DE19961955A1 - Verfahren zur Messung eines Abstandes zwischen einer Meßvorrichtung und einer Meßoberfläche sowie Meßvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines Abstandes zwischen einer Meßvorrichtung und einer Meßoberfläche, bei dem die Meßoberfläche mit einem Strahl abgetastet wird, wobei sich der Einfallswinkel zeitlich ändert und zwei zueinander beabstandete Bezugspunkte der Meßoberfläche zeitlich aufeinanderfolgend bestrahlt werden und von den Bezugspunkten reflektierte oder durch die Bezugspunkte transmittierte Strahlung von wenigstens einem Detektor, dessen Abstand vom Abstrahlpunkt der Strahlungsquelle vorgegeben oder vorgebbar ist, detektiert wird, wobei der Strahl wenigstens zwischen den Bezugspunkten mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren, im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit bewegt wird, wobei der zeitliche Abstand zwischen der Bestrahlung des ersten Bezugspunktes und der Bestrahlung des zweiten Bezugspunktes gemessen wird, wobei aus der Winkelgeschwindigkeit und dem gemessenen zeitlichen Abstand der bei Bewegung des Strahlse zwischen dem ersten Bezugspunkt und dem zweiten Bezugspunkt überstrichene Winkel ermittelt wird und wobei aus dem überstrichenen Winkel oder einem mit demselben in fester Winkelbeziehung stehenden Winkel und dem Abstand des Detektors vom Abstrahlpunkt der Strahlungsquelle mittels einer trigonometrischen Berechnung der Abstand der Meßvorrichtung von der Meßoberfläche berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines Abstandes zwischen einer Meßvorrichtung und einer Meßoberfläche sowie eine Meßvorrichtung.

Bekannte Verfahren zur Abstandsmessung werden nach dem jeweils angewandten Meßprinzip in Triangula­ tions-, Autofokus-, Laufzeit- und Interferometrie­ verfahren unterschieden.

Ein Triangulationsverfahren ist beispielsweise durch den Aufsatz "Laser-Triangulation zur Bestimmung geometrischer Werkstückgrößen" von L. Groneweller und K. Dickmann (Sensor Magazin 2/90, S. 30 ff.) bekannt. Dieses Triangulationsverfahren ermöglicht eine berüh­ rungslose Messung mit hoher Meßgeschwindigkeit. Nach­ teilig ist jedoch, daß das Verhältnis von Meßbereich zu Meßsicherheit auf einen maximalen Wert von ca. 4.000 beschränkt ist. Bei einem Meßbereich von 2 m ist also eine Meßsicherheit von nicht besser als 500 µm realisierbar.

Ein Autofokusverfahren ist beispielsweise durch den Aufsatz "Dynamischer Autofokussensor zur dreidi­ mensionalen Mikrostrukturerfassung" von L. Overmeyer und K. Dickmann (tm Technisches Messen 59 (1992), S. 3 ff.) bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Laserstrahl auf die Meßoberfläche fokussiert und zur Bestimmung eines Profils der Meßoberfläche der Fokus bei einer Bewegung der Meßvorrichtung entlang der Meßoberfläche nachgeführt. Ein Nachteil dieses Autofokusverfahrens besteht darin, daß sein Meßbe­ reich unter 10 mm liegt.

Ein Nachteil des Interferometrieverfahrens be­ steht darin, daß definierte Oberflächeneigenschaften der bestrahlten Meßoberfläche erforderlich sind. Au­ ßerdem ist der Einsatz dieses Verfahrens durch seine Abhängigkeit von der Brechzahlverteilung der Luft entlang des Meßstrahles eingeschränkt.

Bekannte Laufzeitverfahren besitzen Meßbereiche bis ca. 30 m. Die Meßsicherheit ist aufgrund der durch die Lichtgeschwindigkeit bedingten sehr gerin­ gen Auswertezeit jedoch z. Zt. auf 1 mm beschränkt. Nachteilig ist weiterhin, daß Abhängigkeiten von den Oberflächeneigenschaften der Meßoberfläche bestehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung eines Abstandes einer Meßvor­ richtung von einer Meßoberfläche anzugeben, das ein­ fach durchführbar ist und präzise arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ange­ gebene Lehre gelöst.

Die Lehre des Anspruchs 1 geht davon aus, den Einfallswinkel des Strahles an wenigstens einem Be­ zugspunkt zu ermitteln und zur Berechnung des Abstan­ des zwischen der Meßvorrichtung und der Meßoberfläche mittels einer trigonometrischen Berechnung heranzu­ ziehen, wie dies auch bei dem bekannten Triangula­ tionsverfahren der Fall ist. Im Gegensatz zu dem be­ kannten Triangulationsverfahren wird bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren der Einfallswinkel jedoch nicht direkt gemessen. Stattdessen wird die Meßober­ fläche zwischen wenigstens zwei Bezugspunkten mit einem Strahl mit sich änderndem Einfallswinkel und im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit abgeta­ stet und der zeitliche Abstand zwischen der Bestrah­ lung des ersten Bezugspunktes und der Bestrahlung des zweiten Bezugspunktes gemessen, so daß aus dem gemes­ senen zeitlichen Abstand zwischen der Bestrahlung der Bezugspunkte und der im wesentlichen konstanten Win­ kelgeschwindigkeit der zwischen dem ersten Bezugs­ punkt und dem zweiten Bezugspunkt überstrichene Win­ kel ermittelt werden kann, der mit dem Einfallswinkel der Strahlung an den Bezugspunkten in fester Winkel­ beziehung steht. Aus dem überstrichenen Winkel und dem Abstand eines Detektors, der von einem der Be­ zugspunkte reflektierte oder transmittierte Strahlung detektiert, läßt sich dann mittels einer einfachen trigonometrischen Berechnung, beispielsweise mittels des Tangenssatzes oder des Cotangenssatzes, der Ab­ stand des Abstrahlpunktes der Meßvorrichtung von der Meßoberfläche ermitteln.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach durchführbar und ermöglicht über einen großen Meß­ bereich Abstandsmessungen mit hoher Präzision.

