DE2407342A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der laenge oder der laenge und des durchmessers einer bohrung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der laenge oder der laenge und des durchmessers einer bohrung

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DE2407342A1
DE2407342A1 DE19742407342 DE2407342A DE2407342A1 DE 2407342 A1 DE2407342 A1 DE 2407342A1 DE 19742407342 DE19742407342 DE 19742407342 DE 2407342 A DE2407342 A DE 2407342A DE 2407342 A1 DE2407342 A1 DE 2407342A1
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diameter
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DE19742407342
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James Edward Harris
Robert Lowrie Watson
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Eastman Kodak Co
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Eastman Kodak Co
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/12—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters internal diameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Länge oder der Länge und des Durchmessers einer Bohrung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Länge oder der Länge und des Durchmessers einer Bohrung - - - - tens in einem Gut, wobei/ein elektromagnetisches Strahlenbündel durch die Bohrung hindurchgeworfen wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
  • Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Vermessen kleiner Bohrungen in dünnen Körpern, beispielsweise zum Vermessen der sehr kleinen Spinnöffnungen oder Düsenaustrittsöffnungen von Spinndüsen, wie sie zum Extrudieren synthetischer,fadenbildender Stoffe verwendet werden.
  • Messungen der Länge und des Durchmessers von Bohrungen müssen in der industriellen Technik in großem Umfang durch geführt werden. Wenn die Bohrung verhältnismäßig weit und die Dicke des Körpers, der von der Bohrung durchzoaen wird, verhältnismäßig groß ist, wie dies z.B. bei Bohrungen in blockförmigem Material der Fall ist, die für die Aufnahme von Bolzen oder Lagern vorgesehen sind, dann kann das Vermessen der Länge und des Durchmessers der Bohrung unter Veralendung üblicher linearer Meßeinrichtungen durchgeführt werden. Wenn jedoch die Bohrungen klein sind und das von den Bohrungen durchzogene Gut dünn ist, wie es z.B. bei der Herstellung von Leitertafeln für elektrische Schaltungen, Luftlagern u.dgl. der Fall ist, dann wird der Meßvorgang zunehmend schwieriger,je kleiner die Bohrungen sind, bis schließlich ein Punkt erreicht wird, bei dem übliche lineare Meßeinrichtungen, wie Meßlineal, Meßband u.dgl.,nicht länger angewendet werden können. Wenn es sich um sehr kleine Bohrungen in sehr dünnen Gütern handelt, wie es bei den Spinnöffnungen in Spinndüsen der Fall ist, die zum Extrudieren synthetischer Fäden verwendet werden, oder wie es auch bei Wellenleitungen für Mikrowelleneinrichtungen der Fall ist, dann treten Probleme beim Messen in verstärktem Maße auf.
  • Bekanntlich wird bei der Herstellung synthetischen Fadenmaterials entweder im Schmelzspinnverfahren ein fadenbilgeschmolzener dender,polymerer/Stoff extrudiert oder es wird im Lösungsspinnverfahren ein fadenbildender,polymerer Stoff in einem Lösungsmittel aufgelöst und die Lösung extrudiert.
  • Länge und Durchmesser der Spinnöffnungen, der sogenannten "Kapillaren" ,stellen beim Spinnvorgang synthetischer Fäden, insbesondere bei der Herstellung synthetischer Endlosfäden äußerst wichtige Parameter dar. Schwankungen in der Länge und im Durchmesser der einzelnen Kapillaren einer Spinndüse können verschiedene Fadeneigenschaften beeinträchtigen, beispielsweise die Gleichförmigkeit in Bezug auf die Farbaufnahme, in Bezug auf die Festigkeit, in Bezug auf den Modul und die Dehnung und in Bezug auf das Denier pro Faden.
  • Schwankungen in der Länge und im Durchmesser der Kapillaren können außerdem den Anfangswirkungsgrad neuer Spinndüsen und die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der der Spinndüsendruck im Laufe der Zeit zunimmt.
  • Es ist daher sehr wichtig, daß die Länge und der Durchmesser jeder der Kapillaren einer Spinndüse innerhalb enger Tcleranzbereiche liegt. Das Vermessen von Länge und Durchmesser der einzelnen Kapillaren einer Spinndüse ist jedoch außerordentlich schwierig, da die Kapillaren sehr geringe Abmessungen aufweisen. In manchen Ausführungsbeispielen von Spinn-.vOn - - NOn - -düsen sind Kapillaren mit Durchmessern/40 Mikron oder weniger und mit Längen von 5 Mikron oder weniger vorgesehen. Es ist ersichtlich, daß auch die genauesten üblichen linearen Meßeinrichtungen beim Vermessen von Länge und Durchmesser Bei einem der bekannten Verfahren werden die Kapillaren der zu vermessenden Spinndüse mit einem elastomeren Gießmaterial ausgegossen und der hierbei erzeugte Abguß der Kapillaren wird anschließend mikroskopisch vermessen, um die Länge der Kapillaren festzustellen. Die Genauigkeit läßt bei diesem Verfahren zu wünschen übrig. Überdies ist es äußerst zeitraubend. Unter Verwendung dieses Verfahrens können beispielsweise nur vier Spinndüsen mit je 25 Kapillaren oder insgesamt 100 Kapillaren an einem einzigen Tag vermessen werden.
  • Bei einem anderen bekannten Verfahren wird ein an der Kapillare auftretender Druckabfall in Rechnung gesetzt, um die Länge der Kapillare zu ermitteln. Dieses Verfahren arbeitet zwar schnell, gibt jedoch anstelle von individuellen Längenwerten für die einzelnen Kapillaren nur Durchschnittswerte wieder.
  • Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird ein abtastendes Elektronenmikroskopdazu verwendet, um die Länge und den Durchmesser von Kapillaren zu ermitteln.
  • Dieses Verfahren ist bei weitem das genaueste sämtlicher bekannter Verfahren, ist jedoch ebenfalls äußerst zeitraubend und setzt die Anwendung einer außerordentlich teueren Einrichtung voraus. Hierbei können beispielsweise lediglich zehn Spinndüsen mit je 20 Kapillaren, also insgesamt 200 Kapillaren, an einem einzigen Tag vermessen werden.
  • Ein weiteres bekanntes Verfahren sieht die Anwendung eines Lichtmikroskops zum Vermessen der Kapillaren vor. Auch dieses Verfahren arbeitet ziemlich genau, ist jedoch ebenfalls sehr zeitraubend. An einem einzigen Tag können bei Anwendung dieses Verfahrens etwa 300 Kapillaren vermessen werden.
  • solcher kleiner Kapillaren versagen.
  • Es sind zwar bereits verschiedene Verfahren zum Messen von Länge und Durchmesser derartiger Kapillaren bekannt. Die bekannten Verfahren sind jedoch in verschiedener Hinsicht mit Nachteilen behaftet.
  • Viele der bekannten Verfahren sind deshalb unbefriedigend, weil ihre Anwendung zu teuer ist. Bei einigen der bekannten Verfahren sind Einrichtungen erforderlich, die viele tausend Dollar kosten, trotzdem aber nur einige wenige Meßvorgänge pro Stunde ermöglichen.
  • Andere bekannte Verfahren sind nicht zufriedenstellend, weil für einen Meßvorgang ein viel zu großer Zeitaufwand erforderlich ist. Bei einigen dieser Verfahren wird ungefähr eine Minute benötigt, um die Länge und den Durchmesser einer einzigen Kapillare genau zu vermessen. Da eine einzige Spinndüse über 1000 Kapillaren aufweisen kann, kann das Vermessen von Länge und Durchmesser all dieser Kapillaren äußerst zeitraubend werden.
  • Andere bekannte Verfahren sind zu ungenau. Bei manchen Anwendungsfällen müssen die Durchmesser innerhalb einer Toleranz von - 2 % liegen. Dies läßt sich mit ungenauen Meßverfahren nicht feststellen.
  • Ein weiterer Nachteil bekannter derartiger Verfahren besteht darin, daß die meisten Verfahren nicht dazu benutzt werden können, um sowohl die Länge als auch den Durchmesser der Kapillaren zu ermitteln.
  • Der Erfindung- liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in Rede stehenden Art zu schaffen, das nicht nur eine hohe Meßgenauigkeit gewährleistet, sondern gleichzeitig auch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht.
  • Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erstes Strahlenbündel unter einem ersten Winkel gegenüber der Achse der Bohrung durch diese hindurchgeworfen wird, daß die Größe der Energie in dem durch die Bohrung hindurchgefallenen ersten Strahlenbündel gemessen wird, daß ein zweites Strahlenbündel unter einem zweiten Winkel gegenüber der Achse der Bohrung durch diese hindurchgeworfen wird und daß die Größe der Energie in dem durch die Bohrung hindurchgefallenen zweiten Strahlenbündel gemessen wird. Wie nachfolgend bei der ins einzelne gehenden, anhand der Zeichnaher erläutert nung durchgeführten Beschreibung von Ausführungsbeispielen/ werden wird, kann Bne mathematische Gleichung aufgestellt werden, in der das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Bohrung, das Verhältnis der beiden gemessenen Energiegrößen des ersten und des zweiten Strahlenbündels und das Verhältnis der beiden Winkel zueinander in Beziehung gesetzt sind. Aufgrund der gemessenen Energiegrößen des ersten und des zweiten, durch die zu vermessende Bohrung oder Kapillare hindurchgefallenen Bündels kann diese Gleichung nach dem Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der betreffenden Bohrung aufgelöst werden. Aufgrund dieses Verhältniswerts läßt sich der Wert der Länge der Bohrung sodann durch Multiplizieren des berechneten Verhältniswerts mit einem den Durchmesser der Bohrung wiedergebenden Wert ermitteln. Bei dem den Durchmesser der Bohrung wiedergebenden Wert karin es sich um den Nenndurchmesser der Bohrung handeln.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann es sichnstelle -des Nenndurchmessers um einen Durchmesserwert handeln, der in der Weise ermittelt wurde, daß eine mathematische Gleichung aufgestellt wird, in der die gemessene Energie in dem ersten, durch die Bohrung hindurchgefallenen Strahlenbündel mit dem Durchmesser der Bohrung in Beziehung gesetzt ist, und daß diese Gleichung nach dem Durchmesserwert aufgelöst wird.
  • Vorzugsweise werden diese Berechnungen mit einem elektronischen Datenverarbeitungsgerät durchgeführt.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zum Vermessen von Kapillaren in Form aufrechter Kreiszylinder, die in einer Spinndüse vorgesehen sind, eine erste und eine zweite Lasereinrichtung verwendet, deren Laserstrahlenbündel optisch auf die zu vermessenden Kapillaren gerichtet werden, wobei das Laserstrahlenbündel des ersten Lasers im wesentlichen parallel zur Achse der Spinndüse auf diese geworfen und das Laserstrahlenbündel der zweiten Lasereinrichtung in einem Winkel gegenüber der Achse der Spinndüse auf diese geworfen werden.
  • Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit das erfindungsgemäße Verfahren schnell und wirtschaftlich durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Halterung für die Aufnahme eines Guts mit einer zu messenden Bohrung, eine Einrichtung zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten elektromagnetischen Strahlenbündels, Fokussiereinrichtungen zum Richten des ersten und des zweiten Strahlenbündels mit voneinander verschiedenen Einfallswinkeln auf die zu vermessende Bohrung sowie photoelektrische Einrichtungen zum Erzeugen elektrischer, die Größe der Energie in den durch die Bohrung hindurchgefallenen Strahlenbündeln wiedergebender Signale vorgesehen sind und daß eine elektrische, die photoelektrisch erzeugten Signale verarbeitende Schaltungseinrichtung vorgesehen ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung unter Bezug auf spezielle Ausführungsbeispielebeschrieben, wobei die Erfindung dazu benutzt wird, die Länge und den Durchmesser desjenigen Teils einer Spinndüsenöffnung für das Extrudieren synthetischer Fäden zu ermitteln, der als kreiszylindrische Kapillare ausgebildet ist. Es versteht sich, daß die Erfindung jedoch in keiner Weise auf die hier gezeigten speziellen Ausfuhrungsbeispiele beschränkt ist, sondern daß die Erfindung ganz allgemein zum Messen der Länge und des Durchmessers von mehr oder weniger dicke Körper durchdringenden Bohrungen mit Vorteil anwendbar ist.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen abgebrochen gezeichneten Längsschnitt durch eine Spinndüse mit einer Spinndüsenöffnung; Fig. 2 und 3 der Fig. 1 ähnliche Schnitte mit unter verschiedenen Einfallswinkeln eintreffenden Lichtbündeln; Fig. 4 eine mathematische Gleichung; Fig. 5 Kurven von Lösungen der Gleichung gemäß Fig. 4; Fig. 6 und 7 schematisch vereinfacht gezeichnete perspektivische Ansichten zweier Ausführunqsbeispie le einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 8 einen den Fig. 1 bis 3 ähnlichen Schnitt mit zwei unter verschiedenen Einfallswinkeln eintreffenden Lichtbündeln; Fig. 9 eine schematische Darstellung elektrischer Ausgangssignale, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 erzeugt werden; Fig. 10 ein schematisiertes Blockschaltbild der elektronischen Einrichtung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7, wobei zur Lösung der Gleichung von Fig. 4 die in Fig. 9 gezeigten Ausgangs signale Verarbeitet werden; Fig. 11 und 12 schematische Darstellungen des Spannungsverlaufs elektrischer Signale, die in der Einrichtung gemäß Fig. 10 erzeugt werden; Fig. 13 eine schematisiert gezeichnete Darstellung der Schaltung der Einrichtung gemäß Fig. 10; Fig. 14 eine schematisiert gezeichnete porspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 15 eine schematische Blockschaltung der elektronischen Einrichtung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 14 zur Lösung der Gleichung gemäß Fig. 4 unter Verwendung elektrischer, mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 14 erzeugter Ausgangs signale; Fig. 16 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung der Einrichtung gemäß Fig.15; Fig. 17 eine Draufsicht auf die gedruckte Ziffernanzeige, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 erhalten wird; Fig. 18 und 19 Querschnitte (mit vergrößerten Ausschnitten)einer ungebrauchten bzw. einer gebrauchten Spinndüse, wobei die im Betrieb verursachte Ausbeulung der Spinndüse in Fig. 19 übertrieben stark dargestellt ist; Fig. 20 eine Darstellung der Korrekturbedingungen in dreidimensionalem Koordinatensystem für eine Gleichung zur Korrektur des Fehlers aufgrund des in Fig. 19 gezeigten Ausbeulens der Stirnfläche der Spinndüse; Fig. 21 die mathematische Korrekturgleichung aufgrund der Bedingungen gemäß Fig. 20 und Fig. 22 Lösungskurven der Gleichung gemäß Fig. 21.
  • In Fig. 1 ist ein Teil einer Spinndüse 101 gezeigt, die eine Spinndüsenöffnung 102 aufweist, die einen stumpfkegelförmigen Bohrungsteil 103 und einen Bohrungsteil von regelmäßiger kreiszylinderförmiger Gestalt besitzt, der hier als Kapillare 104 bezeichnet wird. Die Kapillare 104 hat einen Durchmesser D und eine Länge L.
