DE3105568A1

DE3105568A1 - Einrichtung und verfahren zur bestimmung von abmessungen

Info

Publication number: DE3105568A1
Application number: DE19813105568
Authority: DE
Inventors: Timothy R. Windsor Ontario Pryor
Original assignee: Diffracto Ltd Canada
Current assignee: Diffracto Ltd Canada
Priority date: 1980-03-27
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1982-02-11
Also published as: US4403860A; CA1164649A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Abmessungen wie Durchmesser, Dicke, Lochtiefe, Bohrungsgröße und dergleichen und zur Überwachung einer Gegenstandsabmessung, Werkzeugposition oder Werkzeugform. Zur Zeit gibt es viele Einrichtungen zur Bestimmung von Abmessungen verschiedener Gegenstände. Zum Beispiel ist es bei modernen Industrieanwendungen bekannt, Kontaktspitzen zu verwenden, um eine Abmessung auf einen elektronischen Wandler zu übertragen. Bei einer typischen augenblicklichen Anwendung tasten solche Kontaktspitzen routinemäßig den inneren Durchmesser einer Zylinderbohrung eines Motors ab. Lineare Länge-Spannungswandler sind an die Antastteile angeschlossen, um den Ort der Antastteile festzustellen und so die Beziehung zu dem Bohrungsdurchmesser herzustellen.

Solche elektronischen Wandlersysteme mit Spitzen haben immer mehr die zuvor verwendeten Luftmeßgeräte ersetzt, die einen

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Luftdruck gegenüber einer Oberfläche des Gegenstandes als Meßvariable verwenden. Diese Luftmeßgeräte haben den Vorteil, daß sie keinen Kontakt zwischen dem Gegenstand und dem Meßgerät erfordern. Der Grund für den Ersatz der Luftmeßgeräte ist der weitere Meßbereich, Stabilität und Beständigkeit der elektronischen Taster, die die Nachteile bei Verwendung von mechanischen Kontakten im Gegensatz zu einer berührungsfreien Messung mehr als wettmachen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes und zur überwachung einer Gegenstandsabmessung, Werkzeugposition und Werkzeugform bei der Bearbeitung eines Gegenstandes.zu schaffen. Außerdem soll eine Einrichtung und ein Verfahren angegeben werden, die Vorteile gegenüber den bisher bekannten Einrichtungen und Verfahren aufweisen, wie sie oben angegeben worden sind und die mehrere der Nachteile davon vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Lehre gelöst. Für den Fachmann ist zu ersehen, daß bei einer Ausführungsform eine Einrichtung zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes vorgesehen ist, die aufweist eine Halterung, Mittel zum Positionieren eines Gegenstandes, ein an der Halterung befestigtes Meßteil mit einem Antastteil zur Antastung an eine Oberfläche eines positionierten Gegenstandes und mit einem Teil, der mit dem Antastteil beweglich ist und eine Kante aufweist, Mittel zur Positionierung des Meßteils in einer Antastlage, in der der Antastteil sich in Kontakt mit der Oberfläche befindet, wodurch die Kantenposition proportional einer Abmes-

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sung des Gegenstandes zwischen einem Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes ist, der von dem Antastteil des Meßteils kontaktiert wird, eine Lichtquelle, die Licht auf die Kante wirft, eine Lichtdetektoreinrichtung mit einer Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen, die jeweils in der Lage sind, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von einfallendem Licht zu erzeugen, eine Linseneinrichtung zur Fokussierung eines Bildes der Kante auf der Lichtdetektoreinrichtung, wobei das Bild durch das auf die Kante gerichtete Licht erzeugt wird, und Mittel zur Analysierung des Ausgangssignals von den lichtempfindlichen Elementen zur Bestimmung der Abmessung zwischen dem Bezugspunkt und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die weitere Kante bei einem zweiten Meßteil vorgesehen, das an der Halterung befestigt ist und einen Kontaktendteil zur Kontaktierung einer zweiten Oberfläche eines Gegenstandes aufweist sowie einen Nichtkontaktteil, der mit dem Kontaktteil bewegbar ist und die weitere Kante aufweist, und das zweite Meßteil ist außerdem zwischen einer zurückgezogenen und einer Gegenstandsberührungsposition bewegbar, derart, daß die Kanten der ersten und zweiten Meßteile sich in einem Abstand zwischen den von den Meßteilen kontaktierten Gegenstandsflächen befinden. Die Einrichtung ist so in der Lage, den Abstand zwischen den kontaktierten Flächen festzustellen. Die Oberflächen können Außenflächen sein, so daß Außenabmessungen,wie beispielsweise Dicke, festgestellt werden können, oder es kann sich um Innenflächen handeln, beispielsweise Bohrungswandungen, wodurch Innenabmessungen, beispiels-

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weise Bohrungsdurchmesser, bestimmt werden können.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Gegenstand so positioniert, daß ein Bezugspunkt - der sich auf der Oberfläche, auf einer Drehachse oder sonstwo befinden mag - des Gegenstandes sich in einer Bezugslage befindet. Bei dieser Ausführungsform ist die weitere Kante eine Bezugskante, die in einem bekannten Abstand von dem Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes angeordnet ist. Befindet sich das erste Meßteil in seiner den Gegenstand kontaktierenden Position, so ist der Abstand zwischen der Kante des ersten Meßteils und dem Bezugspunkt proportional dem Spalt zwischen den Kanten. Die Einrichtung ist so in der Lage, den Abstand zwischen dem Bezugspunkt und der Kontaktoberfläche eines positionierten Gegenstandes zu bestimmen. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für eine Einrichtung, bei der der Gegenstand relativ zu dem Meßteil gedreht wird, in welchem Fall der Bezugspunkt vorzugsweise die Drehachse ist.

Bei einer weiteren Abwandlung der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist ein langgestrecktes Meßteil vorgesehen, das eine Anzahl von Kanten aufweist, die in bekannten Abständen zueinander angeordnet sind und die sich alle mit dem Kontaktteil des Meßteils bewegen. Bei dieser Ausführungsform ändert sich das Bild der Kantenabstände mit der Position des Meßteils, so daß eine Anzeige der Position des Kontaktteils des Meßteils und somit der davon kontaktierten Oberfläche geliefert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind Mittel zur Überwachung einer Gegenstandsabmessung, Werkzeugposition oder Werkzeugform in einer Einrichtung zur Bearbeitung eines Gegenstandes mit einem Werkzeug vorgesehen, die ein Werkzeug und Mittel zur

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Halterung eines von dem Werkzeug zu bearbeitenden Gegenstandes in einer Bearbeitungsposition aufweist. Die überwachungseinrichtung weist Mittel auf, um während des normalen Arbeitsvorganges der Einrichtung elektromagnetische Strahlung auf eine Kante des Teils zu richten, das den Teil des Gegenstandes kontaktiert, der bearbeitet wird, um so ein Muster elektromagnetischer Strahlung zu bilden, das charakteristisch für die Position der Kante in der darauf gerichteten elektromagnetischen Strahlung ist, und es sind Mittel vorgesehen zur Analysierung des Musters, um die Gegenstandsabmessung, Werkzeugposition oder Werkzeugform während des normalen Arbeitsvorganges der Einrichtung zu bestimmen.

Anhand der Zeichnung sollen weitere Einzelheiten und Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die genaue Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen lediglich dazu dienen, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu verdeutlichen, und daß die Erfindung vielfache Abwandlungen und Änderungen gestattet, die für den Fachmann naheliegen, ohne sich von dem Wesen und dem Umfang der Erfindung zu entfernen.

Fig. 1 zeigt schematisch von der Seite und teilweise geschnitten eine erste Ausfuhrungsform der Erfindung,
Fig. 2 zeigt schematisch von der Seite und teilweise

geschnitten einen Teil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3A zeigt schematisch von der Seite eine dritte Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 3B zeigt schematisch eine Endansicht eines Teils der Einrichtung gemäß Fig. 3A,

Fig. 4A und 4B zeigen schematisch von der Seite ein Meßteil mit mehreren Kanten entsprechend der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform eines Meßteils mit mehreren Kanten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 zeigt schematisch von der Seite eine vierte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 ist eine schematische Seitenansicht eines Bohrwerkzeuges, bei dem eine Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung verwendet ist,

Fig. 8 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung ein Bohrwerkzeug mit einer weiteren Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 9 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine siebte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer

achten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 12a ist eine grafische Darstellung von Daten in einem System zur Feststellung von Grenzwerten gemäß der Erfindung,

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Pig. 13 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform

einer Analysiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 14A und 14B verdeutlichen die Verwendung einer gekanteten Matrixanordnung zur Verbesserung der Kantenauflösung,

Fig. 15A bis 15C verdeutlichen in verschiedener prinzipieller Darstellung ein typisches Bearbeitungszentrum mit einem sich bewegenden Tisch.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die dort dargestellte Einrichtung weist einen Träger 10 mit einer stabilen Basis 11, einem Gehäuse 12 und Beinen 13 zur Befestigung des Gehäuses 12 an der Basis 11 und ein Führungsteil 14 auf, das horizontal in Richtung eines Pfeiles A in einer Spur (nicht dargestellt) in der Basis 11 beweglich ist. Das Führungsteil 14 dient zur Positionierung eines Gegenstandes 15, in diesem Fall eines rohrförmigen Teiles mit einer Bohrung 16. Die Bohrung 16 hat einen nominal konstanten Durchmesser bis auf eine Rille 17, die sich an einem Punkt entlang der Bohrungswandung befindet, wobei die Oberfläche der Bohrungswandung in der Rille 17 einen vergrößerten Durchmesser hat. Gegenstand 15 ist in irgendeiner passenden herkömmlichen Weise an dem Führungsteil 14 befestigt, beispielsweise durch Schrauben oder Klammern (nicht dargestellt), und zwar vorzugsweise lösbar befestigt.

Zwei Meßteile 18, 19 sind auf dem Gehäuse 12 an dem äußeren Ende 20 eines langgestreckten Rohres 21 gehalten, das einen Teil des Gehäuses 12 bildet. Jedes Meßteil ist langgestreckt und weist einen Antastteil an seinem äußeren Ende zur

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Kontaktierung der Oberfläche der Bohrungswandung und einen Nichtkontaktteil an seinem anderen Ende auf, der mit dem Kontaktteil beweglich ist und eine Kante aufweist. Die Kanten der beiden Teile haben einen Abstand voneinander und bilden dazwischen einen Spalt- Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Meßteile in einfacher Weise zylindrisch mit einem abgerundeten Ende 22 zur Kontaktierung der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes und mit einem anderen Ende 23 mit einer Kante, die damit aus einem Stück bestehen oder auch ein separates Teil sein kann, beispielsweise eine Messerkante, die an dem anderen Ende des zylindrischen Meßteils befestigt ist.

In Fig. 2 ist gezeigt (in der nur das Meßteil 18 gezeigt ist), daß dieses Meßteil langgestreckt ist und einen Flansch 24 in der Nähe seines abgerundeten Kontaktendes und einen Flansch 25 in der Nähe seines Kantenendes trägt. Wenigstens einer der Flansche 24, 25 ist beweglich, damit ein Zusammenbau möglich ist. Eine Feder 26 drückt das Meßteil 18 aus dem Rohr 21 in eine Kontaktposition, in der der Antastteil 22 sich in Kontakt mit einer Oberfläche eines positionierten Gegenstandes befindet. Flansch 25. wirkt als Anschlag zur Begrenzung der Äuswärtsbewegung des Meßteils 18. Meßteil 18 hat somit eine Arbeitslänge, die, bei der dargestellten Ausführungsform, ungefähr gleich dem Abstand zwischen der äußeren Wandung 27 (Fig. 2) von Rohr 21 und Flansch 24 ist. Die Feder 26 ist so gewählt, daß sie das Meßteil 18 gegen die Oberfläche eines positionierten Gegenstandes drückt. Eine Spule 28 eines Elektromagneten umgibt das Meßteil 18 und ist mit nicht dargestellten elektrischen Speise-

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mitteln verbunden. Das Meßteil 18 ist magnetisch oder weist ein magnetisches Element in der Nähe der Spule 28 auf, und der Magnet ist so angeordnet, daß bei Erregung der Spule 28 das Meßteil 18 in das Rohr 21 in eine zurückgezogene Lage gezogen wird, in der der Antastteil 22 außer Kontakt mit der Oberfläche eines

ist
positionierten Gegenstandes/, mit der er zuvor in Kontakt war.

Flansch 24 begrenzt die Einwärtsbewegung des Meßteils 18.

