can be exactly the beam path 56 be calculated, the rearward extension of a tangent to the inner contour 36 of the body to be measured 30 forms and on the inner wall in the critical angle of total reflection 58 is reflected.

Es kommt allerdings nicht nur zur Abbildung dieses bevorzugten Strahlengangs 56, sondern auch andere paraxiale reflektierte Strahlen 52 werden abgebildet. Diese Strahlen 52 fallen zwischen dem Brewster-Winkel 59 und dem Grenzwinkel der Totalreflexion 58 auf die Innenwand des zu vermessenden Körpers 30 ein. Der Winkelbereich zwischen Brewster-Winkel 59 und dem Grenzwinkel der Totalreflexion 58 ist besonders bevorzugt, weil senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Licht in diesem Winkelbereich besonders stark reflektiert wird. Nur ein geringer Anteil des einfallenden Lichts – in 2 als gestrichelte Linie 54 dargestellt – transmittiert und kommt nicht zur Abbildung in der Empfangsoptik 40. Der große Anteil an reflektiertem Licht führt zu einer hohen Lichtintensität bei der Abbildung, die wiederum eine gute Kontrastbildung zwischen beleuchteten und unbeleuchteten bzw. schwächer beleuchteten Bereichen ermöglicht. Gute Kontraste sind wichtig, da sie die exakte Auswertung der Abbildung unterstützen.However, it does not only come to the illustration of this preferred beam path 56 , but also other paraxial reflected rays 52 are shown. These rays 52 fall between the Brewster angle 59 and the critical angle of total reflection 58 on the inner wall of the body to be measured 30 one. The angle range between Brewster angle 59 and the critical angle of total reflection 58 is particularly preferred because perpendicular to the plane of incidence polarized light is particularly strongly reflected in this angular range. Only a small portion of the incident light - in 2 as a dashed line 54 shown - transmitted and does not come to the figure in the receiving optics 40 , The large amount of reflected light results in a high light intensity in the imaging, which in turn allows a good contrast between illuminated and unlit or less illuminated areas. Good contrasts are important because they support the exact evaluation of the image.

Vorteilhafter Weise weist das von den Linienlichtquellen 50 abgestrahlte Licht einen gewissen horizontalen Öffnungswinkel auf. Dieser Öffnungswinkel liegt zwischen 30° und 70°, bevorzugt zwischen 55° und 65°. Grundsätzlich kann auch stark gebündeltes Licht verwendet werden. Licht, das mit einem gewissen Öffnungswinkel abgestrahlt wird, erhöht jedoch die Abbildungstoleranz, da auch wenn keine ideale Geometrie vorliegt und somit das Linienlicht eventuell nicht optimal positioniert ist, trotzdem Lichtstrahlen zur Verfügung stehen, die im Grenzwinkel der Totalreflexion 58 paraxial reflektiert werden können und somit zu einer Abbildung der Innenkontur führen.Advantageously, this is indicated by the line light sources 50 radiated light on a certain horizontal opening angle. This opening angle is between 30 ° and 70 °, preferably between 55 ° and 65 °. In principle, strongly focused light can also be used. However, light that is emitted with a certain aperture angle increases the imaging tolerance, because even if there is no ideal geometry and thus the line light may not be optimally positioned, light rays are still available that are at the critical angle of total reflection 58 can be reflected paraxially and thus lead to an image of the inner contour.

Gleichzeitig ermöglicht der Öffnungswinkel auch die Vermessung von Körpern, die aus Material gefertigt sind, deren Brechzahl nicht genau bekannt ist. Eine veränderte Brechzahl führt zu einem veränderten Strahlengang, der jedoch über einen Öffnungswinkel in der Lichtabstrahlung des Linienlichts kompensiert werden kann.At the same time, the opening angle also enables the measurement of bodies made of material whose refractive index is not exactly known. An altered refractive index leads to a changed beam path, which, however, can be compensated by an opening angle in the light emission of the line light.

