DE2448571C3 - Anordnung zum berührungslosen Messen der Abmessung, wie z.B. Durchmesser, Querschnitt o.dgl. eines Objekts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum berührungslosen Messen der Abmessung, wie z. B. Durchmesser, Querschnitt od. dgl. eines Objekts, mit einer Lichtquelle und einem optischen System zum Projizieren der Umrisse des Objekts auf ein optoelektrisches Bauelement, vor dem eine Sammellinse angeordnet ist und dessen Ausgangssignal der erfaßten Meßgröße entspricht, wobei das von der Lichtquelle abgestrahlte Lichtbündel so auf den einen der beiden Umrisse des Meßobjekts auftrifft, daß ein Teil dieses Lichtbündels durch diesen Umriß abgefangen wird, während der verbleibende Lichtbündelanteil mittels optischer Glieder um 180° umgelenkt und derart seitlich verschoben wird, daß er so auf den anderen der beiden Umrisse des Meßobjekts auftrifft, daß ein dem zuerst abgefangenen Lichtbündelanteil diametral gegenüberliegender Lichtbündelanteil durch den zweiten Umriß des Meßobjekts abgefangen wird.

Anordnungen dieser Art sind z. B. in der DT-AS 73 204 und in der US-PS 26 70 651 beschrieben. Bei diesen bekannten Anordnungen sind für die Umlenkung und die seidiche Verschiebung des Lichtbündels entweder zwei einfache Reflektoren oder ein Penta prisma mit einem einfachen Reflektor vorgesehen. Der wesendiche Mangel dieser bekannten Anordnungen liegt darin, daß sie in sehr starkem Maße empfindlich sind gegen Verschiebungen ihrer reflektierend wirkenden optischen Glieder. Schon sehr kleine Verschiebungen dieser Glieder haben nämlich zur Folge, daß das Lichtbündel nicht mehr auf das optoelektrische Bauelement zur Einwirkung kommt, womit naturgemäß keine Messung aiehr möglich ist

In der DT-AS 14 73812 ist weiter eine interferometrische Längenmeßeinrichtung beschrieben, bei der ein Lichtbündel mit Hilfe eines Kösterprismas in einen Bezugsstrahl und einen Meßstrahl aufgeteilt wird, die nach Durchlaufen eines festen Bezugsweges und eines veränderlichen Meßweges unter jeweils mehrmaliger Reflexion zu gegenseitiger Interferenz gebracht werden. Auch bei dieser Einrichtung hängt das Meßergebnis in starkem Maße von einer zuverlässigen festen Lage der verschiedenen Reflektoren für den Bezugsstrahl einerseits und den Meßstrahl andererseits ab.

Aus der SW-PS 3 48 831 ist schließlich noch eine Anordnung bekannt bei der das Meßobjekt, dessen Abmessungen bestimmt werden soll, auf ein optoelektrisches Bauelement projiziert wird. Diese unmittelbare Strahlführung schaltet zwar einen unerwünschten Einfluß einer Lageveränderung von reflektierenden optischen Gliedern auf das Meßergebnis aus, verlangt aber für die Bestimmung größerer Abmessungen des Meßobjekts ein entsprechend groß bemessenes optoelektrisches Bauelement oder sogar die Verwendung mehrerer solcher Bauelemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie zum einen unabhängig von der Größe der jeweils interessierenden Abmessung des Meßobjekts mit einem optoelektrischen Bauelement von nur kleiner Ausdehnung als Lichtdetektor auskommt und zum anderen die Bestimmung unterschiedlicher Abmessungen für die jeweiligen Meßobjekte in einfacher, betriebssicherer und zuverlässiger Weise und insbesondere ohne störende Beeinflussung durch eine Verschiebung der reflektierenden optischen Glieder ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umlenkung um 180° und die seitliche Verschiebung der Lichtbündelanteile zwischen deren Auftreffen auf die beiden Umrisse des Meßobjekts durch ein Eckprisma mit drei aufeinander senkrecht stehenden reflektierenden Flächen und durch ein Linsensystem nach Art eines Keplerschen Fernrohrs erfolgt.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung bedient sich für die Umlenkung und die seitliche Verschiebung der Lichtbündelanteile zwischen deren Auftreffen auf die beiden die jeweils interessierende Abmessung definierenden Umrisse des Meßobjekts optischer Bauelemente, die sich durch eine nur geringe Empfindlichkeit gegen kleine Verschiebungen auszeichnen, so daß solche Verschiebungen auch für das Meßergebnis ohne störenden Einfluß bleiben, und außerdem genügt bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Strahlführung auch für die Bestimmung größerer Abmessungen des Meßobjekts die Verwendung nur eines einzigen optoelektrischen Bauelements von nur geringer Größenausdehnung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen

der Erfindung sind im einzelnen in den Unteransprüchen gekennzeichnet

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine An-Ordnung zum Messen einer Abmessung eines Meßobjekts,

Fig.2 ein zweites Ausführu«gsbeispiel für eine Meßanordnung zum gleichzeitigen Bestimmen zweier Abmessungen eines Meßobjekts,

Fig.3 und 4 zwei AusführungsVarianten für eine Einzelheit der Meßanordnung von F i g. 2 und

Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Meßanordnung mit besonders großer Flexibilität hinsichtlich der Ausdehnung der zu bestimmenden Abmessungen des MeBobjekts.

In der Darstellung in F i g. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 das Meßobjekt, von dem eine Abmessung bestimmt werden soll. Dabei handelt es sich in diesem Fall bei dem Meßobjekt selbst um einen Draht 1. und die zu bestimmende Abmessung dieses Drahtes 1 ist sein Durchmesser A. Bei diesem Beispiel ist also der Abstand zwischen den äußeren Umrissen des Drahtes 1 zu bestimmen. Dieser Draht 1 selbst kann stationär oder bewegt sein, wobei sich die erfindungsgemäß ausgebildete Meßanordnung insbesondere als geeignet erweist, bewegte Drähte zu vermessen, die unmittelbar aus einer Drahtzieherei austreten und eine entsprechend hohe Temperatur aufweisen.

In F i g. 1 beleuchtet eine Lichtquelle 2 einer Umriß des Drahtes !,wobeidieser Umriß die eine Begrenzung 11 des interessierenden Durchmessers A darstellt. Auf diese Weise schneidet der Draht 1 aus dem von der Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtbündel einen Teil ab, während der restliche Teil dieses Lichtbündels auf ein Umlenkprisma fällt, das als Eckprisma 4 ausgebildet ist und sich in bekannter Weise dadurch kennzeichnet, daß es drei aufeinander senkrecht stehende reflektierende Flächen aufweist. Ein solches Eckprisma ist weiter dadurch ausgezeichnet, daß es dann, wenn es einer geringen Verschiebung unterworfen wird, ein Lichtbündel abstrahlt, das parallel zu dem einfallenden Lichtbündel verläuft. Mit anderen Worten ausgedrückt ist also die Frage der Einstellung eines solchen Eckprismas nicht kritisch.

Das Eckprisma 4 in F i g. 1 lenkt das einfallende Lichtbündel so um, daß es in die ursprüngliche Einfallsrichtung zurückreflektiert, aber gleichzeitig um eine bestimmte Strecke nach der Seite hin versetzt wird, die von der Größe des Eckprismas 4 abhängt, die ihrerseits wiederum in Abhängigkeit von der Größe des zu bestimmenden Durchmessers A gewählt wird.

Nachdem das Lichtbündel auf diese Weise um 180° umgelenkt worden ist, wird es so gerichtet, daß es auf die zweite Begrenzung 10 des interessierenden Durchmesse rs A des Drahtes 1 auftrifft.