Die Meßteile 18, 19 sind so bemessen, daß zwischen ihnen bei Gebrauch ein Spalt gebildet ist. Wird das Meßteil 18 in seine Kontaktposition bewegt, so ist der zwischen der Kante des Meßteils 18 und der weiteren Kante gebildete Spalt abhängig von dem Abstand zwischen dem Antastteil des Meßteils und einem Bezugspunkt auf dem Gegenstand. Der Spalt liefert somit ein Maß für die Abmessung zwischen der kontaktierten Oberfläche und einem Bezugspunkt auf dem Gegenstand. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 ist der Bezugspunkt ein Punkt auf der Bohrungswandung diametral gegenüber dem Punkt, wo das Meßteil 18 die Bohrungswandung berührt. Der Bezugspunkt ist somit der Kontaktpunkt des Meßteils 19. Der zwischen den Kanten der Meßteile 18 und 19 gebildete Spalt ist somit proportional zu dem Durchmesser der Bohrung. Ein Lager 2 9 ist vorgesehen, um eine Bewegung des Stiftes 18 radial durch die Rohrwandung 27 zu ermöglichen. Die Meßteile sind somit in dem Gehäuse 12 zur diametral entgegengesetzten Bewegung zwischen der Kontakt- und der zurückgezogenen Lage gelagert.

Es sei nun wieder auf Fig. 1 Bezug genommen. Eine Lichtquelle 3 0 ist am äußeren Ende 20 eines Rohres 21 befestigt und so angeordnet, daß sie Licht auf die Kanten der Teile 18 und 19

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wirft. In einem vergrößerten Teil 32 des Gehäuses 12 befindet sich eine Lichtdetektoreinrichtung mit einer Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen 31. In dem Gehäuse 12 ist außerdem eine Linse 33 zur Fokussierung eines Bildes auf die Kanten der Meßteile 18 und 19 auf den Lichtdetektoren 31 befestigt, wobei das Bild durch das Licht von der Lichtquelle 30 gebildet wird. Eine passende Lichtquelle ist eine lichtemittierende Diode, beispielsweise eine infrarote LED (RCA SG 1009). Eine passende Linse ist eine Kameralinse wie beispielsweise eine Canon 50 mm f 1,8, und ein passender Lichtdetektor ist eine lineare Fotodiodenanordnung, die im Handel unter der Bezeichnung RL 1728 H erhältlich ist.

Bei einer anderen Anordnung ist der Gegenstand 15 in fester Lage auf einem Halteteil 14 gehalten, das wiederum an der Basis 11 befestigt ist. Das Gehäuse 12 oder wenigstens Rohr 21 davon ist relativ zur Bohrung 16 beweglich gehalten. Zum Beispiel können die Beine 13 in Schienen (nicht dargestellt) gehalten sein, die sich in Längsrichtung der Basis 11 erstrecken.

Zusätzlich zu dem in Fig. 2 gezeigten elektromagnetbetätigten Zurückziehungs- und Antastsystem sind verschiedene andere Betätigungsarten möglich - Luft, Vakuum, Hebel, Nocken usw.. Alle diese sind für sich verhältnismäßig gut bekannt, und sie alle können bei dieser Erfindung leicht angewendet werden wegen der Tatsache, daß keines der Mittel zur Übertragung irgendwo in der Nähe der bewegten Spitzen bzw. Punkte angeordnet ist. Das bedeutet z.B., daß starkstrombetriebene Elektromagneten verwendet werden können, um die Stifte zu bewegen, ohne daß Störungen wie bei herkömmlichen mechanisch-elektrischen Längenmeßtastern

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auftreten.

Während die Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 die Verwendung von Stiftrückziehungsvorrichtungen zeigt, die die Abnutzung der Stiftenden verringern, erfordert die Erfindung nicht notwendigerweise eine tatsächliche Zurückziehung der Stifte. Zum Beispiel können die Stifte durch ihre Bewegung in das Teil einwärts bewegt werden aufgrund der linearen Bewegung des Tastorgans 21 , wenn dies in die Bohrung fährt. Dies erfolgt ganz einfach durch Verjüngung der Enden der Stifte, so daß ein einfacher Eingang in die Bohrung geschaffen ist. Der Verjüngungswinkel kann natürlich nicht zu groß sein, andernfalls wird sich der Stift festhängen, und daher sind für große Änderungen oder Unterbrechungen in der Bohrung Rückziehungsvorrichtungen wünschenswert.

Es sei weiterhin bemerkt, daß die gezeigten Tastteile nicht mit der Oberfläche in Kontakt sein müssen, ausgenommen für den kleinen Augenblick, der erforderlich ist, um die Ablesung mittels der mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Diodenabtastung vorzunehmen. Das bedeutet, daß die Rückziehungsvorrichtungen verwendet werden können, obwohl sich der Tastkopf schnell dreht, ohne daß die Gefahr einer wesentlichen Haft- oder Scherabnutzung der Tastspitzen besteht. Es ist lediglich erforderlich, die Diodenanordnung in dem Augenblick abzulesen, in dem die Verzögerung des Tastkopfes null wird, wenn er gegen die Bohrungswandung geführt wird, z.B. in dem Fall der Fig. 1. Es liegt somit vollständig im Rahmen der Erfindung, die Kombination von Tastkopf und Diodenanordnung gemäß Fig. 1 zu drehen, während die Messung ganz einfach dadurch erfolgt, daß die Stifte alle 30° heraus-

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gestoßen werden, um Zylinderdaten zu gewinnen.

Besonders zweckmäßig für ein Mehrfachrückziehungssystem für den Stift ist die Verwendung von Luft oder Vakuum, um alle Stifte gegen die Wandung einer Bohrung zu drücken, z.B. durch Unterdrucksetzung der gesamten Tastkopfkammer. Das bedeutet, daß der gesamte Tastkopf dicht abgeschlossen und alles darin unter Druck gesetzt ist.

Es sei bemerkt, daß die LED-Lichtquelle 30 gemäß Fig. 1 entfernt angeordnet sein kann und das Licht zu der gezeigten Position in der Figur unter Verwendung von fiberoptischen Lichtleitungen übertragen wird. In der Tat kann jede Art von Licht einer Quelle mit fiberoptischen Mitteln übertragen werden, dieses Konzept wird weiter unten in Verbindung mit den Fig. 9, 10 und 11 diskutiert. Es sei ferner bemerkt, daß die Lichtquelle überhaupt nicht auf LED's beschränkt ist, obwohl diese wegen ihrer geringen Packungsdichte und ihrer langen Lebensdauer sehr geeignet sind. Wolframlampen, Diodenlaser, Gaslaser und jede Art von Lichtquelle sind bei dieser Erfindung geeignet.

Die Position der Kante 23 des Teils 18 und Kante 35 des Teils 19 können unabhängig überwacht werden, da die Bildpunkte 23A und 35A individuell auf der Fotodiodenanordnung 31 abgetastet werden können. Dieses Merkmal gestattet es, nicht nur Durchmesser (im wesentlichen die kombinierte Ablesung von BiIdpunkt 23A und 35A), sondern auch radiale Daten, z.B. Rundheit usw., unabhängig von jeder der beiden Kanten festzustellen. Natürlich kann man einen Tastkopf zu einem nur radialen oder nur axialen Tastkopf ganz einfach durch Weglassung eines der Teile, beispielsweise 19, machen.

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Zu beachten ist, daß in Fig. 1 die Kantenpunkte 35A und 23A umgekehrt zu denen von 18 und 19 wegen der Umkehrung durch die Linse 33 gezeigt sind. Natürlich können bei anderen Linsensystemen, bei denen z.B. zwei Linsen kombiniert sind, die Bilder gleichsinnig sein.

Es sei weiter bemerkt, daß die beiden Kanten nicht selbst notwendigerweise diejenigen der gegenüberliegenden Stifte sein müssen, die die Wandung berühren, um dies zu erreichen. Läßt man z.B. Stift 19 weg, so würde man dann nur ein Bild 23a auf der Fotodiodenanordnung 31 haben, und man würde die Position des Kantenpunktes 23 und damit das Ende des Stiftes 22 gegen die Bohrungswandung messen. Diese Messung würde relativ zur optischen Achse des Linsensystems sein, das damit die Linie bildet, auf die die Zylinderdaten der Bohrung bezogen sind. Bei vielen Anwendungen mag es jedoch zweckmäßig sein, den örtlichen Bezug für den Stiftbezugsort zu der Tastkopfachse und nicht zu der Linsenachse zu haben, wenn auch diese gewöhnlich ein und dieselben sind. In diesem Fall kann ein gegenüberliegender Kantenpunkt, beispielsweise der des Teiles 40 gemäß Fig. 2, der an die Tastkopfwandung 21A angebracht ist, eine solche örtliche Referenz liefern, und das gestattet die Durchführung der Messung selbst dann, wenn der Bohrungstastkopf selbst relativ zur optischen Achse abgelenkt sein mag. In anderen normalen Fällen würde eine solche Ablenkung nicht wünschenswert sein. Das gerade zuvor beschriebene Merkmal stellt jedoch kein Mittel dar, um einen flexiblen Bohrungstastkopf herzustellen, der in der Lage ist, einer gekrümmten Bohrung zu folgen und trotzdem genaue Daten zu liefern. In einem solchen Fall kann z.B. ein zusätzlicher Kon-

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takt 41 an der Außenseite der Tastkopfwandung 21A befestigt werden, der dann der Bohrungsoberfläche 11 in der gezeigten Weise folgen würde. In diesem Fall ist der gesamte Tastkopf selbst auf einer Seite auf die Bohrungswandung bezogen, während der abgetastete Punkt 22 der Kontur der gegenüberliegenden Seite folgt.

Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht nur für runde Bohrungen geeignet ist, sondern auch für Bohrungen wie beispielsweise Mikrowellenleiter oder andere Kanäle usw..

Die Trennung der Bildpunkte 35A und 23A hängt nicht nur von dem Abstand zwischen den Punkten 23 und 35 der Teile 18 und 19 ab, sondern außerdem von der Vergrößerung des Linsensystems 33. Es ist ganz klar, daß man um so mehr die Auflösung von dem System erwarten kann, je größer die Vergrößerung ist, wenn eine passende Schaltung zur Verfügung steht, um die Kante des Bildes zu finden, wenn die Böschung des Bildes abfällt, mit anderen Worten, wenn es weniger und weniger klar wird, an welchem Punkt die Kante liegt. In vielen Anwendungsfällen wird die Vergrößerung irgendwo bei 1:1 bis 20:1 liegen, wobei der Bereich 5:1 bis 12:1 ungefähr den optimalen Fall für die meisten Anwendungsfälle darstellt.

Zusätzlich zu der optischen Vergrößerung kann eine elektronische Vergrößerung des Signals der Diodenanordnung angewendet werden, und die Auflösung des Systems über die einfache Zahl von Elementen in der Anordnung mal der Vergrößerung zu verbessern. Eine solche Schaltung ist in der deutschen Patentanmeldung P 30 33 260.6 vom 7.9.1979 angegeben.

Die obigen Beispiele funktionierten durch überwachung

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der Position einer einzelnen mit dem Teil in Kontakt stehenden Kante des Meßteils, und dies ist der häufigste Fall. Die erfindungsgemäße Lehre geht jedoch weit darüber hinaus, indem sie die Verwendung einer Vielzahl von Kanten lehrt, um den Bereich und/ oder die Auflösung des Systems zu erweitern. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist zusammen mit einer passenden Anordnung von Diodenanordnungen und Stiften in den Fig. 3A und 3B gezeigt.

Wie dort gezeigt ist, entsteht ein Problem, wenn beabsichtigt ist, die Kontur des inneren Durchmessers eines Laufringes 119 (d.h. der äußeren Lauffläche) abzutasten. Dies ist ein Meßproblem, für das bisher kein Taster bekannt ist, der die Durchmesser an allen Punkten entlang der kegeligen Oberfläche abtastet. Der Grund hierfür liegt darin, daß man typischerweise sowohl einen Bereich von ungefähr 0,7 mm und eine Auflösung von 0,25 mm benötigt. Dies stand bisher nicht zur Verfügung.

Bei der dargestellten Anordnung werden viele Kanten verwendet, wenn auch noch einmal zu bemerken ist, daß die Erfindung

nur
diese Messung auch/unter Verwendung nur einer Kante tatsächlich gestattet, wie das in bezug zu Fig. 1 erläutert ist. Es sei zunächst die Arbeitsweise hinsichtlich einer einzelnen Kante betrachtet. In diesem Fall gelangt Licht von einer entfernt angeordneten lichtemittierenden Diode 80 über Glasfasern 81 zu einer sammelnden Linse 82, so daß beide Kanten 101 und 102 der Antaststifte 103 und 104 beleuchtet werden, die in diesem Fall so gemacht sind, daß sie eines über dem anderen versetzt sind. Diese Versetzung bedeutet, daß sie sich nicht gegenseitig stören, wenn sie sich hinein- und hinausbewegen. Der Versatz nutzt auch besser

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das LED- und/oder faseroptische Lichtfeld aus, das tatsächlich rund ist, da die Zone über ihren Weg beleuchtet ist. Es wird weiterhin die Linse 105 am besten ausgenutzt, die die Bilder der Kanten auf die Fotodiodenanordnung 110 und 111 wirft, die ebenfalls in der gleichen Weise versetzt sind, natürlich weiter voneinander entfernt aufgrund der Vergrößerung der Linse. Es ist ersichtlich, daß aufgrund der Umkehrung durch die Linse die Bildkante 101 durch die Diodenanordnung 110 und die Kante 102 durch die Diodenanordnung 111 abgetastet wird. Ein zylindrisches Gehäuse 115 hält die zuvor genannten Dinge.

