DE19829513A1 - Optical device for measuring dimensions and distances in difficult to access positions, using triangulation - Google Patents
Optical device for measuring dimensions and distances in difficult to access positions, using triangulationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsbestimmung in Hohlräumen und an schwer zugänglichen Stellen nach dem Triangulationsprinzip. Derartige Vorrichtungen sind aus unterschiedlichen Veröffentlichungen bekannt (US 4 465 374, US 4 861 984, etc.). Diese Vorrichtungen sind jedoch aus unterschiedlichen Gründen für die Bewertung nicht relevant. US 4 861 984 besteht aus eine Vielzahl von optischen Elementen, die selbst bei absoluter Miniaturisierung nicht in einen hier beschriebenen Meßkopf integriert werden können. Des weiteren fallen z. B. bei US 4 465 374 aufgrund der Anordnung die Bohrlochendbereiche aus dem Inspektionsbereich heraus. The invention relates to an optical device for contactless distance determination in Cavities and in hard-to-reach places according to the triangulation principle. Such Devices are known from various publications (US 4,465,374, US 4,861,984, Etc.). However, these devices are for different reasons Rating not relevant. US 4,861,984 consists of a large number of optical elements, which, even with absolute miniaturization, is not integrated in a measuring head described here can be. Furthermore, z. B. at US 4,465,374 due to the arrangement Borehole end areas out of the inspection area.
Die in DE 44 15 582 C2 beschriebene Vorrichtung kann als Basis der hier beschriebenen Vorrichtungen dienen. Durch die Bearbeitung der Meßprobleme die mit dieser Anordnung möglich waren entstehen neue Vorrichtungen, die fürbestimmte spezifische Aufgabenstellungen notwendig sind. Da wäre z. B. die Abstandsmessungen schwer zugänglichen Stellen, wie z. B. in Rohren (1), oder Bohrungen, die durch rotationssymmetrische Querschnittsveränderungen Hinterschneidungsbereiche für eine entlang der Symmetrieachse der Meßobjekte geführte Anordnung nach DE 44 15 582 C2 aufweist.The device described in DE 44 15 582 C2 can serve as the basis for the devices described here. By processing the measurement problems that were possible with this arrangement, new devices are created that are necessary for certain specific tasks. There would be z. B. the distance measurements difficult to access places such. B. in tubes ( 1 ), or bores which have undercut areas for a configuration guided along the axis of symmetry of the test objects by rotationally symmetrical changes in cross-section arrangement according to DE 44 15 582 C2.
Desweiteren sind die Stirnflächen von z. B. Bohrungen oder Führungen nach dem Triangulationsverfahren mit der Anordnung nach DE 44 15 582 C2 nicht auf ihre Geometrie messbar. Andere Verfahren wie z. B. 38 40 820 C2 arbeiten mit unterschiedlichen Meßkopfaufsätzen auf Basis anderer Meßprinzipien (z. B. Autofokus oder Reflexion).Furthermore, the end faces of z. B. holes or guides after Triangulation method with the arrangement according to DE 44 15 582 C2 not on its geometry measurable. Other methods such as B. 38 40 820 C2 work with different Measuring head attachments based on other measuring principles (e.g. auto focus or reflection).
Die Erfindung betrifft optische Anordnungen, die alle auf der Basis der optischen Triangulation - durch geeignete Faltung der Strahlengänge - diese Bereiche für meßtechnische Aufgabenstellungen zugänglich machen.The invention relates to optical arrangements, all based on the optical Triangulation - by suitable folding of the beam paths - these areas for measurement Make tasks accessible.
Die Aufgabenstellung wird durch eine für die Meßaufgabe geeignete optische Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.The task is solved by an optical arrangement suitable for the measuring task solved the features of claim 1.
Das System erzeugt ein Signal, das in geeigneter Weise dem Bedienpersonal oder einer Produktionslinie zugänglich gemacht, beziehungsweise zur Verfügung gestellt wird.The system generates a signal that the operator or a suitable Production line made accessible or made available.