In F i g. 1 sind von dem von der Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtbündel nur zwei Lichtstrahlen dargestellt, von denen der eine mit der Bezugszahl 16 und der andere mit der Bezugszahl 17 bezeichnet ist. Wie die Darstellung in F i g. 1 zeigt, trifft der Lichtstrahl 17 auf den die erste Begrenzung 11 für den Durchmesser A bildenden Umriß des Drahtes 1 auf, und er würde ohne besondere Verkehrungen wegen der Konstruktion und Wirkungsweise des Eckprismas 4 nach seiner Umlenkung im Eckprisma 4 auch auf den die zweite Begrenzung 10 für den Durchmesser A bildenden Umriß des Drahtes 1 auftreffen, was jedoch nicht erwünscht ist

Daher ist für eine Umkehrung der Lichtstrahlen 16 und 17 in der Weise, daß nach dem Austritt aus dem Eckprisma 4 der Lichtstrahl 16 auf den die Begrenzung 10 für den Durchmesser A bildenden zweiten Umriß des Drahtes 1 auf trifft ein Linsensystem 15 vorgesehen, das im Prinzip ein Keplersches Fernrohr darstellt Die beiden Linsen dieses Linsensystems 15 können entweder axialsymmetrische Linsen oder Zylinderlinsen sein.

Nachdem in der dargestellten und oben beschriebenen Weise von dem von der Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtbündel zwei einander diametral gegenüberliegende Randanteile von dem das Meßobjekt bildenden Draht 1 abgefangen worden sind, fällt der verbleibende Lichtbündelanteil auf eine Sammellinse 7, die dieses Lichtbündel durch eine Blende 8 hindurch auf ein optoelektrisches Bauelement 9 richtet

Das auf das optoelektrische Bauelement 9 auftreffende Lichtbündel hat eine bestimmte Breite B, die ein Maß für die zu messende Größe, im vorliegenden Falle also den Durchmesser A des Drahtes 1 darstellt; die Werte für den Durchmesser A einerseits und die Lichtbündelbreite B andererseits stehen also in einem bestimmten Zusammenhang zueinander, und bei Kenntnis dieses Zusammenhanges kann ar Stelle des Durchmessers A selbst durch einen Analysator auch ohne weiteres die Lichtbündelbreite B bestimmt werden.

Die Sammellinse 7 kann axialsymmetrisch ausgebildet sein, in welchem Falle die Blende 8 dann eine sogenannte Scheibenblende ist Jedoch ist für die Sammellinse 7 auch eine Ausbildung als Zylinderlinse möglich, wobei dann diese Zylinderlinse so ausgerichtet wird, daß die Erzeugenden für ihre Zylinderfläche senkrecht zu der zu bestimmenden Abmessung verlaufen. In diesem Falle ist die Blende 8 eine Spaltblende, deren Spalt mit seiner Längsrichtung parallel zu den Erzeugenden für die Zylinderfläche der Zylinderlinse verläuft.

Durch die Verwendung von Zylinderlinsen läßt sich insbesondere für den Fall von bewegten Meßobjekten, wie beispielsweise aus einer Drahtzieherei austretenden Drähten, eine größere Genauigkeit für die Messung der interessierenden Abmessungen erzielen.

Dabei kann es angebracht sein, zwischen der Blende 8 und dem optoelektrischen Bauelement 9 eine Zylinderlinse anzuordnen, für welche die Erzeugenden ihrer Zylinderfläche senkrecht zu den Erzeugenden für die Zylinderfläche der vor der Blende 8 angeordneten und ebenfalls als Zylinderlinse ausgebildeten Sammellinse 7 verlaufen. Auf diese Weise kann ein relativ breites Lichtbündel so gebrochen werden, daß mehr Licht auf eine als aktives Glied des optoelektrischen Bauelements 9 dienende Fotodiodenanordnung fällt und damit das von der Lichtquelle 2 abgestrahlte Licht besser ausgenutzt wird.

Wie bereits oben erwähnt, hat ein aus einer Drahtzieherei austretender Draht eine hohe Temperatur. Bei einem derartigen Meßobjekt besteht die Gefahr der Zunderbildung, wobei die Zunderteilchen auf das für die Abmessungsbestimmung verwendete Meßinstrument aufprallen können. Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung ist es nun jedoch sehr leicht, die optischen Bauteile so anzuordnen, daß ihr Abstand zum Meßobjekt so groß wird, daß weder von dessen hoher Temperatur als solcher noch von einer etwaigen Zunderbildung ein schädlicher Einfluß auf das Meßinstrument zu befürchten ist.

Die Breite des auf das Meßobjekt auftreffenden Lichtbündels wird so gewählt, daß die auszumessende

Fläche ohne Änderung der Optik voll überdeckt wird.

