DE2113522C3

DE2113522C3 - Verfahren zuna berühningsfreien Messen eines Oberflächenprofils

Info

Publication number: DE2113522C3
Application number: DE19712113522
Authority: DE
Inventors: Hans Eschler; Ekkehard Klement; Dieter Roess; Dieter Rosenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-03-19
Filing date: 1971-03-19
Publication date: 1974-05-09
Also published as: BE780878A; GB1379769A; IT950195B; SE382687B; FR2129747A5; JPS6054605B1; DE2113522A1; LU64991A1; NL7202622A; CA969349A; DE2113522B2

Description

40 flächenprofils aus den Abstrahlwinkeln (\) und den

Empfaügswinkeln (ß) bestimmt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum beruh- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der

rungsfreien Messen eines Oberfl^'.ienpronls mittels Erfindung werden der Lasersender und der Laserdevon einem Lasersender ausgehender Laserstrahlen, tektor auf einer horizontalen Linie angeordnet, mit die zeilenweise abgelenkt und dabei über die Ober- 45 der die ausgesandten Strahlen die Winkel λ und mit fläche geführt werden. der die empfangenen Strahlen die Winkel,; bilden

Es ist bereits mehrfach über berührungsfreie Ent- und aus die^n Winkeln (\ und ß) und aus der befernungsmessung mittels Laserstrahlen berichtet wor- kannten Eniiernung der Scheitel dieser Winkel die den. So schreiben z.B. Friedrich MaIota (Laser 1 Abstände der Profiloberfläche von der Bezugslinie [1969], 4, S. 49ff.) und Horst HeIbig (Ortung und 50 bestimmt. Es entstehen dann nämlich Dreiecke aus Navigation [1969], 4, S. 13 ff.) über eine Satellitenor- den ausgesandten, den zurückgeworfenen Strahlen tung mittels Triangulation. Dabei wurde der Satellit und der Bezugslinie, wobei die gesuchten Abstände vom Boden aus durch Lascrblitze beleuchtet und zu- dann die Höhen in den Dreiecken bilden. Diese Hösammen mit dem Sternenhimmel als Hintergrund hen, d. h. die gesuchten Abstände, lassen sich elektropln'.ographiert. Die Entfernung wurde durch Trian- 55 nisch sehr schnell aus den beide; Winkeln (·> und ß) gulation bestimmt, da die Aufnahme außer dem Sa- und dem Abstand der Scheitel der Winkel bestimtellitcn auch die Stellung des Satelliten zu den be- men. Die Winkel λ bekommt man nämlich durch kannten Sternorten enthielt. Es wird dort auch eine Zuordnung der Ablenkrichtung der ausgesandten genaue Entfernungsmessung mittels Impulslaufzeit- Strahlen ?u den Schallfrequcnzen, mit denen der Abmessung beschrieben. 60 lenkkristal durchstrahlt wird.

In einem Artikel von H.W. Sträub, Die Winkel./ zwischen der horizontalen Bezugsli-

J.M. Art habe r und A. L. Cope! and (Meß- nie und den Empfangsstrahlrichlungen lassen sich technik, 78 [1⁽'7()], 5, S. 106 IT.) wird die Wirkungs- ebenfalls elektronisch sehr schnell ermitteln, wenn weise eines L.asergeodimeters beschrieben. Hier er- man insbesondere einen Detektor mit einer Einhält man die Entfernung zwischen zwei Punkten aus 65 gangsblende und einer flächenhaften Anordung von der Lichtgeschwindigkeit und der Lauf/eil eines lichtempfindlichen Elemente:! \erwendet, wobei der hoclifrequenzmodulicrtcn 1 ichtbündels. empfangene Laserstrahl auf ein durch die Strahlrich-

Bckamit ist auch ein Artikel von K.W. B ο η f i g tntig bcstininucs lichtempfindliches Element läuft,

das ein die Strahlrichtung kennzeichnendes Signal an zontalen Bezugslinie 15. Der Winkel a zwischen der

eine elektronische Auswertevorrichtung weiterleitet. ausgesandten Laseistrahlriditung und der gieicnen

Mittels eines elektronischen Rechners können aus Bezugslinie IS wird ebenfalls elektronisch testge-

diesen Daten die Abstände eines Profils von einer stellt. Der vom Sender 1 ausgesandte Lasemram

. Bezugslinie für alle Ausstrahlrichtungen der Laser- 5 wird nämlich von dem akustooptischen Licntaoien-

strahlen in kürzester Zeit ermittelt werden. ker 4 entsprechend einer stufenweise variablen unra-

Die Erfindung wird an Hand c/_r Zeichnung noch schallfrequenz, mit der der Ablenkkristall aurennäher beschrieben, strahlt wird, in berechenbare Richtungen ^^"f;

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Ober- Ein ausgesandter und empfangener Laserstrahl bildet

flächenprofilmessung durch Triangulation. 10 zusammen mit der gemeinsamen Bezugslune 15 ein

Hier ist ein Lasersender 1 dargestellt, der einen Dreieck 6,7,11 mit den zu bestimmenden Winkein α

LasercszJ.lator 2 enthält mit einem anschließenden und ß, und der vorgegebenen Länge der >eite o, 1 -

Teleskop 3 zur Strahlaufweitung. Vom Ablenkkri- Aus diesen drei Daten läßt sich n^unni^e^ eieKtro-

stall 4 wird der abgelenkte Strahl über ein weiteres nisch die Höhe 16 in dem Dreieck 6,7, Il bestim-