Erfindungsgemäß kann bei einer reflektierenden Meßoberfläche die von den Bezugspunkten reflektierte Strahlung detektiert werden. Bei einer für die verwen­ dete Strahlung durchlässigen Meßoberfläche kann je­ doch auch die durch die Bezugspunkte transmittierte Strahlung detektiert werden, wobei dann die Trans­ missionseigenschaften des Meßvolumens, das die Meß­ oberfläche bildet, sowie der Brechzahlindex an der Meßoberfläche bei der Auswertung der Meßergebnisse berücksichtigt werden.

Eine weitere Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 2 angegeben.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 2 wird die Meß­ oberfläche unter einem vorgegebenen oder vorgebbaren Einfallswinkel bestrahlt. Hierbei wird der Abstand des Abstrahlpunktes der Strahlungsquelle von einem Durchtrittspunkt des reflektierten Strahles durch eine Bezugsebene, die zu der Strahlebene vorzugsweise im wesentlichen senkrecht ist, ermittelt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß in der Bezugs­ ebene ein Detektor oder eine Mehrzahl von Detektoren angeordnet ist. Insbesondere kann in der Bezugsebene ein ein- oder zweidimensionales Detektorenfeld an­ geordnet sein, von denen einer von dem reflektierten Strahl getroffen wird, so daß auf diese Weise der Durchtrittspunkt ermittelbar ist. Der Durchtritts­ punkt ist dann also derjenige Punkt der Bezugsebene, an dem der Detektor, der von dem reflektierten Strahl getroffen wird, angeordnet ist. Aus dem Abstand des im Durchtrittspunkt angeordneten Detektors von dem Abstrahlpunkt der Strahlungsquelle und dem vorgegebe­ nen Einfallswinkel wird dann bei dem Verfahren gemäß Anspruch 2 der Abstand des Abstrahlpunktes und damit der Meßvorrichtung von der Meßoberfläche ermittelt.

Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen eine präzise Messung des Abstandes zwischen der Meßvor­ richtung und der Meßoberfläche. Sie sind einfach und mit relativ geringem apparativen Aufbau durchführbar, wobei im Vergleich zu den bekannten Verfahren gerin­ gere Abhängigkeiten von den Oberflächeneigenschaften des Meßobjektes bestehen.

Besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung von Abständen beispielsweise im Bereich von 1 m bis 100 m, wobei in Abhängigkeit vom Aufbau der Meßvorrichtung auch erheblich geringere Abstände meßbar sind.

Die Abtastung der Meßoberfläche mit dem Strahl läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß mehrere Strahlungsquellen vorgesehen sind, von denen jede die Meßoberfläche unter einem anderen Einfalls­ winkel bestrahlt. Die Strahlungsquellen werden derart angesteuert, daß sie nach Art eines Lauflichtes Strahlungspulse mit zueinander konstantem zeitlichen Abstand erzeugen. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen der Bestrahlung des ersten Bezugspunktes und der Be­ strahlung des zweiten Bezugspunktes läßt sich dann in der gewünschten Weise der von dem Strahl überstriche­ ne Meßwinkel ermitteln.

Es ist auch möglich, die Meßoberfläche mit einem oszillierenden Strahl abzutasten, soweit dieser bei Abtastung der Meßoberfläche zwischen den Bezugs­ punkten mit hinreichend konstanter Winkelgeschwindig­ keit bewegt wird.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht jedoch vor, daß die Meßoberfläche mit einem rotierenden Strahl abgetastet wird. Bei entsprechender Konstanz der Winkelgeschwin­ digkeit des rotierenden Strahles lassen sich auf die­ se Weise Meßergebnisse mit hoher Präzision erzielen.

Zweckmäßigerweise ist bei dem Verfahren, bei dem die Meßoberfläche mit dem Strahl abgetastet wird, jedem Bezugspunkt ein Detektor zugeordnet, der die von diesem Bezugspunkt reflektierte Strahlung detek­ tiert. Die Detektoren können beispielsweise unter einem festen Winkel geneigt auf die Meßoberfläche gerichtet sein.

Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungs­ form sieht vor, daß die Detektoren derart angeordnet sind, daß ihre Detektionsflächen Strahlung in einer Detektionsebene detektieren, die zur Strahlebene, die durch den einfallenden und reflektierten Strahl auf­ gespannt wird, im wesentlichen senkrecht ist und durch den Abstrahlpunkt der Strahlungsquelle ver­ läuft. Bei dieser Ausführungsform läßt sich der Ab­ stand zwischen dem Abstrahlpunkt und der Meßoberflä­ che in besonders einfacher Weise mittels des Tangens­ satzes oder des Cotangenssatzes ermitteln. Liegen die Detektoren in einer Ebene, die zum Abstrahlpunkt der Strahlungsquelle beabstandet ist, so läßt sich der Abstand zu der Meßoberfläche ebenfalls mittels des Tangenssatzes oder Cotangenssatzes ermitteln; es ist jedoch dann eine Berücksichtigung des Abstandes zwi­ schen der Ebene, in der die Detektoren angeordnet sind und der Ebene, in der der Abstrahlpunkt angeord­ net ist, erforderlich.