In F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Meßanordnung dargestellt. Diese Ausführungsform ermöglicht es, gleichzeitig zwei Abmessungen, wie beispielsweise zwei Durchmesser eines Drahtes, zu bestimmen.

Das Meßobjekt ist auch in F i g. 2 mit der Bezugszahl 1 bezeichnet, wobei dieses Meßobjekt wiederum ein Draht 1 ist, von dem zwei Durchmesser E und F bestimmt werden sollen. Für die Bestimmung des Durchmessers F des Drahtes 1 ist in F i g. 2 eine Anordnung vorgesehen, die der Anordnung in F i g. 1 für die Messung des Durchmessers A weitgehend ähnelt. So sind für die Messung des Durchmessers F des Drahtes 1 in F i g. 2 eine Lichtquelle 2, ein Kondensor 3, ein Eckprisma 4, eine Sammellinse 7, eine Blende 8 und ein optoelektrisches Bauelement 9 vorgesehen.

Jedoch sind in F i g. 2 die Linsen des Linsensystems 15 von F i g. 2, die zur Lichtbündelumkehrung dienen, voneinander getrennt und auf der Vorderseite des Eckprismas 4 angeordnet, wobei die eine dieser Linsen, die Linse 5, auf der Eintrittsfläche für das Licht auf der Vorderseite des Eckprismas 4 angeordnet ist, während sich die andere dieser beiden Linsen, die Linse 6, auf der Lichtaustrittsseite des Eckprismas 4 befindet.

Das von der Lichtquelle 2 in F i g. 2 abgestrahlte Licht trifft auf diese Weise auf die beiden Begrenzungen für den Durchmesser Fund läßt auf dem optoelektrischen Bauelement 9 ein beleuchtetes Feld mit einer Länge G entstehen, die wiederum in einem bestimmten Zusammenhang zu dem zu bestimmenden Durchmesser Fsteht.

In der Darstellung in F i g. 2 sind nur diejenigen Lichtstrahlen eingezeichnet, die auf die Begrenzungen des jeweils interessierenden Drahtdurchmessers auftreffen. So treffen beispielsweise die Lichtstrahlen 18 jeweils auf eine der Begrenzungen für den Durchmesser F auf. Diese Lichtstrahlen selbst ebenso wie das zwischen ihnen und unmittelbar neben ihnen liegende Feld können als ein Teilbündel des gesamten von der Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtbündels beschrieben werden. Dabei dient dieses durch die Lichtstrahlen 18 definierte Teilbündel zur Bestimmung des Durchmessers F. Ein anderes und durch Lichtstrahlen 19 definiertes Teilbündel des von der Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtbündels dient zur Bestimmung eines Durchmessers E, der in diesem Falle senkrecht zu dem Durchmesser F verläuft Die beiden von diesem zweiten Teilbündel in F i g. 2 allein eingezeichneten Lichtstrahlen 19 treffen auf diese Weise auf den Durchmesser £ je- wefls an seinen beiden Begrenzungen auf. Um dies zu erreichen, ist ein Umlenkprisma 20 angeordnet, das die Lichtstrahlen 19 um 90° umlenkt und auf eine Begrenzung für den Durchmesser fliehtet Nach dem Auftreffen des entsprechenden Teilbündels auf diese eine Be- grenzung des Durchmessers E wird dieses Teilbündel mit Hilfe eines weiteren Eckprismas 21 um 180° umgelenkt and so seitlich verschoben und ausgerichtet, daß es auf die zweite Begrenzung für den Durchmesser E auftrifft Auch in diesem Falle muß das Lichtbfindei eine Umkehrung erfahren, wozu in diesem Falle Linsen 12 bzw. 13 vorgesehen sind, die in gleicher Weise wie die Linsen S and 6 auf der Lichtetsseite bzw. der lichtaustrittsseite des Eckprismas 4 auf der Lichteintrittsseite bzw. auf der lichtaustrittsseite des Eckpris- mas 21 angeordnet sind.

