DE2836245A1

DE2836245A1 - METHOD OF MEASURING THE SURFACE OF A PROFILE

Info

Publication number: DE2836245A1
Application number: DE19782836245
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Haberl; Kurt Dipl Ing Mravlag
Original assignee: Deutschen Semperit GmbH
Current assignee: Deutschen Semperit GmbH
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1979-03-15
Also published as: GB2003693A; GB2003693B; FR2402185A1; CH618261A5

Description

DEUTSCHE SEMPERIT GESELLSCHAFT M.B.H.GERMAN SEMPERIT GESELLSCHAFT M.B.H.

Verführen zur Vermessung der Oberfläche einesSeduce you to measure the surface of a

ProfilsProfile

Angemeldet am: (A /77) Registered on: (A / 77)

Beginn der Patentdauer:Start of the patent term:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung der Oberfläche eines ruhenden oder vorzugsweise in einer Profillängsrichtung fortlaufend bewegten Profiles od. dgl. beliebiger Längenausdehnung, wobei ein oder mehrere Laserstrahlen auf die Oberfläche des fortbewegten Profils unter Bildung eines Lichtfleckes fokussiert wird (werden) und die aufgrund von Oberflächengeometrieänderungen auftretenden Änderungen des Bildes desThe present invention relates to a method for measuring the surface of a stationary or preferably in a longitudinal direction of the profile continuously moving profile od. The like. Any length extension, with one or more laser beams on the Surface of the profile being moved is (are) focused with the formation of a light spot and due to surface geometry changes occurring changes in the image of the

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Lichtfleckes registriert und gegebenenfalls in Analog- und/oder Digitalsignale umgewandelt dargestellt werden.Light spot registered and, if necessary, represented converted into analog and / or digital signals.

Es ist eine Vorrichtung bekannt, die über ein optisches System einen Laserstrahl auf die Oberfläche eines Gegenstandes fokussieren kann und die Intensitätsschwankungen des Bildes des Lichtfleckes, die dann entstehen, wenn zwischen dem Laser und der Oberfläche des Gegenstandes eine Abstandsänderung eintritt, mittels eines Fotodetektors registriert. Diese bekannte Vorrichtung funktioniert folgend: der von Laser kommende Laserstrahl wird über ein Kollimatorlinsensystem parallelisiert und das parallele Strahlenbündel sodann auf die Oberfläche des Gegenstandes fokussiert. Nach dem Kollimatorsystem ist ein Teilerspiegel unter 45 angeordnet, der für das vom Kollimator kommende Licht durchlässig, für Licht das aus der anderen Richtung kommt aber undurchlässig ist. Die von der Oberfläche des Körpers reflektierten Strahlen werden daher von der Rückseite des Teilerspiegels reflektiert und treffen auf einen Umlenkspiegel, der die Strahlen einer Sammellinse zuführt. Von dort gelangen die Strahlen auf einen Fotodetektor. Zwischen diesem und der Sammellinse, deren Brennpunkt vor dem Fotodetektor liegt ist - etwa beim Brennpunkt-eine Lochblende angeordnet. Diese Lochblende ist mit einem Oszillator verbunden und schwingt daher mit einer bestimmten Frequenz in axialer Richtung. Durch diese Schwingung der Lochblende trifft mehr oder weniger Licht auf den Fotodetektor, je nachdem, wieweit die Lochblende vom Brennpunkt entfernt ist. Schwingt die Lochblende durch den Brennpunkt, so wird der Fotodetektor bei geeignetem Durchmesser der Lochblende im Augenblick des Durchganges der Lochblende durch den Brennpunkt ein Maximum an Lichtintensität anzeigen. Betrachtet man nun den Fall, daß der Abstand zwischen der Oberfläche des Körpers, auf die der Laser-A device is known which has an optical system can focus a laser beam on the surface of an object and the intensity fluctuations of the image of the light spot, which arise when a change in distance occurs between the laser and the surface of the object, by means of a Photodetector registered. This known device works as follows: the laser beam coming from the laser is via a Collimator lens system is parallelized and the parallel beam is then focused on the surface of the object. After the collimator system, a splitter mirror is arranged under 45, which allows the light coming from the collimator to pass through, for light that comes from the other direction but is impermeable. The rays reflected from the surface of the body will be therefore reflected from the back of the splitter mirror and hit a deflecting mirror, which feeds the rays to a converging lens. From there, the rays reach a photodetector. Between this and the converging lens, its focal point in front of the photodetector a pinhole diaphragm is arranged - approximately at the focal point. These The pinhole is connected to an oscillator and therefore oscillates at a certain frequency in the axial direction. Through this vibration the pinhole hits the photodetector more or less, depending on how far the pinhole is from the focal point. When the pinhole diaphragm swings through the focal point, it becomes the photodetector with a suitable diameter of the pinhole at the moment the pinhole passes through the focal point a maximum on the light intensity. If we now consider the case that the distance between the surface of the body on which the laser