Bei diesem Beispiel wird jede Diodenanordnung dazu verwendet, die Position einer der Kanten zu verfolgen, und die Differenz der Kantenpositionen ergibt den Durchmesser. Jede Kante kann individuell überwacht werden, um die Konzentrizitätsdaten relativ zur Mittellinie der Bewegung des Tastkopfes in den Lagerring 119 hinein und daraus heraus in der Z(axialen)-Richtung zu liefern.

Es sei nun anhand der Fig. 4A und 4B die Verwendung einer zusätzlichen Kante 121 betrachtet, die einen Abstand von der Kante 101 hat und durch Vakuumniederschlag auf eine: Glasunterlage 127 gebildet ist. Da jede Stiftposition durch eine individuelle Diodenanordnung überwacht ist, ist es ausreichend, die Bewegung eines Stiftes und einer Kante zu betrachten.

Betrachtet man die Arbeitsweise, so ist es klar, daß dann, wenn Kante 101 beispielsweise aufgrund eines Austretens des Stiftes von der Diodenanordnung 110 weggeht, sich die Kante 212 weiterhin auf der Diodenanordnung befindet. Ein Mikrocomputer 130 erkennt dies und justiert in bezug zu der Kante 121 anstelle

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der Kante 101, wenn die Kante 101 sich in einer voreingestellten Entfernung von dem Ende der Diodenanordnung befindet. Die Meßgenauigkeit wird beibehalten, da das Maß des Auswanderns, d.h. des Abstandes zwischen den Kanten 101 und 102, vorgeeicht ist, und sie kann in jedem Fall bestimmt werden, wenn beide Kanten sich auf der Diodenanordnung befinden.

Bei Verwendung einer passenden logischen Schaltung kann ein absolutes Meßsystem geschaffen werden, da die Breite des Streifens 135 mit den Kanten 101 und 136 natürlich verschieden von dem festen Bereich hinter der Kante 121 ist und erkannt werden kann. In gleicher Weise kann der Bereich noch weiter in absoluter Weise unter Verwendung mehrerer Kantenstreifen ausgedehnt werden, beispielsweise Streifen 135 bis Bild 135A, von denen jeder eine unterschiedliche Breite des Streifens oder einen unterschiedlichen Abstand zwischen jedem Satz hat, beispielsweise liegt "x" zwischen Kanten 101 und 121 innerhalb der Länge der Diodenanordnung unter Berücksichtigung der Linsenvergrößerung.

Diese Bereichserweiterung ergibt sich, ohne daß ein großes Lichtfeld erforderlich ist. Außerdem arbeitet sie in absoluter Weise vollständig anders als Moire-Gittertypen, die gewöhnlich für inkrementale Entschlüssler verwendet werden. Es wird tatsächlich das Bild der vielen Kanten abgetastet und die absolute Lage des Kontaktes angegeben.

Es wurde darauf hingewiesen, daß entweder der Abstand

um oder die Breite der Streifen kodiert werden können,/ein absolutes Maß für den Ort der Kantenpunkte zu liefern. Zum Beispiel kann ein doppelter Streifen von zwei Linien mit verschiedenem Abstand

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verwendet werden, um den Beginn des gegenwärtig betrachteten Zyklus zu bezeichnen. Die Diodenanordnungsschaltung 110 betrachtet z.B. nur die linke Kante bei der Durchführung der Messung, und sie verwendet das Codesignal in dem Mikrocomputer 130, um in einer Tabelle nachzusehen und anzugeben, welche Kantengruppe gerade betrachtet wird.

Natürlich kann das gesamte Anzeigesystem, einschließlich Lichtfeldunregelmäßigkeiten, Abweichungen der Linsenvergrößerung usw. geeicht werden, um die exakten Punkte zu erhalten, an denen diese Kantenpositionen auftreten als Funktion des Ortes eines Kontaktes auf dem Teil.

Es sei weiterhin bemerkt, daß die Verwendung einer Vielzahl von Kantenpositionen, die jeweils durch die Diodenanordnung abgetastet werden und einen bekannten absoluten Abstand haben, eine zusätzliche Erhöhung der Auflösung der Diodenanordnungsausgangsschaltung liefert. Dieses wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 12 beschrieben.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Vielliniengitters besteht darin, daß es die Auflösung und/oder den Bereich für irgendeine gegebene Größe einer Diodenanordnung verbessert oder eine Verringerung der Kosten oder der Größe der Diodenanordnung ermöglicht. Liegt z.B. ein System gemäß Fig. 4A vor, würde jedoch nur Kante 101 überwacht, so würde der Bereich 2,5 mm und die Auflösung 0,00025 mm für eine Linsenvergrößerung von 10x und einen Abstand von Element zu Element der Anordnung von 0,0025 mm sein. Eine passende Mehrfach-Schwellwertschaltung kann diese Auflösung noch erweitern,

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und ist diese nicht vorhanden, so kann man die Auflösung noch erweitern, indem man zu einer größeren Linsenvergrößerung von beispielsweise 20:1 übergeht. Im vorliegenden Zusammenhang würde dies den Bereich auf 0,13 mm begrenzen. Würde jedoch ein Zweikantensystem verwendet (z.B. Kanten 121 und 101), so wird der Bereich auf 0,25 mm ausgedehnt. In gleicher Weise würde ein Fünfkantensystem einen Bereich von ca. 1,3 mm liefern usw. Es ist durchaus naheliegend, daß die Schaltung, die die Kanten verarbeiten muß, die Schaltung ist, die wahrscheinlich bis hinauf zu 50 Kanten (bei einer 1000 Elementanordnung) verarbeiten kann. Der Bereich könnte z.B. 6,25 mm bei 2Ox sein. Je dichter die Linien beieinander liegen, umso kleiner muß das Sichtfeld sein - ein wünschenswertes Merkmal bei großer Vergrößerung.

Es sei weiter darauf hingewiesen, daß die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Stifte in diesem Falle durch Federn 140 und 141 gegen das Teil gedrückt sind, wobei kein Rückziehmechanismus,wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt, vorhanden ist. Wird der Tastkopf in die z-Richtung in die Bohrung des Teiles bewegt, so gleitet der Kugelkontakt aufgrund seiner Verjüngung in die Bohrung. Natürlich kann der voll ausgefahrene Stift nur wenig größer als die Bohrung des Teiles sein, wenn eine solche Einführung wirksam sein soll.

Eine andere Ausführungsform mit vielen Kanten ist in Fig. 5 gezeigt, das ein Feineinstellsystem unter Verwendung eines Gitters 200 verwendet. In diesem Falle sind die Linienbreiten und die Abstände dieses Gitters gleich und nicht un-

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gleich, und die Periode ist P¹. Ihr Bild 201, geliefert durch die Linse 208, wird mit einem weiteren Gitter 205

der Frequenz F so verglichen, daß der Feineinstelleffekt entsteht, wobei der Ort der Korrespondenz zwischen den Linien an irgendeinem Ort über dem Feld auftritt. Eine weißglühende Fadenquelle 206 liefert die Beleuchtung, die durch eine Kollimatorlinse 207 gesammelt sein mag.

In Fig. 5 sind die dunklen Linien des Gitters 200 des Kontaktstiftteiles und des Bezugsgitters 205 nicht vollständig durchscheinend. Auf diese Weise erlischt das auf der Fotodiodenanordnung 210 abgetastete Signal nur dann richtig, wenn die Linien des Gitterbildes 201 mit denen des Gitters 205 koinzidieren. Auf diese Weise kann der Ort des Vergrößerungsbezugspunktes unter Verwendung einer Schwellwertmitnahme mit niedrigem Pegel abgetastet werden.

Zwei Schwellwerte der elektrischen Abfragung werden wenigstens verwendet. Der erste Schwellwert dient dazu, die Kante des Gitters 200 zu finden, die ganz einfach durch die Diodenanordnung als digitales Signal abgetastet und dazu verwendet wird, die grobe Bewegung des Gitters zu verfolgen und damit des Stiftes 219 in Kontakt mit der Oberfläche 220 des Teiles. Eine zweite Schwelle mit niedrigem Wert wird dazu verwendet, um den Feinauflösungskorrespondenzpunkt zu finden. Dieser Schwellwert liegt sehr nahe an dem Nullichtteil, wenn auch nicht so dicht, daß er im Rauschpegel der Diodenanordnung liegt. Er tastet den Ort ab, wo die Gitterlinien exakt übereinstimmen (innerhalb der Auflösung des Systems).

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Dieses kann auch als der Punkt charakterisiert werden, wo die beiden Gitter "Übereinstiinmen" .

Diese besondere Eigenart ermöglicht eine beträchtliche Verbesserung der Auflösung. Wie noch unten weiter erläutert werden wird, kann das Bezugsgitter 205 tatsächlich elektronisch gebildet und mit den Ausgangssignalen der Diodenanordnung auf einer Frequenzbasis oder einer anderen Basis verglichen werden. Eine Betrachtung mit irgendeinem anderen Vergrößerungssystem ergibt jedoch, daß es zum Arbeiten die volle Breite des Gitterbildes auf der Diodenanordnung erfordert, mit einem entsprechend geringeren Bereich.

Es sei nun der Vorgang der elektronischen Feineinstellung betrachtet. Es sei zunächst angenommen, daß das Gitter 205 entfernt ist, daß das Frequenzausgangssignal der das Bild 201 des Gitters abtastenden Diodenanordnung und der Ort des ersten Kantenpunktes 250 (der die verfolgte Bezugsmarke ist) in die Vergleichsschaltung 221 eingespeist werden, die eine phasenverriegelte Schaltung sein kann. Der Punkt, an dem die Phase des intern erzeugten Signals ρ an das Signal von der Diodenabtastung des Gitterbildes angepaßt ist, wird als der Vergrößerungspunkt des zusätzlichen Schrittes der Position festgestellt (über die grobe Auflösung des Punktes 250 hinaus, festgestellt auf einer genauen Zählbasis der Diodenanordnung).

Geht man bei der Betrachtung von Fig. 3 allgemein davon aus, daß anstelle eines einzigen Punktes man ein ganzes periodisches Gitterbild über das Feld der Diodenanordnung bewegen würde (wobei alle Linien auf der Anordnung gehalten werden),

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so würde man sehen, daß man in der Lage wäre, wenigstens das Zehnfache der Auflösung aufgrund des Vergrößerungseffektes zu erreichen. Da man jedoch gezwungen würde, die gesamte Länge des Gitters zu verwenden, so würde unser Bereich um den Faktor 10 verringert werden. Aus diesem Grunde würden wir für eine bestimmte gegebene Messung zehnmal die Länge der Kanten haben, um zu sehen, was man tut. Um den gleichen Bereich zu erzielen, würde man daher die Linsenvergrößerung zurücknehmen müssen, was auch den Bereich verringern würde und daher ein gleichwertiges System ergeben würde. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß es bestimmte Fälle gibt, wo eine solche Vergrößerungsart wirksam sein kann: nämlich in jenen Fällen, wo eine Linsenvergrößerung nicht als Mittel zur Erlangung einer Auflösung wünschenswert ist und wo ein kleiner Bereich, jedoch große Auflösungen erforderlich sind. Solche hohen Auflösungen sind möglich, da eine Fein- oder Noniusvergrößerung von 20:1 oder besser mit einer genauen Phasenvergleichsschaltung erzielt werden können.