  • Fig. 2 zeigt eine Spinndüse 201 mit einer Kapillare 202 mit der Länge L und dem Durchmesser D. Hierbei ist die Spinndüse 201 so angeordnet, daß die Achse der Kapillare 202 parallel zu einem Lichtbündel 203 verläuft. Das Lichtbündel 203 kann hier als "Axialbündel" angesehen werden. Bei der achsparallelen Ausrichtung des Lichtbündels 203 relativ zur Kapillare 202 kann nur ein kreisförmiger Querschnittsteil 204 des Lichtbündels 203 durch die Kapillare 202 hindurchtreten. Die Gesamtenergie oder die Intensität des Querschnittsteils 204 des Lichtbündels wird mit I bezeichnet, wobei ein hinzugefügter Index den Winkel zwischen der Achse der Kapillare und der Richtung des Lichtbündels 203 angibt. Da der Winkel zwischen der Achse der Kapillare und der Richtung des Lichtbündels 203 Null ist, ist das Lichtbündel 203 das Axialbündel und die Bezeichnung für die Energie im Querschnittsteil 204 ist 10. Da die Energie 10 im Querschnittsteil 204 proportional zur Fläche des Querschnittsteils 204 ist und da die Fläche eines Kreises proportional dem Quadrat des Kreisdurchmessers ist, so ergibt sich D² = α Io oder In Fig. 3 ist die Spinndüse von Fig. 2 in geschwenkter Lage dargestellt, so daß ein Winkel e zwischen der Achse der Kapillare und der Richtung des Lichtbündels gebildet wird.
  • Wenn die Kapillare bis zum Winkel 8 geschwenkt wird, dann nimmt der durch die Kapillare hindurchfallende Querschnittsteil 204 des Lichtbündels ab, wobei der Querschnittsteil von einem Kreis, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, zu einer nahezu elliptischen Form übergeht, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
  • Das Lichtbündel, das einen Winkel mit der Achse der Kapillare bildet, wird hier der Einfachheit halber als 'SWinkelbündelt' bezeichnet,und die Energie in dem durch die Kapillare hindurchfallenden Querschnittsteil des Bündels wird mit 1e bezeichnet. der Ubergang von einer kreisförmigen zu einer nahezu elliptischen Form bewirkt, daß die Energie in dem durch die Kapillare hindurchfallenden Querschnittsteil des Bündels von Io auf 1e abnimmt. Da lor 1e, L, D und 8 zueinander in Beziehung stehen, kann die Gleichung in allgemeiner Form geschrieben werden: 1e = Funktion von Io, L, D und 8.
  • Dies kann in spezieller Form durch die in Fig. 4 gezeigte Gleichung ausgedrückt werden.
  • Die Gleichung von Fig. 4 ergibt sich durch Betrachtung eines regelmäßigen Kreiszylinders mit dem Radius r, der Länge L = 2a und mit auf der z-Koordinatenachse liegender Symmetriehauptachse. Bei Blickrichtung längs der z-Achse sieht man den Zylinder im Querschnitt als einen Kreis mit der Fläche Ao =)r2. Wird der Zylinder um die x-Achse um einen Winkel 8 geschwenkt und weiterhin längs der z-Achse betrachtet, dann erblickt man eine Fläche Aet die durch den Schnitt zweier Ellipsen gebildet wird, bei denen es sich um die Projektionen der Enden des Zylinders auf die x-y-Ebene handelt. Die Gleichung der Ellipse durch den ersten Quadranten ist und die Fläche Ae kann durch die Gleichung beschrieben werden worin bedeuten.
  • Die Integration ergibt für A8 die Gleichung: Sodann wird angenommen, daß die Energie in dem durch die Kapillare hindurchfallenden Lichtbündel für jeden beliebigen Einfallwinkel in Beziehung steht zu der Fläche des Querschnittsteils des durch die Kapillare fallenden Bündels, so daß I8/IO = Ae/AO oder wobei die Substitutionen L = 2a und D = 2r durchgeführt sind.
  • Wird die Gleichung, die 18 / Io mit L/D und mit 8 in Beziehung setzt, dann für bekannte Winkel 8 gelöst, dann erhält man Kurven, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind. Unter Verwendung der Kurven von Fig. 5 kann das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser der Kapillare, also das Verhältnis L/D bestimmt werden, indem man das Intensitätsverhältnis le / Io bei einem festgelegten Winkel, beispielsweise bei 250, mißt. Ein Intensitätsverhältnis von 0,6 bei einem Winkel 8 von 250 ergibt beispielsweise ein LEngendurchmesserverhältnis von 0,5. Multiplikation des Längen-Durchmesser-Verhältnisses L/D mit dem Nenndurchmesser der Kapillare oder mit einem Durchmesser, der aus der vorstehend beschriebenen Quadratwurzelbeziehung zwischen und D ermittelt wurde, ergibt die Länge L der Kapillare.
  • In Fig. 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Durchführen des hier beschriebenen Verfahrens gezeigt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine erste Intensitätsmessung durchgeführt,wobei der Winkel zwischen der Achse der Kapillare und der Richtung des Lichtbündels Null ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Kapillare wird dann um den Winkel 8 geschwenkt, wie es in Fig. 3 dargestellt istlund es wird eine zweite Intensitätsmessung durchgeführt.
  • Bei der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung erzeugt eine Lasereinrichtung 601 ein Laserstrahlenbündel 602, das durch eine Linse 603 mit langer Brennweite h4ndurchfällt, um das Laserstrahlenbündel 602 zu einem konvergierendem Bündel 604 und einem divergierenden Bündel 605 zu formen. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel kann als Lasereinrichtung 601 ein 0,6mw Helium-Laser Modell 200 Verwendung finden, wie er von der Firma University Laboratories Comp. hergestellt wird.
  • Als Linse 603 kann eine konvexe Linse von 132 mm Brennweite verwendet werden.
  • Das divergierende Bündel 605 und eine kreisrunde Öffnung 606 sind so angeordnet, daß das Zentrum des divergierenden Bündels 605 und das Zentrum der öffnung 606 im wesentlichen zusammenfallen. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 kann die öffnung 606 als 1,5 mm-Offnung ausgebildet sein. Die Linse 603 und die Öffnung 606 werden dazu verwendet, um einen zentralen Abschnitt 607 des divergierenden Bündels 605 von dem außen liegenden Teil des Bündels 605 zu trennen. Lediglich der zentrale Abschnitt 607, also der innen liegende Teil des Laserstrahlenbündels 602, wird weiter verwendet, da die Energieverteilung im Laserstrahlenbündel 602 in etwa glockenförmig ist, so daß die Eliminierung des außen liegenden Teils des Bündels, also des Teils mit geringerer Energie, zur Folge hat, daß für die weitere Verwendung nur der zentrale Abschnitt 607 des Bündels mit gleichförmigerer Energieverteilung und höherer Energie zur Verfügung steht, der durch die Öffnung 606 hindurchfällt.
  • Zur Halterung einer Spinndüse 609 ist ein Spinndüsenhalter 608 vorgesehen, der in einem geeigneten Gestell so gelagert ist, daß die Spinndüse 609 so positioniert werden kann, daß das Zentrum einer Kapillare mit dem Zentrum des zentralen Abschnitt 607 des Bündels zusammenfällt und daß die Achse der Kapillare parallel zur Achse des Abschnitts 607 des Bündels verläuft.
  • Der Spinndüsenhalter 608 ist außerdem so ausgebildet, daß die Spinndüse 609 geschwenkt werden kann und daß die übrigen Kapillaren der Spinndüse auf den Abschnitt 607 für anschließende Meßvorgänge ausgerichtet werden können.
  • Ein Diffusor 610 ist so angeordnet, daß der durch die Kapillare der Spinndüse hindurchfallende Teil 611 des Abschnitts 607 des Strahlenbündels, wobei es sich beides Teil 611 um 10 oder 18 handeln kann, auf den Diffusor 610 fällt. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel kann als Diffusor 610 ein optischer Diffusor mit einem Durchmesser von 4,76 mm (3/16 Inch) vorgesehen sein.
  • Der den Teil 611 des Strahlenbündels streuende Diffusor 610 ist an einer Faseroptik-Röhre 612 angebracht, die den gestreuten Teil 611 des Bündels auf einen Photoelektronenvervielfacher 613 überträgt, der durch ein Energieversorgungsteil 614 gespeist ist. Bei dem-in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel kann als FaseroptikRöhre 612 eine Faseroptik von 3,17 mm (1/8 Inch) Durchmesser bekannter Art vorgesehen sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann als Photoelektronenvervielfacher 613 ein von der Radio Corporation of America hergestellter Photoelektronenvervielfacher vom Typ 931 A vorgesehen sein, der. von einem Energieversorgungsteil Modell 6515 A gespeist ist, wie es von der EIewlett-Packard Corp. hergestellt wird.
  • Der Photoelektronenvervielfacher 613 ermittelt die Energiemenge des Teils 611 des Bündels, wobei es sich um den Wert 10 oder 1e handeln kann1 und erzeugt ein elektrisches Signal, dessen Spannung die Größe der ermittelten Energiemenge wiedergibt. Dieses elektrische Signal wird dann einem Voltmeter 615 zugeführt, das eine digitale Darstellung dieser Spannung liefert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 kann als Voltmeter 615 ein digitales von der Firma Honeywell Corp. hergestelltes Voltmeter, Modell 333, Verwendung finden. Auch andere Einrichtungen zum Ermitteln der Energie des Bündels und zum Erzeugen eines Spannungssignals, das die Größe der ermittelten Energie wiedergibt, können zur Anwendung gebracht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
  • Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung können die Lasereinrichtung 601, die Linse 603 und die oeffnung 606 in 830 mm bzw. 390 mm bzw. 40 mm Abstand von der Spinndüse 609 angeordnet sein. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann der Diffusor 610 12 mm von der Stirnfläche der Spinndüse 609 entfernt sein.
  • Um die Länge und den Durchmesser einer einzelnen Kapillare der Spinndüse unter Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels zu ermitteln, das in Fig. 6 gezeigt ist, kann folgendermaßen vorgegangen werden. Die Lasereinrichtung 601 und der Energieversorgungsteil 614 werden eingeschaltet. Die Spinndüse 609 wird manuell in dem Spinndüsenhalter 608 in Stellung gebracht und dE betreffende ausgewählte Kapillare der Spinndüse wird unter Sichtbeobachtung auf den Abschnitt 607 des Bündels ausgerichtet, indem der Spinndüsenhalter 608 verstellt wird. Der Spinndüsenhalter 608 wird dann so eingestellt, daß die Achse des Abschnitts 607 des Bündels parallel zur Achse der Kapillare verläuft, so daß der Wert Io erhalten wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das Laserstrahlbündel 602, das im Betrieb dauernd erzeugt wird, bildet nuniuehr also das sogenannte 11Axialbündel".
  • Nunmehr wird ein erster digitaler Anzeigewert des Voltmeters 615, beim gezeigten Beispiel der Wert 44,5, abgelesen und von der Bedienungsperson aufnotiert. Der Spinndüsenhalter 608 wird dann um einen gewählten Winkel 8 geschwenkt, wobei die gleiche Kapillare wie vorher auf den Abschnitt 607 des Bündels ausgerichtet ist und der Wert Ig ermittelt wird, wie es Fig. 3 zeigt, da jetzt das Winkelbündel durch die Kapillare fällt.
  • Ein zweiter digitaler Anzeigewert des Voltmeters 615, beispielsweise 26,7, wird dann abgelesen und von der Bedienungsperson aufnotiert. Da der erste digitale Anzeigewert 10 darstellt und der zweite Anzeigewert 18 darstellt, kann nunmehr der Wert 18 / Io von der Bedienungsperson als 0,60 berechnet werden. Angenommen, daß der gewählte Schwenkwinkel 250 betrug, dann kann das L/D-Verhältnis graphisch als 0,50 ermittelt werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Multiplikation dieses Werts mit dem Durchmesserwert der aufgrund der vorstehend erläuterten Beziehungen zwischen D und 10 errechnet wurde, oder die Multiplikation mit einem Nenndurchmesser, der beispielsweise 4X,0 Mikron beträgt, ermöglicht es der Bedienungsperson, die Länge der Kapillare mit 23,0 Mikron zu ermitteln.
  • Bei Anwendung des ersten Ausführungsbelspiels können äußerst genaue Ergebnisse erzielt werden. Bei Verwendung des ersten in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiels wurde bei der Ermittlung der Länge L der Kapillare im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen bekannten elektronenmikroskopischen Verfahren ein Korrelationskoeffizient von 0,96 erreicht.
  • Für die einzelnen Messungen ergab sich im Versuch eine Standardabweichung von 0,8 Mikron.
  • Das erste, in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel kann mit Vorteil zur Ermittlung äußerst genauer Meßwerte mit viel größerer Arbeitsgeschwindigkeit verwendet werden, als dies bei den bekannten Verfahren möglich ist. Beispielsweise benötigt das Messen der Länge der Kapillaren in einer fünfzehn Kapillarenaufweisenden Spinndüse ungefähr 15 Minuten weniger Zeit pro Kapillare,als dies bei dem schnellsten bekannten Verfahren ähnlicher Genauigkeit der Fall ist.
  • Die Erfindung wird hier zwar anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben, die das Messen der Kapillaren bei Spinndüsen betreffen. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch für andere allgemeine Anwendungszwecke vorteilhaft verwendbar ist.
  • Beispielsweise ist die Erfindung ganz allgemein in vollem Umfang für das Messen von Bohrungen in Körpern nutzbar. Beispiele für Messungen von Bohrungen in einem Gut sind u.a. das Messen einer Bohrung für einen Bolzen in Metallblech oder das Messen einer Bohrung in einem Kunststoffblock für die Aufnahme eines Lagers im Preßsitz oder das Messen der inneren Durchlaßöffnung eines Teils einer Leitungsverbindung. Die Erfindung ist auch voll für das Messen ziemlich kleiner Bohrungen in ziemlich dünnen Gütern anwendbar, beispielsweise bei der Herstellung elektrischer Schaltkreisplatten oder Luftlager. Die Erfindung eignet sich in vollem Maße auch zum Messen sehr kleiner Bohrungen in sehr dünnen Gütern, bei denen es sich nicht um Kapillaren in Spinndüsen handelt. Beispielsweise könnte die Erfindung dazu benutzt werden, um Wellenleitungen für Mikrowelleneinrichtungen zu messen oder zum Messen von Lagerbohrungen für mechanische Präzisisionseinrichtungen, beispielsweise Uhren und wissenschaftliche Versuchseinrichtungen. Die Erfindung kann zum Messen zahlloser anderer Arten von Bohrungen in Gütern benutzt werden.