Es ist natürlich möglich, das durch die Lichtstrahlen 19 definierte Teflbündel nach dem Auftreffen auch auf die zweite Begrenzung für den Durchmesser E einem optoelektrischen Bauelement zuzuführen, das in unmittelbarer Verlängerung der Richtung dieses Teilbündels nach seinem Austritt aus der Linse 13 und dem Passieren des Drahtes 1 angeordnet sein könnte. Jedoch ist es vorteilhafter, nur ein einziges optoelektrisches Bauelement 9 insgesamt vorzusehen, und daher ist in F i g. 2 in dem Weg des durch die Lichtstrahlen 19 definierten Teilbündels nach dem Auftreffen auf beide Begrenzungen für den Durchmesser E ein Umlenkprisma 24 vorgesehen, das dieses Teilbündel um 180° umlenkt und unter gleichzeitiger Verschiebung nach der Seite zwecks Trennung des austretenden Lichtbündels vom einfallenden Lichtbündel auf ein weiteres Umlenkprisma 24a richtet, wo dieses Teilbündel unter einfacher Reflexion eine weitere Umlenkung um 90° erfährt, nach der es zur Sammellinse 7 gelangt, die es wiederum durch die Blende 8 hindurch auf das optoelektrische Bauelement 9 auftreffen läßt.

Auf dem optoelektrischen Bauelement 9 lassen die auf die beiden Begrenzungen für den Durchmesser £ des Drahtes auftreffenden Lichtstrahlen 19 bzw. das durch diese Lichtstrahlen 19 definierte Teilbündel des von der Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtbündels ein beleuchtetes Feld mit einer Länge Centstehen, die wiederum in einem bestimmten Zusammenhang mit dem Durchmesser fsteht

Um ein Meßinstrument mit kleinen Abmessungen und niedrigen Gestehungskosten zu erhalten, wird man versuchen, für dieses Meßinstrument optische Bauelemente mit nur kleinen Abmessungen zu verwenden. Entsprechend wird das für die Messung zur Verfugung stehende Lichtbündel nur schmal. Nachdem das Lichtbündel das Meßobjekt an den beiden Stellen geschnitten hat, wo die Lichtstrahlen auf das Meßobjekt selbst auftreffen, muß das Lichtbündel nur eine solche Breite haben, daß innerhalb der normalen Schwankungsbreite für die interessierende Abmessung liegende Meßwertstreuungen innerhalb der Breite des Lichtbündels erfaßt werden können. Selbstverständlich ist diese Breite nicht größer als die durch das optoelektrische Bauelement 9 erfaßbare Breite.

In F i g. 3 ist veranschaulicht, wie zwei Linsen, die zusammen ein Keplersches Fernrohr bilden und außerdem eine Umkehr des hindurchgehenden Lichtbündels um 180° bewirken, auf der Vorderseite eines Eckprismas angeordnet sind. In dieser Darstellung ist das Eckprisma mit der Bezugszahl 25 bezeichnet, während die beiden Linsen selbst die Bezugszahlen 26 bzw. 27 tra gen. Dabei liegt die Linse 26 auf dem Teil der Vorderseite des Eckprismas 25, auf den das Lichtbündel nach seinem Auftreffen auf den ersten Umriß für den zu be stimmenden Abstand auffällt Nach seiner Reflexion in Eckprisma 25 geht dieses Lichtbündel sodann durch die zweite linse 27 hindurch. Dieses Lichtbündel verläuü dann wiederum parallel zur Einfallsrichtung und ist se seitlich versetzt und ausgerichtet, daß es auf den zwei ten Umriß für den interessierenden Abstand trifft

Bei dem in Fig.3 veranschaulichten Ausführungs beispiel sind als Linsen 26 und 27 axialsymmetrisch« Linsen verwendet Jedoch lassen sich dafür in gleichei Weise auch Zylinderlinsen verwenden, wie dies ii Form der Linsen 28 und 29 in F i g. 4 angedeutet isl Die interessierende Abmessung wird dadurch ab en Durchschnittswert über eine längere Strecke entlanj des Meßobjekts erhalten. Die Zyünderünsen 28 und 2! müssen in diesem Falle so ausgerichtet werden, daß di< zu messende Strecke senkrecht zu den Erzeugende!

für die Zylinderflächen dieser Zylinderlinsen verläuft. Jedoch wird die Anordnung in diesem Falle ein wenig empfindlicher gegen Winkelverschiebungen für die optischen Bauelemente in der Weise, daß die Erzeugenden für die Zylinderflächen der Zylinderlinsen nicht vollständig parallel zu dem zu vermessenden Draht verlaufen.

