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In der Industrie werden eine Vielzahl anzeigender Längenmessgeräte benutzt, dazu zählen insbesondere Messuhren und Feinzeiger. Diese wandeln eine Positionsänderung eines längsverschieblichen Tastbolzens in eine feiner aufgelöste Bewegung eines Anzeigeelementes, zum Beispiel eines Zeigers vor einer Skale oder in eine elektronische Anzeige mit Ziffern, um. Diese Längenmessgeräte sind unter anderem in DIN EN ISO 463: 2006-06 oder DIN 879-1: 1999-06 beschrieben.
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Messuhren und Feinzeiger bedürfen einer regelmäßigen Kontrolle der Funktion und der Genauigkeit. Diese Kontrollaufgabe kann mit sogenannte Messuhren- und Feinzeigerprüfgeräten durchgeführt werden. Dabei wird eine Positionsänderung am Tastbolzen des Prüflings hochgenau vorgegeben, der darauf mit einer Änderung der Anzeige reagiert. Die Anzeige, die sowohl analog mit Zeiger, wie auch digital mit Zahlen ausgeführt sein kann, wird durch einen Beobachter abgelesen und mit der eingeprägten Sollvorgabe der Positionsänderung verglichen. Die Aufgabe des Ablesens und Beobachtens kann durch eine Kamera mit entsprechender Auswertesoftware übernommen werden.
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Die im Folgenden gezeigte Ausführung vermeidet bekannte Nachteile schlechter Ausleuchtung bei einfachem Aufbau und guter Handhabbarkeit während der Nutzung.
- 1 zeigt die Anordnung des Prüflings und der Beleuchtungseinrichtung mit Kamera einer bevorzugten Ausführungsform des Messgerätes.
- 2 zeigt die Beleuchtungseinrichtung mit integrierter Kamera von der dem Prüfling gegenüberliegenden Seite.
- 3 zeigt die Anordnung des Prüflings und der Beleuchtungseinrichtung in der Seitenansicht mit reflektierten Lichtstrahlen.
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Der Prüfling (01) wird in einem ortsfesten Halteelement (04) aufgenommen und seine Anzeige (13) senkrecht zur optischen Achse der Kamera und des Objektives (08) ausgerichtet, und zwar möglichst so, dass die Mitte der Anzeige (13) die optische Achse (08) trifft. Der Prüfling (01) besitzt einen längsveränderlichen Tastbolzen (02). Dieser wird während des Prüfvorganges durch ein Element (03) des Messgerätes bewegt, welches eine Positionsänderung vorgibt.
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Die Beleuchtungseinrichtung (05) mit integrierter Kamera (07) und dem Objektiv (12) liegt dem Prüfling (01) gegenüber und ist in einem Gehäuse (06) untergebracht. Eine Software wertet die Signale der Kamera (07) aus und erkennt Lage- oder Wertänderungen der Anzeige (13), hier beispielhaft durch einen drehbaren Zeiger (14) dargestellt. Die Software des Messuhrenprüfgerätes berechnet daraus einen Istwert der Anzeige (13) und vergleicht diesen mit dem Sollwert durch die Vorgabe der Positionsänderung (03). Danach werden üblicherweise weitere Positionsvorgaben realisiert.
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Die optische Ablesung benötigt Licht. Einerseits kann Umgebungslicht genutzt werden, andererseits ist eine zusätzliche Beleuchtung mit einer Lichtquelle (10) sinnvoll. Diese ist ebenfalls im Gehäuse (06) angeordnet. Das Gehäuse (06) kann zum Prüfling (01) hin mit einer Scheibe (11) abgedeckt sein. Die Beleuchtungseinrichtung mit integrierter Kamera (05) ist an einem Haltelement (09) angebracht, welches wie auch das Haltelement des Prüflings (04) mindestens während des Prüfvorganges ortsfest ist.
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Wichtig für eine gute Ablesung ist neben der Vermeidung von Parallaxefehlern, die unter anderem durch eine schlechte Ausrichtung des Prüflings zur optischen Achse (08) hervorgerufen werden, eine gleichmäßige und schattenfreie Beleuchtung und das Vermeiden direkter Reflexionen.
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Üblicherweise werden die Anzeigen (13) der Prüflinge mit durchsichtigen Gläsern geschützt. Diese Gläser, die sowohl eben, wie auch gekrümmt sein können, reflektieren einen Teil des Lichtes. Das führt dazu, dass sich ein Beobachter, wie auch das Kameraobjektiv und der Hintergrund des Beobachters, im Prüfling spiegeln bzw. als Schatten erkennbar sind. Diese Reflexionen können die Ablesequalität verschlechtern, insbesondere bei der Ablesung mit Kamera und elektronischer Auswertung. Besonders schlecht sind punktförmige Lichtquellen im Hintergrund des Beobachters, wie sie üblicherweise bei elektrischen Lichtquellen vorkommen.
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Stand der Technik sind Kameras mit in der Objektivebene angeordneten Abschirmblechen, die unerwünschte Reflexionen auf dem Prüfling vermeiden sollen. Deren Nachteil ist die nicht steuerbare Beleuchtung durch das Verwenden des Umgebungslichtes sowie die insgesamt schlechte Ausleuchtung des Objektes. Ebenso bekannt sind direkt vor oder neben dem Objektiv angeordnete Lichtquellen, die aber ihrerseits zu starken Reflexionen auf den Prüflingen und möglichen Ablesefehlern der Kamera führen.
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Wenn die Lichtquelle nicht direkt um das Objektiv angeordnet ist, ist die Beleuchtung und die Kamera typischerweise eine unabhängige Einheit.