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strahl trifft,und dem Laser völlig konstant ist, so werden die vom Fotodetektor angezeigten Intensitätsschwankungen des Bildes des Laser-Lichtfleckes, die zufolge der Schwingung der Lochblende entstehen, immer gleich sein. Nimmt man für diesen Fall an, daß die Schwingungsmitte der Lochblende genau im Brennpunkt der Sammellinse liegt, so ergibt eine Aufzeichnung der Intensitätsschwankung durch don Fotodetektor eine symmetrische Gauß-Kurve, deren Maximum der Stellung der Lochblende im Brennpunkt entspricht. Führt man die Auswertung des Ergebnisses in der Weise durch, daß man als Meßwert die Differenz der Anzeigen des Fotodetektors in den beiden Extremstellungen der Lochblende verwendet, so ergibt sich in diesem Fall eine Differenz Null. In jedem anderen Fall, d.h., wenn die Schwingungsmitte der Lochblende nicht im Brennpunkt liegt, ergibt sich bei der Differenz der Fotodetektoranzeigen aus den beiden Extremlagen der Lochblende ein positiver oder negativer Wert.beam hits, and the laser is completely constant, so will the Fluctuations in the intensity of the image of the laser light spot displayed by the photodetector, which result from the oscillation of the pinhole arise, always be the same. In this case, it is assumed that the center of oscillation of the pinhole diaphragm is exactly at the focal point of the converging lens is, a recording of the intensity fluctuation by the photodetector gives a symmetrical Gaussian curve, the maximum corresponds to the position of the pinhole at the focal point. If you carry out the evaluation of the result in such a way that the measured value the difference between the displays of the photodetector in the two extreme positions of the pinhole is used, in this case one results Difference zero. In any other case, i.e. if the center of oscillation of the pinhole diaphragm is not in the focal point, the result is The difference between the photodetector displays from the two extreme positions of the pinhole diaphragm is a positive or negative value.

Ergibt" sich nun eine Änderung des Abstandes der Oberfläche des zu messenden Körpers vom Laser, so ändert sich die Intensität des Lichtfleckes des Laserstrahls auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes. Demzufolge ändert sich auch die Intensität des Bildes dieses Brennfleckes und damit der vom Fotodetektor registrierte Intensitätsverlauf im Zuge der Schwingung der Lochblende. Die der Intensitätsdifferenz der Extremstellungen der Lochblende entsprechenden Intensitätsunterschiede der Anzeige des Fotodetektors werden von diesem als Potentialdifferenz abgegeben.If there is now a change in the distance between the surface of the body to be measured and the laser, the intensity of the changes Light spot of the laser beam on the surface of the object to be measured. As a result, the intensity of the image also changes this focal spot and thus the intensity profile registered by the photodetector in the course of the oscillation of the pinhole diaphragm. The the Difference in intensity of the extreme positions of the pinhole diaphragm corresponds to differences in intensity of the display of the photodetector are emitted by this as a potential difference.

Geht man nun von dem Fall aus, daß unter einem Laserstrahl ein Gegenstand vorbeibewegt wird,oder auch umgekehrt ein Laserstrahl an einem stehenden Objekt vorbeibewegt wird, so kann bei geeigneter Anordnung die Änderung der Oberflächenstruktur des Gegen-If one now proceeds from the case that an object is moved past under a laser beam, or vice versa, a laser beam is moved past a stationary object, with a suitable arrangement the change in the surface structure of the

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Standes mittels der bekannten Anordnung in einer Dimension festgestellt und gegebenenfalls registriert und dargestellt werden. Nicht geeignet ist diese bekannte Vorrichtung zum zwei- oder drei-dimensionalen Bestimmen der Oberfläche eines Körpers. Diese Problematik tritt beispielsweise dann zutage, wenn ein Gummi- oder Kunststoffprofil extrudiert wird. Trotz aller technischen Vorkehrungen ist man heute oft nicht in der Lage die Querschnittsmaße eines extrudierten Profiles mit der notwendigen Genauigkeit einzuhalten. Insbesondere tritt dieses Problem bei Gummiprofilen auf, da Gummimischungen nie 100 jSig gleich eingestellt werden können, so daß nach der Extrusion ein unterschiedliches Quellverhalten auftreten kann, wodurch das Vulkanisat dann im Querschnitt außerhalb der geforderten Toleranzen liegen kann. Dieser unerwünschte Zustand kann heute befriedigend durch keine bekannte Maßnahme behoben werden.State determined by means of the known arrangement in one dimension and, if necessary, registered and displayed will. This known device is not suitable for two- or three-dimensional determination of the surface of a Body. This problem occurs, for example, when a rubber or plastic profile is extruded. Despite All technical precautions are often not in a position today with the cross-sectional dimensions of an extruded profile the necessary accuracy. This problem occurs in particular with rubber profiles, since rubber compounds never 100 jSig can be set in the same way, so that after the Extrusion a different swelling behavior can occur, whereby the vulcanizate then in cross-section outside the required Tolerances can be. This undesirable condition cannot be remedied satisfactorily today by any known measure will.