Die Strahlen, die in einem Winkelbereich zwischen Brewster-Winkel 59 und dem Grenzwinkel der Totalreflexion 58 auf die Innenwand des zu vermessenden Körpers 30 einfallen, werden in Form von belichteten Innenkontur-Streifen 49b abgebildet, deren zum zentralen Teil der Abbildungsfläche 49 zeigenden Hell-Dunkel-Übergänge 47 die Innenkonturen 36 des zu vermessenden Körpers 30 anzeigen. Die Breite der belichteten Streifen wird durch die Winkeldifferenz zwischen Brewster-Winkel 59 und Grenzwinkel der Totalreflexion 58 bestimmt.The rays, which are in an angular range between Brewster's angle 59 and the critical angle of total reflection 58 on the inner wall of the body to be measured 30 come in the form of illuminated inner contour strips 49b whose image is the central part of the image area 49 showing light-dark transitions 47 the inner contours 36 of the body to be measured 30 Show. The width of the exposed strips is determined by the angular difference between Brewster angles 59 and critical angle of total reflection 58 certainly.

3 zeigt eine Messanordnung 3, die eine Kombination der Messanordnungen 1 und 2 darstellt. Damit ist die gleichzeitige Messung von Innen- und Außendurchmesser sowie der Wandstärken möglich. Die Strahlengänge sind identisch zu denen in den 1 und 2 gezeigten Strahlengängen. Die schematisch dargestellte zeigt eine Kombination der Hell-Dunkel-Übergänge 45, 47, die durch die , der Außen- und der Innenkonturen 34, 36 erzeugt werden. Die Abbildung der Innenkonturen 34 liefert breite belichtete Streifen 49b, die jedoch nur eine mittlere Lichtintensität aufweisen, da es durch mehrfache Brechung und Reflexion am zu vermessenden Körper 30 zu einem Intensitätsverlust kommt. Da die einzelnen Konturen jedoch gegenüber einem nicht belichteten Bereich abzugrenzen sind, ist die etwas geringere Lichtintensität nicht von Belang. Der Kontrast ist ausreichend, um eine exakte Bestimmung der Hell-Dunkel-Übergänge 47 vorzunehmen. 3 shows a measuring arrangement 3 that is a combination of measuring arrangements 1 and 2 represents. Thus, the simultaneous measurement of inner and outer diameter and wall thicknesses is possible. The beam paths are identical to those in the 1 and 2 shown beam paths. The schematically illustrated shows a combination of the light-dark transitions 45 . 47 that through the . the outer and inner contours 34 . 36 be generated. The illustration of the inner contours 34 delivers wide illuminated stripes 49b , which, however, have only an average light intensity, as it is due to multiple refraction and reflection on the body to be measured 30 comes to a loss of intensity. However, since the individual contours are to be distinguished from an unexposed area, the slightly lower light intensity is not relevant. The contrast is sufficient to accurately determine the light-dark transitions 47 make.