Die Fig. 6 zeigt eine andere Anordnung zur gleichzeitigen Messung der Beziehung von Punkten entlang einer Linie eines Teiles 295. In diesem Falle sind Stifte 300 und 301 in Richtung der optischen Achse angeordnet, und zur Verdeutlichung einer weiteren Ausführungsform trägt jede der Stiftkanten 305 und 306 einen reflektierenden Spiegel 307 und darauf. Dies ist die Kante des Spiegels, die gemessen wird und nicht das übertragene Licht. Dieses ist im allgemeinen nicht erwünscht, wird jedoch oft eine Notwendigkeit, wenn

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gewisse Packanordnungen getroffen werden sollen. In dem beschriebenen Fall z.B., wo es wünschenswert ist, eine Lichtquelle 310 an dem gleichen Ende des Tastkopfes wie die Diodenanordnung 325 über einen Strahlteiler 312 zu verwenden, bildet die Linse 320 ein Bild jeder Kante auf einer einzigen Diodenanordnung 325 ab. In diesem Falle dient der Bereich der Diodenanordnung dazu, auf alle Stifte zusammen zu blicken, jedoch ist es offensichtlich, daß jeder der Stifte nur einen Bereich haben kann, der wesentlich geringer ist als dieser, wenn er nicht durch den einen oder anderen der Tastköpfe abgedeckt werden muß. Dieses ist nützlich, wenn einer der Tastköpfe in der Länge beträchtlich verschieden von dem anderen sein muß oder wo die Messung gleichzeitig erfolgen muß. In einer gleichen Situation kann ein Spiegel 330 (dargestellt in gestrichelten Linien) ebenfalls hinter beiden Stiften angeordnet werden. Bei einer solchen Anordnung würden die Stifte mit eingeschnittenen Schlitzen zum Durchtritt von Licht von hinten her versehen sein und die nächstfolgende Stiftkante verdecken, was jedoch etwas mühevoller ist. Um einen anderen Punkt zu verdeutlichen, sei darauf hingewiesen, daß die Anordnung 325 auch dazu dienen kann, die Position der Bezugskante 335 zu überwachen, die an dem Körper 340 des Tastkopfes befestigt ist. Dieses gestattet die Messung der Position des Stiftes 301 zum örtlichen Vergleich im Gegensatz zur Verwendung der optischen Achse als Bezug.

Die Fig. 7 verdeutlicht die Anwendung dieser Erfindung bei Messungen, die in gleicher Weise mit den oben genannten Ausführungsformen durchgeführt werden, jedoch bei tatsächlich

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schneidenden Werkzeugen, z.B. sei ein Bohrwerkzeug betrachtet, bestehend aus einer Bohrstange 400, die in Lagern 420 gehalten ist und einen Schneideinsatz 402 in einem Halter 403 mit einer hinteren Kante 404 und einem Spiegel 405 aufweist. In diesem speziellen Beispiel ist diese Bohrstange 400 durch Fenster 410 und 411 gemäß der Erfindung geführt, und es sind eine entfernte Lichtquelle 406, eine Linse 407, ein Strahlteiler 409 und eine Diodenanordnung 408 verwendet, um so die hintere Kante des Messers relativ zu der optischen Achse oder durch die Verwendung einer örtlichen Bezugskante 412 zu dem Ende der Bohrstange zu überwachen. Eine solche Überwachung gestattet es, die Messerposition im Raum wie auch eine Auslenkung der Stange selbst relativ zu der auf der Maschine befestigten optischen Achse aufzunehmen. Ein zusätzlicher Stift 416 kann zusätzlich aufgesetzt werden, um die Messung des Radius unabhängig von dem Messer zu ermöglichen, um eine Bohrung während des tatsächlichen Schneid- oder spanabhebenden Vorganges zu prüfen. Der Stift kann darüber hinaus in der gleichen Linsenvergrößerung der Diodenanordnung in der beschriebenen Weise gesehen werden.

In gleicher Weise kann ein Paar von integralen gegenüberliegenden Stiften den Durchmesser in der früher beschriebenen Weise bestimmen. Sie können auch in gleichen Abständen in Winkeln von 90° in Umfangsrichtung angeordnet sein, und es kann eine gesonderte Diodenanordnung, jedoch mit der gleichen Linse und dem gleichen Lichtquellensystem, verwendet werden.

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Die Schneid- oder Bohrstange kann in diesem Falle in einem Drehvorgang verwendet werden, wo sie stationär ist, jedoch ist es jetzt von Interesse, die Überwachung während der zum Bohren angewendeten Drehung zu betrachten.

Einer der Vorteile dieser Anordnung besteht darin, daß das Messer in seinen Lagern 420 unter Antrieb des Motors 421 über das Zahnrad 420 gedreht werden kann, die Messung jedoch durchgeführt werden kann, ohne daß eine physikalische Verbindung zwischen dem Tastteil, dargestellt durch die Linse, die Diodenanordnung,. Lichtquelle usw. , und dem sich drehenden Teil besteht. Dieses ist bei anderen Systemen nicht möglich, die solche Verschiebungen usw. unter Verwendung von elektronischen Mitteln oder Luft messen.

Dieser Vorteil bringt die Möglichkeit mit sich, das Messer zu überwachen, während es sich dreht, indem man den Punkt abnimmt, an dem sich die Diodenanordnung in der Position befindet und die Diodenanordnung zündet. Bei der dargestellten Ausführungsform z.B. nimmt die Steuereinheit 425 für das Ausgangssignal der Diodenanordnung über einen Taster 426 einen Steuerimpuls von dem Zahnrad 422 ab und zündet die Ablesung an dem Punkt, an dem die Kanten fluchten, so daß das Bild auf die Diodenanordnung fällt.

Das Auslösen der Daten kann entweder durch eine pulsierende Lichtquelle 406 mit einem sehr kurzen Impuls oder ganz einfach dadurch erfolgen, daß das Ausgangssignal der Diodenanordnung zum Stehen gebracht wird. Die Technik mit dem kurzen Impuls ist vorteilhaft, um die Bewegung "einzufrieren",

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wenn sehr hohe Drehgeschwindigkeiten verwendet werden.

Eines der weiteren Merkmale des Meßgerätes besteht darin, die Position des Messers oder den Bohrungsdurchmesser über einen Gesamtzyklus von 360° nicht nur bei dieser bestimmten Ausführungsform zu überwachen, sondern auch bei anderen Ausführungsformen, die verwendet werden können, um in einfacher Weise Bohrungen auf Rundheit z.B. zu prüfen. Für diesen Fall ist ein Beispiel gezeigt, bei dem ein Schwalbenschwanzprisma 428 in einem Gehäuse 429 vorgesehen und durch ein Untersetzungsgetriebe 430 mit der halben Drehgeschwindigkeit des Messers angetrieben ist, so daß das Bild der Messerkante stationär auf der Diodenanordnung erscheint, obwohl es sich über 360° dreht. Es kann auch eine dem Schwalbenschwanz ähnliche Spiegelanordnung verwendet werden, um diese Bildfesthaltung zu erreichen. Es ist außerdem möglich, eine überwachung über volle 360° anzunähern, indem eine Diodenanordnung 408 verwendet wird, die aus radialen Reihen von Detektorelementen an Umfangsschritten, z.B. alle 5°, verwendet sind.

Die obigen Ausführungen haben alle die Verwendung von abbildenden Optiken zur Erzeugung eines Bildes der Schneidkante oder dergleichen auf der Diodenanordnung gezeigt, jedoch sind mit Brechung oder Beugung arbeitende Systeme der verschiedensten Art vorteilhaft, vorzugsweise die gemäß den älteren US-Patenten 3,797,939; 3,840,301; 3,843,261; 3,883,249; 3,884,581; 3,994,584; 4,009,965; 4,131,365 und 4,168,911. Z.B. sei das System in Fig. 7 betrachtet. Würde die Linse 407 entfernt, so würde das System mit Beugung arbeiten. In diesem Falle würde natürlich die Lichtquelle 406 beispielsweise als kollimierter Diodenleser angenommen werden, und die Dioden-

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anordnung würde auf die Beugungsstreifen blicken, die durch Beugungswellen von der Kante des Messerteiles 404 und einigen anderen Kanten wie beispielsweise die gegenüberliegende Bezugskante 412 oder die Kante 416 des Stiftes 415 erzeugt werden. Im Beugungsfalle sind zwei Kanten erforderlich, um das Muster zu erzeugen.

Es ist außerdem von Bedeutung darauf hinzuweisen, daß dadurch, daß man in der Lage ist, die Messerposition über eine Drehung von 360° zu überwachen, die Steuereinheit 425 in die Lage versetzt werden kann, den Einschwingvorgang von Schlägen durch Feststellung der augenblicklichen hochfrequenten Bewegung des Messers festzustellen und daher die Drehgeschwindigkeit oder den Einwärtsvorschub der z-Richtung zu verlangsamen, so daß das Schlagen bzw. Rattern vermieden wird. Durch eine passende Verfeinerung kann das Steuersystem auch die Durchflußmenge von Kühlmittel für das Messer steuern oder sich um Probleme kümmern, die sich bei schlechten Metallbedingungen in der Bohrung usw. ergeben. Dieses ist insbesondere dann der Fall, wenn die Steuerung außerdem in einen Drehmomenttaster wie 450 in dem Antriebszug von dem Motor 421 eingefügt ist. Es ist außerdem Gegenstand der Erfindung, nützliche Mittel zur Überwachung der Kante des Messers zu schaffen, selbst wenn es schnell rotiert, wenn es aus dem Teil herausgezogen wird. Dieses geschieht, um ein Maß dafür zu erlangen, wo das Messer ist und wie das Maß der Werkzeugzerstörung ist. Werkzeugabnutzung wird ebenfalls mit der Erfindung bestimmt, um sowohl die hintere Position und die vordere Position des Schneidpunktes zu bestimmen.

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Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß eine quadratische Matrix einer Fotodiodenanordnung 512 dazu verwendet wird, die genaue Kante des Messers zu bestimmen, obwohl es sich schnell dreht, indem eine Blitzlichtquelle 505 verwendet wird, um die Position des Messers zum richtigen Zeitpunkt des Drehzyklus einzufrieren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Bohrstange 500, die in nicht dargestellten Lagern rotiert, von dem Werkstück 501 durch eine Führung 502 zurückgezogen, von der ein Teil

em

gezeigt ist. Wenn die mit ein/einsetzbaren Messer 503 versehene Bohrstange in ihre Ruheposition zurückgezogen ist, so kommt sie in den Bereich der Abtastanordnung mit der Blitzlichtquelle 505, die in diesem Falle aus einer gepulsten LED 506 und einer Linse 507 sowie einer Tasteinheit 510, bestehend aus einer Linse 511 und einer Matrixfotodiodenanordnung 512, besteht, die alle in einem Gehäuse 513 angeordnet sind.

Im richtigen Augenblick wird ein Impuls von der rotierenden Stange durch Taster 520 abgenommen, der die Fahne 521 auf der Stange abtastet,und dieses verursacht eine Zündung des Stroposkoplichtes 505, wenn das Messer sich in der unteren Totpunktposition befindet.Zu diesem Augenblick wird das Bild 525 des Messers auf der Diodenanordnung abgebildet. Als nächstes bewirkt die den Mikrocomputer 530 aufweisende Steuereinheit die Abtastung der Diodenanordnung, um den höchsten Punkt des Messers festzustellen, bei dem es sich in diesem Falle um die Schneidkante handelt, sowie den Abstand von der Bezugsachse 540 der Abtastlichtquelleneinheit. Dieser Bezugswert wird auf die Basis der die Führung 502 und die Drehantriebsmittel auf-

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weisende Basis der Maschine bezogen und zur Festlegung des Punktes angenommen, an dem sich das Messer relativ zur Mittellinie 545 der Bohrstange befindet, die ebenfalls ihr Drehzentrum hat.

In diesem Augenblick erfolgt der Vergleich zwischen der abgetasteten Messerposition und der, die richtig für das zu bohrende Werkstück ist. Liegt irgendeine Abweichung vor, so wird ein Steuersignal zu dem Spindelausgleichsmodul 550 ausgesandt, der von irgendeiner der auf dem Markt bekannten Bauarten sein mag und der ein Kompensationssignal liefert, das das Messer oder die gesamte Bohrstange in eine solche Position bringt, daß sich die Messerspitze in richtiger Lage befindet. Nachdem diese Kompensation ausgeführt ist, erfolgt ein neuer Prüfzyklus mit einer Verifizierung der Position. Es kann durchaus sein, daß diese neue Position tatsächlich verifiziert in bezug zu einer Durchmesserprüfung, die an einem nachfolgenden Inspektionsort durchgeführt wird.

Diese besondere Ausführungsform der Erfindung bedeutet einen großen Schritt vorwärts bei solchen Kompensationsprinzipien, da es allgemein gesehen keinen Weg gibt, im Kompensationsaugenblick auszusagen, ob die mechanische Kompensationsverstellung der Spindel korrekt durchgeführt worden ist. Dieses wird durch die Erfindung gelöst, die bei solchen Steuersystemen "die Schleife schließt", wobei noch zusätzliche Informationen in bezug auf Abnutzung, Zerstörung usw. geliefert werden (zu beachten ist z.B. Einbuchtung 526 im Bild 525).