Theoretisch möglich wären z.B. mechanische Abtastungen, welche jedoch immer den Nachteil aufweisen, daß sie einen gewissen Meßdruck benötigen, der - insbesondere bei Kautschukteilen zu einer Deformation und damit einer Fehlanzeige führt. Eine andere theoretische Möglichkeit besteht in der Anwendung einer Isotopenmeßmethode, indem die Dicke eines extrudierten Profiles durch eine Absorptionsmessung von radioaktiven Strahlen bestimmt wird. Neben den Problemen,die radioaktive Messungen im allgemeinen mit sich bringen, ist hier noch ein prinzipieller Nachteil darin gelegen, daß diese Meßmethode nicht tatsächlich den zu messenden Querschnitt mißt, sondern nur ein Flächengewicht bestimmt. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Meß-Theoretically, for example, mechanical scans would be possible, which however always have the disadvantage that they have a certain Need measuring pressure, which - especially with rubber parts leads to a deformation and thus a false indication. One Another theoretical possibility is to use an isotope measurement method by measuring the thickness of an extruded profile is determined by measuring the absorption of radioactive rays. Besides the problems, the radioactive measurements In general, there is a fundamental disadvantage here in the fact that this measuring method is not actually measures the cross-section to be measured, but only determines a basis weight. Another disadvantage of such a measuring

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methode liegt darin, daß man den Empfindlichkeitsbereich der Meßapparatur sehr eng auf einen Meßbereich einstellen mußy so daß,wenn größere Dickenunterschiede des zu messenden Profiles vorliegen, man nicht mit einer Meßsonde das Auslangen findet.method is that you have to adjust the sensitivity range of the measuring apparatus very closely to a measuring range so that, if there are greater differences in thickness of the profile to be measured, a measuring probe will not suffice finds.

Eine weitere relativ primitive Methode zur Kontrolle von Querschnittsabweichungen besteht in der Bestimmung des Gewichtes eines entsprechenden Abschnittes des Profils«, Es versteht sich von selbst, daß diese letzte Methode nur sehr ungenaue Aussagen liefern kann.Another relatively primitive method of controlling cross-section deviations consists in determining the weight of a corresponding section of the profile «, It goes without saying It goes without saying that this last method can only provide very imprecise statements.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zu schaffen, das ein berUhrungsloses Vermessen der Oberfläche eines ruhenden oder vorzugsweise bewegten Profiles gestattet, wobei aber nicht nur eine Messung entlang einer Geraden erfolgt, sondern entlang jeder beliebigen Außenfläche, so daß über entsprechende Auswerteinheiten ein korn» plettes dreidimensionales Bild der Oberfläche des Profiles erstellt werden kann. The present invention has therefore set itself the goal of to create a method that allows a contactless measurement of the surface of a stationary or preferably moving profile permitted, whereby a measurement is not only carried out along a straight line, but along any external surface, so that a complete three-dimensional image of the surface of the profile can be created using appropriate evaluation units.

Dies wird bei einem oben spezifizierten Verfahren dadurch ©r~ reicht, daß der oder die Laserstrahlen in einer normal zur Bewegungsrichtung des Profiles liegenden Ebene periodisch hin- und herbewegt wird (werden). Durch diese periodische Hin- und Herbewegung, auch Schwenkbewegung bezeichnet, kann - bei entsprechender Abstimmung mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Profils innerhalb von Sekundenbruchteilen eine MomentaufnahmeIn the case of a method specified above, this is achieved by r ~ is sufficient that the laser beam (s) periodically backwards in a plane lying normal to the direction of movement of the profile. and is (are) moved. This periodic back and forth movement, also referred to as a pivoting movement, can - with appropriate Coordinates with the speed of movement of the profile, a snapshot is taken within fractions of a second

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über die gesamte vom Laserstrahl überstrichene Breite des Profils erfolgen, so daß die Analog- und/oder Digitalanzeige, beispielsweise auf einem Bildschirm, direkt den Kurvenverlauf der Oberfläche entlang der vom Laserstrahl bestrichenen Geraden darstellen kann. Im Laufe der Fortbewegung des Profiles in seiner Längsrichtung kann nun in minimalen Abständen der Kurvenverlauf der Oberfläche entlang der Bewegungsgeraden des Laserstrahles registriert werden, so daß im Endeffekt eine endlos lange Fläche, die sich aus eng nebeneinanderliegenden Kurvenabschnitten zusammensetzt, gemessen und registriert werden kann· -take place over the entire width of the profile swept by the laser beam, so that the analog and / or digital display, for example on a screen, can directly show the curve of the surface along the straight line swept by the laser beam. During the movement of the profile in its longitudinal direction, the curve of the surface can now be recorded at minimal intervals along the straight lines of movement of the laser beam, so that in the end an endlessly long surface, which is made up of closely spaced curve sections, can be measured and recorded.