  • Die Erfindung eignet sich zwar besonders zur Ermittlung der Länge und des Durchmessers von Bohrungen mit kreisrundem Querschnitt, die Erfindung ist jedoch in keiner Weise hierauf beschränkt. In gleicher Weise ermöglicht es die Erfindung, die Länge und den äquivalenten Durchmesser von Bohrungen zu ermitteln, die einen nicht kreisrunden Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen quadratischen, rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt. Der aquivalente Durchmesser ist definiert als der Durchmesser des Kreises, dessen Querschnittsfläche gleich der der zu messenden Bohrung ist, ungeachtet dessen, welche geometrische Form diese Bohrung hat. Wenn daher in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen der Ausdruck verwendet ist "Durchmesser" so söll dieser bei einer Bohrung mit kreisrundem Querschnitt den Durchmesser oder bei Bohrungen mit nicht kreisrunden Querschnitten den äquivalenten Durchmesser bedeuten, wie er vorstehend definiert wurde. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die Gleichungen von Fig. 4 und von Fig. 21 nur für eine kreisrunde Bohrung gelten. Daher müssen, wenn eine Bohrung mit nicht kreisrundem Querschnitt gemessen werden soll, die geeigneten mathematischen Beziehungen aufgestellt und anstelle der Gleichungen von Fig. 4 oder Fig. 21 zur Anwendung gebracht werden. Obgleich mittels der Erfindung Bohrungen unsymmetrischen Querschnitts gemessen-werden können, ist es vorzuziehen, daß die Bohrung einen symmetrischen Querschnitt um eine zur Bohrung senkrechte Achse aufweist, da die mathematischen Ausdrücke bei Verwendung symmetrischer Bohrungen auf typische Weise vereinfacht werden. Obwohl die Erfindung zur Messung von Bohrungen beliebig großer Durchmesser geeignet ist, ist die Erfindung in besonderem Maße vorteilhaft, wenn sie für das Messen von Bohrungen von 1000 Mikron oder weniger eingesetzt wird, da übliche lineare Meßvorrichtungen beim Messen so kleiner Bohrungen von geringem Nutzen sind.
  • Wie vorstehend erläutert, ist die Erfindung allgemein für das Messen einer Bohrung in einem Gut anwendbar. Bei manchen Anwendungsbeispielen kann es sich bei dem Gut um einen tafel-oder blattförmigen Körper handeln, beispielsweise eine Stahlplatte oder eine Kunststofftafel. Das Gut könnte jedoch auch nicht blatt- oder tafelförmig sein, beispielsweise ein rechteckiger starrer Körper oder ein Zylinder. Die Achse der Bohrungin dem rechteckigen starren Körper kann senkrecht oder nicht senkrecht zu einer Seitenfläche des rechteckigen Körpers verlaufen. Die Achse der Bohrung in einem zylinderförmigen Körper kann parallel zur Achse des Zylinders,senkrecht zur Achse des Zylinders oder in jeder beliebigen anderen Richtung verlaufen. Die Erfindung ist auf Güter zahlloser anderer geometrischer Formgebung anwendbar.
  • Das Gut kann eine ungleichförmige Dicke aufweisen, hat vorzugsweise jedoch eine im wesentlichen gleiche Dicke. Auch ist die Erfindung, obwohl Güter verschiedener Stärken in Frage kommen, besonders für das Messen von Bohrungen in Gütern geeignet, deren Stärke weniger als 5 mm beträgt, da übliche lineare Meßvorrichtungen bei so kleinen Abmessungen nicht wünschenswert sind.
  • Es ist günstig, daß sowohl das Axialbündel als auch das Winkelbündel eine größere Querschnittsfläche aufweisen als die zu messende Bohrung, und es ist auch wünschenswert, daß das Axialbündel und das Winkelbündel die Bohrung völlig überdecken, wie dies in den Fig 2 und 3 gezeigt ist, so daß der äußere Teil des Bündels jeweils auf den die Bohrung umgebenden Bezirk des Guts auffällt. Daß die Bündel größer als die Bohrungen sind und diese völlig bedecken, ist deshalb wünschenswert,weil dadurch die mathematischen Ausdrücke vereinfacht werden.
  • Dessen ungeachtet liegt es jedoch im Bereich der Erfindung, so vorzugehen, daß die Breite des Bündels geringer ist als die Weite der Bohrung. Beispielsweise kann das Axialbündel einen rechteckigen Querschnitt besitzen und so angeordnet sein, daß die lange Achse des Rechtecks größer ist als der Durchmesser der Bohrung, die kurze Achse jedoch kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung. Das Winkelbündel kann gleiche Abmessungen besitzen wie das Axialbündel. Trotzdem fällt, da die lange Achse des Winkelbündels die Bohrung überspannt, nur ein Teil des Winkelbündels durch die Bohrung hindurch.
  • Natürlich gilt hierbei nicht mehr die Gleichung von Fig. 4, sondern es muß, was vom Fachmann ohne weiteres durchgeführt werden kann, eine neue Gleichung aufgestellt werden, die den entsprechenden Gegebenheiten Rechnung trägt.
  • Während es zwar wünschenswert ist, daß die Bündel die Bohrung voll überdecken, ist es auch voll innerhalb des Bereichs der Erfindung, wenn die Bündel so angeordnet sind, daß der Rand des Bündels in den Bereich der Bohrung fällt. Beispielsweise können die Bündel einen kreisrunden Querschnitt besitzen1 und der Rand der Bündel kann innerhalb der Bohrung verlaufen. Ebenso wie in dem oben erwähnten Fall, wo die Bündel kleiner sind als die Bohrung, ist auch hier die Gleichung von Fig. 4 nicht länger gültig, wenn der Rand der Bündel über die Bohrung hinweg verläuft, und es kann eine neue Gleichung, die dem Rechnung trägt, vom Fachmann aufgestellt werden.
  • Für den Fachmann ist ersichtlich, daß, obzwar es vorzuziehen ist, daß das Axialbündel im wesentlichen parallel zur Achse der Bohrung verläuft, das Axialbündel auch anders als im wesentlichen parallel zur Achse der Bohrung ausgerichtet sein könnte. Beispielsweise kann das Axialbündel relaitv zur Achse der Bohrung in einem kleinen Winkel von beispielsweise 5° verlaufen oder in einem Winkel von 10° oder noch mehr. Die Anordnung des Axialbündels in einem Winkel relativ zur Achse der Bohrung kann bei Bohrungen in planaren oder nicht planaren Gütern angewendet werden, ist jedoch besonders dann geeignet, wenn die Bohrungen,die gemessen werden sollen, sich in einem Gut befinden, bei dem es sich um einen Teil eines sphärischen Körpers handelt, wie dies bei der Stirnseite benutzter Spinndüsen der Fall ist.
  • Das Bündel elektromagnetischer Strahlung, das bei dem hier beschriebenen Verfahren benutzt und in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen der Einfachheit halber meist als "Lichtbündel" bezeichnet wird, kann eine Strahlung im sichtbaren oder im unsichtbaren Bereich des Spektrums sein.
  • Beispielsweise kann ein Röntgenstrahlenbündel benutzt werden.
  • Natürlich hängt die Art und Weise, in der das Bündel auf die in dem Gut befindliche Bohrung ausgerichtet wird, von der Art der Strahlung ab, da Bündel verschiedener Frequenzen verschiedene Techniken zur Fokussierung voraussetzen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Lichtbündel im sichtbaren Bereich, beispielsweise ein Laserbündel, das eine im wesentlichen gleichförmige Energieverteilung über den Bereich des Bündels aufweist und aus im wesentlichen parallelen Strahlen besteht.
  • Bei den hier beschriebenen Verfahren wird die Menge der Energie in dem Teil des elektromagnetischen Strahlenbündels, das durch die Bohrung hindurchtritt, gemessen, und es wird ein die Größe der gemessenen Energiemenge wiedergebendes Signal erzeugt. Die Energiemenge in dem elektromagnetischen Strahlenbündel wird vorzugsweise photoelektrisch gemessen, wobei die elektromagnetische Energie in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Jedoch sind auch andere Verfahren möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Das aufgrund der Messung der Energiemenge erzeugte Signal ist vorzugsweise ein elektrisches Signal, dessen Spannung die Größe der gemessenen Energiemenge wiedergibt, jedoch kommen auch andere Signale, beispielsweise akustische und mechanische Signale1 in Frage.
  • Bei dem in Fig. 6 gezeigten speziellen Ausführungsbeispiel wird das Verhältnis der durch Messen der Energiemenge in den Bündeln erzeugten Signale manuell ermittelt. Man kann zur Ermittlung des Verhältnisses der Signale jedoch auch andere Wege beschreiten. Wie im einzelnen unter Bezug auf ein zweites und ein drittes Ausführungsbeispiel erläutert werden wird, kann das Verhältnis zwischen dem ersten und zweiten Signal ermittelt und ein drittes Signal erzeugt werden, indem elektrisch die Spannung entweder des ersten oder des zweiten elektrischen Signals durch die Spannung des anderen elektrischen Signals dividiert wird. Das dritte Signal wird hierbei als elektrisches Signal erzeugt, dessen Spannung die Größe des Quotients aus erster und zweiter Spannung wiedergibt.
  • Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 wird das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser manuell ermittelt, indem die Gleichung von Fig. 4 gelöst und ein viertes Signal erzeugt wird, das die Größe des Verhältnisses zwischen Länge und Durchmesser wiedergibt. Wie im einzelnen in Bezug auf das zweite und dritte Ausführungsbeispiel erläutert werden wird, kann das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Kapillare elektrisch ermittelt werden, indem die mathematische Gleichung gelöst und das vierte Signal als elektrisches Signal erzeugt wird, dessen Spannung die Größe des Verhältnisses zwischen Länge und Durchmesser der Kapillare wiedergibt.
  • Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 6 braucht bei der Bestimaung der Beziehung zwischen dem ersten Winkel 0 und dem zweiten Winkel lediglich der zweite Winkel von 25 von dem ersten Winkel von Oo subtrahiert zu werden, da beide Winkel in der gleichen Ebene liegen. Wie nachfolgend in Bezug auf das Messen von Kapillaren in t'ausgebeulten" Stirnflächen von Spinndüsen erläutert werden wird, ist, wenn der erste und der zweite Winkel nicht in der gleichen Ebene liegen, die Ermittlung der Beziehung zwischen dem ersten und zweiten Winkel komplizierter, jedoch liegt auch dieser Fall völlig innerhalb des Bereichs der Erfindung.
  • Die Erfindung kann dazu verwendet werden, um Kapillaren zu messen, die in beliebiger Weise an der Stirnfläche einer Spinndüse angeordnet sind. Die Erfindung ist jedoch besonders vorteilhaft anwendbar, wenn eine Mehrzahl von Kapillaren gemessen werden soll , die in einem im wesentlichen konzentrisch zur Achse der Spinndüse verlaufenden Kreis angeordnet sind, da die Spinndüse lediglich um ihre Achse gedreht werden muß, um die nächste Kapillare in diesem Fall in die für die Messung erforderliche Lage zu bringen.
  • Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 6 findet der Spinndüsenhalter 608 mit besonderem Vorteil Verwendung.
  • Es ist jedoch ohne weiteres ersichtlich, daß eine Vielzahl verschiedenster anderer üblicher Einrichtungen Anwendung finden kann, um ein Gut mit einer zu messenden Bohrung in eine Lage zu bringen, in der die Bohrung für den Meßvorgang ausgerichtet ist.
  • Bei dem speziellen in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Bündel elektromagnetischer Strahlung optisch auf die zu messende Bohrung ausgerichtet, wobei übliche optische Linsen Anwendung finden. Es können jedoch auch andere Verfahren zur Ausrichtung des Strahlenbündels auf das zu messende Loch angewendet werden. Beispielsweise kann es die Verwendung elektromagnetischer Strahlungsbündel verschiedener Frequenzen erforderlich machen, verschiedene Techniken und Einrichtungen zur Fokussierung der Strahlenbündel zur Anwendung zu bringen. Natürlich liegt es völlig im Rahmen der Erfindung, wenn beispielsweise das betreffende Bündel elektromagnetischer Strahlung nicht durch eine Fokussiereinrichtung hindurchgeschickt wird, sondern wenn so vorgegangen wird, daß das Bündel lediglich dadurch auf die Bohrung gerichtet wird, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Strahlenbündels oder das Gut oder beide entsprechend verstellt werden.
  • Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist es erforderlich, sowohl das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser der Bohrung zu bestimmen, als auch das Verhältnis zwischen den Energieen des Teils des Axialbündels und des Teils des Winkelbündels,der durch die Bohrung hindurchfällt. Hierzu wird in dem speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 6 das Verhältnis L/D und das Verhältnis 1e / 10 ermittelt.
  • Es könnten jedoch auch die umgekehrten Verhältnisse, nämlich D/L und/oder Io / le in Rechnung gesetzt werden, wenn die entsprechenden Änderungen in Fig. 4 und 21 durchgeführt werden.
  • Zwar werden bei Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, völlig zufriedenstellende Ergebnisse erreicht, die Bedienungsperson benötigt jedoch in manchen Fällen nicht unbeträchtliche Zeit dazu, die Kapillare auf das Lichtbündel auszurichton, den digitalen Anzeigewert abzulesen und zu notieren, mantlell das Verhältnis der Intensitäten le / Io zu ermitteln und graphisch die Lösung für L/D aufzusuchen.
  • Bei einem zweiten, in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere dieser manuellen Arbeitsschritte, die bei Verwendung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6 erforderlich sind, um die Länge und den Durchmesser einer Kapillare zu ermitteln, überflüssig. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel läßt man, anstelle die Achse der Spinndüse relativ zu einem Lichtbündel für das Erzeugen des Ie-Wertes zu schwenken, zwei gesonderte Lichtbündel durch die Kapillare hindurchfallen, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. In Fig. 8 wird ein Axialbündel 801, das parallel zur Achse der Kapillare verläuft, durch die Kapillare hindurchgeschickt, um den Wert 10 zu bilden. Gleichzeitig wird ein Winkelbündel 802 durch die gleiche Kapillare unter einem Winkel 8 relativ zur Achse der Kapillare hindurchgeschickt, so daß der Wert Ie gebildet wird.
  • Fig. 7 zeigt eine ein Laserstrahlenbündel 702 erzeugende Lasereinrichtung 701. Das Laserstrahlenbündel ist gegen eine ebene optische Glasplatte 703 gerichtet, die relativ zum Laserstrahlenbündel 702 geneigt ist. Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel kann als Lasereinrichtung 701 ein 1,0 mw-Helium-Neon-Laser Modell 133, Wellenlänge 6328 Angström, verwendet werden, der von der Firma Spectra-Physics Corp. hergestellt ist. Andere Einrichtungen zur Erzeugung eines Laserstrahlenbündeis können im Rahmen der Erfindung ebenfalls Anwendung finden.
  • Die Glasplatte 703 läßt einen großen Teil 708 des Laserstrahlenbündels 702 durch sichhindurchfallen und reflektiert ein Bezugsbündel 704, das einem kleinen Bruchteil des Laserstrahlenbündels 702 entspricht, auf einen Diffusor 705 und auf eine faseroptische Röhre 706, die das Licht des Bezugsbündels 704 auf einen Photoelektronenvervielfacher 707 überträgt, der ein Bezugssignal IR erzeugt, das im wesentlichen konstant ist, wie es Fig. 9 zeigt. Wie nachfolgend ins Einzelne gehend erläutert wird, ermöglicht das Bezugssignal IR eine ununterbrochene Uberwachung der Ausgangsleistung des Lasers.