Die Erfindung kann bei Werkzeugen mit einer einzigen Spitze wie dem dargestellten oder bei Messern mit vielen

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Spitzen verwendet werden, bei denen die Schneidkanten jeweils während einer Umdrehung abgetastet werden (unter Verwendung von Mehrfach-Synchronimpulsen von vielen Fahnen 521). Außerdem ist diese grundlegende Lösung auch bei Bohrstangen, beispielsweise Bohrstangen für Maschinennocken, anwendbar, die viele Messer in einer axialen Reihe (2 Achsen) aufweisen, jedoch im allgemeinen bei Rückziehung nicht rotieren. In diesem Falle ist ein Umfangstaktimpuls vom Taster 520 nicht erforderlich, jedoch wird jede wieder überwacht, nachdem die Stange axial zurückgezogen ist. In den Fälüen, indenenein sehr großer radialer Bereich erforderlich ist (z.B. 0,2 mm), und zwar wegen der verschiedenen Messerhöhen, und in denen eine lineare Anordnung anstelle der Matrix 512 als die Zweiachsen-

kann

abtastung verwendet werden^ wird die Bewegung bereits geliefert durch die Rückziehung der Stange selbst.

Die gezeigte Erfindung kann außerdem die Form der Schneidkante messen und ausgebrochene Teile oder andere Deformationen feststellen und daraufhin die Notwendigkeit eines Werkzeugwechsels anzeigen. Dieses ist inbesondere von Interesse bei keramischen Messern. Außerdem ist es von Interesse, daß die hier gezeigte Erfindung dazu verwendet werden kann, die Messer erstmalig einzurichten, entweder innerhalb oder außerhalb der Maschine. In diesem Falle justiert die Bedienungsperson einfach die Einsatzhöhe,bis sich das festgestellte Anordnungssignal am gewünschten Ort befindet (der gewöhnlich in der Kontrollstation eingestellt ist) .

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Die Umgebung um den Taster ist gewöhnlich mit Kühlmitteln und Spänen ausgefüllt, wenn auch zu berücksichtigen ist, daß das Kühlmittel im Zurückziehungsaugenblick abgeschaltet werden kann, um so die Menge des direkten Sprühnebels klein zu halten.Es ist daher oft erwünscht, einen Abschalter 555 zu verwenden, der in der gezeigten Weise durch einen Luftzylinder 560 betätigt wird, der mit der Steuereinheit verbunden ist. Wegen der schnellen Messung unter Verwendung eines Blitzes, der wirksam die Position des Messers innerhalb weniger Mikrosekunden oder weniger selbst bei Drehgeschwindigkeiten von tausend Umdrehungen pro Minute einfriert, braucht dieser Abschalter höchstens nur wenige Sekunden offenzustehen. Es besteht daher nur eine geringe Möglichkeit, daß Verunreinigungen auf die Linsen geTangen. Ein Abschalter ist auch in gleicher Weise für die Blitzquelle 505 wünschenswert. Neben dem Abschalter 555 können auch gleichzeitig Luftblasvorrichtungen oder andere Reinigungsmittel verwendet werden, und es ist besonders zweckmäßig, den Bereich zwischen den Linsen und dem Abschalter unter Druck zu setzen, so daß dann, wenn sich der Abschalter öffnet, der Auswärts strom von Luft aus dem Bereich davor schützt, daß irgend etwas hineinkommt. Dies hat sich in der Praxis als außerordentlich zweckmäßig erwiesen.

Einer der interessanteren Aspekte der Erfindung ist es, auf die hintere Kante von etwas zu blicken, das in Beziehung zu dem Messer steht, wie in Fig. 7 gezeigt, während sich das Messer dreht, anstatt daß es sich in einer Position befindet wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7. Das kann in der

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verschiedensten Weise getan werden. Die erste Möglichkeit besteht einfach darin, eine Vielzahl von Diodenanordnungen zu verwenden, die radial um eine Achse angeordnet sind. Das würde dann gerade so aussehen wie in Fig. 7, wobei jedoch die Diodenanordnungen radial von dem Papier hochstehen, und zwar alle 10°, um sich einem im gesamten runden Überwachungssystem anzunähern. Damit dieses wirkungsvoll ist, ist letztlich eine zwiebeiförmige Diodenanordnungseinheit mit radialen Reihen von Elementen erforderlich. Dies kann gegenwärtig nur auf einer ganz speziellen Basis erreicht werden, was es sehr teuer macht, wenn das auch in der Zukunft nicht der Fall sein wird. Bestimmte Arten von Fernsehkameraröhren können mit radialer Abtastung arbeiten, in Umfangsrichtung gedreht, jedoch sind sie nicht besonders für Fertigungsanwendungen geeignet.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einfach die Diodenanordnungseinheit mit dem Bohrwerkzeug zu drehen. Dies ist jedoch sehr schwierig, wenn sich das Werkzeug fortwährend über 360° bewegt, da dies die Verwendung von Schleifringen usw. erforderlich macht, was sehr kostenaufwendig und Anlaß zu so vielen Störproblemen ist, daß es sich nicht als befriedigende Lösung ansehen läßt.

Die obigen Ausführungsformen haben kurz die Verwendung von Faseroptiken zur Schaffung einer entfernten Lichtquelle erläutert. Fig. 9 verdeutlicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine faseroptische Übertragung zwischen einer Lichtquelle und/oder einem Ablesesystem verwendet ist, das entfernt von dem tatsächlichen Meßort angeordnet ist. Die Verwendung solcher Fasertechniken ermöglicht eine einfache

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enge Anordnung in der Meßzone, was große Vorteile bei gewissen enggepackten Prüfexnrxchtungen haben kann, wo eine Vielzahl von Abmessungen auf engstem Raum zu prüfen sind.

Ein weiterer Vorteil von Faseroptiken in dieser Anwendung besteht darin, daß eine zentrale Kontrolleinheit aufgebaut werden kann, die viele Meßköpfe bedient, wobei an jedem einzelnen Meßkopf nichts weiter vorhanden ist als der einfache Kontaktmechanismus und vielleicht die Lichtquelle oder der Detektor, wenn diese nicht entfernt angeordnet sind. Dieses ermöglicht einen einfachen Service und die Zeitaufteilung (sozusagen) einer einzigen Lampen- und Detektoranordnung unter einer Vielzahl von Tastköpfen, wodurch der Preis für die Gesamtanlage beträchtlich verringert wird. Dieser Kostenfaktor gilt nur dann, wenn die Kosten der Fasern geringer sind als die Kosten für die tatsächliche Verwendung einzelner Quellen oder Detektoren. Das kann im Augenblick der Fall sein oder auch nicht, jedoch gehen nicht alle Trends in diese Richtung.

Es sei nun Fig. 9 betrachtet. Diese zeigt ein System, bei dem sowohl die Lichtquelleneinheit als auch die Tasteinheit in der Tat entfernt angeordnet sind. In dem gezeigten Fall ist eine Xenon-Blitzlichtlampe 700 durch eine Linse 701 nach unten in die Faser 702 fokussiert, die zu dem Meßkopf 704 führt. Diese Faseroptik beleuchtet die Stiftkanten 706 und 707 von hinten, und eine Linse 710 in dem Tastkopf bildet das Licht von den Kanten auf einer zweiten Faseroptik 715 ab, die das Bild zu der zentralen Kontrollbox 720 zurückbringt.

Es ist von beträchtlichem Interesse zu berücksichtigen, daß die Faser, die das Licht zurückbringt, natürlich die Auf-

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lösung der Kanten beibehalten muß, wenn eine genaue Messung erfigen soll. Es gibt zwei Arten von Fasern, die hierzu verwendet werden können. Das Üblichste war bisher die Verwendung von zusammenhängenden Bündeln, von Fasern, und diese können natürlich auch hier verwendet werden. In diesem Falle muß das Ende des Bündels auf der Empfangsseite, z.B. mit Linse 725, auf einem passenden Bildpositionsdetektor abgebildet werden, beispielsweise Fotodiodenanordnung 730.

Die zusammenhängenden Bündel sind jedoch sehr sperrig, teuer und haben beträchtliche Lichtverluste aufgrund der Faserausbildung und der Tatsache, daß zwischen den Fasern Spalte oder Lücken vorhanden sind. Wegen dieser Spalte haben sie auch eine begrenzte Auflösung.

Entsprechend kann davon ausgegangen werden, daß die zweckmäßigste Faser die Einfaser mit geführter Welle und nicht ein Bündel von einzelnen umkleideten Fasern ist. Die Wellenführungsfaser, z.B. Typ Selfoc, ist zur Zeit nur in kurzen Längen erhältlich zur Verwendung bei Laserlichtquellen, die natürlich auch in diesem Falle verwendet werden können. Diese sind jedoch eventuell in Form weißen Lichts erhältlich und in der Lage, Bilder mit hoher Auflösung bei geringen Kosten zu übertragen. In diesem Falle werden Linse 710 und die Linse 725 tatsächlich so gewählt, daß sie die Bilder in die Faser ein- und daraus herauskoppeln, und zwar in solcher Weise, daß sie auf die Detektoranordnung 730 übertragen werden. In diesem Falle wird natürlich nur eine einzelne Faser benutzt und nicht ein Bündel, und es sei darauf hingewiesen, daß die Position beider Linsen 710 und 725 nicht die gleiche ist wie dann,

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wenn man versucht, die Kantenbilder auf das Ende von Faser 715 zu fokussieren und das andere Ende der Faser unter Verwendung von Linse 725 auf der Anordnung abzubilden. Anders als das würde das schematische Diagramm das gleiche sein wie mit den Fibern mit abgestuftem Index wie auch mit den Bündeln.

Diese gleiche Technik kann in gleicher Weise auch auf auf Beugung basierende Abtastung angewendet werden, und die nächste Zeichnung verdeutlicht diesen Fall bei der Verwendung eines andersartigen Tasters. Bevor fortgefahren wird, ist es jedoch von Interesse zu bemerken, daß das in Fig. 9 gezeigte System zur Überwachung von mehr als nur einem Tastkopf verwendet werden kann. Z.B. kann die Lichtquelle 700 einen zweiten Tastkopf ganz einfach über Faser 750 beispielsweise speisen. Es ist außerdem durchaus möglich, beispielsweise eine Fotodiodenanordnung in Form einer Quadratmatrix zu verwenden, die Enden der Fasern (nicht dargestellt) von zusätzlichen Tastköpfen unter Verwendung der gleichen Abbildungslinse 725 zu überwachen.

Andere Arten der zeitlichen Aufteilung der vielen Glasfasern von zusätzlichen Tastern, die sich aus der Papierebene herauserstrecken, können verwendet werden, ebenso wie eine einzelne lineare Anordnung 730 verwendet ist. Bei einer solchen Ausfuhrungsform kann ein oszillierender Spiegel 760, angetreben durch Motor 761, die verschiedenen Bilder von den Fasern hinter der linearen Diodenanordnung abtasten, was zur Folge hat, daß se im Ergebnis wie eine Matrixanordnung mit vielen Spalten arbeitet.

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Eine andere Möglichkeit besteht ganz einfach darin, die Fasern, wie beispielsweise 780, aus verschiedenen Winkeln unter Verwendung getrennter Linsen 781 einzuführen und auf der Diodenanordnung abzubilden, die etwas auseinandergerückt sein würde wegen des Einfallwinkels, jedoch weiterhin ganz einfach entweder die erzeugten Bilder oder die Streifen messen könnte. Bei einem derartigenBild würde es wünschenswert sein, das Ende der Faser in der gezeigten Weise zu kanten, so daß die Kante auf der Diodenanordnung fokussiert bleiben würde, die den Neigungswinkel erhalten hat. Dieses Ende der Anordnung ist mit 782 bezeichnet.

Alle diese Elemente können innerhalb einer selbsthaltenden Box mit einer Ablesung angeordnet sein, und das ist einer der großen Vorteile der Verwendung der Faser, da diese Box, wie beispielsweise Box 790, die opto-mechanische Struktur sein und sehr steif sein kann. Es spart außerdem Geld bezüglich der äußeren Teile, indem ein Total-Packungskonzept geschaffen ist, das mit einer großen Zahl von verschiedenen Tastköpfen usw. anwendbar ist. Geht man einmal auf ein auf Fasern basierendes System über, so wird der Lesemodul, wie beispielsweise Box 790, für jede Art von Wandler verwendbar, dessen Licht durch Fasern übertragen werden kann. Hierzu gehören Dreiecksmeßtaster, Bildanordnungstaster usw.

Fig. 10 verdeutlicht die Verwendung des Fasersystems mit einer Dioden-Laser-Lichtquelle 790, die über eine einzelne wellenführende Faser zur Aufrechterhaltung der Kohärenz einen Taster speist, der zur Messung des Außendurchmessers eines Kolbenbolzens 780 in einer Schleifmaschine dient, während

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eine Schleifscheibe 785 in Betrieb ist. Die Kontakte 801 und 802 berühren die äußere Kante des Kolbenbolzens 780. Arme 804 und 803 sind starr mit der Basis 805 verbunden und weisen Kanten 810 und 811 auf, die mit Laserstrahlung beleuchtet sind, die aus dem einen Ende einer EIN-MODE Wellenführungs-Faser 820 (z.B. SELFOC) austritt und durch Linse 821 gesammelt wird. Das sich aufgrund der Kanten 810 und 811 ergebende Beugemuster 822 gelangt in die rückführende Faser 825 über Linse 823 und wird mittels Linse 851 auf einer Diodenanordnung 850 abgebildet. Eine Analyse der Streifenabstände "y" des Beugemusters durch Ableseeinheit 852 ergibt den Kantenabstand "w" und ist somit proportional zu dem Durchmesser "o" des Kolbenbolzens.