Um alle praktischen Anwendungsfälle erfindungsgemäß optimal bewältigen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die periodische Schwenkbewegung mit einer Frequenz von etwa 1 Hz bis etwa 10 kHz erfolgt. Es können dann sowohl langsame als auch sehr schnelle Profillängsbewegungen noch registriert werden. Die höchste, noch der Messung zugängliche Bewegungsgeschwindigkeit des Profils liegt bei einer Frequenz der Schwenkbewegung von 10 kHz bei etwa 10 m/s , wenn man eine mittlere Meßdistanz in Bewegungsrichtung von ca. 0,5 mm verlangt. Bei größerer Meßdistanz kann die Bewegungsgeschwindigkeit noch wesentlich erhöht werden.In order to be able to cope optimally with all practical applications according to the invention, it is expedient if the periodic pivoting movement takes place at a frequency of approximately 1 Hz to approximately 10 kHz. Both slow and very fast longitudinal profile movements can then still be registered. The highest speed of movement of the profile that is still accessible for measurement is around 10 m / s at a frequency of the swivel movement of 10 kHz if an average measurement distance in the direction of movement of around 0.5 mm is required. If the measuring distance is greater, the speed of movement can be increased significantly.

Ist ein Profil derart gestaltet, daß die zu registrierende Oberfläche nicht von einem einzigen Laserstrahl bestrichen werden kann, so müssen mehrere Laserstrahlen in einer Normalebene auf die Profillängsrichtung auf die Profiloberfläche fokussiert werden, wobei die Registrierung und gegebenenfalls Darstellung der jeweiligen Meßeffekte der einzelnen Laserstrahlen zeitlich synchronisiert erfolgen muß. Nur dann istIs a profile designed in such a way that the The surface cannot be covered by a single laser beam, so several laser beams must be in a normal plane be focused on the profile longitudinal direction on the profile surface, the registration and, if applicable Representation of the respective measuring effects of the individual laser beams must be synchronized in time. Only then is

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ΛΌΛΌ

gewährleistet, daß die erhaltenen Meßwerte einem gemeinsamen Kurvenverlauf entlang eines Querschnittes des Profils entsprechen. ensures that the measured values obtained correspond to a common curve profile along a cross-section of the profile.

Um eine gute Kontrolle und Darstellung der erhaltenen Meßwerte zu sichern, ist es zweckmäßig, wenn die Darstellung der sich bei der Bewegung des Laserstrahles normal zu einer Längsrichtung des Profils ergebenden Meßeffekte räumlich zugeordnet, in Form eines dem tatsächlichen Verlauf der Oberflächengeometrie geometrisch ähnlichen Analog- und/oder Digitalsignals erfolgt. Es ist dann möglich, die registrierten Meßwerte auch optisch, z.B. auf einem Bildschirm darzustellen, so daß auch auf diese Weise eine Kontrolle der Profiloberfläche erfolgen kann. Zweckmäßigerweise kann dabei die Sollkurve gleich am Bildschirm über die Istkurve gelegt werden, so daß unzulässige Toleranzüberschreitungen sofort erkennbar sind.In order to ensure good control and presentation of the measured values obtained, it is useful if the presentation of the when moving the laser beam normal to a longitudinal direction of the profile resulting measurement effects spatially assigned, in the form of the actual course of the surface geometry geometrically similar analog and / or digital signal takes place. It is then possible to visualize the recorded measured values, e.g. to be displayed on a screen, so that the profile surface can also be checked in this way. Appropriately the target curve can be placed over the actual curve on the screen, so that inadmissible tolerances are exceeded are immediately recognizable.

In vielen Fällen ist es wünschenswert,die ganze Oberfläche eines Profiles rundherum zu messen. In diesem Falle, ist es zweckmäßig, wenn mehrere Laserstrahlen um das Profil so angeordnet sind, daß bei ihrer Schv/enkbewegung zumindest aneinandergrenzende Umfangsbereiche des Profils überstrichen werden, wobei die zeitlich synchronen Analog- und/oder Digitalsignale zu einem, geometrisch dem von den Laserstrahlen bestrichenen Profilumfang ähnlichen, geschlossenen Linienzug zusammengefügt dargestellt werden« Bei einer synchronen Schwenkbewegung der verwendeten Laserstrahlen wird somit ein geschlossener Linienzug um das Profil erfaßt. Bei Fortbewegung des Profils in seiner Längsrichtung reiht sich dann im Sinne der vorliegendenIn many cases it is desirable to have the entire surface to measure a profile all around. In this case, it is useful if several laser beams are arranged around the profile in this way are that during their pivoting movement at least adjoining peripheral areas of the profile are swept over, the chronologically synchronous analog and / or digital signals to one, geometrically the one swept by the laser beams Profile scope similar, closed lines are shown joined together «With a synchronous swivel movement of the The laser beams used are thus recorded as a closed line around the profile. When moving the profile in its longitudinal direction is then lined up in the sense of the present