  • Bei dem zweiten, in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeisp-iel wird der Teil 708 des Strahlenbündels durch einen Strahlteiler 709 vom Prismatyp geschickt, der den Teil 708 in Bündel 710 und 711 von im wesentlichen gleicher Intensität aufteilt. Das Bündel 710 ist parallel zum Teil 708, und das Bündel 711 ist senkrecht zum Bündel 710. Aus dem Bündel 711 wird dann ein Bündel 713 gebildet, indem das Bündel 711 von einem die Laser-Lichtstrahlen reflektierenden Spiegel 712 reflektiert wird, der in einem Winkel zu dem Bündel 711 angeordnet ist. Die beiden Bündel 710 und 713 werden dann mit einem ausgewählten Winkelabstand in der horizontalen Ebene, der beispielsweise 250 beträgt, von zwei in gleicher Ebene liegenden, die Laser-Lichtstralllen reflektierenden Spiegeln -714 und 715 reflektiert, so daß zwei in einer gemeinsamen Ebene verlaufende Bündel 716 und 717 gebildet werden, die im gleichen Winkel zueinander verlaufen, wie dies auch bei den Bündeln 710 und 713 der Fall ist, wobei die Bündel 716 und 717 allerdings in einer anderen Ebene liegen als die Bündel 710 und 713. Die Bündel 716 und 717 verlaufen in einer vertikalen Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Stirnfläche einer Spinndüse 719 verläuft und sind so angeordnet, daß die Bündel 716 und 717 sich an einer Kapillare kreuzen, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist (wo die Bündel mit 801 und 802 bezeichnet sind). Das Bündel 717 ist gegenüber dem parallelen Verlauf um einen gewünschten Winkel 8 verschwenkt und bildet das in Fig. 8 gezeigte Winkelbündel 802. Die Energie im durch die Kapillare hindurchfallenden Bündelteil 720 des dem Axialbündel 801 in Fig. 8 entsprechenden Bündels 716 (Fig. 7) bildet den Wert Ior und die Energie im durch die Kapillare hindurchfallenden Bündelteil 721 dos Bündels 717, das dem Winkelbündel 802 von Fig. 8 entspricht, bildet den Wert 18.
  • Die Spiegel 714 und 715 sind auf einer zylindrischen Welle 718 gelagert und um die Achse der Welle 718 mittels einer geeigneten Einrichtung hin- und herschwenkbar, beispielsweise mittels eines geeigneten, mit einer motorgetriebenen Einrichtung zusammenwirkenden Hebelarms. Die Spinndüse 719 ist in einer geeigneten, bekannten Halterung drehbar aufgenommen, mittels der die Spinndüse mit einer Drehgeschwindigkeit drehbar ist, die im Vergleich zur Geschwindigkeit der hin- und hergehenden Schwenkbewegung der Welle 718 klein ist. Die langsame Drehbewegung der Spinndüse 719 bewirkt, daß bei der Drehbewegung der Spinndüse jede Kapillare derselben mehrmals von den Strahlenbündeln überlaufen wird. De Drehgeschwindigkeit der Spinndüse im Vergleich zur hin- und hergehenden Schwenkbewegung der Strahlenbündel kann in weiten Grenzen nach den Wünschen und Erfordernissen des Benutzers gewählt werden, bei einem Ausführunysbeispiel ist vorgesehen, daß die Spinndüse mit Drehgeschwindigkeiten im Bereich von 0,1 bis 10 Umdrehungen pro Minute gedreht und die Strahlenbündel mit einer Frequenz im Bereich von 10 bis 1000 Hz geschwenkt werden. Die Amplitude der Oszillation der Bündel kann in weiten Grenzen variieren, je nach den besonderen Umständen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Amplitude in der Länge etwa 3 mm betragen.
  • Die oszilierende Bewegung der Welle 718 läßt die Bündel 716 und 717 in radialer Richtung über die Stirnfläche der Spinndüse hin- und herwandern, so daß die Bündel während der Drehbewegung der Spinndüse die Kapillaren abtasten. Die Kombination der radial verlaufenden oszillierenden Schwenkbewegung der Bündel mit der Drehbewegung der Spinndüse bewirkt;dass zahlreiche aufeinanderfolgende Durchläufe der Bündel durch jede der Kapillaren hindurch gfolgen. Die Anzahl der Abtastdurchläufe (die bei jeder Kapillare stattfinden), kann in weiten Grenzen variieren. Bei Ausführungsbeispielen können sieben aufeinanderfolgende Durchläufe oder auch drei oder weniger vorgesehen sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen können 30 oder mehr aufeinanderfolgende Durchläufe erfolgen.
  • Durch die Kombination der oszillierenden Schwenkbewegung der Bündel mit der Drehbewegung der Spinndüse wird sichergestellt, daß das zentrale Maximum des das Axialbündel bildenden Bündels 716 und des das Winkelbündel bildenden Bündels 717 durch die Kapillare hindurchgeht, ohne daß eine genaue manuelle Zentrierung erforderlich wäre.
  • Vibrationen, die sich aufgrund der Bewegung der Welle 718 und der zugehörigen Getriebe-und Antriebseinrichtung ergeben, können einen Schwingungspegel bewirken, der für manche Anwendungsfälle ungeeignet ist. Diese mechanischen Schwingungen können in beträchtlichem Maße reduziert werden, indem die Einzelteile, wenn es gewünscht wird, stoßgesichert gelagert werden. Um die Welle 718 in oszillierende Schwenkbewegung zu versetzen, kann auch ein Galvanometer Anwendung finden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann hierzu ein von der Firma General Scanning Inc. gefertigtes Galvanometer Modell G-108lVerwendung finden, das von einem Treiberverstärker betrieben wird, bei dem es sich um einen von der Firma General Scanning Inc. hergestellten Verstärkermodell A-100 handeln kann.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind unterhalb der Spindüse 719 Sammellinsen 722 und 723 kurzer Brennweite vorgesehen, die ungefähr auf die Achsen der Bündel 716 bzw. 717 ausgerichtet sind und die den Bündelteil 720 bzw. den Bündelteil 721 auf Diffusoren 724 bzw. 725 fokussieren. Bei dem in Fig. 7 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel können die Sammellinsen 722 und 723 6 mm Brennweite aufweisen. Die Diffusoren 724 und 725 können, wie auch der Diffusor 705, optische Diffusoren mit 4,7 mm (3/16 Inch) Durchmesser sein. Die Verwendung solcher Sammellinsen ist wünschenswert, da eine ungewünschte Empfindlichkeit in Bezug auf die Ausrichtlage der Spinndüse und der Exzentrizität der Kapillare dadurch verringert wird. Faseroptische Röhren 726 und 727, die unterhalb der Diffusoren angeordnet sind, übertragen das Licht der Bündelteile 720 bzw. 721 zu Photoelektronenvervielfachern 728 bzw. 729, die die Spannung gen 10 und 1e erzeugen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel können als faseroptische Röhren 726 und 727 und ebenfalls als Röhre 706 übliche Faseroptiken von 3,2 mm (1/8 Inch) vorgesehen sein. Die Photoelektronenvervielfacher 728, 729 und 707 können vom Typ 4517 sein, der von der Firma Radio-Corp. of America hergestellt wird. Andere Einrichtungen zum Abfühlen der Größe der Energie der Bündel und zum Erzeugen eines diese Stärke wiedergebenden Spannungssignals können ebenfalls zur Anwendung gebracht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
  • Da die Bündel 716 und 717 längs Randes Kreises schwingen, dessen Mittelpunkt das Zentrum der Kapillaren der Spinndüse 719 bildet und da die Spinndüse 719 sich dreht, oszilliert die enge der von den Bündeln 716 und 717 durch die Spinndüse 719 hindurchtretenden Strahlung, wobei die Amplitude dieser Oszillation zunimmt, wenn sich die Spinndüse so dreht, daß eine Kapillare in den Abtastweg der Bündel hineinbewegt wird. Diese Oszillationen erreichen ein Maximum, wenn das Zentrum der Bündel 716 und 717 mit dem Zentrum der Kapillare zusammenfällt. Anschließend nimmt die Amplitude auf Null ab, wenn die Kapillare der Spinndüse sich aus dem Abtastweg der Bündel herausbewegt und kein Licht der Bündel 716 und 717 mehr durch die Kapillare hindurchtreten kann. Fig.
  • 9 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgangsspannungen, nämlich des Bezugssignals IR sowie der Signale 10 und 1e die sich ergeben, wenn die Spinndüse sich so dreht, daß eine Kapillare durch sieben aufeinanderfolgende Durchläufe der Bündel 716 und 717 abgetastet wird. Wenn sich die Spinndüse 719 aus einer Stellung, in der kein Teil der Bündel 716 und 717 auf die Kapillare fällt, sich in eine Stellung dreht, in der ein kleiner Teil der Bündel 716 und 717 durch die Kapillare hindurchfällt, dann wird für das Signal des Axialbündels ein erster Spannungsimpuls 901 und für das Signal 1e des Winkelbündels ein erster Spannungsimpuls 902 erzeugt, der mit dem Spannungsimpuls 901 zeitgleich ist, jedoch eine geringere Amplitude besitzt. Wenn sich die Spinndüse 719 weiterdreht, während die Bündel 716 und 717 radial hin- und herschwingen, tritt ein größerer Teil der Bündel 716 und 717 durch die Kapillare hindurch, bis Spitzenspannungsimpulse 903 und 904 erzeugt werden, wenn das Zentrum der Bündel 716 und 717 mit dem Zentrum der Kapillare zusammenfällt. Bei weiterer Drehung der Spinndüse entstehen Spannungsimpulse abnehmender Amplitude, die in der Art den vorher beschriebenen ansteigenden Spannungsimpulsen entsprechen (jedoch in der Amplitude abnehmend sind).
  • Die gezeigte ungleichmäßige Form der Signale Iot le und 1R wird durch die kleinen Termvariationen in der Leistungsabgabe des Laserstrahlenbündels 702 hervorgerufen. Die Impulsformen für Iot 1e und IR, wie sie in Fig. 9 dargestellt sind, werden dann der in Fig. 10 gezeigten elektronischen Schaltung zugeführt.
  • Bei der Schaltung von Fig. 10 werden die Impulse der Signale Iot IRund 1e in Verstärkereinrichtungen 1001, 1002 bzw. 1003 eingegeben, um die Spannungspegel auf verarbeitbare Amplituden KIo, KIR bzw. K18 zu bringen. Diese verstärkten Signale werden dann Divisbnsschaltungen 1004 und 1005 zugeführt, die sowohl die Signale des Winkelbündels als auch die Signale des Axialbündels mit dem Bezugssignal vergleichen, so daß die Verhältnisse Io/IR und Ie/IR ermittelt werden, die in Fig.
  • 11 dargestellt sind. Die Signale 10 und 18 werden durch das Signal IR dividiert, so daß die vorstehend erwähnten langen und kurzen Termvariationen in der Ausgangsleistung des Laserstrahlenbündels 702 kompensiert werden, die die Ursache dafür sind, daß die Impulsformen der Signale Iot 18 und 1R in der Weise gezackt sind, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. Daher sind die Impulsformen der Signale Io/IR und Ie/IR sehr glatt, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist.
  • Wie aus Fig. 10 zu ersehen ist, werden die Signale IO/IR und I#/IR dann Spitzenwert-Detektoren 1006 und 1007 zugeführt.
  • Diese Detektoren 1006 und 1007 ermitteln und speichern den Spitzenwert der Amplitude jedes Signalimpulses, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, und erzeugen Signale Io/IR Spitze und Ie/IR Spitze. Es ist zu bemerken, daß bei jeder der aufeinanderfolgenden Abtast-Schwenkbewegungen der Bündel 716 und 717, die über die Kapillare hinwegverlaufen, die in den Detektoren1006 und 1007 gespeicherten Spitzenspannungen ansteigen, bis der Durchgang der zentralen Spitzenspannungsimpulse 903 und 904 erfolgt, wie sie in Fig. 9 gezeigt sind. Die Signale 101R Spitze und I/IR Spitze werden dann einer Divisionsschaltung 1008 zugeführt, die das dem Intensitätsverhältnis entsprechende Signal Ie/Io Spitze bildet.
  • Wie bereits früher bemerkt, steht das Intensitätsverhältnis, das durch das Signal 1e /Io Spitze ausgedrückt ist, über die Gleichung von Fig. 4 mit dem Längen-Durchmesser-Verhältnis L/D in Beziehung. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 wurde diese Gleichung graphisch wlöst, nachdem das Verhältnis Ie/Io dadurch ermittelt worden war, daß der abgelesene Wert von 1 durch den abgelesenen Wert von Io dividiert worden war. Wie aus der Betrachtung der Fig. 5 deutlich wird, sind die Kurven für Schwenkwinkel von 25° und weniger in dem Bereich niedriger L/D-Werte im wesentlichen linear, insbesondere bis zu einem L/D-Wert von 0,7. Bei der elektronischen Schaltung des zweiten Ausführungsbeispiels, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, wird daher das Signal Ie/Io Spitze in einen analogen Komputer 1009 eingegeben, der als Analogrechner eine lineare Näherung y = ax + b oder L/D = K(I8/I0) + C oder L/D = -1.898(Ie /in) + 1.716 der Kurve von Fig. 5 für den ausgewählten Winkel berechnet und die Gleichung nach dem Wert von L/D löst. Der erhaltene Wert L/D wird dann in einen Multiplikator 1010 eingegeben und in diesem mit dem Nenndurchmesser Dnominal multipliziert, um ein analoges Signal LA zu erzeugen, dessen Spannung die Länge der Kapillare wiedergibt. Das analoge Signal LA wird dann einer Analog-Digital-Wandler- und Wiedergabeeinri chtung 1011 eingegeben, wo der Wert von LA als digitaler wert LD visuell wiedergegeben wird, der die Länge der Kapillare angibt. Dieser Wert LD wird einem Rekorder 1012 zugeführt, wo der Wert LD gespeichert wird. Auf diese Weise wird der endgültige Wert L der Länge der Kapillare ermittelt.
  • Der Wert D für den Durchmesser der Kapillare wird ermittelt, indem in Rechnung gesetzt wird, daß, wie bereits früher bemerkt, das der Energie in dem einen Bündelteil entsprechende Signal Io proportional der Querschnittsfläche des zugeordneten Axialbündels ist und daß die Kreisfläche proportional dem Quadrat des Durchmessers des Kreises ist, so daß gilt: oder
    D=K T Io/IR Spitze.