Die Abbildung der Außenkonturen 34 des Körpers 30 fallen jedoch in die durch die Abbildung der Innenkonturen belichteten Bereiche 49b, deren Lichtintensität jedoch, wie bereits erklärt, etwas vermindert ist. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei den die Außenkonturen 34 abbildenden Lichtstrahlen 22 um Strahlen, die den zu vermessenden Körper 30 seitlich passiert haben und die somit keine Brechungs- oder Reflexionsverluste aufweisen. Die von den Lichtstrahlen 22 erzeugten weisen folglich eine höhere Lichtintensität auf als die durch die Strahlen 52 und 56 erzeugten . Dabei muss ein verringerter Kontrast beim Hell-Dunkel-Übergang 45 bewältigt werden. Um dies zu vermeiden, kann die Vermessung der Außen- und Innenkonturen 34, 36 alternierend durchgeführt werden, vorzugsweise durch die Verwendung von gepulstem Linienlicht 50. Die der Außenkonturen 34 wird dann mittels der Auswerteeinheit 60, vorzugsweise einem Computer ausgewertet, wenn das Linienlicht 50 nicht aktiv ist und infolge dessen der Hell-Dunkel-Kontrast der Außenkontur-Abbildung 49a hoch ist.The illustration of the outer contours 34 of the body 30 However, fall into the exposed by the image of the inner contours areas 49b However, the light intensity, as already explained, is somewhat reduced. In contrast, the outer contours are 34 imaging light rays 22 around rays, the body to be measured 30 have passed laterally and thus have no refractive or reflection losses. The light rays 22 generated consequently have a higher light intensity than that due to the rays 52 and 56 generated , There must be a reduced contrast in the light-dark transition 45 be dealt with. To avoid this, can the measurement of the outer and inner contours 34 . 36 be performed alternately, preferably by the use of pulsed line light 50 , The the outer contours 34 is then using the evaluation 60 , preferably a computer evaluated when the line light 50 is not active and as a result of the light-dark contrast of the outer contour image 49a is high.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt; vielmehr sind die einzelnen Merkmale frei miteinander kombinierbar.The invention is not limited to the described combinations of features; Rather, the individual features are freely combinable.

Claims

Method for determining the inner and outer diameters and the wall thickness of transparent, rotationally symmetrical bodies ( 30 ), in which method - both outer edges ( 34 ) of the body to be measured ( 30 ) by means of an outer contour light source ( 20 ) and the two inner edges ( 36 ) of the body to be measured ( 30 ) by means of an inner contour light source ( 50 ), which are two different light sources, and - outer and inner edges ( 34 . 36 ) by means of a telecentric receiving optics ( 40 ) and - based on the figure the actual values for inner, outer diameter and the wall thickness of the body to be measured ( 30 ), whereby - the outer contour light source ( 20 ) parallel to the optical axis ( 42 ) of the telecentric receiving optics ( 40 ) and in the direction of the telecentric receiving optics ( 40 ) and the rotational symmetry axis ( 32 ) of the body to be measured ( 30 ) perpendicular to the optical axis of the receiving optics ( 42 ), and wherein - the inner contour light source ( 50 ) and the telecentric receiving optics ( 40 ) are arranged so that the light rays of the inner contour light source ( 50 ) together with parallels of the optical axis ( 42 ) of the telecentric receiving optics ( 40 ) Open planes that are perpendicular to the rotational symmetry axis ( 32 ) of the body to be measured ( 30 ), so that at the inner edges ( 36 ) of the body to be measured paraxial reflected rays ( 54 . 56 ) of the telecentric receiving optics ( 40 ) and - parallel polarized line light, which is at an angle between Brewster's angle ( 59 ) and the critical angle of total reflection ( 58 ) impinges on the boundary surface of the inner wall of the body to be measured, in the telecentric receiving optics ( 40 ) is displayed.

Method according to claim 1, characterized in that the outer contour light source ( 20 ) radiates collimated light.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that as inner contour light source ( 50 ) a line light source, in particular comprising optical fibers, is used.

Method according to claim 3, characterized in that the inner contour light source ( 50 ) parallel to the rotational symmetry axis ( 32 ) emits polarized line light.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the inner contour light source ( 50 ), comprising coarse positioning and / or fine positioning.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning of the inner contour light source ( 50 ) is calculated by raytracing.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the individual lighting means which generate the parallel polarized line light emit light with an opening angle between 30 and 70 °, preferably between 55 ° and 65 °.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that two inner contour light sources ( 50 ), wherein the two inner contour light sources ( 50 ) opposite inner contours ( 36 ) of the body ( 30 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reflected and / or refracted rays ( 22 ) for imaging the outer contours and the reflected and / or refracted rays ( 52 . 56 ) for imaging the inner contours in the telecentric receiving optics ( 40 ) on an image recipient ( 48 ), preferably a line sensor, as an outer contour strip ( 49a ) and inner contour strips ( 49b ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the body to be measured is rotated and carried out in different rotational positions measurements for inner, outer diameter and wall thickness.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the outer diameter, inner diameter and the wall thickness is carried out by means of a measurement.

Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the outer contour strips ( 49a ) and the inner contour strips ( 49b ) to the central part of an imaging surface ( 49 ) of the image recipient ( 48 ). pointing light-dark transitions ( 45 . 47 ), which the outer and the inner contours ( 34 . 36 ) of the body ( 30 ) from the distance to each other wall thicknesses for opposite wall portions of the body ( 30 ) be calculated.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the inner contour light source ( 50 ) radiates pulsed light, wherein the determination of outer and inner diameter is performed alternately and the wall thicknesses of successively generated images ( 47 . 45 ) and Records of the inner contours ( 36 ) and the outer contours ( 34 ) be calculated.

Contraption ( 3 ) for determining the inner diameter, outer diameter and the wall thickness of transparent, rotationally symmetrical body ( 30 ), wherein - the device has an outer contour light source ( 20 ), at least one inner contour light source ( 50 ), a telecentric receiving optics ( 40 ) and an evaluation unit ( 60 ), wherein - the outer contour light source ( 20 ) parallel to the optical axis ( 42 ) and in the direction of the telecentric receiving optics ( 40 ), wherein at least the outer contours ( 34 ) of the body ( 30 ), wherein - the rotational symmetry axis ( 32 ) of the body to be measured ( 30 ) perpendicular to the optical axis ( 42 ) of the telecentric receiving optics ( 40 ), wherein - the telecentric receiving optics ( 40 ) and the at least one inner contour light source ( 50 ) are arranged to one another such that at the interface of the inner wall of the body ( 30 ) paraxial to the optical axis ( 42 ) reflected light rays ( 52 . 56 ) in the telecentric receiving optics ( 40 ) and the figures are displayed by means of the evaluation unit ( 60 ), wherein - the wall thickness results from the combination of the images of the inner and outer contours and wherein - the at least one inner contour light source ( 50 ) perpendicular to the rotational symmetry axis ( 32 ) of the body ( 30 ) around the body ( 30 ) can be moved to roughly and / or finely position the at least one inner contour light source.

Apparatus according to claim 14, characterized in that the outer contour light source ( 20 ) is adapted to emit collimated light.

Apparatus according to claim 14 or 15, characterized in that the inner contour light source ( 50 ) is a line light source, preferably a line light source comprising optical fibers.

Device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the inner contour light source ( 50 ) is arranged parallel to the rotational symmetry axis ( 32 ) of the body to be measured ( 30 ) radiate polarized light.

Device according to one of claims 14 to 17, characterized in that the inner contour light source ( 50 ) Comprises bulbs having an opening angle between 30 and 70 °, preferably between 55 ° and 65 °.

Apparatus according to claim 14, characterized in that the device comprises a servo motor, the positioning of the at least one inner contour light source ( 50 ) allowed.

Device according to one of claims 14 to 19, characterized in that the device has two inner contour light sources ( 50 ), wherein the two inner contour light sources ( 50 ) for imaging the inner contours ( 36 ) from opposite sides of body ( 30 ) are set up.

Device according to one of claims 14 to 20, characterized in that the telecentric receiving optics ( 40 ) a lens ( 44 ), a pinhole diaphragm arranged in the focal point of the lens ( 46 ) and a double focal length imaging receiver ( 48 ), preferably a line sensor.

Device according to one of claims 14 to 21, characterized in that the at least one inner contour light source ( 50 ) is adapted to emit pulsed light.

Device according to one of claims 14 to 22, characterized in that the device comprises a rotatable sample holder or a rotatable sample tray, in or on the body ( 30 ) is stored.

Device according to one of claims 14 to 23, characterized in that the device is integrated in a plant for continuous production, where it serves for quality control and / or supplies data for process control and / or for process control.