An diesem Punkt der Diskussion der Fig. 10 sei darauf hingewiesen, daß von den Kontakten angenommen ist, daß sie auf dem Teil 780 aufgrund der Abschrägung auf den !Kontakten und der Bewegung des Mechanismus 806 gleiten. Die Antastteile 804 und 805 können jedoch auch beispielsweise piezoelektrische bimorphe oder ähnliche Elemente sein, die durch eine Spannungsquelle 865 gesteuert werden und sich auf das Teil zu oder von diesem weg als Funktion des angelegten Signals bewegen können. Eine Steuerung einer solchen Bewegung mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht z.B. eine fliegende Prüfung von unterbrochenen Durchmessern.

Die gleiche Anordnung kann außerdem zur Messung von Innendurchmessern usw. verwendet werden, beispielsweise dargestellt durch eine Oberfläche 866 (gestrichelte Linie).

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Fig. 10 verdeutlicht die Linienüberwachung der Position der Schleifscheibe und/oder der Form gemäß der Erfindung zum Zwecke der Überwachung der Dauer des Schleifens, um eine bestimmte Größe und/oder um zu bestimmen, wenn die Scheibe ein Nacharbeiten erfordert. Aus diesem Grunde wird eine "hardware" entsprechend der gemäß Fig. 8 verwendet, die eine Lichtquelle 505A und Tastereinheit 510A aufweist, die ein lineares oder Matrixfotodiodenanordnungssignal für den Ort der Scheibenkante aufweist. Die Signale werden in eine Steuereinheit eingespeist, die dann ein Signal an die Lagesteuerung (nicht dargestellt) für die Scheibe liefert, um es in Richtung auf das Teil oder von diesem weg zu bewegen wegen Teilwechsels oder Scheibenaufarbeitung.

Das gleiche Konzept der Maschinensteuerung kann auch bei

wie
anderen Arbeitsvorgängen/beispielsweise dem Innenschleifen von Lagerflächen oder dem Bohren von Zylinderbohrungen usw._# angewendet werden.

Wie in Fig. 8 ist ein Abschalter und/oder eine Drucklufteinheit 555A vorgesehen, um die Fenster während des Arbeitens und wegen der relativ kurzen Zeit der Prüfung reinzuhalten.

Die obigen Konzepte haben die Überwachung der Positionierung des Messers in bezug auf die Teilgröße während oder nach der Bearbeitung beschrieben. Es ist jedoch auch von Interesse, die Verwendung von eingebauten Meßköpfen 416 wie beispielsweise in Fig. 7 oder Tastköpfen 940 in Fig. 12 in Betracht zu ziehen, um die Teilgröße vor Beginn des Bearbeitungsvorganges zu prüfen. Im Fall der Fig. 7 würde das Messer (d.h. 402) zurückgezogen (z.B. durch eine nicht dargestellte Zugstange),

130066/ΟβΟΒ ~⁶⁷~

und der Tastkopf tritt in eine Bohrung unbekannter Größe ein. Das Ausgangssignal für die Position des eingebauten Tastkopfes wird zurückgeführt, um das Messer im Hinblick auf einen möglichst wirtschaftlichen ersten Schnitt oder Bearbeitungsvorgang in die richtige Lage zu bringen. Die Lage des Messers kann bezüglich der richtigen Einstellung durch die Ausführungsform gemäß Fig. 8 geprüft werden.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, die mit einem auf Glasfiber basierenden Ausgangssignal arbeitet. In diesem Fall weist ein Bohrungstastkopf 900 vier Kontaktstifte 901-904 auf, die alle in Umfangsschritten von 90° die Bohrungswandung berühren. Eine LED-Lichtquelle 910 wird verwendet, und eine Linse 911 bildet die inneren Kanten der Kontaktteile auf einem kohärenten Faserbündel 912 mit ungefähr zehnfacher Vergrößerung.

Am anderen Ende des Bündels wird das.sich ergebende und übertragene Bild der inneren Kanten der Kontaktstifte 901 und 903 durch die Linse 915 auf einer Fotodiodenanordnung 916 abgebildet, und Stiftkanten 902 und 904 werden über einen Strahlteiler 920 durch Linse 921 auf Anordnung 922 abgebildet. Eine Analyse der Ausgangssignale der Anordnungen 922 und 916 liefert die Ovalität und Unrundheit der Bohrung 905 wie auch den Durchmesser in zwei Ebenen. Dies ist ein sehr erwünschtes Ergebnis bei einer sehr kompakten Bauform.

Das Ergebnis kann auch durch Verwendung eines Beugungsausgangssignals und durch Ersatz der LED-Lichtquelle 910 durch einen Diodenlaser oder eine ähnliche quasikohärente Quelle erreicht werden. In diesem Fall dient Linse 911 zur Fokussierung des Musters auf dem Faserende, und Anordnungen 916 und 922

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dienen zur Abfragung der Sachen.

Es sei nun Fig. 12 betrachtet. Diese verdeutlicht die Steuerung eines Drehvorganges, bei dem ein Titanwerkstück 929 bei einer Geschwindigkeit durch einen Motor und eine Welle 93 0 gedreht und durch einen Schneideinsatz 931 auf der Stange 932, die an der Führung 933 angebracht ist, auf Durchmesser D abgedreht. Die Vorschubgeschwindigkeit wird durch einen Motor 934 gesteuert und die Werkzeugposition durch einen Motor 935, der auf schräge Ebenen 936 mittels eines nicht dargestellten Schraubenmechanismus einwirkt.

Stift 940 berührt die Werkstückoberfläche,und die hintere(n) Kante(n) des Stiftes sind durch die LED-Quellen 941 beleuchtet, und das Kantenbild(bilder) wird durch Linse 242 auf der Diodenanordnung 943 abgebildet. Aus Gründen der Klarheit sind Luftblas- oder Abschirmmittel zum Fernhalten von Spänen oder Kühlmittel vom Stift 940 an notwendigen Stellen nicht dargestellt.

Mit dieser Ausführungsform wird ein Steuergerät auf der Basis eines Mikroprozessors (nicht dargestellt) dazu verwendet, die Werkzeugposition, Vorschub und Vorschubgeschwindigkeit als Funktion von Daten zu überwachen und zu steuern, die vom Stift

sowie 940 bezüglich der Abmessung des Werkstücks/Änderungen derselben (Rattermarken und dergleichen) gewonnen werden. An diesem Punkt ist von Interesse, die verschiedenen Schaltungen zu diskutieren, die dazu verwendet werden können, um die Position des Kantenbildes der Kontaktteile zu bestimmen. Die einzelne Kante pro Stiftfall ist ähnlich der gemäß der US-Patentanmeldung Nr. 073 226, deren Inhalt hiermit in diese vorliegende Beschrei-

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bung einbezogen sei. Wie dort beschrieben, kann ein Mehrfachschwellwertkreis verwendet werden. Dieser gestattet eine zusätzliche Vergrößerung bis hinauf zum Zehnfachen - ein sehr wichtiger Punkt, wo hohe Auflösung erwünscht ist.

Von zusätzlichem Interesse ist die Verwendung von mehreren Kanten zur Erhöhung der Auflösung, wie das in Fig. 12 gezeigt ist. Es liegt auf der Hand, daß dann, wenn man nur das Bild der Kante 950 des Gitters 951 verfolgt, der Fall genauso wie der oben beschriebene ist. Die Verwendung von zusätzlichen, in einem konstanten Abstand zueinander angeordneten Kanten liefert ein zusätzliches Maß von Auflösung, ohne daß man zum Driften von liegenden mehrfachen analogen Schwellwerten oder selbst Nonius- oder Phasenvergleichstechniken Zuflucht nehmen muß. Liegen z.B. zwanzig Stangen oder Sprossen dieser 951 auf Zentren von 0,005 mm, so belegt ein 10:1-Bild, das durch die Linse 951 erzeugt ist, 1,000 mm auf Anordnung 960, die ein 1-Zoll-Reticon 1728H mit Elementen auf 0,0015 mm Zentren ist. Bei 10:1 kann sich der Stift 970 um 0,15 mm bewegen und doch alle Kanten auf der Anordnung halten.

Das Ergebnis hiervon ist die Definition, wo sich der Stift befindet. Normalerweise würde es bei einem normalen Schwellwertsystem zehnmal (die Linsenvergrößerung) den Diodenanordnungsabstand oder 0,00015 mm betragen. In diesem Fall wird die Stiftkante jedoch als Mittelwert aller zwanzig Kanten genommen (oder wirklich 40, da jede Seite einer Sprosse gezählt werden kann). Wird die Periode des durch die Linse abgebildeten Gitters (d.h. 0,005 Linienabstand wird 0,050 mm auf der Dioden-

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anordnung bei zehnmal) eine Primzahl insofern, als der Abstand zwischen den Elementen der Diodenanordnung betroffen ist, so wird im allgemeinen die Auflösung des Mittels um das Vierzigfache verbessert, selbst mit einer Schwellwertspannung Vo einer einzigen Diodenanordnung.

40 darin ist X die Element-

Mittlere Position = ^> XjAQ ^{nummer der} Detektoranord-

^ nung, auf der eine Kante

den Schwellwert Vo kreuzt.

Dieser Mittelungsvorgang führt außerdem zu einem Herausfallen von Differenzen der Empfindlichkeit von Element zu Element.

Die oben angegebenen Ausführungsformen zeigen einen Kontakt, der tatsächlich die zu messende Oberfläche berührt. Diese Kontaktbedingung kann in der Tat unter Verwendung elektrischer Stromflußmittel oder anderer geeigneter Mittel überwacht werden. Es liegt durchaus im Rahmen der Erfindung, die Größe zu bestimmen, selbst dann, wenn das Teil nicht berührt wird, sich jedoch in bekannter Entfernung davon befindet. Mit anderen Worten, eine kompakte Lufteinheit könnte vorgesehen werden, um anzuzeigen, daß ein Stift um einen bestimmten Betrag nicht in Kontakt war.

Die Genauigkeitsverbesserung kann durchgeführt werden, indem ganz einfach eine Anzahl von Ablesungen der gleichen Position und ein Teilen durch die Anzahl erfolgt. Dadurch fallen Fluktuationen heraus.

In Fig. 13 ist ein Diodenanordnungsausgangsschaltkreis

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zum Analysieren der Ausgangssignale von den lichtempfindlichen Elementen, beispielsweise Fotodioden einer Fotodiodenanordnung 1002, gezeigt. Bei herkömmlichen Schaltkreisen kann wegen der begrenzten Größe der lichtempfindlichen Elemente die Position einer Kante eines Bildes nicht mit einer größeren Genauigkeit als ein Element festgestellt werden. Durch Verwendung von Schaltungstechniken mit Mehrfachschwellwerten bei lichtempfindlichen Elementen, die ein analoges Videoausgangssignal erzeugen, das mit der Intensität der einfallenden Beleuchtung variiert, kann die Positionsgenauigkeit bis auf einen Bruchteil des Abstandes zwischen benachbarten Elementen erhöht werden. Dieser bestimmte Bruchteil wird durch die Zahl der verwendeten Schwellwerte bestimmt.

Fotodiodenanordnung 1002 ist eine herkömmliche, selbstabtastende Anordnung, die eine vorbestimmte Zahl von Fotodioden mit einem vorbekannten Abstand dazwischen aufweist. Jede Fotodiode wird sequentiell und individuell abgetastet und erzeugt ein analoges Ausgangssignal wie z.B. eine Spannung. Dieses Videoausgangssignal gelangt über einen Videopuffer 1004 zu einer Mehrpegeldetektorschaltung 1006. Pegeldetektorschaltung 1006 kann aus einer Vielzahl herkömmlicher differentieller Operationsverstärker (beispielsweise LM 301) bestehen, die parallel an den Ausgang von 1004 über eine Kette von Spannungsteilerwiderständen angeschlossen sind, die den jeweiligen Pegel für die Verstärker liefern.

Die Ausgangssignale von Pegeldetektorschaltung 1006 sind binäre Signale, deren Anzahl der gewünschten Zahl von Schwell-

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werten entspricht. Die Ausgangssignale von der Pegeldetektorschaltung 1006 werden in entsprechenden Verriegelungen 1008 verriegelt (die herkömmliche D-Flip-Flops in IC 7474 sein können) . Jede Verriegelung wird zyklisch durch einen adressierbaren Multiplexer 1010 mit einer Geschwindigkeit abgefragt, die ein Vielfaches des Diodenanordnungstaktes ist, der der Zahl von Schwellwerten entspricht. Multiplexer 1010 kann ein herkömmlicher digitaler Multiplexer (IC 74153) sein, der sequentiell durch einen binären Zähler (beispielsweise IC 7493) adressiert wird, dessen Takt mit der vielfachen Geschwindigkeit gesteuert ist.