Bei den in F i g. 2, 3 und 4 dargestellten Beispielen beschränkt die Größe der Prismen das von der Anordnung erfaßbare Meßfeld. Um jedoch eine korrekte Einstellung des Meßfeldes innerhalb der durch die Prismen gegebenen Grenzen zu erhalten, ist es zweckmäßig, die vor den Prismen liegenden Linsen, also die Linsen 5, 6; 12, 13; 26, 27 und 28, 29 vor den Eckprismen 4, 21 und 25 so anzuordnen, daß sie über Schrauben damit verbunden sind, die ein rechtsgängiges und ein linksgängiges Gewindeende aufweisen. Durch Verdrehen dieser Schrauben lassen sich diese Linsen dann entweder aneinander annähern oder voneinander entfernen.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Meßobjekt, von dem eine Abmessung bestimmt werden soll, mit der Bezugszahl 12 bezeichnet. Dabei emittiert eine Lichtquelle 2 durch einen Kondensor 3 hindurch Strahlung auf einen Umriß des Meßobjekts 12 in der interessierenden Abmessung. Wie bereits oben in Verbindung mit den Darstellungen in F i g. 1 bis 4 beschrieben, wird für die Umlenkung der Meßstrahlung um 180° ein Eckprisma verwendet. Bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 5 ist dieses Eckprisma jedoch durch einen senkrecht zu seiner Vorderseite geführten Schnitt aufgespalten. Dabei geht dieser Schnitt vorzugsweise durch die Ecke des Eckprismas, wo dessen drei reflektierende Oberflächen zusammentreffen. In der Darstellung in F i g. 5 ist die eine Hälfte des in dieser Weise aufgespaltenen Eckprismas mit der Bezugszahl 14 und die andere Hälfte dieses Prismas mit der Bezugszahl 14a bezeichnet. Die optischen Eigenschaften des Eckprismas werden durch seine Aufspaltung nicht wesentlich verändert, jedoch ermöglicht es diese Aufspaltung, die beiden Eckprismahälften aneinander anzunähern oder sie voneinander zu entfernen, in welchem Falle die seitliche Verschiebung für das umgelenkte Lichtbündel in Abhängigkeit von den zu bestimmenden Abmessungen des Meßobjekts 12 variiert werden kann. Das in F i g. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt auf diese Weise dank der Aufspaltung des Eckprismas in zwei Hälften eine große Flexibilität und Anpassungsfähigkeit in bezug auf die Größe der zu be stimmenden Abmessungen, ohne daß dazu das Eckprisma selbst sehr groß ausgebildet werden müßte.

Wie bereits oben erwähnt muß das Lichtbündel beispielsweise mit Hilfe eines Keplerschen Fernrohrs um 180° umgekehrt werdea Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist als solches Fernrohr ein System von zwei Linsen 22 und 23 zwischen die beiden Eckprismahälften 14 und 14a eingefügt Es besteht jedoch auch kein Hindernis dafür, diese Linsen 22 und 23 entsprechend der Lage der entsprechenden Linsen bei den Anordnungen in F i g. 1 oder 2 anzuordnen· Nachdem das Lichtbündel auf den zweiten Umriß des Meßobjekts 12 in F i g. 5 aufgetroffen ist gelangt es zu einer Sammellinse 7 und nach dieser durch eine Blende 8 hindurch zu einem optoelektrischen Bauelement 9, wie dies bereits oben für die vorangehenden Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist ⁶S

Wie ebenfalls bereits oben erwähnt steht die Breite B der beleuchteten Fläche auf dem optoelektrischen Bauelement 9 auch in F i g. 5 in einem bestimmten Zusammenhang mit der interessierenden Abmessung des Meßobjekts 12.