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Erfindung ein geschlossener Linienzug an den zeitlich nächstfolgenden, so daß bei bildlicher Darstellung hintereinanderliegende Linienzüge quasi "scheibenweise" das gemessene Profil darstellen. Diese Darstellung kann endlos erfolgen, so daß beispielsweise, wenn ein aus einer Spritzmaschine extrudiertes Profil registriert werden soll, die ganze Produktionslänge in einem Arbeitsgang gemessen und erfaßt werden kann. Wesentlich ist an der erfindungsgemäßen Methode, daß das Profil frei im Raum bewegend gemessen wird und keinerlei KrafteinflUssen von außen ausgesetzt ist, die eine Deformation bewirken könnten. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist auch, daß die Meßgeschwindigkeit derart groß gewählt werden kann, daß sie vollkommen der gegebenenfalls vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit des zu messenden Profils angepaßt werden kann*Invention of a closed line on the next following, so that, in the case of a graphic representation, lines lying one behind the other quasi "slice by slice" the measured profile represent. This representation can take place endlessly, so that, for example, when an injection molding machine extruded profile is to be registered, the entire production length is measured and recorded in one operation can. It is essential to the method according to the invention that the profile is measured while moving freely in space and not at all Is exposed to external forces that could cause deformation. Essential to the present invention is also that the measuring speed can be selected to be so large that it is completely the possibly given Movement speed of the profile to be measured can be adjusted *

Dient die vorliegende Erfindung zur Kontro^e eines Fertigungsprozesses, so ist es zweckmäßig wenn die Analog- und/oder Digitalsignale ols Stellgrößen für Steuer- und/oder Regeleingriffe an der Fertigungseinrichtung Verwendung finden. Auf diese Weise ist es möglich während der Herstellung eines Profiles sofort den Fehler festzustellen und entsprechende Korrekturen zu seiner Behebung vorzunehmen. Auf diese Weise kann, wenn die Kontrolle der Maßgenauigkeit unmittelbar nach der Fertigungseinrichtung stattfindet, die Menge an hergestelltem fehlerhaften Profil auf ein Minimum reduziert werden. Dies hat neben den wirtschaftlichen Vorteilen auch noch positivem Einfluß auf die Leistung der Fertigungsmaschine und auf die Qualität des Produkts.If the present invention is used to control a manufacturing process, it is useful if the analog and / or digital signals ols manipulated variables for control and / or regulation interventions on the Find manufacturing facility use. In this way it is possible to spot the error immediately during the production of a profile and make appropriate corrections to rectify it. This can when checking the dimensional accuracy takes place immediately after the manufacturing facility, the amount of produced defective profile to a minimum be reduced. In addition to the economic advantages, this also has a positive influence on the performance of the production machine and on the quality of the product.

Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein laseroptisches System verwendet, wobeiTo carry out the method described above, a laser-optical system is used according to the present invention, wherein

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im Strahlengang eines Lasers nach diesem aufeinanderfolgend a) eine Sammellinse, b) eine Kollimatorlinse, c) ein zur optischen Achse geneigter Teilerspiegel, der für vom Laser kommende Strahlen durchlässig ist, für aus der anderen Richtung kommende Strahlen undurchlässig ist, und d) eine Sammellinse angeordnet sind, wobei im Strahlengang außerdem eine Vorrichtung zum periodischen Schwenken des Laserstrahls angeordnet ist. Durch die Schwenkung allein des Strahlenganges ist eine mechanische Unabhängigkeit von den anderen Teilen des laseroptischen Systems gegeben, so daß die Schwenkeinrichtung völlig unabhängig bedient werden kann.in the beam path of a laser after this successive a) a converging lens, b) a collimator lens, c) a for Optical axis inclined splitter mirror, which is transparent for rays coming from the laser, for rays from the other Direction coming rays is opaque, and d) a converging lens are arranged, wherein in the beam path also a device for periodically pivoting the laser beam is arranged. By pivoting the beam path alone mechanical independence from the other parts of the laser-optical system is given, so that the pivoting device can be operated completely independently.

Für relativ niedere Frequenzen der Schwenkbewegung kann eine mechanisch schwenkbare Optik verwendet werden, bei höheren Frequenzen ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Schwenken des Laserstrahls aus einem steuerbaren Beugungsgitter besteht. Derartige Beugungsgitter sind optisch durchlässige Materialien, deren Brechungsindex durch Anlegen einer Wechselspannung periodisch geändert werden kann. Synchron zu der angelegten, eventuell auch hochfrequenten Wechselspannung ändert sich der Brechungsindex des Beugungsgitters und lenkt demnach den Laserstrahl bzw. das LaserstrahlbUndel entsprechend ab, so daß der durch den Laserstrahl erzeugte Lichtfleck innerhalb der gewünschten Grenzen auf der Oberfläche des zu vermessenden Profils hin und her wandert. Eine besonders zweckmäßige Anordnung von laseroptischen Systemen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem ringförmigen Gehäuse, in dem zumindest zwei laseroptische Systeme entlang der inneren Mantelfläche des Ringes in Umfangrichtung beweglich verfahr- und arretierbar angeordnet sind. Entsprechend der Kompliziertheit des zu vermessenden Profilquerschnittes können auch mehrere laseroptische Systeme in dem ringförmigen Gehäuse angeordnetMechanically pivotable optics can be used for relatively low frequencies of the pivoting movement; at higher frequencies it is advantageous if the device for pivoting the laser beam consists of a controllable diffraction grating. Diffraction gratings of this type are optically transparent materials whose refractive index can be changed periodically by applying an alternating voltage. The refractive index of the diffraction grating changes synchronously with the applied, possibly also high-frequency alternating voltage and accordingly deflects the laser beam or the laser beam bundle so that the light spot generated by the laser beam moves back and forth within the desired limits on the surface of the profile to be measured . A particularly expedient arrangement of laser-optical systems according to the present invention consists of an annular housing in which at least two laser-optical systems are arranged so that they can be moved and locked in the circumferential direction along the inner surface of the ring. Depending on the complexity of the profile cross-section to be measured, several laser-optical systems can also be arranged in the ring-shaped housing