TeleskopS vom Punkte 6 aus auf einen Punkt 7 des 15 men. Da der Laserstrahl zeilenweise über die ge-

Oberflächenprofils 8 gelenkt. Vor- dort wird der samte Oberfläche des Profils 8 abgelenkt wird, email

Laserstrahl u. a. in der gezeichneten Richtung zu man eine Matrix von Abständen 16 von der norizon-

einem Detektor 9 gestreut. Der Detektor 9 enthält am talen Bezugslinie 15. Infolge der elektroniscnen aus-

Cingang eine Blende 10 mit einer Öffnung 11, durch Wertung aller Daten und der ^F^™^^. °„

die der Laserstrahl hindurchgelangt und von einer ao ausgesandten Laserstrahls läßt sich em uoeniacnen-

optischen Anordnung 12 auf eine rasterförmige profil innerhalb weniger Millisekunden Bestimmen.

Fläche 13 aus lichtempfindlichen Elementen 14 fo- Die elektronische Ausgabevorrichtung ermogiicnt

kussiert wird, wobei das jeweils getroffene Element obendrein eine digitale Anzeige. Die angegeDenen

einen Stromstoß an eine elektronische Vorrichtung Verfahren können z. B. bei rechnergesteuerten rem-

weiterleitet. Aus dem signalisierenden Element er- »5 gungsprozessen verwendet werden, bei denen die

mittelt die Elektronik dann den Einfallswinkel β zwi- Standhöhen in Behältern laufend ermittelt weroen

sehen dem einfallenden Lichtstrahl und einer hon- müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

und P. Greis (Arch. Techn. Messen, lfg 416 [Sep-

Patentansprüche: tember 1970], S. 193 ff.) über die Anwendung des La

sers in der Längenmessung. Es wird beschrieben, daß

1. Verfahren zum berührungsfreien Messen bei der Längenmessung mit dem Laser der Lasereines Oberflächenprofils mittels von einem 5 strahl moduliert wird und man sich der Lautzeitme-Lasersender ausgehender Laserstrahlen, die zei- thode bedient,

lenweise abgelenkt und dabei über die Ober- Diese bekannten Verfahren sind jedoch in der

fläche geführt werden, dadurch gekenn- Durchführung langwierig, da Sender und Empfänger zeichnet, daß die auf der Oberfläche diffus auf die zu ermessenden Punkte genau nacheinander reflektierten Laserstrahlen über eine in einem ίο einjustiert werden müssen. Zur Messung eines Obervorgegebenen Abstand über der Oberfläche an- flächenprofils sind diese Verfahren daher ungeeignet, geordnete ausblendende und fokussierende Optik Aus der USA-Patentschrift 3 555 545 ist ein

auf einen mit einer elektronischen Auswertevor- XYZ-Schreiber, insbesondere zur Aufzeichnung richtung in Verbindung stehenden Detektor fallen eines Landschaftsprofils bekannt. Um dieses Land- und daß die Punkte des Oberflächenprofils aus 15 Schaftsprofil aufzeichnen zu können, wird es z. B. den Abstrahlwinkeln («) und den Empfangswin- von einem Radar- oder Laserstrahl abgetastet. Diese kein (ß) bestimmt werden. Vorrichtung mißt die Impulslaufzeit der Radar- oder

?.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Laserimpulse zwischen Meßstation und Profiloberkennzeichnet, daß der Lasersender und -de- fläche. Die Dauer oder Intensität der Belichtung tektor auf einer horizontalen Linie angeordnet ao einer Emulsionsschicht durch einen Lichtstrahl wird sind, mit der die ausgesandten Strahlen die Win- in Abhängigkeit von dem Meßergebnis gesteuert. Die kel (») und mit der die empfangenen Strahlen die so belichtete Emulsionsschicht nimmt nach ihrer Winkel (ß) bilden und daß aus diesen Winkeln Entwicklung die Form des vermessenen Landschafts-(a, ß) und aus der bekannten Entfernung der profils in verkleinertem Maßstab an.
Scheitel dieser Winkel die Abstände der Punkte as Infolge des Entwicklungsvorganges ist hier eine rader Profiloberfläche von der Bezugslinie be- sehe Auswertung oder eine digitale Ausgabe und stimmt werden. Weiterlritung der Meßergebnisse zur Steuerung eines

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- Fertigungsprozesses nicht möglich,
rens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Es besteht also die Aufgabe, ein Verfahren anzu-

einen Detektor mit einer Eingangsblende und 30 geben, das es gestattet, ein Oberflächenprofil schnell einer matrixartigen Anordnung von lichtempfind- auszumessen und das Meßergebnis in digitaler Form liehen Elementen, wobei der empfangene Laser- weiterzuleiten.

strahl auf ein durch die Strahlrichtung bestimm- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

tes lichtempfindliches Element läuft, das ein die löst, daß die auf der Oberfläche diffus reflektierten Strahlrichtung kennzeichnendes Signal an eine 35 Laserstrahlen über eine in einem vorgegebenen Abelektronische Auswertevorrichtung weiterleitet. stand über der Oberfläche angeordnet·; ausblendende

und fokussierende Optik auf einen mit einer elektronischen Auswertevorrichtung in Verbindung stehen-

den Detektor fallen und daß die Punkte des Ober-