Grundsätzlich können die Detektoren bzw. die Bezugspunkte zu dem Abstrahlpunkt unterschiedliche Abstände aufweisen. Zweckmäßigerweise haben jedoch die Detektoren und/oder die Bezugspunkte zu dem Ab­ strahlpunkt im wesentlichen den gleichen Abstand, wie dies Weiterbildungen vorsehen.

Grundsätzlich ist es ausreichend, die Meßober­ fläche mit einem im wesentlichen linienförmigen Strahl abzutasten, der zu einer die Bezugspunkte ver­ bindenden Geraden unter einem Winkel verläuft. Es ist jedoch zweckmäßig, daß die Strahlungsquelle die Meß­ oberfläche mit einem Strahl mit einem im wesentlichen punktförmigen Strahlfleck abtastet.

Bei der Ausführungsform mit dem rotierenden Strahl ist es grundsätzlich ausreichend, bei der Er­ mittlung des überstrichenen Winkels von der vorgege­ benen Winkelgeschwindigkeit, mit der Strahl die Meß­ oberfläche abtastet, auszugehen. Insbesondere dann, wenn die Winkelgeschwindigkeit zwar konstant ist, sich jedoch nicht mit hinreichend großer Genauigkeit vorgeben läßt, ist es zweckmäßig, daß Mittel zur Mes­ sung der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit, mit der Strahl die Meßoberfläche abtastet, vorgesehen sind, und daß die gemessene tatsächliche Winkelgeschwindig­ keit Auswertemitteln zugeführt wird. Die Auswerte­ mittel können dann entweder die gemessene tatsächli­ che Winkelgeschwindigkeit zur Ermittlung des über­ strichenen Winkels heranziehen oder im Falle einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit Abweichungen zwi­ schen dieser vorgegebenen und der tatsächlichen Win­ kelgeschwindigkeit zur Korrektur des Meßwertes her­ anziehen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Mittel zur Messung der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit wenigstens einen Detektor aufweisen, der von dem rotierenden Strahl bestrahlt wird und dessen Strahlung detek­ tiert. Zur Messung der tatsächlichen Winkelgeschwin­ digkeit können diejenigen Detektoren verwendet wer­ den, die die von den Bezugspunkten reflektierte oder transmittierte Strahlung detektieren. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen können hierfür jedoch auch separate Detektoren verwendet werden.

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung der erfin­ dungsgemäßen Lehre sieht optische und/oder mechani­ sche Blendenmittel vor, die von anderen Punkten der Meßoberfläche als den Bezugspunkten reflektierte oder transmittierte Strahlung ausblenden, derart, daß die­ se Strahlung im wesentlichen nicht auf die Detektoren auftrifft. Auf diese Weise ist die Meßsicherheit er­ höht, da beispielsweise Strahlung, die von anderen Punkten der Meßoberfläche als den Bezugspunkten re­ flektiert wird, das Meßergebnis nicht beeinflußt.

Der Strahl der Strahlungsquelle kann direkt auf die Meßoberfläche gerichtet werden, wie dies eine Ausführungsform vorsieht.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Strahl jedoch auch über wenigstens eine Reflexions­ fläche, insbesondere einen Spiegel, auf die Meßober­ fläche gerichtet werden. Durch Umlenkung des Strahls läßt sich beispielsweise die Baugröße der Meßvorrich­ tung verringern oder eine nahezu beliebige Anordnung der Strahlungsquelle relativ zu den Detektoren erzie­ len. Bei der Ausführungsform mit dem rotierenden Strahl ist es beispielsweise auch möglich, eine orts­ feste Strahlungsquelle zu verwenden und ein rotieren­ des Ablenkungssystem vorzusehen, das die erforderli­ che Rotation des Strahles bewirkt.

Eine besonders hohe Präzision läßt sich erzie­ len, wenn die Detektionsfläche des Detektors im we­ sentlichen punktförmig ausgebildet ist, wie dies eine Ausführungsform vorsieht.

Der reflektierte oder transmittierte Strahl kann direkt auf den Detektor auftreffen, wie dies eine Ausführungsform vorsieht. Gemäß einer anderen Aus­ führungsform kann der reflektierte oder transmittier­ te Strahl jedoch auch über wenigstens eine Refle­ xionsfläche, insbesondere einen Spiegel, auf den De­ tektor gelenkt werden. Bei der letztgenannten Aus­ führungsform läßt sich durch Zwischenschaltung von Reflexionsflächen im Strahlweg der reflektierten oder transmittierten Strahlung eine nahezu beliebige An­ ordnung der Detektoren relativ zu der Meßoberfläche erzielen.