Bei dem in Fig. 13 gezeigten Beispiel werden vier Schwellwerte verwendet. Somit gibt es vier Ausgangssignale von der Pegeldetektorschaltung 1006, vier Verriegelungen 1008 und vier Eingänge zu dem adressierbaren Multiplexer 1010. Außerdem ist die Geschwindigkeit des Taktes 2, der den Takt für den adressierbaren Multiplexer 1010 liefert, das Vierfache des Taktes von Takt 1, der den Takt für die Diodenanordnung 1002 liefert.

Das Ausgangssignal von dem adressierbaren Multiplexer 1010 ist ein Strom von Impulsen oder ein Impulszug, der eine Frequenz hat, die ein Vielfaches der Zahl von Schwellen mal dem Diodenanordnungstakt ist (eine Frequenz des Vierfachen des Diodenanordnungstaktes für das vorliegende Beispiel). Der Impulszug wird in den Eingang eines Rechners 1012 eingespeist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Rechner 1012 ganz einfach ein herkömmlicher summierender Zähler sein. Bei einem anderen Beispiel kann der Rechner 1012 ein programmierter Rechner sein, der fortlaufend die gemessene Dimension errechnet und

130066/0606 ~⁷³~

anzeigt. Bei einem weiteren Beispiel kann der Rechner 1012 die Position einer auf die Diodenanordnung 1002 projizierten Kante als den halben Abstand auf der Flanke der Hell-Dunkel-Übergangszone bestimmen.

Zu Beginn jeder Abtastung werden die Verriegelungen 1008 zurückgestellt oder gelöscht. Während der Abtastzeit, wenn das Videosignal einen bestimmten Schwellenpegel erreicht, wird die entsprechende Verriegelung 1008 eingestellt. Der kontinuierlich abgetastete Multiplexer 1010 erzeugt somit einen Zählimpuls für jede Verriegelung, die bei jeder Abtastung der Abtastfolgen auf EIN geschaltet worden ist.

Fig. 14 verdeutlicht die Verwendung einer gekanteten Matrixanordnung zur Verbesserung der Kantenauflösung, wie sie gemäß der Erfindung verwendet wird. Ein Bild 1100 der Kante 1101 an dem gegenüberliegenden Ende der die Oberfläche 1103 berührenden Kontaktspitze 1102 wird durch eine Linse 1106 auf einer Diodenmatrixanordnung 1110 abgebildet. In diesem Anwendungsfall ist die Lichtquelle 1120 jedoch relativ breit, und das Kantenbild 1100 erstreckt sich über eine beträchtliche Raumausdehhung entlang der Achse der Kante selbst (y-Achse). Zu beachten ist, daß die Auflösung des Kantenbildes in der y-Richtung so sein sollte, daß die Kante die gesamte Breite der Diodenanordnung in der y-Richtung immer überdeckt.

Zur Feststellung des Kantenbildes verwendet diese Ausführungsform eine Diodenmatrixanordnung, die etwas relativ zum Kantenbild um einen Kantwinkel 0 gekantet ist. Dieser Winkel wird so klein gehalten, daß bei einem festen Spannungswert V

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das festgestellte Kantenbild sich jeweils über eine Linie der Diodenanordnung nach unten bewegt, z.B. Linie 1 über 128 auf einer 128-Zeilen-Anordnung, bevor es wieder zurückläuft, um den nächsten Detektor in der ersten Zeile abzutasten. Hierdurch ergibt sich eine Art von Nonius für die Diodenanordnung und eine beträchtliche Vergrößerung der Auflösung.

Jede der Diodenanordnungen kann relativ zur Richtung der Bewegung der Kante gedreht werden, was der Normalfall ist, oder die Diodenanordnung kann in Richtung der Kantenbewegung positioniert und die Kante 1101 selbst geneigt werden (Richtung der Bewegung in x-Richtung). Jede Möglichkeit führt zu den gewünschten Ergebnissen, nämlich daß bei Bewegung der Kante die Detektoren jeder Reihe, jedoch der gleichen Spaltenzahl aufeinanderfolgend das Kantenbild ihren festen Schwellwert überstreichen sehen.

Wie aus der Figur ersichtlich, besteht eine Art des Abfragens eines solchen Systems darin, mittels eines Zählers 1135 die Zahl von Detektoren, die "dunkel" sind (das sind die unterhalb der Schwellwertspannung V ), in der Diodenmatrix zu zählen. Diese Zahl ist proportional dem Wert auf allen Detektoren zu einer Zeit in jeder Spalte, z.B. sind in einer 100x10O-Element-Diodenanordnung 10.000 Detektoren dunkel (d.h. unter V). Befindet man sich bei einer ersten Kantenposition, so hat eine Reihe 11, während die anderen Reihen 10 dunkel haben. Die Gesamtzahl ist dann 1001. Bewegen sich jedoch die Spitzen gerade etwas in das Lichtfeld, d.h. in positiver x-(Vertikal)Richtung, so wird der Detektorzählwert in jeder der ersten beiden Reihen von 11 auf 10 in dem Rest übergehen. Dadurch wird der Gesamt-

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zählwert auf 1002 aufgefüllt.

Die effektive Verbesseung der Auflösung ist 100mal, und ein einfacher Teilerkreis 140 liefert zwei zusätzliche Dezimalstellen der Auflösung in der Antwort, wie das gezeigt ist.

Es können auch größere Versatzwinkel 0 verwendet werden, wenn eine passende zusätzliche Berechnungsmöglichkeit geschaffen ist. Jedoch ist 0 = 1/n bevorzugt, worin η die Zahl der Elemente in der Reihe der Diodenanordnung ist.

Das gleiche Ergebnis kann auch dadurch erzielt werden, daß eine Bezugskante 1130 verwendet wird, die in gestrichelten Linien dargestellt ist. In einem Fall ist die Bezugskante entweder parallel zu der Diodenanordnung oder um einen bestimmten Winkel zur Diodenanordnung gekantet. Darüber hinaus mögen sich die beiden Kanten gemäß Fig. 1 bewegen. In beiden Fällen werden zwei Kantenbilder von der Diodenanordnung gesehen.

Diese erfindungsgemäße Lehre der Verbesserung der Auflösung kann auch auf die Abtastung von Bildern von Teilen oder Werkstücken ausgedehnt werden. Zum Beispiel sei angenommen, daß das Kantenbild 1100 von der Kante 1101 statt dessen von dem Bild eines zylindrischen Gegenstandes wie beispielsweise einem Rollenlager 1150 geliefert wird (dargestellt in gestrichelten Linien).

Bei dieser Ausführungsform kann man auch Beugemuster der

Kanten verwenden, wenn Lichtquelle 1120 ein Laser ist. Die

je

gleiche Auflösungsverbesserung tritt auf,/doch ist eine zusätzliche Schaltung erforderlich, um die Sprossenzählung zu mitteln, da gewöhnlich viele Sprossen auf die Diodenanordnung fallen und nicht nur eine (was bei einem Kantenbild gleich sein würde).

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In diesem Fall erfährt jede Sprosse eine solche Erhöhung der Auflösung, und der Zählausgang ist gleich der obigen gewonnenen Zahl mal der Zahl von gegenwärtigen Sprossen.

Um die Beugesprossen zu erzeugen, benötigte man zwei Kanten, z.B. Bezugskante 1130 und Kontaktkante 1101 oder die Kante des Gegenstandes 1150.

Es sei erneut besonders darauf hingewiesen, daß bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen keine physikalische Verbindung zwischen den Kontakte bildenden Kanten und dem Lesesystem vorhanden sein muß. Dies wurde bereits in Verbindung mit der Drehung des Kontaktes (Fig. 7) diskutiert, kann jedoch auch in bezug zu der linearen Translation entlang der optischen Achse von Interesse sein, die den Kontaktkopf und das optische Bild oder Beugemuster der Abtastdiodenanordnung trennt.

Es sei z.B. Fig. 1 betrachtet. Tastkopfgehäuse 21 möge nur auf den schmalen Bereich rund um die Kontakte 18 und 19 begrenzt sein und nicht physikalisch mit dem Ableseteil 12 verbunden sein. Zur Messung der Bohrung des Teils 15 kann dieser Teil 21 ein- und ausbewegt werden, während Ableseteil 12 fest bleibt.

Geschieht dies, so muß man im Beugungsfalle die Veränderung der Kante zur Entfernung R der Diodenanordnungsablesung kompensieren. Der Wert für eine solche Kompensation steht unmittelbar von der Position des Bohrungsabtastkopfes entlang der Bohrungsachse zur Verfügung. Bei Abbildungssystemen besteht

die
ein Problem darin, daß/Kantenauflösung sich in Abhängigkeit von der Tiefe von Feldänderungen ändert, und dies muß kompensiert werden - eine schwierigere Aufgabe.

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Die letzte Ausfuhrungsform dieser Erfindung zeigt eine weitere Abwandlung der Anordnung zur Werkzeuginspektion gemäß Fig. 8. Die grundlegende Abtasteinheit mit Taster 513 mit Blitzlichtquelle 505 wird wiederum verwendet, diesmal jedoch, um die Umstände zu prüfen und den Ort im Raum einer Vielzahl von austauschbaren Werkzeugen eines Bearbeitungszentrums zu bestimmen.

Es sei nun Fig. 15 betrachtet. Diese zeigt ein Blockschaltbild eines typischen Bearbeitungszentrums, beispielsweise eine Maschine "Moduline" der Firma Kerney & Trecker Milwaukee-Matic mit Wandertisch. Diese Maschine, was typisch für viele Bearbeitungszentren ist, weist eine sich vertikal bewegende Spindel mit einem sich horizontal bewegenden Tisch auf. Die gesamte Säule selbst bewegt sich in der z-Achse herein und heraus (aus der Zeichenebene heraus).

Bei solchen Maschinen sind häufig Werkzeugwechsler vorgesehen. Die Maschine zieht sich auf die Werkzeugwechselstellung zurück, und ein automatischer Arm tauscht das neue Werkzeug gegen das gerade verwendete Werkzeug aus, was in ein Magazin zurückgebracht wird.

Es ist diese Werkzeugwechselposition, die vielleicht die ideale Chance zur Durchführung der Inspektion bietet, da die Maschine bei jedem Werkzeugwechsel zu diesem Platz wandern muß und daher fast bei jedem Arbeitsvorgang. Da die Maschinenwellen langsam laufen (z.B. 200 Umdrehungen pro Minute maximal), ist es wünschenswert, eine Hochgeschwindigkeitsachse auf dem Tastkopf zu haben, um ihn an seinen Platz an der Werkzeug-

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Wechselstellung zu bringen und die Messung durchzuführen. Dies bedeutet ein absolutes Minimum für eine Störung des Maschinenzyklus durch die Inspektion. Da eine typische Inspektion eines Werkzeuges/ beispielsweise eines Bohrers, Fräsers, Räumers, Bohrstange, Stirnschleifers usw., nur ein oder zwei Sekunden in Anspruch nimmt, ist die tatsächliche Unterbrechung in scheinbar allen Fällen geringer als fünf Sekunden einschließlich der Ein/Ausfahrzeit des Tastkopfes zur Freigabe des Werkzeugwechselbetriebes.

Wie gezeigt ist die Tasteinheit 1200 auf einer x-Achsenführung 1201 herein- und herausbewegbar, die an einem Maschinenkörper 1202 oder auch einem Werkzeugwechsler usw. befestigt ist (z.B. Ort 1204, dargestellt in gestrichelten Linien). Befindet sich die Spindel 1205 in der Position zum Wechseln eines Werkzeuges in das Magazin 1210, so wird die x-Achsenführung betätigt und die Tasteinheit eingefahren, so daß sie sich in einer Position befindet, in der die kritischen Kanten des fraglichen Werkzeuges beleuchtet werden, z.B. Kantenzone 1220 eines Messereinsatzes 1221 in Bohrstange 1222.

An diesem bestimmten Ort wird, wenn sich die optische Tasteinheit an ihrem Ort befindet, eine zusätzliche Luftleitung 1230 verwendet, um irgendwelche Späne oder Kühlmittel usw. von dem Werkzeug wegzublasen. Diese Luftleitung kann in der dargestellten Weise auf der Tasteinheit angebracht werden oder sie kann gesondert vorgesehen sein. Irgendwelche Kühlleitungen usw., die das Werkzeug spülen, werden normalerweise während der Messung abgeschaltet.