  • Wie aus Fig. 10 zu ersehen ist, wird das Signal Io/IR Spitze in eine Radizierschaltung 1013 eingegeben, die die Quadratwurzel von Io/IR Spitze zieht. Das Signal
    t/To7IR Spitze
    wird dann einem Multiplikator 1014 zugeführt und mit einem geeigneten K-Wert multipliziert, so daß ein analoges Signal DA erzeugt wird, das den Durchmesser D der Kapillare wiedergibt. Der K-Wert kann ermittelt werden, indem man Standardbohrungen bekannter Durchmesser mißt. Das analoge Signal DA wird dann einer Analog-Digital-Wandler- und Wiedergabeeinrichtung 1015 zugeführt, die ein digitales Signal DD wiedergibt und dieses dem Rekorder 1012 zuführt, wo dieser Wert DD aufgezeichnet wird. Auf diese Weise wird der endgültige Wert D des Durchmessers der Kapillare ermittelt.
  • Bei einer anderen Variante (die nicht gezeigt ist) dieses Ausführungsbeispiels kann das von dem Multiplikator 1014 erzeugte Signal DA dem Multiplikator 1015 zugeführt werden und das Signal LA kann erzeugt werden, indem man L/D mit DA anstelle mit Dnominal multipliziert. Obgleich die Verwendung des Signalwerts von DA anstelle von Dnominal eine größere Genauigkeit ergibt, reicht die Genauigkeit der Ergebnisse auch bei Verwendung des Werts von Dnominal für vielfache Anwendungszwecke völlig aus.
  • Wie bereits oben erwähnt, ermitteln die Detektoren 1006 und 1007 während des Meßvorgangs einer einzelnen Kapillare den höchsten Amplitudenwert der zugeführten oszillierenden Spannungen und speichern diesen Spitzenwert. Die Vorrichtung gemäß Fig. 7 mißt aufeinanderfolgende Kapillaren, da, wie erinnerlich, die Spinndüse 719 gedreht wird, so daß die gemessene Kapillare aus dem Abtastweg der Bündel 716 und 717 herausgeschwenkt wird und die nächstfolgende Kapillare,die gemessen werden soll, in den Abtastweg der Bündel 716 und 717 hineinbewegt wird. Da die Detektoren 1006 und 1007 den höchsten Amplitudenwert der zugeführten oszillierenden Spannungen speichern, muß die gespeicherte Spannung, d.h. die Signale lol IR Spitze und 18 / IR Spitze, auf Null zurückgeführt werden, bevor die nächstfolgende Kapillare gemessen werden kann. Zu diesem Zweck ist bei der in Fig. 10 gezeigten Schaltung ein Nullsteller 1016 für die Detektoren 1006 und 1007 vorgesehen.
  • Der Nullsteler 1016 arbeitet in der Weise, daß er das Nichtvorhandensein eines Signals Io / 1R an der Divisionsschaltung 1004 feststellt, wenn die Spinndüse 719 sich so dreht, daß die gerade gemessene Kapillare völlig aus dem Abtastweg der Bündel 716 und 717 heraushewegt wird. Bei Fehlen des Signals 10 / IR erzeugt der Nullstener 1016 ein Nullstellsignal, das den Detektoren 1006 und 1007 zugeführt wird und das bewirkt, daß die Spannungen der Signale Io / IR Spitze und 1e / IR Spitze auf Null abfallen. Die Detektoren 1006 und 1007 sind dann bereit, um die Amplitude der ansteigenden Signale Io/IR und 1e / 1R zu ermitteln und zu speichern, wenn die Drehbewegung der Spinndüse 719 die nächstfolgende Kapillare, die gemessen werden soll, in den Abtastweg der Bündel 716 und 717 hineinbewegt.
  • In Fig. 13 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der in Fig. 10 schematisiert angedeuteten Schaltung gezeigt. Es ist ersichtlich, daß auch andere spezielle Ausführungsbeispiele von Schaltungen verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
  • Bei der Schaltung gemäß Fig. 13 sind als Verstärkereinrichtungen 1001, 1002 und 1003 von der Firma Burr-Brown Corp.
  • hergestellte Verstärker,Modell 3129, vorgesehen, die in Nebenschaltung mit einem veränderbaren Widerstand einem Kondensator und einer Diode betrieben werden. Es können auch andere bekannte Schaltungen als Verstärkereinrichtungen 1001, 1002 und 1003 Verwendung finden.
  • Die Ausgangssignale der Verstärkereinrichtungen 1001, 1002 und 1003 werden in Divisionsschaltungen 1004 und 1005 zugeführt, die bei dem speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 13 durch einen Divisor, Modell 4098, hergestellt von der Burr-Brown Corp., gebildet sind. Andere bekannte Divisionsschaltungen können anstelle der erwähnten Einrichtungen Verwendung finden.
  • Die Signale Io / IR und 1e / IR' die von den Divisionsschaltungen 104 und 105 kommen, werden über die Detektoren 1006 und 1007 weitergeleitet. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.
  • 13 ist der Detektor 1006 als Kombination aus einem Verstärker Modell 3020, hergestellt von der Burr-Brown Corp. , und einem Spitzenwertdetektormodul Modell 4084, hergestellt von der Burr-Brown Corp. , ausgebildet. Der Detektor 1007 ist dem Detektor 1006 ähnlich, abgesehen davon, daß der Verstärkerteil zum Zwecke des einfachen Abgleichs einen veränderbaren Widerstand aufweist.
  • Die Ausgangssignale werden sodann von den Detektoren 1006 und 1007 der Divisionsschaltung 1008 zugeführt, die bei dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Divisor Modell 4096, hergestellt von der Burr-Browun Corç,gebildet ist. Andere übliche Schaltungen könnten anstelle der hier beschriebenen Divisionsschaltungen 1004, 1005 sowie 1008 Verwendung finden.
  • Das Ausgangssignal le / Io Spitze wird von der Divisionsschaltung 1008 dann dem analogen Komputer 1009 zugeführt. Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 13 ist als analoger Komputer 1009 ein Verstärker Modell 3022, hergestellt von der Burr-Brown Corp., vorgesehen, der das Signal 1e / Io Spitze mit dem K-Wert multipliziert. Dann wird über einen veränderbaren Widerstand der Wert C hinzuaddiert, so daß ein Signal mit dem Wert K (Ie / Io Spitze) + C gebildet wird, bei dem es sich um den Wert von L/D handelt. Dieses für den Wert L/D kennzeichnende Signal wird dann in einem Verstärker Modell 3022 , hergestellt von der Burr-Brown Corp.Jverstärkt.
  • Das verstärkte Signal mit dem Wert L/D wird dann bei dem speziellen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 dem Multiplikator 1010 zugeführt,wobei ein einstellbarer Widerstand vorgesehen ist, um das Signal mit dem Wert D nominal multiplizieren, um das Signal LA zu erzeugen. Wenn es gewünscht wird, den L/D-Wert mit DA zu multiplizieren, dann kann anstelle des veränderbaren Widerstands eine geeignete übliche Schaltung vorgesehen sein. Als Multiplikator 1010 können auch andere geeignete bekannte Schaltungen vorgesehen werden.
  • Das von den Multiplikator 1010 erzeugte Signal LA wird dann der Analog-Digital-Wandler und Wiedergabeeinrichtung 1011 zugeführt, die bei dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel ein digitales Einbauinstrument vom Typ Datascan1 Modell 520-V31 aufweist, das von der Datascan Corp. hergestellt wird.
  • Die Wandler- und Wiedergabeeinrichtung 1011 erzeugt ein digitales Signal LD, das die Länge der Kapillare kennzeichnet. Dieses Signal wird dem Recorder 1012 zugeführt, bei dem es sich bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 13 um einen Hewlett-Packardl Modell 5055 A1 Digital-Recorder, hergestellt von der Hewlett-Packard Corp. handelt. Wie ebenfalls aus Fig. 13 hervorgeht, wird das Signal Io / 1R Spitze, das von dem Detektor 1006 erzeugt wird, auch der Radizierschaltung 1013 zugeführt, bei der es sich bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 13 um die Kombination eines Verstärkers1 Modell 3020, hergestellt von der Burr-Brown Corp., mit einer Radiziereinheit, Modell 9874, für Quadratwurzeln, hergestellt von der Burr-Brown Corp., handelt. Andere übliche Schaltungen zum Ziehen von Quadratwurzeln können ebenfalls Anwendung finden, wenn dies gewünscht wird.
  • Das Signal
    XIo /IR Spitze,
    das von der Radizierschaltuny 1013 erzeugt wird, wird dann dem Multiplikator 1014 zugeführt, wo der Wert DA, bei dem es sich um den den Durchmesser der Kapillare wiedergebenden analogen Wert handelt, durch einen veränderbaren Widerstand berechnet wird, der den K-Wert mit dem Wert des Signals
    VIo/IR Spitze
    multipliziert. Andere multiplizierende Schaltungen üblicher Art können ebenfalls verwendet werden, wenn dies gewünscht wird.
  • Das Signal DA, bei dem es sich um den analogen Ausdruck des Durchmessers der Kapillare handelt, wird dann der Analoge Digital-Wandler- und Wiedergabeeinrichtung 1015 zugeführt, bei der es sich bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 13 um ein digitales Einbauinstrumentl Modell 520-V3 Datascan, hergestellt von der Datascan Corp.handelt.
  • Das digitale, den Durchmesser der Kapillare wiedergebende Signal D D wird dann dem bereits vorher beschriebenen Recorder 1012 zugeführt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 enthält der Nullsteller 1016 im wesentlichen einen Sliding-Integrator und einen Komparator mit einem Verstärker Modell 3022, hergestellt von der Firma Burr-Brown Corp.
  • Ergebnisse, die für viele Anwendungszwecke von guter Genauigkeit sind, lassen sich mit dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel erreichen. Bei Benutzung dieses zweiten Ausführungsbeispiels kann eine durchschnittliche Standard-Versuchsabweichung von 0,51 Mikron erreicht werden.Ein Korrelationskoeffizient von 0,94 wird im Vergleich zur Längenmessung von Kapillaren mit einem abtastenden Elektronenmikroskop erreicht.
  • Auf einfache Weise kann das zweite Ausführungsbeispiel geeicht werden, indem man das Verhältnis 1e / 1o elektronisch so einstellt, daß beim Messen einer Standardkapillare Meßergebnisse für Länge und Durchmesser erreicht werden, die den entsprechenden, durch ein abtastendes Elektronenmikroiop ermittelten Werten gleich sind. Bei über einen längeren Zeitraum durchgeführten Messungen wurde beobachtet, daß die I;olchen Eichung sich in einem/Maße veränderte, daß in regelmäßigen Abständen von ungefähr einer Stunde eine Nacheichung erforderlich wurde. Diese Abweichung (der Eichung) wird nach einer Theorie den unterschiedlichen Geschwindigkeiten zugeschrieben, mit denen sich in den Photoelektronenvervielfachern die Anwärm- und/oder Ermüdungserscheinungen vollziehen. Da die Eichung sehr sorgfältige Einstellungen des Verhältnisses 1e / Io erfordert, hat es sich herausgestellt, daß es eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse bedeutet, wenn man die Vorrichtung zuerst so genau wie möglich eicht und dann jede einzelne Kapillare einer Standard-Spinndüse vermißt. Sodann werden Korrekturwerte ar Anwendung gebracht, die auf der Abweichung der durchschnittlichen Länge der Kapillare von einem "Standardwert" aufgebaut sind.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel erlaubt es, Länge und Durchmesser der Kapillaren schnell zu ermitteln. Bei Verwendung des zweiten Ausführungsbespiels benötigt man lediglich ungefähr zwei Minuten, um die Längen und Durchmesser der Kapillaren bei einer Spinndüse zu messen, die dreizehn Spinndüsenöffnungen besitzt. Sämtliche Kapillaren einer Doppelkreis-Spinndüse mit 38 öffnungen können in sechs bis acht Minuten gemessen werden.
  • Obzwar das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung Messungen ermöglicht, die für viele Verwendungszwecke völlig geeignet sind, ist es doch in manchen Fällen darüberhinaus wünschenswert, eine Verringerung der mechanischen Vibrationen der Systemteile und eine Vergrößerung der Zeiträume zwischen den Eichvorgängen zu erhalten, die Werte für Länge und Durchmesser ausgedruckt zu erhalten, sowie eine ausgedruckte Information zu bekommen, wenn Kapillaren festgestellt werden, bei denen die Länge oder der Durchmesser außerhalb der Toleranzgrenzen liegen.
  • Ein drittes, in Fig. 14 dargestelltes Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel in bestimmter Hinsicht vorteilhaft,und zwar insofern, als mechanische Vibrationen verringert und die Zeiträume zwischen den Eichvorgängen vergrößert sind und insofern, als die Daten der gemessenen Längen und Durchmesser zusammen mit einer ausgedruckten Angabe über Toleranzüberschreitungen hierbei als ausgedrucKter Datenstreifen erhalten werden.
  • Die mit dem zweiten Ausführungsbeispiel ermittelten Meßwerte für Länge und Durchmesser sind zwar, was die Genauigkeit anbelangt, für viele Anwendungszwecke voll geeignet, jedoch können zyklische Schwankungen der Meßwerte auftreten.
  • Entsprechend einer Theorie wird vermutet, daß diese zyklischen Schwankungen der Meßwerte mit unkompensierten Schwankungen in der Ausgangsleistung des Lasers zusammenhängen. Während nämlich die Gesamtausgangsleistung des Lasers ganz stabil ist, ist die Ausgangsleistung in jeder einzelnen Polarisationsebene nicht konstant und kann bis zu 30 % schwanken. Dies bedeutet, daß jedes optische Glied, falls es reflektiertes Licht polarisieren sollte, Ursache für zyklische Schwankungen der Intensität des reflektierten Bündels sein könnte. Um diesen Effekt so weit wie möglich herabzusetzen, kann die aus einem einzigen Laser mit zugeordnetem Strahlteiler gebildete Einrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 durch eine Einrichtung mit zwei Lasern ersetzt werden, wobei jeder ein eigenes Bezugsbündel besitzt.