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sein, um auch Hinterschneidungen ausmessen zu können. Durch die Verfahrbarkeit der laseroptischen Systeme in dem Gehäuse kann eine Anpassung an den jeweils zu vermessenden Profilquerschnitt gewählt werden.in order to also be able to measure undercuts. By the mobility of the laser-optical systems in the housing can be adapted to the profile cross-section to be measured in each case to get voted.

Um eine möglichst vorteilhafte Auswertung der erhaltenen Meßeffekte zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn bei einer erfindungsgemäßen Anordnung von laseroptischen Systemen, wobei im Strahlengang des über den Teilerspiegel vom Objekt reflektierten Laserstrahlbündels nach dem Teilerspiegel aufeinanderfolgend eine Sammellinse, eine mit einem Oszillator gekoppelte Lochblende und ein Fotodetektor angeordnet sind und wobei die im Fotodetektor erzeugte Meßspannung über einen Verstärker einem Eingang eines Lock-In-Detektors zugeführt ist, dessen zweiter Eingang mit dem Oszillator der Lochblende in Verbindung steht, die Ausgänge aller laseroptischen Systeme an einen elektronischen Meßwerte-Decoder angeschlossen sind, der über einen elektronischen Prozessor in Verbindung mit Parametereingabe- und Meßergebnis-Ausgabeeinheiten besteht.In order to achieve the most advantageous possible evaluation of the measurement effects obtained, it is expedient for a Arrangement according to the invention of laser-optical systems, with the reflected from the object in the beam path via the splitter mirror After the splitter mirror, a converging lens, a pinhole diaphragm coupled to an oscillator and a photodetector are arranged successively after the splitter mirror, and the im The measuring voltage generated by the photodetector is fed via an amplifier to an input of a lock-in detector, the second of which Input with the oscillator of the pinhole is in connection, the outputs of all laser optical systems to an electronic one Measured values decoder are connected, which has an electronic Processor in connection with parameter input and measurement result output units.

Durch eine derartige Anordnung ist eine vollautomatische Meß-, Registrier- und Ausgabeeinheit geschaffen, die gegebenenfalls noch durch entsprechende Impulsumwandler zur Steuerung von Regeleinheiten für die Produktionsmaschine verwendet werden können.Such an arrangement creates a fully automatic measuring, registering and output unit which, if necessary or through appropriate pulse converters for controlling control units can be used for the production machine.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigt die Fig. 1 ein Schema der Laseroptik, die Fig. 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Anordnung und die Fig. 3 und 4 eine schematische Darstellung der Laserkopfanbringung von vorne bzw. von der Seite.In the following, the invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawing. 1 shows a diagram of the laser optics, FIG. 2 shows a block diagram of the arrangement according to the invention and FIGS. 3 and 4 show a schematic representation of FIG Laser head attachment from the front or from the side.