Zweckmäßigerweise sind mehrere Detektoren vor­ gesehen, die gemäß einer Weiterbildung entlang einer Linie aneinander angrenzend angeordnet sind. Bei­ spielsweise wird bei dem Verfahren nach Anspruch 2 bei unterschiedlichen Einfallswinkeln jeweils ein anderer der Detektoren von der reflektierten oder transmittierten Strahlung getroffen, so daß sich bei vorgegebenem Abstand der Detektoren von dem Abstrahl­ punkt der Strahlungsquelle der Durchtrittspunkt der Strahlung durch die Bezugsebene ermitteln und in der beschriebenen Weise zur Berechnung des Abstandes zwi­ schen dem Abstrahlpunkt und der Meßoberfläche her­ anziehen.

Die Detektoren können auch aneinander angrenzend ein zweidimensionales Detektorenfeld bilden, wie dies eine andere Weiterbildung vorsieht.

Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann der oder jeder Detektor in vielfältiger Weise ausge­ bildet sein. Wenn Detektoren mit punktförmiger Detek­ tionsfläche erforderlich sind, so ist es zweckmäßig, daß der oder jeder Detektor durch eine Fotodiode ge­ bildet ist. Fotodioden sind als zuverlässige und ko­ stengünstige Standardbauteile erhältlich, so daß der apparative Aufwand zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens gering gehalten ist.

Eine andere Weiterbildung sieht vor, daß als Detektor eine Matrixkamera, insbesondere eine CCD- Kamera, verwendet wird. Diese Ausführungsform ermög­ licht die Detektion der reflektierten oder transmit­ tierten Strahlung entlang einer Fläche. Bei dieser Ausführungsform kann die Matrixkamera beispielsweise mehrere punktförmige Detektoren ersetzen. Es kann jedoch auch anstelle jedes punktförmigen Detektors eine Matrixkamera vorgesehen sein.

Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann als Strahlungsquelle eine Infrarotstrahlungsquelle oder eine Lichtquelle verwendet werden, wie dies Aus­ führungsformen vorsehen. Bei der Infrarotstrahlungs­ quelle wird Strahlung im nicht sichtbaren Wellenlän­ genbereich erzeugt, während bei Verwendung einer Lichtquelle Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbe­ reich erzeugt wird.

Die Art der Strahlungsquelle ist entsprechend den jeweiligen Anforderungen in weiten Grenzen wähl­ bar. Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, daß als Strah­ lungsquelle ein Laser verwendet wird. Laser stehen als einfache und kostengünstige Standardgeräte in vielfältiger Auswahl zur Verfügung. Sie ermöglichen die Erzeugung eines Strahles mit eng begrenztem, ggf. durch Strahlformungsmittel geformten Strahlfleck. Dies erhöht die Präzision bei der Messung.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Strahlebene, die von dem einfallenden und dem reflektierten oder transmittierten Strahl aufgespannt wird, zur Meßoberfläche oder zu einem einen Meßpunkt umgebenden Bereich der Meßoberfläche im wesentlichen senkrecht ist. Der Winkel zwischen der Strahlebene, die von dem einfallenden und dem reflektierten oder transmittierten Strahl aufgespannt wird, und der Meßoberfläche kann jedoch auch verän­ derbar sein, wie dies eine Ausführungsform vorsieht. Bei dieser Ausführungsform ist es bei Detektion von Strahlung, die von der Meßoberfläche reflektiert wird, beispielsweise möglich, den Winkel zwischen der Strahlebene und der Meßoberfläche so lange zu ver­ ändern, bis eine maximale Reflexion erzielt ist, um in dieser Winkelposition maximaler Reflexion die Mes­ sungen durchzuführen und so die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Bei dieser Ausführungform ist auch eine Selbstjustierung der Meßvorrichtung möglich, indem die Vorrichtung den Winkel zwischen der Strahlebene und der Meßoberfläche selbsttätig so lange ändert, bis die maximale Reflexion erzielt ist.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Messung des Abstandes der Meßvorrichtung zu gekrümmten oder unebenen Meßoberflächen geeignet. Vorzugsweise ist die Meßoberfläche jedoch eine ebene oder abschnittsweise ebene Fläche. Bei dieser Aus­ führungsform läßt sich der Abstand mit besonders ho­ her Präzision messen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist überall dort einsetzbar, wo berührungslos ein Abstand zwischen einer Meßvorrichtung und einer Meßoberfläche gemessen werden soll. Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht jedoch vor, daß die Meßoberfläche die Oberfläche einer Flüssig­ keit ist und daß durch Messung des Abstandes zwischen der Meßvorrichtung und der Meßoberfläche der Füll­ stand der Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter gemessen wird. Bei dieser Ausführungsform läßt sich der Füllstand in einfacher und schneller Weise und mit hoher Genauigkeit messen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Mes­ sung des Profiles einer wenigstens abschnittsweise unebenen Meßoberfläche geeignet. Hierzu sieht eine Ausführungsform vor, daß zur Messung des Profiles der wenigstens abschnittsweise unebenen Meßoberfläche die Meßvorrichtung entlang der Meßoberfläche relativ zu dieser bewegt wird und daß an zueinander beabstande­ ten Stellen der Meßoberfläche der Abstand der Meßvor­ richtung zu der Meßoberfläche gemessen wird. Aus den gemessenen Abständen an den zueinander beabstandeten Stellen läßt sich dann das Profil der Meßoberfläche in einfacher Weise ermitteln. Zur Erzeugung der Rela­ tivbewegung zwischen der Meßvorrichtung und der Meß­ oberfläche kann sich entweder die Meßvorrichtung oder die Meßoberfläche bewegen, oder es kann sich sowohl die Meßvorrichtung als auch die Meßoberfläche bewe­ gen. Es ist auch möglich, anstelle einer relativ zu der Meßoberfläche bewegbaren Vorrichtung mehrere ortsfeste Meßvorrichtungen vorzusehen.