Um die Eckprismahälften 14 und 14a aneinander annähern oder sie voneinander entfernen zu können, ist die eine Eckprismahälfte 14 mit der Lichtquelle 2 zu einem Senderteil 30 zusammengefaßt, während die andere Eckprismahälfte 14a mit der Sammellinse 7, der Blende 8 und dem optoelektrischen Bauelement 9 zu einem Empfängerteil 31 vereinigt ist.

Der Senderteil 30 und der Empfängerteil 31 können beispielsweise in einem Traggestell aufgehängt sein, das sich in der gleichen Längsrichtung erstreckt wie die interessierende Abmessung des Meßobjekts, wobei sich der Empfängerteil 31 und/oder der Senderteil 30 entlang dieses Traggerüstes verschieben lassen können.

Ebenso ist es jedoch auch möglich, die Eckprismahälften von der Lichtquelle und dem optoelektrischen Bauelement zu trennen und nur die beiden Eckprismahälften in der obenerwähnten Weise in einem Traggestell anzuordnen. In diesem letzten Falle müssen die Lichtquelle 2 und das oploelektrische Bauelement 9 ebenso wie die Sammellinse 7 eine relativ große Oberfläche überstreichen, um eine gute Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der gesamten Meßanordnung für Änderungen in der Größe der zu bestimmenden Abmessungen zu erhalten.

Die beiden Eckprismahälften 14 und 14a müssen fest montiert werden, damit sie sich nicht gegeneinander verdrehen können. Dagegen ist es nicht wichtig, ob sich das Traggestell in gewissem Maße relativ zu der zu bestimmenden Abmessung oder relativ zur Lichtquelle 2 und zum optoelektrischen Bauelement 9 verschiebt.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung kann die Lichtquelle beispielsweise eine Glühlampe, ein Laser oder eine lichtemittierende Diode sein. Im Empfängerteil 31 kann ein Filter vorgesehen sein, um alle Strahlung mit anderen Wellenlängen als denen der von der jeweiligen Lichtquelle emittierten Strahlung wegzufiltern.

Bereits oben ist erwähnt worden, daß für das optoelektrische Bauelement 9 im Empfängerteil 31 eine Fotodiodenanordnung verwendet werden kann. Die Verwendung nur eines einzigen lichtempfindlichen Bauelements und in Verbindung damit die Messung der Intensität für die Beleuchtung dieses einzigen lichtempfindlichen Bauelements an Stelle einer Analyse der Anzahl der beleuchteten Fotodioden in einer Fotodiodenanordnung stellt eine billigere Alternative dar, die jedoch nur zu geringerer Genauigkeit führt. Für die Messungsdurchführung kann dieses lichtempfindliche Bauelement in bekannter Weise mit einem rückgekoppelten Verstärker und außerdem mit einem Analog-Digital-Wandler verbunden werden. Dieser Analog-Digital-Wandler kann dann seinerseits mit einer Anzeigeeinrichtung gekoppelt werdea

In F i g. 2 ist veranschaulicht wie sich zwei insbesondere senkrecht zueinander gerichtete Abmessungen mit Hilfe einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung bestimmen lassen. Es gibt jedoch auch kein Hindernis dafür, daß noch mehr Abmessungen als zwei gleichzeitig an ein und demselben Meßobjekt bestimmt werden können, in welchem Falle dann weitere, zu den in der Zeichnung dargestellten Bauelementen analoge optische Bauelemente vorgesehen werden müssen, um weitere Teillichtbündel aus dem von der Lichtquelle emittierten Lichtbündel auf die Grenzen der jeweils interessierenden Abmessungen zu richten. Daraus folgt außerdem, daß es nicht erforderlich ist daß diese Ab-

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messungen orthogonal zueinander verlaufen.

Das in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung vorgesehene optoelektrische Bauelement kann aus einer Fotodiodenanordnung bestehen, wie sie unter Ausführung in integrierter Schaltungstechnik vielfach auf dem Markt sind. Diese Fotodiodenanordnungen lassen sich in vielen Fällen mit elektronischen Ausleseeinrichtungen kombinieren. Ebenso kann das optoelektrische Bauelement im Rahmen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung mit einem Computer für eine automatische Analyse der interessierenden Abmessungen gekoppelt werden. Dieser Computer kann einen Teil eines Regelsystems für die Fertigungsüberwachung beispielsweise beim Ziehen von Drähten in einer Drahtzieherei bilden.