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In Fig. 1 ist der Strahlengang innerhalb des Laserkopfes 2 dargestellt. Vom Laser 3 kommend gelangt das Laserstrahlbündel durch einen Kollimator 4, durchdringt einen unter 45 zur optischen Achse angeordneten Teilerspiegel und v/ird dann von der Fokussieroptik 6, die Strahlschwenkeinrichtung 7 durchsetzend ,auf die Oberfläche des Profils 1 gebündelt. Der reflektierte Laserstrahl wird von der Rückseite des Teilerspiegels 5 zu einem Umlenkspiegel 8 abgelenkt und sodann über eine weitere Fokussieroptik 9 einem Fotodetektor 11 zugeführt. Zwischen der Fokussieroptik 9 und dem Fotodetektor 11 ist eine Schwingblende 10 angeordnet. Die Schwingblende ist als Lochblende ausgeführt und ist etwa beim Brennpunkt der Fokussieroptik 9 positioniert. Der Durchmesser des Loches der Schwingblende 10 beträgt einige zehntel Millimeter. Zur Anregung der Schwingblende 10 beinhaltet diese einen Oszillator. Die Spannung, die der Fotodetektor 11 aufgrund der Intensitätsdifferenz des entsprechend der Extremstellungen der Lochblende auf ihn fallenden ,reflektierten Laserstrahlbündels, abgibt, wird durch einen NF-Verstärker zu einem gleichfalls mit der Schwingblende 10 verbundenen sogenannten. Lock-In-Detektor geführt. Aus dem Lock-In-Detektor tritt ein synchronisiertes Meßsignal aus, so daß die Schwingungsfrequenz der Schwingblende und die ihr entsprechende Spannungsänderung am Ausgang des Fotodetektors 11 zeitlich übereinstimmend ausgewertet werden können. Die Bezugsziffer 15 bezeichnet die Steuerleitung für die Strahlschwenkung, die Bezugsziffer 16 die entsprechende Rückkopplungsleitung für die Strahlschwenkung, die Bezugsziffer 17 die Meßsignalausgabe und die Bezugsziffer 18 die Laserkopf-Position Signalausgabe, welche mit dem Positionierantri eb 12, der den Lssermeßkopf 2 steuert, in Verbindung steht.In Fig. 1, the beam path within the laser head 2 is shown. The laser beam arrives from the laser 3 through a collimator 4, penetrates a splitter mirror arranged at 45 to the optical axis and is then from of the focusing optics 6, penetrating the beam pivoting device 7, bundled onto the surface of the profile 1. Of the reflected laser beam is deflected from the back of the splitter mirror 5 to a deflecting mirror 8 and then A photodetector 11 is supplied via a further focusing optics 9. Between the focusing optics 9 and the photodetector 11 an oscillating diaphragm 10 is arranged. The oscillating diaphragm is designed as a pinhole and is approximately at the focal point of the focusing optics 9 positioned. The diameter of the hole in the oscillating diaphragm 10 is a few tenths of a millimeter. To stimulate the Oscillating diaphragm 10 this includes an oscillator. The voltage that the photodetector 11 due to the intensity difference of the corresponding to the extreme positions of the pinhole falling on him, reflected Laser beam, emits, is converted by an LF amplifier into a so-called likewise connected to the oscillating diaphragm 10. Lock-in detector led. A synchronized one emerges from the lock-in detector Measurement signal from, so that the oscillation frequency of the oscillating diaphragm and the voltage change corresponding to it at the output of the photodetector 11 can be evaluated at the same time. The reference number 15 denotes the control line for the beam swivel, reference number 16 the corresponding feedback line for the beam pivoting, reference number 17 the measurement signal output and the reference number 18, the laser head position signal output, which eb with the positioning drive 12, the Lssermeßkopf 2 controls, is in communication.

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Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Blockdiagramm sind in einem Laserkopf-Montagegrundrahmen 19, drei Lasermeßköpfe 2 angeordnet. Die aus diesen Lasermeßköpfen 2 austretenden Laserstrahlen treffen auf verschiedene Oberflächenanteile eines im Querschnitt dreieckigen Profils 1. Die Position der Lasermeßköpfe 2 wird durch eine Laserstrahlpositionsteuerung 20 erreicht. Die aus den Lasermeßköpfen 2 austretenden Meßsignale werden zuerst von einem Meßwerte-Decoder 21 verarbeitet und gelangen von dort zur Auswerteeinheit 24. Um die Auswertung zu ermöglichen, ist die Auswerteeinheit 24 mit einer Eingabe für die Prozeß-Istwerte 22 und einer Eingabe für die Prozeß-Sollwerte 23 verbunden. Die aus der Auswerteeinheit 24 austretenden Daten können einerseits über einen Teletypeschreiber 25 protokolliert werden, oder andererseits auch zu einer bildlichen Darstellung auf einem Bildschirm 27 verwendet werden. Um eine direkte Rückkopplung auf den- Herstellprozeß des Profils 1 zu ermöglichen, führt eine Verbindungsleitung aus der Auswerteeinheit 24 zu entsprechenden Regelorganen 26 zur Prozeßsteuerung.According to the block diagram shown in FIG. 2, in a Laser head mounting base frame 19, three laser measuring heads 2 arranged. The laser beams emerging from these laser measuring heads 2 meet different surface portions of a profile 1 with a triangular cross-section. The position of the laser measuring heads 2 is achieved by a laser beam position controller 20. The measuring signals emerging from the laser measuring heads 2 are first processed by a measured value decoder 21 and from there to the evaluation unit 24. To enable the evaluation, the evaluation unit 24 is connected to an input for the process actual values 22 and an input for the process setpoint values 23. The data emerging from the evaluation unit 24 can be logged on the one hand via a teletype recorder 25, or, on the other hand, can also be used for a pictorial representation on a screen 27. To provide direct feedback To enable the production process of the profile 1, a connecting line leads from the evaluation unit 24 to the corresponding Control organs 26 for process control.