Grundsätzlich ist es zur Messung des Abstandes ausreichend, den Meßvorgang einmal durchzuführen. Um die Genauigkeit zu erhöhen, sieht jedoch eine Weiter­ bildung vor, daß Meßwerte für den Abstand in mehreren aufeinanderfolgenden Meßzyklen gemessen werden und daß die Auswertemittel den Mittelwert aus den gemes­ senen Meßwerten bilden. Bei dieser Ausführungsform werden Meßfehler herausgemittelt, so daß insgesamt die Präzision weiter erhöht ist.

Erfindungsgemäße Meßvorrichtungen sind in den Ansprüchen 30 und 31 angegeben. Vorteilhafte Weiter­ bildungen der erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen sind in den auf die Ansprüche 29 und 30 rückbezogenen Un­ teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der bei­ gefügten Zeichnung näher erläutert, in der ein Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßvorrich­ tung dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Meßvorrichtung und

Fig. 2 ein Zeitdiagramm von Ausgangssignalen der Detektoren der Meßvorrichtungen gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer all­ gemein mit 2 bezeichneten erfindungsgemäßen Meßvor­ richtung dargestellt, die als Strahlungsquelle einen allgemein mit 4 bezeichneten, nicht näher dargestell­ ten Laser 4 aufweist, dessen Laserstrahl um eine in die Zeichenebene hinein verlaufende Drehachse 6 dreh­ bar ist, derart, daß der Laser 4 mit seinem Laser­ strahl eine Meßoberfläche 8, die bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel durch eine Oberfläche einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter 10 gebildet ist, ab­ tastbar ist. Der Laserstrahl des Lasers 4 hat einen im wesentlichen punktförmigen Strahlfleck.

Die Meßvorrichtung 2 weist ferner zwei Detekto­ ren 12, 14 auf, die in einer zur Meßoberfläche 8 par­ allelen Bezugsebene 16 angeordnet sind, derart, daß ihre im wesentlichen punktförmig ausgebildeten Detek­ tionsflächen von der Meßoberfläche 8 reflektierte Strahlung detektieren. Die Bezugsebene 16 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zu einem Abstrahlpunkt 18 des Lasers 4 beabstandet. Die Detektoren 12, 14 sind durch Fotosensoren gebildet, die zum Abstrahlpunkt 18 des Lasers 4 jeweils den gleichen Abstand L aufweisen und mit jeweils gleichem, festen Neigungswinkel auf die Oberfläche gerichtet sind, derart, daß der Detek­ tor 12 von einem ersten Bezugspunkt 20 der Meßober­ fläche 8 und der Detektor 14 von einem zweiten Be­ zugspunkt 22 der Meßoberfläche 8 reflektierte Strah­ lung detektiert.

Die Bezugspunkte 20, 22 sind zu dem Abstrahl­ punkt 18 des Lasers 4 gleich beabstandet.

Die Ausgänge der Detektoren 12, 14 sind mit ei­ ner Auswerteeinrichtung 24 verbunden.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit der Meßvor­ richtung 2 gemäß Fig. 1 wird in der folgenden Weise durchgeführt:
Der Laser 4 bestrahlt die Meßoberfläche 8 mit dem rotierenden Laserstrahl mit konstanter Winkel­ geschwindigkeit, der die Meßoberfläche 8 bei seiner Rotation zwischen den Bezugspunkten 20 und 22 über­ streicht. In Abhängigkeit von dem zu messenden Ab­ stand H der Meßoberfläche 8 von dem Abstrahlpunkt 18 des Lasers 4 ändert sich hierbei der von dem Laser­ strahl überstrichene Winkel α und damit der Zeitraum zwischen Impulsen 26, 28, die die Detektion reflek­ tierter Strahlung in den Detektorausgangssignalen FD1 und FD2 signalisieren.

In Fig. 2 sind die Signalverläufe FD1 und FD2 mit Zeitintervallen Z1, Z2 und Z3 schematisch dar­ gestellt. Hierbei entspricht das Zeitintervall Z1 dem zeitlichen Abstand zwischen der Bestrahlung des er­ sten Bezugspunktes 20 und er Bestrahlung des zweiten Bezugspunktes 22 und damit dem überstrichenen Winkel α, das Zeitintervall Z2 einem Winkel β in Fig. 1 und das Zeitintervall Z3 einer vollen Umdrehung des La­ serstrahles. Mit den in Fig. 1 dargestellten geome­ trischen Beziehungen ergibt sich
α = Z1/Z3.360°
und
β = Z2/Z3.360°.

Mittels einer trigonometrischen Berechnung in Form des Tangenssatzes, nämlich
H = L/2.tan (α/2)
ergibt sich der zu messende Abstand H zwischen dem Abstrahlpunkt 18 des Lasers 4 und der Meßober­ fläche 8 zu
H = L/2.tan (α/2)-L/2.tan (π-β/2)

Die Auswerteeinrichtung 24 nimmt die oben ge­ nannte trigonometrische Berechnung vor und gibt als Meßergebnis den Abstand H, also den Abstand der Meß­ oberfläche 6 von dem Abstrahlpunkt 18 des Lasers 4 und damit von der Meßvorrichtung 2 aus. Somit ermög­ licht die erfindungsgemäße Meßvorrichtung 2 in ein­ facher und präziser Weise die berührungslose Messung von Abständen.