Die Erfindung ermöglicht mit ihrer Kombination aus Endoskopieelementen und Triangula tionssensorik, an unzugänglichen Stellen, eine Abstandsmessung von innen liegenden Oberflächen durchzuführen. Dabei besteht die Senderanordnung aus geeigneten opto-elektronischen Komponenten, wobei über eine Optik eine Strahlumlenkung vorzugsweise senkrecht zur oder in Einschubrichtung vorgesehen sein kann. Der Meßbereich befindet sich außerhalb des Meßfortsatzes. Die von einer Oberfläche reemittierte Intensität durchläuft den Empfängerstrahlengang eines normalen Triangulationssensors. Dieser Strahlengang wird ebenfalls umgelenkt, so daß er längs der Meßfortsatzachse verläuft. Gebündelt wird dieser Strahl u. a. über eine geeignete Optik auf ein optoelektronisches Empfängerbauteil, das eine positionsempfindliche Signalauswertung ermöglicht. Die vorhandene Elektronik erzeugt die notwendigen Signale zur Sendersteuerung ebenso, wie sie für die Auswertung der Empfängersignale zuständig ist.With its combination of endoscopic elements and triangula, the invention enables tion sensors, in inaccessible places, a distance measurement from the inside Surfaces. The transmitter arrangement consists of suitable ones opto-electronic components, with beam deflection preferably via optics can be provided perpendicular to or in the direction of insertion. The measuring range is outside the measuring process. The intensity re-emitted from a surface passes through the Receiver beam path of a normal triangulation sensor. This beam path will also deflected so that it runs along the measuring process axis. This is bundled Beam u. a. a suitable optics on an optoelectronic receiver component, the one position-sensitive signal evaluation enabled. The existing electronics generate the necessary signals for transmitter control as well as for the evaluation of the Receiver signals is responsible.
Der angedachte Einsatz bezieht sich z. B. auf die Wandstärkenmessung von Rohren mit und ohne Profil oder Gewinden an den Objektenden, die Messung von Bohrungen, Löchern oder sonstigen Hohlräumen. Auch die Vollständigkeitskontrolle eines Profils oder Gewindes läßt sich mit dieser Messung durchführen. Ebenso können alle Werkstücke, die aufgrund ihres Innendurchmessers andere Meßverfahren ausschließen vermessen werden.The intended use relates z. B. on the wall thickness measurement of pipes with and without profile or thread on the object ends, the measurement of bores, holes or other cavities. The completeness check of a profile or thread also leaves carry out with this measurement. Likewise, all workpieces that are due to their Exclude other measuring methods to be measured.
In Kombination mit einem weiteren Abstandssensor vorzugsweise einem Triangulationssensor können auch direkt Wandstärken von Rohren oder Bohrungen oder ähnliche oben beschriebene Objekte in einem Differenzmeßverfahren gemessen werden.In combination with another distance sensor, preferably a triangulation sensor can also directly wall thicknesses of pipes or holes or similar above described objects can be measured in a differential measurement method.
Fig. 1a optische Anordnung zur Vermessung von schwer zugänglichen Oberflächen mit besonderen Vorteilen bei der Abstandsmessung an Hinterschneidungsbereichen, FIG. 1a optical arrangement for the measurement of hard to reach surfaces with particular advantages in the distance measurement of undercut regions,
Fig. 1b Spiegelkopf für Drehung des Triangulationsdreiecks (6) im Meßkopf (2) in drei Ansichten (Einfachanordnung), FIG. 1b mirror head for rotation of the triangulation triangle (6) in the measuring head (2) three views (single array)
Fig. 2 Faltung (18) des Basisabstandes eines gewöhnlichen Triangulationssensors (17) zur Reduktion des Flächenbedarfs eines Triangulationsdreiecks bei der Messung auf die Endflächen von schwer zugänglichen Oberflächen, Fig. 2 convolution (18) of the base distance of an ordinary triangulation sensor (17) for reducing the space requirements of an triangulation triangle in the measurement to the end faces of hard to reach surfaces,
Fig. 3 Spiegelvertauschte Anordnung zu DE 44 15 582 C2. Fig. 3 mirror-reversed arrangement to DE 44 15 582 C2.