In den Fig. 3 und 4 ist die Anbringung der Lasermeßköpfe 2 innerhalb des Lasermeßkopf-Montagegrundrahmens 19 dargestellt. Am Fuß des Lasermeßkopfes 2 ist eine innere Führung 28 vorgesehen, der eine äußere Führung 29 am Lasermeßkopf-Montagegrundrahmen 19 entspricht. Der äußeren Führung 29 entspricht wiederum ein äußerer Führungsring 30. Zur Verstellung eines Lasermeßkopfes 2 innerhalb des Lasermeßkopf-Montagegrundrahmens 19 dient ein Positionierantrieb 12, der den Lasermeßkopf über eine Verzahnung 31 bewegen kann. Dadurch gelangt der Lasermeßkopf 2 beispielsweise in die Position 2'. Eine weitere Möglichkeit zur Veränderung der Position der Lasermeßköpfe 2 in bezug auf das Profil 1 besteht darin, den gesamten Lasermeßkopf-Montagegrundrahmen 19 zu drehen. Dazu dientIn FIGS. 3 and 4, the mounting of the laser measuring heads 2 within the laser measuring head mounting base frame 19 is shown. At the An inner guide 28 is provided at the foot of the laser measuring head 2, which guides an outer guide 29 on the laser measuring head mounting base frame 19 is equivalent to. The outer guide 29 in turn corresponds to an outer guide ring 30. To adjust a laser measuring head 2 within of the laser measuring head mounting base frame 19 is a positioning drive 12 which moves the laser measuring head over a toothing 31 can. As a result, the laser measuring head 2 arrives, for example, in position 2 '. Another way to change position of the laser measuring heads 2 with respect to the profile 1 consists in rotating the entire laser measuring head mounting base frame 19. Serves for this

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der Positionierantrieb 34. Um die Drehung des Lasermeßkopf-Montagegrundrahmens 19 zu ermöglichen, ist dieser über Ständer 33 auf Führungsrollen 32 gelagert. Zur Führung des Profiles 1, dessen Oberfläche vermessen werden soll, dient eine Rollenbahn 35. Das in der Mitte der Rollenbahn 35 in Fig. 3 dargestellte strichpunktierte Areal 36 symbolisiert den Meßbereich, der in dem dargestellten Falle zur Verfügung steht.the positioning drive 34. To the rotation of the laser measuring head mounting base frame 19, it is mounted on guide rollers 32 via stands 33. To guide the profile 1, its The surface is to be measured, a roller conveyor 35 is used. The dash-dotted line shown in the center of the roller conveyor 35 in FIG Area 36 symbolizes the measurement area that is available in the case shown.

Patentansprüche -Claims -

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Claims

1. Method of measuring the surface of a stationary

"" 'or preferably continuously in a longitudinal direction of the profile movable profile od. The like. Any lengthwise extension, with one or more laser beams on the surface of the advanced profile is (are) focused with the formation of a light spot and due to surface geometry changes occurring changes in the image of the light spot are registered and, if necessary, in analog and / or Digital signals are represented converted, characterized in that the laser beam or beams in a The plane lying normal to the direction of movement of the profile is (are) periodically moved back and forth.

2. The method according to claim 1, characterized in that the periodic pivoting movement with a frequency of about 1 Hz to about 10 kHz follows.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein a plurality of laser beams are focused on the profile surface in a normal plane in the longitudinal direction of the profile, characterized in that that the registration and, if applicable, the display of the the respective measuring effects of the individual laser beams are synchronized in time.

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4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the representation of the movement of the laser beam normal to a longitudinal direction of the profile spatially resulting measurement effects, takes place in the form of an analog and / or digital signal that is geometrically similar to the actual course of the surface geometry.

5. The method according to claim 3 and 4, wherein a plurality of laser beams are arranged around the profile so that in their Swivel movement at least adjoining circumferential areas of the profile are swept over, characterized in that, that the chronologically synchronous analog and / or digital signals to one, geometrically that swept by the laser beams Profile scope similar, closed lines are shown joined together.

6. The method according to any one of the preceding claims for checking the cross-sectional accuracy of a profile in the course of its manufacture characterized in that the analog and / or digital signals are used as manipulated variables for control and / or regulating interventions used at the manufacturing facility.

7. Laser-optical system for performing the method according to one of the preceding claims, wherein in the beam path of a laser after this successively α) a converging lens, b) a collimator lens, c) one inclined to the optical axis Splitter mirror that is transparent to rays coming from the laser and opaque to rays coming from the other direction and d) a converging lens are arranged, characterized in that a device (7) for periodic Pivoting the laser beam is arranged »

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8. Laser-optical system according to claim 7, characterized in that the device consists of a controllable diffraction grating.

9. Arrangement of laser optical systems according to claims 7 and 8, characterized in that in an annular housing at least two laser-optical systems along the inner lateral surface of the ring can be moved and locked in the circumferential direction are arranged.

10. Arrangement of laser optical systems according to claims 7, 8 and 9, wherein in the beam path of the object via the splitter mirror reflected laser beam successively after the splitter mirror a converging lens, a pinhole diaphragm coupled to an oscillator and a photodetector are arranged, and wherein the Measurement voltage generated in the photodetector is fed via an amplifier to an input of a lock-in detector, whose second input is connected to the oscillator of the pinhole diaphragm, characterized in that the outputs of all laser-optical Systems are connected to an electronic readings decoder, which communicates via an electronic processor with parameter input and measurement result output units.

GERMAN / SEMPERJT GESELLSCHAFT M.B.H.

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