Eine Fotodiodenanordnung der obenerwähnten kann aus vielen Fotodioden bestehen, die nahe nebeneinander angeordnet sind. Eine elektronische Ausleseeinrichtung kann mit einer solchen Fotodiodenanordnung in ein und derselben Umhüllung zusammengefaßt sein. Diese elektronischen Ausleseeinrichtungen enthalten im allgemeinen ein Schieberegister, das dafür sorgt, daß die Fotodioden nacheinander in bestimmter Reihenfolge abgetastet werden. Von einem in dieser Weise mit einer Ausleseeinrichtung kombinierten optoelektrischen Bauelement wird ein Signal abgegeben, das einei visuellen Ausleseeinrichtung und/oder einer Fehleran Zeigeeinrichtung zugeführt werden kann, die eir Alarmsignal abgeben kann, wenn die bestimmten Ab messungen des Meßobjekts nach oben oder nach unter von vorgegebenen Werten abweichen. Auch kann di( Meßanordnung, wie oben bereits erwähnt, einen Tei eines computergesteuerten Regelsystems bilden.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, müssen die

ίο Umrisse des Meßobjekts auf das optoelektrische Bau element projiziert werden. In Abhängigkeit davon, wie viele Abmessungen gleichzeitig bestimmt werden sol len oder wie groß die von der Meßanordnung zu überdeckende Schwankungsbreite werden soll, kann die Verwendung mehrerer miteinander gekoppelter Fotodiodenanordnungen notwendig sein.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich sämtlich auf die Bestimmung der Abmessungen von Meßobjekten in baulicher Verkörperung. Ei liegt jedoch auf der Hand, daß sich eine erfindungsgemäß ausgebildete Meßanordnung auch für die Bestimmung der Abmessungen von Löchern oder Ausnehmungen in solchen Meßobjekten oder des Abstände: zwischen mehreren solchen Meßobjekten, die relati\ nahe beieinander liegen, verwenden läßt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche: ^

   L Anordnung zum berührungslosen Messen der Abmessung, wie z. B. Durchmesser, Querschnitt od. dgl. eines Objekts, mit einer Lichtquelle und einem optischen System zum Projizieren der Umrisse des Objekts auf ein optoelektrisch« Bauelement, vor dem eine Sammellinse angeordnet ist und dessen Ausgangssignal der erfaßten Meßgröße ent-Spricht, wobei das von der Lichtquelle abgestrahlte Lichtbünde! so auf den einen der beiden Umrisse des Meßobjekts auftrifft, daß ein Teil dieses Lichtbündels durch diesen Umriß abgefangen wird, während der verbleibende Lichtbündelanteil mittels optischer Glieder um 180° umgelenkt und derart seitlich verschoben wird, daß er so auf den anderen der beiden Umrisse des Meßobjekts auftrifft, daß ein dem zuerst abgefangenen Lichtbündelanteil diametral gegenüberliegender Lichtbündelanteil durch den zweiten Umriß des Meßobjekts abgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung um 180° und die seitliche Verschiebung der Lichtbündelanteile zwischen deren Auftreffen auf die beiden Umrisse des Meßobjekts (1) durch ein Eckprisma (4,14,14a) mit drei aufeinander senkrecht stehenden reflektierenden Flächen und durch ein Linsensystem nach Art eines Keplerschen Fernrohrs (5,6,115,22,23) erfolgt
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Art eines Keplerschen Fernrohrs arbeitende Linsensystem jeweils aus zwei Sammellinsen besteht.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinsen aus Zylinderlinsen bestehen, für welche die Erzeugenden ihrer Zylinderflächen im wesentlichen senkrecht zu der erfaßten Abmessung des Meßobjekts gerichtet sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (5, 6) des nach Art eines Keplerschen Fernrohres arbeitenden Linsensystems voneinander getrennt auf der Lichteintrittsseite bzw. Lichtaustrittsseite der Eckprisma-Vorderseite angeordnet sind.

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