Claims (8)
- - einem rohrförmigen Meßfortsatz (2) mit geringen Querschnittsabmessungen zum Einschieben (7) in den zu vermessenden Hohlraum (1),
- - einem ersten, ebenen Spiegelbereich (11, 11a, 11b) im rohrförmigen, ganz am vorderen, in den Hohlraum einschiebbaren Ende des Meßfortsatzes (2) und begrenzt an dessen Rand, der den parallel zur Längsachse des Meßfortsatzes auf ihn fallenden im Meßfortsatz ansonsten gradlinig verlaufenden Sendestrahl rechtwinklig nach außerhalb des Meßfortsatzes umlenkt,
- - einem zweiten, ebenen Spiegelbereich (10, 10a, 10b), der sich vom ersten Spiegelbereich in seiner Wirkstellung (12, 13) unterscheidet, und wahlweise einseitig oder beidseitig zum ersten ebenen Spiegelbereich (11) angeordnet wird und der die von einer Innenwand des zu vermessenen Hohlraums zurückgeworfene Sendestrahlung axial durch den Meßfortsatz zurücklenkt, mit der Besonderheit, daß das Triangulationsdreieck (6) dadurch senkrecht zur Einschubrichtung (7) gedreht wird und besondere Vorteile für die Messung gerade bei Hinterschneidungen (9) zeigt,
- - oder einem rohrförmigen Meßfortsatz (29) mit geringen Querschnittsab messungen der von einem Sendestrahl geradlinig durchstrahlt wird und vorzugsweise parallel zur Symmetrieachse des rohrförmigen Meßfortsatzes austritt
- - und einer Parallelspiegelanordnung (25) von zwei Planspiegeln, die die von der Oberfläche des zu vermessenden Hohlraums zurückgeworfene Sendestrahlung aus dem Meßbereich (28) axial durch den Meßfortsatz durch geeignet viele Reflexionen in den Meßkopf (27) überträgt, wobei die Parallelspiegelanordnung (25) aus einem Quader mit mindestens zwei verspiegelten Oberflächen oder mehreren separaten zueinander angeordneten Spiegeln bestehen kann,
- - oder einem ersten ebenen Spiegelbereich (35) im rohrförmigen, ganz am vorderen, in den Hohlraum einschiebbaren Ende des Meßfortsatzes (32) und begrenzt an dessen Rand, der den parallel zur Längsachse des Meßfortsatzes auf ihn fallenden im Meßfortsatz ansonsten gradlinig verlaufenden Sendestrahl (33) rechtwinklig nach außerhalb des Meßfortsatzes umlenkt,
- - und einen zweiten, ebenen Spiegelbereich (34), der sich vom ersten Spiegelbereich in seiner Winkelstellung unterscheidet, und hinter dem ersten ebenen Spiegelbereich angeordnet wird und der die von einer Innenwand des zu vermessenen Hohlraums zurückgeworfene Sendestrahlung axial durch den Meßfortsatz (32) zurücklenkt, mit der Besonderheit, daß die Streureflexion auf dem ersten ebenen Spiegelbereich von dem zweiten ebenen Spiegelbereich abgeschattet wird und so nicht über die optische Abbiidungsanordnung auf dem Empfänger abgebildet werden kann.
- - a tubular measuring extension ( 2 ) with small cross-sectional dimensions for insertion ( 7 ) into the cavity ( 1 ) to be measured,
- - A first, flat mirror area ( 11 , 11 a, 11 b) in the tubular, at the very front, insertable into the cavity end of the measuring extension ( 2 ) and bounded at its edge, which falls parallel to the longitudinal axis of the measuring extension on it in the measuring extension otherwise the rectilinear transmission beam is diverted at right angles to the outside of the measuring process,
- - A second, flat mirror area ( 10 , 10 a, 10 b), which differs from the first mirror area in its operative position ( 12 , 13 ), and is optionally arranged on one or both sides of the first flat mirror area ( 11 ) and which is one The interior wall of the transmitted radiation reflected back deflects axially back through the measuring extension, with the special feature that the triangulation triangle ( 6 ) is thereby rotated perpendicular to the direction of insertion ( 7 ) and shows particular advantages for the measurement, particularly with undercuts ( 9 ),
- - Or a tubular measuring extension ( 29 ) with small cross-sectional dimensions which is radiated by a transmitting beam in a straight line and preferably exits parallel to the axis of symmetry of the tubular measuring extension
- - And a parallel mirror arrangement ( 25 ) of two plane mirrors, which transmits the reflected radiation from the surface of the cavity to be measured from the measuring area ( 28 ) axially through the measuring extension through a suitable number of reflections into the measuring head ( 27 ), the parallel mirror arrangement ( 25 ) can consist of a cuboid with at least two mirrored surfaces or several separate mirrors arranged to each other,
- - or a first flat mirror region ( 35 ) in the tubular end of the measuring extension ( 32 ), which can be pushed in at the front end and can be inserted into the cavity, and delimits at its edge the transmitting beam ( 33 ) deflected at a right angle outside the measuring process,
- - And a second, flat mirror area ( 34 ), which differs in its angular position from the first mirror area, and is arranged behind the first flat mirror area and which deflects the transmitted radiation reflected by an inner wall of the cavity to be measured back axially through the measuring extension ( 32 ), with the peculiarity that the scatter reflection on the first flat mirror area is shadowed by the second flat mirror area and thus cannot be imaged on the receiver via the optical imaging arrangement.
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