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Ein Kompromiss sind auf einen etwas vergrößerten Abstand zur optischen Achse verlegte Lichtquellen, die möglichst flächig strahlen, d.h. eine gleichmäßige Lichtverteilung besitzen. Das wird im Ausführungsfall durch viele Lichtquellen erreicht, die kreisförmig angeordnet sind und vor denen eine Streuscheibe platziert ist.
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Da die Prüflinge selbst unterschiedliche Ausführungen der Anzeigen besitzen, ist es sinnvoll, das Verhältnis von einfallendem diffusem Streulicht aus der Umgebung und dem Licht aus der Beleuchtungseinrichtung steuern zu können. Dabei bietet sich die Steuerung der zusätzlichen Lichtquelle an.
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Die vorliegende Erfindung stellt als kompakte Einheit eine Lösung vor, die die Nachteile der bekannten Lösungen vermindert und gleichzeitig eine softwaregesteuerte Anpassung der Helligkeit der Beleuchtungseinrichtung ohne zusätzlichen Verkabelungsaufwand ermöglicht.
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Die Neuheit ist, dass die Lichtquelle (10) nach außen gerückt wurde und möglichst als schmaler Ring ausgeführt ist. Sie kann aber auch aus einzelnen, auch geraden, Segmenten ausgeführt sein. Der Bereich um das Objektiv (12) bis zur Lichtquelle (10) ist geschwärzt und vermeidet damit Reflexionen. In der vorliegenden Ausführung ist die Scheibe (11) geschwärzt, es ist aber auch ein geschwärztes Gehäuse (06) denkbar, da Objektiv und Kamera (07) üblicherweise in Schwarz ausgeführt werden. Des Weiteren wurde die Kamera (07) in die Beleuchtungseinrichtung (05) integriert. Das ergibt einen kompakten bedienerfreundlichen Aufbau, da die Prüflinge (01) in der Regel von Hand gewechselt werden müssen. Außerdem wurde die Lichtquellen (10) mit einer elektronischen Ansteuerung (15) versehen, die es ermöglicht, dass die Helligkeit der Lichtquelle (10) durch die elektronische Schnittstelle der Kamera (07) gesteuert und auch mit Energie über deren Leitung (16) versorgt wird. Das verbessert die Bedienung des Messuhrenprüfgerätes, da nun neben den Eigenschaften der Kamera (07) auch die Beleuchtung (05) über eine geeignete Software gesteuert werden können, und das ohne zusätzlich notwendige Netzteile und Kabel. Letztere behindern die Bedienung, da diese Kabel auch um den Arbeitsraum, der dem Wechseln der Prüflinge (01) dient, herum geführt werden müssen.
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In der bevorzugten Ausführung ist der Abstand zwischen der Lichtquelle (10) und dem Prüfling (01) ca. 133mm, die Lichtquelle (10) liegt auf einem Durchmesser von ca. 180mm um die optische Achse (08).
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Die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle (10) ist so gewählt, dass Prüflinge (01) unterschiedlicher Baugröße gleichmäßig ausgeleuchtet werden. Der Abstrahlwinkel der Lichtquelle (10) bezogen auf die optische Achse beginnt in der bevorzugten Ausführung bei ca. 22°.
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Die von einer ringförmigen Lichtquelle ausgesandten Strahlen (18) geben den Mindestwinkel (17) an, der notwendig ist, die Anzeige (13) des Prüflings (01) vollständig zu beleuchten. Die bevorzugte Ausführung wurde so gewählt, dass die am Prüfling (01) reflektierten Strahlen (19) außerhalb des Objektivs (12) auf die Ebene der Beleuchtungseinrichtung (05) treffen. Damit wird erreicht, dass vom Prüfling (01) reflektiertes Licht der Lichtquelle (10) nicht auf das Objektiv (12) fällt. Die Öffnung des Objektives (12) liegt in etwa einer Ebene mit der Lichtquelle (10). Es sind auch proportional geänderte Ausführungen möglich. Wenn die Kamera (07) weiter vom Prüfling (01) entfernt wird, verringern sich die Reflexionen weiter zu Lasten der Kompaktheit und damit der Zugänglichkeit.
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In der bevorzugten Ausführung kann die Helligkeit der Lichtquelle (10) von Aus bis zur maximalen Helligkeit mit Hilfe einer elektronischen Ansteuerung (15) in 65 Stufen gesteuert werden. Es sind aber auch weniger Stufen (z.B. fünf inklusive Aus und maximale Helligkeit) oder eine stufenlose Ansteuerung denkbar. Die elektronische Ansteuerung (15) erhält ihre Steuerinformationen über die Schnittstelle der Kamera (07).
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In der bevorzugten Ausführung ist die Datenleitung (16) der Kamera (07) vom Typ USB oder USB-PD (Power Delivery).
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Prüfling
- 02
- Tastbolzen
- 03
- Element zur Vorgabe der Positionsänderung
- 04
- Halteelement Prüfling
- 05
- Beleuchtungseinrichtung mit integrierter Kamera
- 06
- Gehäuse
- 07
- Kamera mit Objektiv
- 08
- Optische Achse der Kamera und des Objektives
- 09
- Halteelement Beleuchtungseinrichtung
- 10
- Lichtquelle
- 11
- Scheibe
- 12
- Objektiv
- 13
- Anzeige mit Abdeckglas
- 14
- Zeiger vor Skale
- 15
- Elektronische Ansteuerung
- 16
- Daten- und Stromversorgungsleitung der Kamera
- 17
- Winkel zwischen den Strahlen der Lichtquelle
- 18
- Strahlen der Lichtquelle
- 19
- am Prüfling reflektierte Strahlen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 463: 2006-06 [0001]
- DIN 879-1: 1999-06 [0001]