  • In Fig. 14 ist eine Vorrichtung mit einer Lasereinrichtung 1401, die ein Laserstrahlenbündel 1402 erzeugt und mit einer ähnlichen Lasereinrichtung 1403 gezeigt, die ein Laserstrahlenbündel 1404 erzeugt, das in einem Winkel von 25 gegenüber dem Laserstrahlenbündel 1402 verläuft. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 sind als Lasereinrichtungen 1401 und 1403 von der Firma Spectra-Physics, Inc. hergestellte 1,0 mw Helium-Neon-Laser, Modell 133, vorgesehen. Andere Einrichtungen zum Erzeugen von Laserstrahlenbündeln können ebenfalls angewendet werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
  • Um mitzuhelfen, die oben beschriebene Polarisationseffekte zu kompensieren, können die Lasereinrichtungen mit einer magnetischen Polarisiereinrichtung ausgerüstet werden, beispielsweise mit der Zusatzeinrichtung 'option 01" für die Spvctra-Physics-Lasereinrichtungen. Diese Polarisiervorrichtung ergibt eine Polarisation der Bündel im Verhältnis von 20 : 1 oder besser. Die Laserstrahlenbündel 1402 und 1404 werden dann gegen ebene optische Glasplatten 1405 und 1406 gerichtet. Die Glasplatten 1405 und 1406 lassen einen großen Prozentsatz, nämlich Bündelteile 1407 und 1408 der Laserstrahlenbündel 1402 bzw. 1404lhindurchfallen und reflektieren Bezugsbündel 1409 bzw. 1410, bei denen es sich nur um einen Bruchteil der Laserstrahlenbündel 1402 und 1404 handelt, auf Sensoren 1411 und 1412, die die Energie der Bezugsbündel 1409 bzw. 1410 ermitteln und Bezugssignale 1R1 und IR2 erzeugen, deren Spannung die ermittelte Energie wiedergibt und die verhältnismäßig konstant sind, ähnlich wie dies bei dem Bezugssignal des zweiten Ausführungsbeispiels der Fall ist, was aus Fig. 9 ersichtlich ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 14 können die Bezugsbündel 1409 und 1410 bei einem Winkel von 80 gegenüber der Senkrechten reflektiert werden, um ihre Polarisation zu verringern und dazu beizutragen, den oben beschriebenen Polarisationseffekt zu verringern. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 14 sind als Sensoren 1411 und 1412 Silizium-Photozellen-Leistungsmesser-Sensoren1 Modell 401B1 vorgesehen, die von der Firma Spectra-Physics,Inc. hergestellt sind. Andere Sensoreinrichtungen zum Ermitteln der Energie der Bezugsbündel und zum Erzeugen eines die Größe der Energie angebenden Spannungssignals können ebenfalls angewendet werden, ohne irgendwie den Bereich der Erfindung zu verlassen. Wie auch bei dem vorher beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ermöglichen die Bezugssignale IR1 und IR2 eine dauernde Überwachung der Ausgangsleistung der Laserstrahlenbündel.
  • Bei dem in Fig. 14 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel verlaufen die Bündelteile 1407 und 1408 in der waagerechten Ebene zueinander in einem ausgewählten Winkel, beispielsweise im Winkel von 250, und werden dann von zwei Prismen 1413 und 1414-reflektiert, so daß in gleicher Ebene verlaufende Bündel 1415 und 1416 gebildet werden, die allerdings gegenüber den Bündelteilen 1407 und 1408 in anderer Ebene verlaufen und zueinander denselben Winkel haben wie die Bündel 1407 und 1408. In ähnlicher Weise wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verlaufen die Bündel 14015 und 1416 auch bei dem jetzt beschriebenen Ausführungsbeispiel in einer vertikalen Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Stirnfläche einer Spinndüse l4l7verläuft und sind in einem solchen Abstand von der Spinndüse 1417, daß die Bündel 1415 und 1416 einander an einer Kapillare kreuzen, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist.
  • Das Bündel 1415 ist parallel zur Achse der Kapillare und bildet daher das Axialbündel, das dem Axialbündel 801 von Fig. 8 entspricht.
  • Das Bündel M16 ist gegenüber der Parallellage um den gewünscht ten Winkel geneigt und entspricht dem Winkelbündel 802 von Fig. 8. Die Energie im Bündelteil 1418 des Bündels 1415,der durch die Kapillare hindurchfällt, entspricht dem Wert Die Energie im Bündelteil 1419 des durch die Kapillare hindurchfallenden Bündels 1416 entspricht dem Wert 1e Die Prismen 1413 und 1414 sind auf einer zylindrischen Welle 1420 so angeordnet, daß sie um die Achse dieser Welle mittels einer geeigneten üblichen Einrichtung ebenso schwenkbar sind, wie dies in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert worden ist.
  • Eine oszillierende Schwenkbewegung der Welle 1420 verursacht, daß die Bündel 1415 und 1416 in radialer Richtung über die Stirnfläche der Spinndüse hin- und herstreichen, wie dies auch beim vorher beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
  • Die Spinndüse 1417 ist drehbar in einer geeigneten üblichen Halterung angeordnet, wie dies auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Durch geringe Drehgeschwindigkeit im Vergleich zur Geschwindigkeit der radial verlaufenden Abtastbewegung der Bündel 1415 und 1416 wird erreicht, daß mehrere Abtastungen jeder Kapillare erfolgen, d.h. daß jede Kapillare mehrmals von den Bündeln überlaufen wird, während sich die Spinndüse dreht. Die Drehgeschwindigkeit der Spinndüse 1417 und die Geschwindigkeit der oszillierenden Abtastbewegung der Bündel 1415 und 1416 kann gleich groß sein wie beim zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Wie aus Fig. 14 hervorgeht, sind unterhalb der Spinndüse 1417 in ungefähr auf die Achsen ir Bündel 1415 und 1416 ausgerichteter Lage Sensoren 1421 und 1422 angeordnet, die die Energie der Bündelteile 1419 bzw. 1418 ermitteln, die durch die Kapillare hindurchfallen, und die Signale 10 und 18 erzeugen, deren Spannung die Größe der Energie kennzeichnet und die den den in Fig. 9 gezeigten Signalen 10 und 1e des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich sind. Bei dem in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel kann es sich bei den Sensoren 1421 und 1422 um Silizium-Photozellen-Leistungsmesser-Sensoren, Modell 401B, hergestellt von der Firma Spectra-Physics, Inc., handeln.
  • Auch andere Einrichtungen zur Ermittlung der Energie der Bündel und zum Erzeugen eines die Größe der Energie angebenden Spannungssignals können angewendet werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
  • Wie es auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist, ist aufgrund der radial verlaufenden oszillierenden Bewegung der Bündel 1415 und 1416,die längs Radien des das Zentrum der Düsenöffnungen der Spinndüse 417 umgebenden Kreises verläuft, und aufgrund der Tatsache, daß die Spinndüse 417 umläuft, die Menge der Strahlung, die von den Bündeln 1415 und 1416 durch die Spinndüse 417 hindurchfallen kann, wechselnd, wobei die Amplitude dieser Schwingung zunimmt, wenn die Spinndüse sich so dreht, daß eine Kapillare in den Abtastweg der Bündel eintritt. Die Amplitude der Schwingungen erreicht ein Maximum, wenn die Zentren der Bündel 1415 und 1416 mit dem Zentrum einer Kapillare zusammenfallen. Anschließend nimmt die Amplitude der Schwingungen auf Null ab, wenn die Kapillare sich an dem Abtastweg der Bündel vorbeidreht und kein Licht der Bündel 1415 und 1416 durch die Kapillare hindurchfällt.
  • Daher ist die graphische Darstellung der Ausgangsspannung der Signale lor Ier IRI und IR2 analog der Darstellung gemäß Fig. 9, abgesehen davon, daß bei dem dritten Ausführungsbeispiel zwei Bezugssignale benutzt werden. Die Spannungen der Signale Iot Ier IR1 und IR2 werden dann in die in Fig. 15 gezeigte Schaltung, deren Funktion beschrieben wird, eingegeben.
  • Wie Fig. 15 zeigt, werden die Spannungen der Signale IO, I#, IR1 undIlR2 Verstärkereinrichtungen 1501, 1502, 1503 und 1504 zugeführt, um die Spannungspegel auf verarbeitbare Amplituden KI0, KIe, KIRI und KIR2 zu bringen. Diese Signale werden dann über Divisionsschaltungen 1505 und 1506 geführt, die das dem Signal des Winkelbündels mit/einen Bezugssignal und das Signal des Axialbündels mit dem anderen Bezugssignal vergleichen und Signale 1o / 1R1 und 18 / IR2 erzeugen, die den Signalen 10 / IR und 1e / IR des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich sind, die Fig. 11 zeigt. Die Signale 10 und 18 werden durch IR1 und IR2 dividiert, um die vorstehend erwähnten langen und kurzen Termvariationen in der Leistung der Laserstrahlenbündel 1402 und 1404 zu kompensieren. Diese Termvariationen sind die Ursache dafür, daß auch die Signale 1o, 1e' 1R1 und T in der Weise gezackt sind ,wie es bei dem in Fig. 9 gezeig-R2 der Fall ist ten zweiten Ausführungsbeispiel/. Daher sind die Impulsformen bei den Signalen 1o / IR1 und 1e / IR2 sehr glatt und ähneln den in Fig. 11 gezeigten Impulsformen.
  • Wie Fig. 15 zeigt, werden sie Signale IO / IR1 und I# / IR2 dann Pegelhöhendetektoren 1507 und 1508 zugeleitet. Diese Detektoren ermitteln und speichern den höchsten Amplitudenwert jedes Signalimpulses in gleicher Weise, wie dies auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist und erzeugen Signale 1o / IR1 Spitze und 18 / IR2 Spitze. Diese Spitzensignale werden dann einer Divisionsschaltung 1509 zugeführt, die das Signal I# / IR2 Spitze durch das Signal IO / IR1 Spitze teilt und das Verhältnis I# / IO Spitze ermittelt.
  • In gleicher Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel wird dieses Signal le / Io Spitze einem Analogrechner 1510 zugeführt, der eine lineare Näherung Y - ax + b oder L/D = K(I#/IO) + C oder L/D = -1.898(I#/IO) + 1,716 der Kurve von Fig. 5 für den gewünschten Winkel berechnet und der die betreffende Gleichung für den Wert von L/D löst. Der Wert L/D wird dann Einem Multiplikator 1511 zugeführt und dort mit dem Nenndurchmesser der Kapillare Dnominal multipliziert, um ein analoges Signal LA zu erzeugen, das die Länge der Kapillare wiedergibt. Das analoge Signal LA wird dann einer Analog-Digital-Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1512 zugeführt, in der das analoge Signal LA in ein digitales Signal LD umgesetzt wird. Dieses digitale Signal LD wird als Sichtanzeige wiedergegeben und einem Digital-Recorder 1513 zugeführt, in dem das digitale Signal LD aufgezeichnet wird.
  • Die Bestimmung des Werts D ist ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Fig. 15 zeigt, daß das Signal 1o / 1R1 Spitze vom Detektor 1508 in eine Radiziereinrichtung 1515 eingegeben wird, die die Quadratwurzel des Signals 1o / IR1 Spitze zieht. Das Signal
    I / IR1 Spitze
    wird dann einem Multiplikator 1516 zugeführt und mit einem geeigneten K-Wert multipliziert, um ein analoges Signal DA zu erzeugen, das den Durchmesser der Kapillare wiedergibt. Das analoge Signal DA wird dann einer Analog-Digital-Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1517 eingegeben, in der das analoge Signal DA in ein digitales Signal DD umgesetzt wird. Das digitale Signal DD wird als Sichtanzeige von der Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1517 wiedergegeben und zu dem Digitalrecorder 1513 weitergegeben, wo das digitale Signal DD aufgezeichnet wird.
  • Daher erhält der Digitalrecorder 1513 sowohl die Aufzeichnung des ermittelten Durchmessers als auch der ermittelten Länge jeder der Kapillaren der Spinndüse. Ein typisches ausgedrucktes Datenblatt mit derartigen Aufzeichnungen ist in Fig. 17 gezeigt.
  • Wie dies auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist, kann den Detektoren 1507 und 1508 ein Nullstellsignal zugeführt werden, da diese Detektoren den ermittelten Höchstwert der Amplitude der zugeführten schwankenden Impulse speichern und da die gespeicherte Spannung der Signale 1o / IR1 Spitze und 1e / IR2 Spitze auf die Spannung Null zurückgebracht werden müsen, bevor die nächstfolgende Kapillare gemessen werden kann. Für diese Nullstellfunktion weist die Vorrichtung gemäß Fig. 15 einen Nullsteller 1518 auf, der den Detektoren 1507 und 1508 zugeordnet ist. Der Nullsteller 1518 funktioniert in der Weise, daß er das Fehlen eines Signals KI8 iund K10 an den Verstärkereinrichtungen 1501 bzw. 1503 feststellt, wenn sich die Spinndüse 1417 so dreht, daß die eben gemessene Kapillare ganz aus dem Abtastweg der Bündel 1415 und 1416 herausbewegt wird. Beim Fehlen der letztgenannten Signale erzeugt der Nullsteller 1518 ein Nullstellsignal, das den Detektoren 1507 und 1508 zugeführt wird und das bewirkt, daß die Spannungen der Signale 1e / IR2 Spitze und 1o / IR1 Spitze auf Null abfallen. Die Detektoren 1507 und 1508 sind dann bereit, die Amplitude der oszillierend ansteigenden Spannungen der Signale 1o / IR1 und 1e / 1R2 zu ermitteln und zu speichern, wenn durch die Drehbewegung der Spinndüse 1417 die nächstfolgende Kapillare, die gemessen werden soll, in den Abtastweg der Bündel 1415 und 1416 hineinbewegt wird.
  • Der Nullsteller 1518 erfüllt die Nullstellfunktion selbsttätig. Wahlweise kann jedoch auch ein manuell betätigbarer Nullsteller 1519 in Tätigkeit gesetzt werden, um die Nullstellung aufgrund manuellen Eingriffs vorzunehmen.
  • Um es überflüssig zu machen, jedesmal den Recorder manuell einschalten zu müssen, sooft das Signal DD oder das Signal LD zum Ausdrucken zugeführt wird, kann eine Steuereinrichtung 1514 vorgesehen sein, um einen Druckzyklus jeweils auszulösen, nachdem eine Kapillare durch den Abtastweg der Bündel hindurchgelaufen ist.
  • Bei einer anderen Variante (die nicht gezeigt ist) dieses Ausführungsbeispiels kann das vom Multiplikator 1516 erzeugte Signal DA dem Multiplikator 1511 zugeführt werden und der Wert LA kann dann ermittelt werden, indem L/D mit DA multipliziert wird anstatt mit Nominal Obwohl die Verwendung des Werts DA anstelle des Werts Dnominal eine größere Genauigkeit ergibt, werden auch bei Verwendung des Werts Nominal Meßwerte erhalten, die für viele Anwendungszwecke voll und ganz zufriedenstellend sind.
  • Beim Messen der Kapillaren einer Spinndüse unter Verwendung des dritten Ausführungsbeispiels beobachtet die Bedienungsperson die Sichtanzeige der Wandler- und Anzeigeeinrichtung sowie die aufgezeichnete Wiedergabe mit den Werten der Länge und Durchmesser der Kapillare. Nachdem die Bedienungsperson in Gedanken eine bestimmte Toleranz in Rechnung gesetzt hat, kann die Bedienungsperson ersehen, obbei einzelnen Kapillaren der Durchmesser und/oder die Länge außerhalb der bestimmten betreffenden Toleranzgrenzen liegt und kann außerdem ersehen, welche Gesamtzahl von Kapillaren Durchmesserwerte oder Längenwerte aufweist, die außerhalb des Toleranzbereiches liegen.
  • So kann die Bedienungsperson das Vorliegen einer fehlerhaften Spinndüse ausmachen. Wenn die Werte für die Durchmesser und Längen ziemlich langsam ermittelt werden, kann eine geübte Bedienungsperson fehlerhafte Spinndüsen durch Betrachten der wiedergegebenen Durchmesserwerte und Längenwerte ausmachen, indem in Gedanken von der Bedienungsperson die Toleranzen in Rechnung gesetzt werden und im Kopf von der Bedienungsperson die Gesamtzahl sowie die Durchmesserwerte und Längen der außerhalb der Toleranz liegenden Kapillaren berücksichtigt werden. Wenn es jedoch gewünscht wird, die Kapillaren einer Spinndüse schnell zu vermessen, dann übersteigt die große Menge der der Bedienungsperson in einer kurzen Zeit gelieferten Längenangaben und Durchmesserangaben ihre Fähigkeit, die entsprechenden Überlegungen in der zum Ausmachen einer fehlerhaften Spinndüse zur Verfügung stehenden Zeit anzustellen. Wenn beispielsweise dreißig Kapillaren in einer Minute gemessen werden, fallen sechzig Meßwerte für die Längen und Durchmesser dieser dreißig Kapillaren an.