Falls die Bezugsebene bzw. Detektionsebene 16 durch den Abstrahlpunkt des Lasers 4 verläuft, so vereinfacht sich die trigonometrische Berechnung des Abstandes zwischen dem Abstrahlpunkt 18 und der Meß­ oberfläche 8 wie folgt:
H = L/2.tan (α/2)

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dienen die Detektoren 12, 14 nicht nur zur Detektion der von den Bezugspunkten 20, 22 reflektierten Strahlung, sondern darüber hinaus zur Ermittlung der tatsächli­ chen Winkelgeschwindigkeit, mit der der Laserstrahl bewegt wird. In dem Zeitsignalverlauf FD1 beruhen beispielsweise Impulse 30, 32 im Ausgangssignal des Detektors 12 auf einer direkten Bestrahlung durch den rotierenden Laserstrahl, während Impulse 26, 28 auf einer Detektion der von den Bezugspunkten 20, 22 re­ flektierten Strahlung beruhen. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen den Impulsen 30, 32 und dem vorgege­ benen Winkel zwischen den Detektoren 12, 14 berechnet die Auswerteeinrichtung 24 dann die tatsächliche Win­ kelgeschwindigkeit, mit der der Laserstrahl rotiert.

Claims (58)

1. Verfahren zur Messung eines Abstandes zwischen einer Meßvorrichtung und einer Meßoberfläche, bei dem die Meßoberfläche mit einem Strahl abgetastet wird, wobei sich der Einfallswinkel zeitlich ändert und zwei zueinander beabstandete Bezugspunkte der Meß­ oberfläche zeitlich aufeinanderfolgend bestrahlt wer­ den und von den Bezugspunkten reflektierte oder durch die Bezugspunkte transmittierte Strahlung von wenig­ stens einem Detektor, dessen Abstand vom Abstrahl­ punkt der Strahlungsquelle vorgegeben oder vorgebbar ist, detektiert wird, wobei der Strahl wenigstens zwischen den Bezugspunkten mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren, im wesentlichen konstanten Winkel­ geschwindigkeit bewegt wird, wobei der zeitliche Ab­ stand zwischen der Bestrahlung des ersten Bezugspunk­ tes und der Bestrahlung des zweiten Bezugspunktes gemessen wird, wobei aus der Winkelgeschwindigkeit und dem gemessenen zeitlichen Abstand der bei Bewe­ gung des Strahles zwischen dem ersten Bezugspunkt und dem zweiten Bezugspunkt überstrichene Winkel ermit­ telt wird, und wobei aus dem überstrichenen Winkel oder einem mit demselben in fester Winkelbeziehung stehenden Winkel und dem Abstand des Detektors vom Abstrahlpunkt der Strahlungsquelle mittels einer tri­ gonometrischen -Berechnung der Abstand der Meßvor­ richtung von der Meßoberfläche berechnet wird.

2. Verfahren zur Messung eines Abstandes zwischen einer Meßvorrichtung und einer Meßoberfläche, bei dem die Meßoberfläche mit einem Strahl aus einer Strah­ lungsquelle mit einem im wesentlichen punktförmigen Strahlfleck bestrahlt wird und wobei der Strahl von der Meßoberfläche reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Bezugspunkt der Meßoberfläche mit einem Strahl aus einer Strahlungsquelle unter einem vorgegebenen oder vorgebbaren Einfallswinkel, unter dem der Strahl in einer durch den einfallenden Strahl und den reflektierten Strahl aufgespannten Strahl­ ebene auf die Meßoberfläche einfällt, mit einem im wesentlichen punktförmigen Strahlfleck bestrahlt wird,
daß der Abstand des Abstrahlpunktes der Strahlungs­ quelle von einem Durchtrittspunkt des reflektierten Strahles durch eine Bezugsebene, die zu der Strahl­ ebene vorzugsweise im wesentlichen senkrecht ist, ermittelt wird und
daß in einer Auswerteeinrichtung aus dem Einfalls­ winkel und dem Abstand zwischen dem Abstrahlpunkt und dem Durchtrittspunkt mittels einer trigonometrischen Berechnung der Abstand zwischen dem Abstrahlpunkt und der Meßoberfläche berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßoberfläche mit einem rotierenden Strahl abgetastet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jedem Bezugspunkt ein Detektor zugeordnet ist, der die von diesem Bezugspunkt reflektierte Strahlung detektiert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Detektoren derart angeordnet sind, daß ihre Detektionsflächen Strahlung in einer Detektions­ ebene detektieren, die zur Strahlebene, die von dem einfallenden Strahl und dem reflektierten oder trans­ mittierten Strahl aufgespannt wird, im wesentlichen senkrecht ist und durch den Abstrahlpunkt der Strah­ lungsquelle verläuft.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Detektoren zum Abstrahlpunkt im wesent­ lichen den gleichen Abstand haben.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bezugspunkte zum Abstrahlpunkt der Strahlungsquelle im wesentlichen den gleichen Abstand haben.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßoberfläche mit einem Strahl mit einem im wesentlichen punktförmigen Strahlfleck bestrahlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß Mittel zur Messung der tatsächlichen Winkel­ geschwindigkeit, mit der der rotierende Strahl die Meßoberfläche abtastet, vorgesehen sind und daß die gemessene tatsächliche Winkelgeschwindigkeit der Aus­ werteeinrichtung zugeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel zur Messung der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit wenigstens einen Detektor auf­ weisen, der von dem rotierenden Laserstrahl bestrahlt wird und dessen Strahlung detektiert.