  • Auch eine sehr geübte Bedienungsperson könnte in diesem Falle nicht die Gedankenschritte durchführen, die hierbei erforderlich wären, um außerhalb der Toleranzen liegende Meßwerte festzustellen und ihre Gesamtzahl zu ermitteln.
  • Für schnelles Messen können analoge Komparatoren 1520 und 1521 zur Anwendung gebracht werden. Wenn diesen die geeigneten Nennspannungswerte und Toleranzgrenzen für die Durchmesser und Längen der Kapillaren eingegeben werden, vergleichen die Komparatoren elektrisch die analogen Werte mit Höchst- und Mindestwerten und erzeugen ein "Frei"-oder "Halt"-Signal, um anzugeben, oh die betreffende Länge oder der betreffende Durchmesser jeweils innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Die Ausgangssignale der Komparatoren können dem Digitalrecorder 1513 so eingekoppelt werden, daß ein ausgedrucktes Zeichen, beispielsweise der Buchstabe"n"in der ausgedruckten Spalte unmittelbar links von dem jeweiligen Meßergebnis ausgedruckt wird, das außerhalb des Toleranzbereichs liegt, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 können als Komparatoren 1520 und 1521 von der Firma Burr-Brown Corp. hergestellte Komparatoren1 Modell 4021/25 vorgesehen sein. Diese zur Feststellung außerhalb des Toleranzbereichs liegender Längen und Durchmesser angewendete Technik vereinfacht die Schwierigkeiten beträchtlich, die die Bedienungsperson hat, wenn sie durch Gedankenarbeit die Toleranzen in Rechnung setzen muß, um fehlerhafte Spinndüsen zu ermitteln. Wenn es gewünscht wird, schnell Durchschnittswerte der Meßergebnisse zu bilden, statistische Parameter zu berechnen oder die Vorrichtung selbsttätig zu eichen, dann kann ein digitaler Komputer, beispielsweise ein von der Firma Digital Equipment Corp.
  • hergestellter Kleinkomputer PDP-8/E-BA Anwendung finden.
  • In Fig. 16 ist ein spezielles Beispiel für die in Fig. 15 funktionell angedeutete Schaltung aufgezeigt. Es versteht sich jedoch, daß auch andere spezielle Ausführungsbeispiele der in Fig. 15 gezeigten Blockschaltung angewendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
  • Bei dem in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel der Schaltung sind als Verstärkereinrichtungen 1501, 1502, 1503 und 1504 in Reihenschaltung betriebene Verstärker, Modell 3129/15 der Burr-Brown Corp. vorgesehen. Es können hierfür jedoch auch andere bekannte Verstärkereinrichtungen angewendet werden.
  • Die Ausgangssignale der Verstärkereinrichtungen 1501, 1502, 1503 und 1504 werden den Divisionsschaltungen 1505 und 1506 zugeführt, bei denen es sich bei dem speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 16 um DivisorentModell 4098/25, hergestellt von der Burr-Brown Corp., handelt. Andere Divisoren bekannter Art können ebenfalls Verwendung finden.
  • Die Signale Io / IR1 und Ie / IR2, die von den Divistnsschaltungen 1505 und 1506 abgegeben werden, werden über die Detektoren 1507 und 1508 weitergeleitet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 handelt es sich bei diesen Detektoren um Spitzenwert-Detektormodule vom Modell 4084/25, hergestellt von der Burr-Brown Corp.
  • Die Ausgangssignale werden von den Detektoren 1507 und 1508 dann der Divisionsschaltung 1509 zugeführt, bei der es sich beim Ausführungsbeispiel von Fig. 16 um einen Divisor Modell 4096/15, hergestellt von der Burr-Brown Corp., handelt. Andere übliche Divisionsschaltungen können ebenfalls Verwendung finden.
  • Das von der Divisionsschaltung 1509 abgegebene Signal le / Io Spitze wird dann dem Analogrechner 1510 zugeführt, bei dem es sich beim Ausführungsbeispiel von Fig. 16 um einen Verstärker1 Modell 3020/15 der Burr-Brown Corp. handelt, der das Signal 18 / Io Spitze mit dem K-Wert multipliziert. Der C-Wert wird dann über einen veränderbaren Widerstand hin zugefügt, um den Wert K(Ko / Io Spitze) + C zu bilden, bei dem es sich um den Wert des Verhältnisses L/D handelt. Der Wert von L/D wird dann dem Multiplikator 1511 zugeführt. In dem speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 16 wird ein veränderbarer Widerstand dazu verwendet, um das Signal LA durch Multiplikation des Signals mit dem Wert Nominal 1 zu bilden. Wenn es gewünscht wird, den L/D-Wert mit DA zu multiplizieren, dann kann anstelle des veränderbaren Widerstandes eine andere geeignete bekannte Schaltung angewendet werden. Auch andere bekannte Schaltungen können als Multiplikator 1511 verwendet werden.
  • Das vom Multiplikator 1511 erzeugte Signal LA wird dann der Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1512 zugeführt, bei der es sich beim Ausführungsbeispiel von Fig. 16 um ein digitales Einbauinstrument1 Modell Datascan 520-V3, hergestellt von der Datascan Corp. handelt. Bei einer solchen Ausführung der Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1512 wird das analoge Signal LA in ein digitales Signal umgesetztl und das digitale Signal wird als Sichtanzeige für visuelle Beobachtung wiedergegeben.
  • Das digitale Signal wird dann dem Digitalrecorder 1513 zugeführt, bei dem es sich beim speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 16 um einen Digitalrecorder Modell 5055der Firma Hewlett-Packard handelt. Dieses Instrument ist besonders geeignet, da eine Kapazität von zehn Stellen und eine Schreibgeschwindigkeit von zehn Linien pro Sekunde besitzt und ein internes Sperrsignal erzeugt, um während des Druckvorganges das von der Datenquelle zugefuhrte Signal konstant zu halten.
  • Bei dem in Fig. 16 gezeigten speziellen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung 1514 für die Druckvorgänge durch eine Anordnung gebildet sein, die einen Verstärker1 Modell 3020/15 aufweist, der von der Burr-Brown Corp. hergestellt ist und der mit einem Eingang mit dem Sliding-Integrator des Nullstellers 1518 verbunden ist. Durch Einstellen eines geeigneten Vorspannpegels an dem Komparator,der in Verbindung mit der Wandler- und Anzeigeeinrichtung arbeitet, wird erreicht, daß der Druckvorgang stattfindet, kurz bevor die Spitzenwert-Detektoren 1507 und 1508 auf Null zurückgestellt werden, so daß sichergestellt wird, daß nur die tatsächlich in Frage kommenden Daten gedruckt werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 16 sind als Nullsteller 1518 Dioden vorgesehen, die in Verbindung mit einem Verstärker, flodell 3020/15 arbeiten, der von der Burr-Brown Corp.
  • hergestellt ist und der mit einer nebengeschalteten Kombination aus Kondensator und veränderbarem Widerstand arbeitet.
  • Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit dem Eingang eines Verstärkers Modell 3020/15,der Burr-Brown Corp. verbunden. Der Ausgang dieses Verstärkers wiederum ist mit einer Diode und einem veränderbaren Widerstand in Verbindung, welche über einen geeigneten Schalter mit dem Nullstelleingang der Detektoren 1507 und 1508 verbunden sind. Als Nullsteller kann auch eine andere geeignete Schaltung Anwendung finden.
  • Der manuelle Nullsteller 1519 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 als Schalter mit aufgeprägter Spannung ausgebildet. Es könnte auch eine andere bekannte Einrichtung hierfür vorgesehen sein.
  • Bei dem Beispiel von Fig. 16 können die Komparatoren 1520 und 1521 Fensterkbmparatoren1 Modell 4021/25sein, hergestellt von der Firma Burr-Brown Corp.
  • Das Signal Io / IR1 Spitze, das durch den Detektor 1508 erzeugt wird, wird bei dem Beispiel gemäß Fig. 16 der Radiziereinrichtung 1515 zugeführt, bei der es sich bei dem vorliegenden Beispiel um die Kombination eines Verstärkers1 Modell 3020/151 der Burr-Brown Corp. mit einem Quadriermodul,Modell 9874/19, der Firma Bürr-Brown Corp. handelt. Auch andere übliche Einrichtungen zum Ziehen von Quadratwurzeln könnten nach Wunsch Anwendung finden.
  • Das Signal
    QIo T IR1 Spitze,
    das von der Radiziereinrichtung 1515 erzeugt wird, wird dann dem Multiplikator 1516 zugeführt, wo der Wert DA, bei dem es sich um den analogen, den Durchmesser der Kapillare wiedergebenden Wert handelt, durch einen veränderbaren Widerstand berechnet wird, der einen geeigneten K-Wert mit dem Wert
    \/Io / IR1 Spitze
    multipliziert. Andere Multiplikationsschaltungen üblicher Art können ebenfalls nach Wunsch Anwendung finden.
  • Das Signal DA, das den analogen Ausdruck des Durchmessers der Kapillare darstellt, wird dann der Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1517 zugeführt, die bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 16 gleich aufgebaut ist wie die Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1512. Wie bei der Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1512 ist auch die Wandler- und Anzeigeeinrichtung 1517 mit dem Digitalrecorder 1513 gekoppelt.
  • Beim Aufstellen der Gleichung von Fig. 4 wurde von der Annahme ausgegangen, daß eine genau gleichförmige Energieverteilung über den Querschnitt des Lichtbündels gegeben ist, daß die Kapillare die Form eines idealen aufrechten Kreiszylinders hat, daß die Wände der Kapillare einen Absorptionskoeffizienten von 1,0 aufweisen und daß keine Beugungseffekte auftreten. Wenn es gewünscht wird, können auch diese Faktoren in die Gleichung von Fig. 4 hereingenommen und die lineare Näherung der Kurve für jeden beliebigen gewählten Winkel entsprechend geändert werden. Als Weiterentwicklung kann dabei die unter den obigen Voraussetzungen aufgestellte Näherungsgleichung, die lautet: L/D = -l.90(I25/Io) + 1.72 empirisch abgeändert werden in die Gleichung: L/D = -2.53(I25/Io)+ 2.30, welche auf der Basis der Korrelation der Länge und Durchmesser, die mit Hilfe der Erfindung gemessen sind, mit den entsprechenden elektronenmikroskopisch ermittelten Werten aufgestellt ist.
  • Durch Anwendung der Erfindung werden Meßergebnisse erhalten, deren Genauigkeit für viele Anwendungsfälle ausreicht, ungeachtet, ob neu gefertigte Spinndüsen oder überholte1 gebrauchte Spinndüsen vermessen werden sollen. Beim Vermessen gebrauchter, überholter Spinndüsen kann jedoch eine größere Meßgenauigkeit erreicht werden, wenn man eine Korrektur für die'tAusbeulung" der Stirnfläche der Spinndüse vorsieht, wie sie durch die Druckeinwirkung beim Spinnvorgang normalerweise auftritt.
  • Neu hergestellte Spinndüsen weisen eine ebene oder im wesentlichen ebene Stirnfläche auf, wobei die Kapillaren so angeordnet sind, daß ihre Achsen parallel zur Achse der Spinndüse verlaufen. In Fig. 18 ist ein Längsschnitt durch eine neu gefertigte Spinndüse 1801 gezeigt, die eine ebene Stirnfläche 1802 und eine Reihe von Kapillaren 1803 aufweist, deren Achsen parallel zur Achse der Spinndüse 1801 verlaufen.
  • Daher verläuft ein parallel zur Achse der Spinndüse 1801 verlaufendes Lichtbündel auch parallel zur Achse der Kapillaren 1803, wie es auch in Fig. 2 dargestellt ist.
  • Aufgrund des äußerst hohen Drucks des geschmolzenen oder gelösten polymeren Stoffs, der als Fäden durch öffnungen der Spinndüse extrudiert wird, tritt beim Betrieb der Spinndüse normalerweise ein Ausbeulen derselben ein, wodurch die Seite der obereSStirnfläche der Spinndüse eine konkave Form annimmt, die einem Teil einer Kugelhe entspricht. In Fig. 19 ist eine überholte, gebrauchte Spinndüse 1901 gezeigt, die eine konkave Stirnfläche 3902 (wobei die konkave Wölbung etwas übertrieben ist) sowie mehrere Kapillaren 1903 aufweist, deren Achsen um einen Winkel gegenüber der Achse der Spinndüse 1901 geneigt sind. Da die Achse der Kapillaren 1903 im Winkel PI etwas geneigt zur Achse der Spinndüse 1901 verläuft, fällt ein Lichtbündel, das parallel zur Achse der Spinndüse 1901 gerichtet ist unter dem Winkel durch die Kapillare hindurch, wie es in Fig. 3 für den Winkel 8 dargestellt ist. Daher ist der Winkel zwischen dem Strahlenbündel und der Achse der Kapillare im wesentlichen derselbe Winkel wie der Winkel zwischen der Senkrechten zum Strahlenbündel und einer Tangente an einen Großkreis der Kugel.
  • Da es in bestimmten Fällen oftmals wünschenswert ist, die Genauigkeit der Meßergebnisse, die beim Messen überholtertgebrauchter Spinndüsen erhalten werden, zu verbessern, kann man eine Kompensation für den Fall anwenden, daß die Achse der Kapillaren bereits aufgrund des in Fig. 19 gezeigten Ausbeulens der Spinndüse etwas geneigt verläuft.
  • Wie bereits früher erwähnt setzt die Gleichung von Fig. 4 die Werte 1e t Iot L, D und 8 miteinander in Beziehung und basiert auf einem I0-Wert, der erhalten wird, wenn die Achse der Kapillaren parallel zur Achse des Lichtbündels verläuft, wie es in Fig. 2 und 18 der Fall ist. Wirddie Erfindung dazu angewendet, um die Kapillare gebrauchter, überholter Spinndüsen zu messen, die eine ausgebeulte Stirnfläche aufweisen, wie es in Fig. 19 gezeigt ist, dann kann der Wert 10 nicht erhalten werden, wenn man auf die Kapillare 1903 ein Lichtbündel wirft, das parallel zur Achse der Spinndüse 1901 fällt. Wenn ein zur Achse der Spinndüse 1901 paralleles Bündel durch die Kapillare 1903 hindurchgeworfen wird, dann wird nicht der Wert Iot sondern der Wert erhalten.
  • Wenn man daher die Ausbeulung berücksichtigen will, gilt die Gleichung von Fig. 4 nicht mehr, sondern es muß eine neue Gleichung aufgestellt werden.
  • Eine geeignete Gleichung kann man aufstellen, indem man die Energie in zwei durch die Spinndüse hindurchgefallenen Lichtstrahlenbündeln,die beide nicht zur Achse der betreffenden Kapillare parallel sind, mißt. Dabei wird ein Wert von einem Lichtbündel erhalten, das parallel zur Achse der Spinndüse fällt und das somit relativ zur Achse der Kapillare genau um den Winkel der Ausbeulung der Spinndüse geneigt ist. Der zweite Wert 1 wird bei einem Neigungswinkel relativ zur Achse der Kapillaren erhalten, der eine Funktion sowohl des Ausbeulwinkels als auch des ursprünglichen Einfallwinkels e ist. Dieser neue Einfallswinkel wird hier mit R bezeichnet, Wenn dieser Winkel als Funktion der meßbaren Winkel e und bekannt wäre, würde das Problem vereinfacht, da in diesem Falle I, e/Io dadurch erhalten würde, daß einfach für 8 in der Gleichung von Fig. 4 eingesetzt wird.
  • Die Beziehung zwischen diesen Winkeln ist in Fig. 20 dargestellt. Die Z"-Achse ist die axiale Richtung der Kapillaren der Spinndüse, die Z-Achse ist die Richtung des Einfallens des Strahlenbündels für I# und die Z'-Achse ist die Richtung des Einfallens des Bündels für I#,O. Die Y-Achse ist die Tangente an den Kreis um das Zentrum der Spinndüsenöffnungen der Spinndüse, und die X-Achse zeigt gegen das Zentrum der Spinndüse. Mit i, j und k sind Einheitsvektoren A längs der X-, Y- bzw. Z-Achse bezeichnet, während Z' und Z" A die Einheitsvektoren der Z-Achse bzw. der Z"-Achse bezeichnen. R ist der eingeschlossene Winkel zwischen Z' und Z".
  • A A Aus Fig. 20 ist zu ersehen, daß für die Vektoren Z' und Z" gilt: Z" = sin # j + cos #k, und Z" = sin # i + cos #k.
  • Damit kann der neue Einfallswinkel # erhalten werden, indem man das skalare Produkt von Z' mit Z" bildet: Z'. Z" = Z' Z" cos#.
  • Dadurch ergibt sich: cos# cos# = cos"; oder # = cos-1 (cos# cos#).
  • Nunmehr wird, wie früher angedeutet, I#,#/IO unmittelbar erhalten, indem 8 in der Gleichung von Fig. 4 durch R ersetzt wird.
  • I#,#/IO ist jedoch keine meßbare Größe. Was gemessen wird, ist der Parameter I#,#/I#, und die Gleichung von Fig. 4 geht in die in Fig. 21 aufgezeigte Form über.
  • Das Intensitätsverhältnis wird somit als Längen-Durchmesser-Verhältnis angegeben, da # als Funktion von # und # durch die obige Gleichung bekannt ist. Die Gleichung von Fig. 21 kann durch Iteration für Werte von 8 = 200 und = 250 gelöst werden. Für jeden Wert von # kann man # von 0° bis 10° in Schritten von je 20° sich ändern lassen. Ein Beispiel für die sich hierbei ergebenden Kurven ist in Fig. 22 für 8 = 250 und = 00, 40 und 100 dargestellt. Essei daran erinnert, daß der hauptsächlich interessierende Bereich ist: 0 < L/D <0,5.
  • Wählt man beispielsweise für L/D einen Wert von 0,2, so kann ersehen werden, daß ein Ausbeulen von 100 einen Fehler von ungefähr 2,6 Mikron bei der Länge einer Kapillare von 50 Mikron Durchmesser bedeuten würde. Dies ist ein verhältnismäßig großer Ausbeulwinkel. Jedoch kommen bei einigen großen Spinndüsen Ausbeulwinkel vor, die größer sind als 5°.
  • Bei Spinndüsen mit einem Durchmesser von ungefähr 76 mm oder mehr ist eine Korrektur, diens Ausbeulen herücksichtigt, besonders wünschenswert.
  • Die Erfindung kann dazu verwendet werden, um Spinndüsen zu vermessen, die zum Uberführen einer großen Vielfalt verschiedener polymerer Stoffe in Fäden unter Anwendung verschiedenster Spinnverfahren verwendet werden. Beispielsweise können Spinndüsen vermessen werden, die dazu dienen, um Polyester, Polyamide oder Polykarbonate im Schmelzspinnverfahren zu verspinnen. Es können auch Spinndüsen vermessen werden, die zum Verspinnen polymerer Akrylnitrile und Zelluloseazetate im Lösungsspinnverfahren benutzt werden.
  • Spinndüsen für das Trockenspinnen können ebenfalls unter Anwendung der Erfindung vermessen werden.
  • Die Erfindung eignet sich auch zum Messen der Länge und Durchmesser von im wesentlichen beliebigen Bohrungen in Gütern von im wesentlichen beliebigen Abmessungen und ist keineswegs auf das Messen kleiner Bohrungen beschränkt, obgleich die Erfindung für das Messen so kleiner Bohrungen, die mittels normaler linearer Meßeinrichtungen nicht vernessen werden können, besonders geeignet ist. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf das Vermessen von Kapillaren bei Spinndüsen beschränkt. Die Erfindung ist auch nicht auf das Messen von Bohrungen in dünnen Gütern beschränkt.
  • Ein besonderer Vorteil liegt in der Schnelligkeit, mit der Längen und Durchmesser von Bohrungen ermittelt werden können.
  • Wenn das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung dazu benutzt wird, um Kapillaren von Spinndüsen zu vermessen, dann können mehrere hundert Spinndüsen mit je dreizehn Spinndüsenöffnungen in einem Tag vermessen werden. Wird das dritte Ausführungsbeispiel angewandt, dann können ungefähr 10 000 Kapillarenan einem einzigen Tag vermessen werden, wohingegen bei Anwendung des eingangs erwähnten Meß- Schmelzverfahrens lediglich einhundert Kapillaren, bei Anwendung des eingangs beschriebenen elektronenmikroskopischen Verfahrens zweihundert Kapillaren und bei Verwendung des lichtmikroskopischen Verfahrens dreihundert Kapillaren pro Tag vermessen werden können.

Claims (18)

  1. Patentansprüche
    ( l.0Verfahren zur Ermittlung der Länge oder der Länge und des elek-Durchmessers einer Bohrung in einem Gut, wobei wenigstens ein tromagnetisches Strahlenbündel durch die Bohrung hindurchgeworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Strahlenbündel unter einem ersten Winkel gegenüber der Achse der Bohrung durch diese hindurchgeworfen wird, daß die Größe der Energie in dem durch die Bohrung hindurchgefallenen ersten Strahlenbündel gemessen wird, daß ein zweites Strahlenbündel unter einem zweiten Winkel gegenüber der Achse der Bohrung durch diese hindurchgeworfen wird und daß die Größe der Energie in dem durch die Bohrung hindurchgefallenen zweiten Strahlenbündel gemessen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes, die Größe der Energie in dem durch die Bohrung hindurchgefallenen ersten Strahlenbündel wiedergebendes er~nergia elektrisches Signal und ein zweites, die Größe/lñ dem~ddrcl die Bohrung hindurchgefallenen zweiten Strahlenbündel wiedergebendes elektrisches Signal erzeugt werden, daß diese Signale zur Erzeugung eines dritten elektrischen Signals, das das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Signal wiedergibt, in einer elektrischen Vergleichsschaltung verglichen werden, daß das dritte elektrische Signal in einer elektrischen Schaltung verarbeitet wird, die eine mathematische Gleichung, in der das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Bohrung, das dritte elektrische Signal und das Verhältnis der beiden Winkel der Strahlenbündel zueinander in Beziehung gesetzt sind, nach dem Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Bohrung auf löst und ein dieses Verhältnis wiedergebendes viertes elektrisches Signal erzeugt, und daß das vierte elektrische Signal zur Ermittlung der Länge der Bohrung mit einem fünften elektrischen Signal elektrisch multipliziert wird, das einen den Durchmesser der Bohrung wiedergebenden Signalwert besitzt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als fünftes elektrisches Signal ein Signal erzeugt wird, dessen Signalwert dem Nenndurchmesser der Bohrung entspricht.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des fünften elektrischen Signals das erste elektrische Signal einer Schaltung zugeführt wird, die eine mathanatische Gleichung, in der das erste elektrische Signal und der Durchmesser der Bohrung zueinander in Beziehung gesetzt sind, nach dem Durchrlesser der Bohrung auflöst.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein sechstes elektrisches Signal erzeugt wird, dessen Signalwert die Länge der Bohrung wiedergibt, daß dieses sechste elektrische Signal in ein als Sichtanzeige für die Länge der Bohrung aliedergebhares siebtes Signal umgesetzt wird und daß aufgrund dieses siebten Signals eine Sichtanzeige erzeugt wird, aus der die Länge der Bohrung ablesbar ist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als erste bis sechste elektrische Signale solche Signale erzeugt werden, deren elektrische Spannung für den Signalwert kennzeichnend ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch die Spannung des sechsten Signals mit öchsttoleranzwert- und Mindesttoleranzwert-Spannungen verglichen wird, die den größten bzw. den kleinsten zulässigen Wert für die Länge der Bohrung wiedergeben, daß elektrisch ein als Sichtanzeige für visuelle Beobachtung wiedergebbares "Halt"-Signal erzeugt wird, wenn die Spannung des sechsten Signals entweder niedriger als die Mindesttoleranzwert-Spannung oder höher als die Höchsttoleranzwert-Spannung ist, und daß das "EIalt"-Signal zusammen mit der Sichtanzeige des siebten Signals visuell beohachtbar wiedergegeben wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes und zweites Strahlenbündel Lichtbündel des sichtbaren Spektralbereichs mit einer im wesentlichen über den Querschnitt der Bündel gleichförmigen Intensitätsverteilung erzeugt werden, wobei die Bündel aus parallelen Strahlen gebildet sind und eine Querschnittsfläche aufweisen, die größer als die Weite der zu messenden Bohrung ist, und daß die beiden Strahlenbündel in der Weise auf die Bohrung gerichtet werden, daß die Strahlenbündel diese völlig überdecken.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vermessen von Bohrungen mit weniger als 1000 Mikron Durchmesser in einem weniger als 5mm starken Gut als Lichtbündel Laserstrahlenbündel verwendet werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9,,dadurch gekennzeichnet, daß beim Vermessen von Bohrungen in Gütern mitim wesentlichen ebener Oberfläche ein erster Winkel von im wesentlichen 00 gewahlt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vermessen von Bohrungen in Gütern, deren Oberfläche einen Teil einer Kugelfläche bildet, als erster Winkel ein Winkel gewählt wird, der im wesentlichen dem Winkel zwischen der Senkrechten zum ersten Laserstrahlenbündel und einer Tangente an einen Großkreis der Kugelfläche, angelegt an der Schnittstelle der Achse der Bohrung, entspricht.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlenbündel optisch auf die zu vermessende Bohrung fokussiert werden.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 9 und einem der übrigen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für das Vermessen von Bohrungen in Form von Kapillaren einer Spinndüse die Laserstrahlenbündel mit einer Frequenz im Bereich von 10 Hz bis 1000 Hz in radialer Richtung über die die Kapillaren aufweisende Stirnfläche der Spinndüse hin- und hergeschwenkt werden, während die Spinndüse mit einer Drehzahl im Bereich von 0,1 bis 10 Umdrehungen pro Minute um ihre Achse gedreht wird.
  14. 14. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung (608) für die Aufnahme eines Guts (609, 719, 1417, 1801, 1901) mit einer zu messenden Bohrung (104, 202, 1803, 1903) eine Einrichtung (601, 701, 1401, 1403) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten elektromagnetischen Strahlenbündels (203, 607, 716, 717, 801, 802, 1415, 1416)l Fokussiereinrichtungen (603, 709, 714, 715, 1413, 1414) zum Richten des ersten und des zweiten Strahlenbündels mit voneinander verschiedenen Einfallswinkeln (0, 8) auf die zu vermessende Bohrung daß photoelektrische Einrichtungen (613, 728, 729, 1421, 1422) zum Erzeugen elektrischer, die Größe der Energie in den durch die Bohrung hindurchgefallenen Strahlenbündeln wiedergebender Signale sowie eine elektrische, die photoelektrisch erzeugten Signale verarbeitende Schaltungseinrichtung (Fig. 10, Fig. 15) vorgesehen sind.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schalteinrichtung (Fig. 10) eine Divisionsschaltung (1004, 1005) zum Ermitteln des Verhältnisses zwischen den photoelektrisch erzeugten Signalen, Detektoren (1006, 1007) zum Ermitteln und Speichern von Spitzenwerten der von der Divisionsschaltung(1004 und 1005)zugeführten, das Verhältnis der photoelektrisch ermittelten Signale kennzeichnenden Signale, einen Nullsteller (1016) zum Löschen der in den Detektoren (1006 und 1007) gespeicherten Signale, eine die Spitzenwert-Signale der Detektoren (1006 und 1007) verarbeitende Radizierschaltung (1013) und eine zweite Divisionsschaltung (1008) sowie einen das Ausgangssignal der zweiten Divisionsschaltung (1008) verarbeitenden analogen Komputer (1009) mit nachgeschaltetem Multiplikator (1010) aufweist, daß der Radizierschaltung (1013) ein zweiter Multiplikator (1014) nachgeschaltet ist und daß die Ausgangssignale des ersten und zweiten Multiplikators (1010 bzw. 1014) über Analog-Digital-Wandler- und Anzeigeeinrichtungen (1015), die die von den Multiplikatoren zugeführten analogen Signale in digitale Signale umsetzen und den Signalwert als visuell beobachtbare Sichtanzeige wiedergeben, einem Recorder (1012) zugeführt werden.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltungseinrichtung (Fig. 15) Komparatoren (1520 und 1521) aufweist, die in Abhängigkeit vom Vorliegen elektrischer Signale mit außerhalb zulässiger Toleranzbereiche liegendem Signalwert ein "Halt"-Signal erzeugen, daß ein eine gedruckte Aufzeichnung der Signalwerte der zugeführten Signale liefernder Recorder (1513) vorgesehen ist und daß die Komparatoren (1520 und 1521) mit dem Recorder (1513) in der Weise gekoppelt sind, daß eine ausgedruckte, außerhalb der Toleranzbereiche liegende, ausgedruckte Aufzeichnungen kennzeichnende Anzeige erhalten wird.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtungen bewegbar gelagerte Spiegel (714, 715, 1413, 1414) aufweisen und daß eine Einrichtung (718, 1420) zum periodisch erfolgenden Hin- und iierschwenkcn der Spiegel vorgesehen ist, so daß das von denselben reflektierte erste und zweite Strahlenbündel für eine periodisch hin- und hergehend erfolgende Abtastbewegung ausgelenkt werden.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zum Erzeugen des ersten und des zweiten elektromagnetischen Strahlenbündels mindestens eine Lasereinrichtung (601, 701, 1401, 1403).
    vorgesehen ist.
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