11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß durch optische und/oder mechanische Blenden­ mittel Strahlung, die von anderen Punkten der Meß­ oberfläche als den Bezugspunkten reflektiert oder transmittiert wird, ausgeblendet wird, derart, daß diese Strahlung im wesentlichen nicht auf die Detek­ toren auftrifft.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strahl direkt auf die Meßober­ fläche gerichtet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strahl über wenigstens eine Reflexionsfläche, insbesondere einen Spiegel, auf die Meßoberfläche gerichtet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Detektionsfläche des Detektors im wesentlichen punktförmig ausgebildet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der reflektierte oder transmittier­ te Strahl direkt auf den Detektor auftrifft.

16. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der reflektierte oder transmittier­ te Strahl über wenigstens eine Reflexionsfläche, ins­ besondere einen Spiegel, auf den Detektor gelenkt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Detektoren vorgesehen sind.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Detektoren entlang einer Linie anein­ ander angrenzend angeordnet sind.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Detektoren aneinander angrenzend ein zweidimensionales Detektorenfeld bilden.

20. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der oder jeder Detektor durch eine Fotodiode gebildet ist.

21. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Detektor eine Matrixkamera, insbesondere eine CCD-Kamera, verwendet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Strahlungsquelle eine Infrarot­ strahlungsquelle oder eine Lichtquelle verwendet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Strahlungsquelle ein Laser ver­ wendet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strahlebene, die von dem ein­ fallenden und dem reflektierten oder transmittierten Strahl aufgespannt wird, zur Meßoberfläche oder zu einem einen Meßpunkt umgebenden Bereich der Meßober­ fläche im wesentlichen senkrecht ist.

25. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Strahlebe­ ne, die von dem einfallenden und dem reflektierten oder transmittierten Strahl aufgespannt wird, und der Meßoberfläche veränderbar ist.

26. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßoberfläche eine ebene oder abschnittsweise ebene Fläche ist.

27. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßoberfläche die Oberfläche einer Flüssigkeit ist und daß durch Messung des Ab­ standes zwischen der Meßvorrichtung und der Meßober­ fläche der Füllstand der Flüssigkeit in einem Flüs­ sigkeitsbehälter gemessen wird.

28. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Messung des Profiles einer we­ nigstens abschnittsweise unebenen Meßoberfläche die Meßvorrichtung entlang der Meßoberfläche relativ zu dieser bewegt wird und daß an zueinander beabstande­ ten Stellen der Meßoberfläche der Abstand der Meßvor­ richtung von der Meßoberfläche gemessen wird.

29. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für den Abstand zwischen der Meß­ vorrichtung und der Meßoberfläche zeitlich aufeinand­ erfolgend wenigstens zwei Meßwerte aufgenommen werden und daß Auswertemittel den Mittelwert aus diesen Meß­ werten bildet.

30. Meßvorrichtung zur Messung eines Abstandes zwi­ schen einer Meßoberfläche und der Meßvorrichtung,
mit einer Strahlungsquelle, die die Meßoberfläche mit einem Strahl abtastet, wobei sich der Einfallswinkel zeitlich ändert und die Strahlungsquelle zwei zuein­ ander beabstandete Bezugspunkte der Meßoberfläche zeitlich aufeinanderfolgend bestrahlt und sich der Strahl wenigstens zwischen den Bezugspunkten mit ei­ ner vorgegebenen oder vorgebbaren, im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit bewegt,
mit wenigstens einem Detektor, dessen Abstand vom Abstrahlpunkt der Strahlungsquelle vorgegeben oder vorgebbar ist und der von den Bezugspunkten reflek­ tierte oder transmittierte Strahlung detektiert,
mit Meßmitteln, die den zeitlichen Abstand zwischen der Bestrahlung des ersten Bezugspunktes und der Be­ strahlung des zweiten Bezugspunktes messen und
mit Auswertemitteln, die aus der Winkelgeschwindig­ keit und dem gemessenen zeitlichen Abstand den bei Bewegung des Strahles zwischen dem ersten Bezugspunkt und dem zweiten Bezugspunkt überstrichenen Winkel ermitteln und die aus dem überstrichenen Winkel und dem Abstand des Detektors von der Strahlungsquelle mittels einer trigonometrischen Berechnung den Ab­ stand der Meßvorrichtung von der Meßoberfläche be­ rechnen.

31. Meßvorrichtung zur Messung eines Abstandes zwi­ schen einer Meßoberfläche und der Meßvorrichtung,
mit einer Strahlungsquelle zur Bestrahlung der Meß­ oberfläche mit einem Strahl mit einem im wesentlichen punktförmigen Strahlfleck, der von einer Meßoberflä­ che reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlungsquelle wenigstens einen Bezugspunkt (20, 22) der Meßoberfläche (8) unter einem vorgegebe­ nen oder vorgebbaren Einfallswinkel, unter dem der Strahl in einer durch den einfallenden Strahl und den reflektierten Strahl aufgespannten Strahlebene auf die Meßoberfläche (8) einfällt, bestrahlt,
daß Meßmittel vorgesehen sind, die den Abstand des Abstrahlpunktes (18) der Strahlungsquelle von einem Durchtrittspunkt des reflektierten Strahles durch eine zur Strahlebene vorzugsweise senkrechte Bezugs­ ebene ermitteln und
daß Auswertemittel (24) vorgesehen sind, die mittels einer trigonometrischen Berechnung aus dem Abstand zwischen dem Abstrahlpunkt (18) der Strahlquelle und dem Durchtrittspunkt und dem Einfallswinkel den Ab­ stand zwischen dem Abstrahlpunkt (18) und der Meß­ oberfläche (8) berechnen.

32. Meßvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlungsquelle die Meßoberfläche (8) mit einem rotierenden Strahl abtastet.

33. Meßvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedem Bezugspunkt (20, 22) ein Detektor (12, 14) zugeordnet ist, der von diesem Bezugspunkt (20, 22) reflektierte oder transmittierte Strahlung detektiert.

34. Meßvorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektoren (12, 14) derart angeord­ net sind, daß ihre Detektionsflächen Strahlung in einer Detektionsebene (16) detektieren, die zur Strahlebene im wesentlichen senkrecht ist und durch den Abstrahlpunkt (18) der Strahlungsquelle verläuft.

35. Meßvorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektoren (12, 14) zu dem Ab­ strahlpunkt (18) der Strahlungsquelle im wesentlichen den gleichen Abstand haben.

36. Meßvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bezugspunkte (20, 22) zu dem Ab­ strahlpunkt (18) der Strahlungsquelle im wesentlichen den gleichen Abstand haben.

37. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle die Meßober­ fläche mit einem Strahl mit einem im wesentlichen punktförmigen Strahlfleck bestrahlt.

38. Meßvorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel zur Messung der tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit, mit der die Strahlungsquelle die Meßoberfläche (8) mit dem Strahl abtastet, vor­ gesehen sind, und daß die Meßmittel die gemessene tatsächliche Winkelgeschwindigkeit der Auswerteein­ richtung (24) zuführen.

39. Meßvorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel zur Messung der tatsächli­ chen Winkelgeschwindigkeit wenigstens einen Detektor (26, 28) aufweisen, der von dem rotierenden Strahl bestrahlt wird und dessen Strahlung detektiert.

40. Meßvorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch optische und/oder mechanische Blendenmittel, die von anderen Punkten der Meßoberfläche als den Bezugspunkten reflektierte oder transmittierte Strah­ lung ausblenden, derart, daß diese Strahlung im we­ sentlichen nicht auf die Detektoren auftrifft.

41. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle den Strahl direkt auf die Meßoberfläche (8) richtet.

42. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle den Strahl über wenigstens eine Reflexionsfläche, insbesondere einen Spiegel, auf die Meßoberfläche (8) richtet.

43. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsfläche des oder jedes Detektors (12, 14) im wesentlichen punktförmig ausgebildet ist.

44. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierte oder transmit­ tierte Strahl direkt auf den Detektor (12, 14) auf­ trifft.

45. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, gekenn­ zeichnet durch wenigstens eine Reflexionsfläche, ins­ besondere einen Spiegel, die den von der Meßoberflä­ che (8) reflektierten oder transmittierten Strahl auf den Detektor lenkt.

46. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Detektoren (12, 14) vor­ gesehen sind.

47. Meßvorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektoren (12, 14) entlang einer Linie aneinander angrenzend angeordnet sind.

48. Meßvorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Detektoren aneinander angrenzend ein zweidimensionales Detektorenfeld bilden.

49. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Detektor durch eine Matrixkamera, insbesondere eine CCD-Kamera, ge­ bildet ist.

50. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Infra­ rotstrahlungsquelle oder eine Lichtquelle ist.

51. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle ein Laser (4) ist.

52. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlebene, die von dem ein­ fallenden und dem reflektierten oder transmittierten Strahl aufgespannt wird, zur Meßoberfläche (8) oder zu einem einen Meßpunkt umgebenden Bereich der Meß­ oberfläche (8) im wesentlichen senkrecht ist.

53. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Strahl­ ebene, die von dem einfallenden und dem reflektierten oder transmittierten Strahl aufgespannt wird, und der Meßoberfläche (8) veränderbar ist.

54. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßoberfläche (8) eine ebene oder abschnittsweise ebene Fläche ist.

55. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßoberfläche (8) die Ober­ fläche einer Flüssigkeit ist und daß die Meßvorrich­ tung durch Messung des Abstandes zwischen der Meßvor­ richtung (2) und der Meßoberfläche den Füllstand der Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter (10) mißt.

56. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (2) entlang der Meßoberfläche (8) relativ zu dieser bewegbar ist, derart, daß durch Messung des Abstandes zwischen der Meßvorrichtung (2) und der Meßoberfläche (8) an zu­ einander beabstandeten Meßpunkten der Meßoberfläche (8) das Profil einer wenigstens abschnittsweise un­ ebenen Meßoberfläche (8) meßbar ist.

57. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Detektor durch eine Fotodiode gebildet ist.

58. Meßvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung für den Ab­ stand zwischen der Meßvorrichtung und der Meßober­ fläche zeitlich aufeinanderfolgend wenigstens zwei Meßwerte aufnimmt und daß die Auswertemittel den Mit­ telwert aus diesen Meßwerten bildet.