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Wie in dem Diagramm gezeigt, kann das Werkzeug sich

während der Meßzeit drehen, oder es kann stationär sein. Dreht

es

sich das Werkzeug, so ist/in hohem Maße wünschenswert, wenigstens in den meisten Fällen eine Blitzlichtquelle, wie beispielsweise 1235,zu verwenden. Diese Blitzlichtquelle wird entweder durch einen Wellenabtaster auf der Spindel (der Einfachheit halber nicht dargestellt) oder durch einen Positionstaster für das Werkstück gezündet, beispielsweise unter Verwendung von Lichtquelle 1236 und Detektor 1237, um den gewünschten Teil des Werkzeuges abzutasten, wenn es in das Gesichtsfeld gelangt. Dies ist besonders einfach bei einem dargestellten Werkzeug mit einem einzigen Punkt zu sehen, jedoch kann irgendein bestimmtes Werkzeug so ausgebildet werden, daß ein Werkzeughalter für einen anderen Teil eine passende Fahne,wie in Fig. 8 gezeigt, hat, Gegenstand 521 dient diesem Zweck. Zum Beispiel kann eine Fahne tatsächlich aus einem vertieften Teil des Werkzeugs bestehen, das bewirkt, daß Licht verlorengeht, das sonst von ihm reflektiert werden würde. Dies kann ganz einfach ein Loch wie beispielsweise Loch 1240 sein, das in die gezeigte Bohrstange gebohrt ist, das dann durch einen besonderen Taster für ein solches Zündloch 1245 abgetastet wird, der an dem Ende des Tastkopfes gezeigt ist. Es gibt unzählige verschiedene Möglichkeiten, die Blitzkanone phasenrichtig zu zünden, um das Werkzeug an der richtigen Stelle einzufangen. In der Tat weisen viele Bearbeitungszentren Werkzeuglagebestimmungsvorrichtungen auf, die eine einfache Verwendung von Drehentschlüsslern gestatten.

Die Abtastung kann hierbei ganz einfach durch Verwendung

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einer Festkörperdiodenmatrix 1250 erfolgen, auf deren Fläche das Bild der Werkzeugkantenzone 1220 durch Linse 1252 über einen Spiegel 1255 gebildet wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform möge die Diodenmatrixanordnung typischerweise 250 χ 250 Elemente haben, die auf einer 1 zu 1-Basis grob abgebildet werden und auf eine Werkzeugzone von ungefähr 8 mm im Quadrat blichän. Dies reicht gewöhnlich völlig aus, um den radialen Ort eines Messers im Raum wie auch die Bearbeitungslänge, die Kontur von Gewindebohrern usw. zu definieren. Die nominelle Auflösung beträgt 0,0025 mm bei dieser Einheit mit einem festen Schwellwert, und aus diesem Grund ist eine Auflösungsverbesserung in der in bezug auf Fig. 13 und andere Schaltkreise beschriebenen Weise in hohem Maße wünschenswert, um die Auflösung auf wenigstens 0,00025 mm oder besser zu verbessern.

Es ist auch noch ein anderer wichtiger Aspekt für eine möglichst große Flexibilität bei der Inspektion solcher Werkzeuge zu beachten. Wir müssen die Frage stellen, ist die 8mm-Meßzone genug und befinden sich alle die Werkzeuge an der gleichen Stelle? Haben die Werkzeuge, die von dem Tauscher in den Werkzeughalter eingegeben werden, eine unterschiedliche Länge, so muß natürlich die wandernde Säule bei ihrer Bewegung in der z-Achse an einem Ort abstoppen, der nicht der tatsächliche Werkzeugwechselort ist, um die Messung zu ermöglichen. Hierdurch geht jedoch nicht viel Zykluszeit verloren, da es diese Position ohnehin durchlaufen muß, jedoch ist offensichtlich, daß man diese Bewegung auch dadurch erhält, daß man einen z-Achsenschlitten 1270 erzeugt, um die Tasteinheit hinein- und

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herauszubewegen, um eine Anpassung an die unterschiedlichen Werkzeuglängen zu erreichen.

Von beträchtlichem weiterem Interesse ist der Gedanke einer tatsächlichen Verwendung der z-Achsenbewegung zur Erzeugung einer Abtastung des Werkzeugs in der z-Achse, d.h. der Werkzeuglängsachse. In diesem Fall möge eine lineare Diodenanordnung gegenüber der Matrixanordnung wie beispielsweise eine in gestrichelten Linien dargestellte lineare Diodenanordnung 1280 in der Figur vorgesehen sein. In diesem Fall kann man z.B. die Drehbewegung abstoppen und eine ununterbrochen strahlende Lichtquelle 1235 verwenden und ganz einfach die lineare Diodenanordnung entlang der Achse des Werkzeugs abtasten und daher einlesen Tausende auf Tausende von Teilen von Information betreffend die Form, Länge usw. des Werkzeugs. Dies ist besonders vorteilhaft beispielsweise für Konturierungsbohrer für die Gewindeform usw..

Dies würde außerdem von beträchtlichem Nutzen sein, da die lineare Anordnung typischerweise einen weit größeren Bereich haben kann - größenordnungsmäßig wenigstens einen achtmal höheren Bereich z.B., was es gestatten würde, ein Betrachtungsfeld von bis hinaus zu 5 cm zu überdecken, worein Lochdurchmesser von Bohrern, Gewindebohrern usw. fallen könnten, um gleichzeitig abgetastet zu werden. Es ist zu beachten, daß die Kombination des höheren Bereichs in der x-Achse, geschaffen durch die lineare Diodenanordnung plus dem großen Bereich der Entschlüssler auf der mechanischen z-Achse der Maschine (oder der z-Achse des optischen Tasters)_f eine Konturierung von scheinbar jeder Werkzeuggröße wie auch die genaue Konturierung von

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Stirnschleifern gestattet, deren Schneidkanten nach vorn gerichtet sind im Gegensatz zur Seite, wie das in der Figur gezeigt ist. Es ist zu berücksichtigen, daß Stirnschleifer mit dem Matrixanordnungssystem gehandhabt werden können, jedoch wird die Verbesserung der Auflösung oft nur in einer Achse erzielt und wird nicht wirksam im Fall des Stirnschleifers.

Natürlich besteht ein Nachteil des linearen Diodenanordnungssystems darin, daß es langsam ist, da es gewöhnlich die Durchführung einer mechanischen Bewegung erfordert. Schließlich kann sie nicht, wenn sich das Werkzeug drehen würde, ein gesamtes zweidimensionales Betrachtungsfeld in einem Augenblick aufnehmen, vielmehr würde sie stattdessen eine große Zahl von Drehzyklen benötigen, um eine große Zahl von Datenpunkten an Stroboskopstellen auf der z-Achse aufzunehmen.

Während hier ein Taster für ein Profilbild beschrieben worden ist, so kann doch das Konzept der Werkzeugprüfung bei Dreiecktastern angewendet werden. Diese Taster verwenden Bilder von von den Gegenständen reflektiertem Licht und sind im allgemeinen teurer als der in Fig. 15 gezeigte, bezogen auf irgendeinen bestimmten Bereich oder eine Auflösung. Jedoch können bestimmte Werkzeugformen am besten mit einem solchen Taster abgetastet werden, und ihre Verwendung wird daher mit als Teil der Erfindung betrachtet.

Die Verwendung einer solchen Abtastanordnung bei Werkzeugmaschinen schafft eine vollständig neue Möglichkeit, indem solche Werkzeuge ungestört arbeiten können, ohne daß man sich um eine ungenaue Werkzeugeinstellung oder Werkzeugzerstörung

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kümmern muß, die sich aufgrund von Aufschlagen auf Porosität usw. in Bohrungen und all der anderen Schwierigkeiten ergeben kann, die die Qualität von auf computergesteuerten Maschinen bearbeiteten Produkten beeinflussen. Es ist das letzte Glied in der Schleife und gestattet eine genaue Vorhersage, wann Werkzeuge ausgewechselt werden sollten, was zu einer erhöhten Produktivität aufgrund einer Optimierung der Werkzeuglebensdauer usw. führt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

T.) Einrichtung zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch

ein Meßteil mit einem Antastteil zur Berührung einer Oberfläche eines Gegenstandes, der so positioniert ist, daß die Oberfläche geeignet angetastet werden kann, und das ein Nichtkontaktteil aufweist, welches sich zusammen mit dem Antastteil bewegt und eine Kante aufweist,

Mittel zur Positionierung des Meßteils in einer Kontaktposition, in der es in Kontakt mit der Oberfläche des positionierten Gegenstandes ist, wobei die Position der Kante proportional zu einer Abmessung des Gegenstandes zwischen einem Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes ist, der von dem Antastteil des Meßteils berührt wird,

eine Lichtquelle, die Licht auf die Kante richtet,

SL/K

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einen Lichtdetektor mit einer Anzahl von lichtempfindlichen Elementen, die ein entsprechendes Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht erzeugen,

eine Linsenanordnung zur Fokussierung eines Bildes der Kante auf dem Lichtdetektor, wobei das Bild durch das Licht erzeugt wird, das auf die Kante gerichtet ist, und

durch Mittel zur Analysierung der Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente zur Bestimmung der Abmessung zwischen dem Bezugspunkt und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Mittel zur Bewegung des Meßteils zwischen der Kontaktposition und einer zurückgezogenen Position, in der das Antastteil außer Kontakt mit der Oberfläche des positionierten Gegenstandes ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein auf dem Träger angeordnetes Teil und durch eine weitere Kante, die in gewissem Abstand zu der Kante des Nichtkontaktteils angeordnet ist, so daß dadurch ein Spalt dazwischen gebildet ist, wobei die Lichtquelle so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie Licht auf die Kanten wirft und wobei die Spaltbreite zwischen den Kanten proportional den Abmessungen des Gegenstandes ist.
4. Einrichtung zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes,

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gekennzeichnet durch

ein erstes Meßteil mit einem Antastteil zur Antastung einer ersten Oberfläche eines Gegenstandes, der so positioniert ist, daß die erste Oberfläche davon berührt werden kann, sowie ein Nichtkontaktteil, das sich mit dem Antastteil bewegt und eine Kante aufweist,

Mittel zur Positionierung eines ersten Meßteils und weiterer Meßteile in einer Lage, in der das Meßobjekt angetastet wird, in der die Antastteile des ersten und der weiteren Meßteile sich in Kontakt mit einer ersten und weiteren Oberflächen eines positionierten Gegenstandes befinden, wenn sich die ersten und weiteren Meßteile in einer Gegenstandsberührungsposition befinden, wobei die Kanten der ersten und weiteren Meßteile einen Abstand voneinander haben, der proportional zwischen einerseits dem Kontaktpunkt zwischen dem ersten Meßteil und der ersten Gegenstandsoberfläche und andererseits dem Kontaktpunkt zwischen dem zweiten Meßteil und der zweiten Gegenstandsoberfläche ist, usw.,

eine Lichtquelle, die Licht auf die Kante wirft,

eine Lichtdetektoranordnung mit mehreren lichtempfindlichen Elementen, die alle ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht erzeugen,

eine Linsenanordnung zur Fokussierung des Bildes der genannten Kante auf der Lichtdetektoranordnung, wobei

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das Bild durch das auf die Kante gerichtete Licht entsteht, und

durch Mittel zur Analysierung des Ausgangssignals von den lichtempfindlichen Elementen zur Bestimmung der Abmessung zwischen den betreffenden Oberflächen des Gegenstandes.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel zur Bewegung des ersten Meßteils und weiterer zwischen einer Gegenstandsberührungsposition und einer zurückgezogenen Position, in der die Antastteile des ersten und der weiteren Meßteile die Oberflächen eines positionierten Gegenstandes nicht berühren.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Meßteile in einem Gehäuse diametral entgegengesetzt beweglich zwischen der Kontakt- und der zurückgezogenen Position gehalten sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel zur Bewegung des Gegenstandes relativ zu den erwähnten Meßteilen.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Vorrichtungen zur Bewegung des Gegenstandes senkrecht zur Bewegungsrichtung der erwähnten Meßteile vorgesehen sind.

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9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein langgestrecktes Rohr mit gegebenenfalls unterschiedlicher Querschnittsform aufweist oder selbst bildet, das in eine Öffnung eines positionierten Gegenstandes einführbar ist und eine oder mehrere diametral gegenüberliegende Öffnungen in der Nähe des entfernt liegenden Endes aufweist, wobei die ersten und weiteren Meßteile in dem Gehäuse jeweils durch die ersten und weiteren Öffnungen bewegbar sind und wobei die Mittel zur Analysierung des Ausgangssignals Mittel zur Bestimmung der Weite der Öffnung aufweisen.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoreinrichtung in einer Kammer angeordnet ist, die am nahen Ende des langgestreckten Rohres angebracht ist, wobei der Querschnitt der Kammer in Querrichtung größer ist als der des Rohres und wobei die Lichtdetektoreinrichtung aus einer linearen Anordnung von lichtempfindlichen Elementen besteht, die eng benachbart angeordnet sind und sich über eine Ausdehnung erstrecken, die größer als die Weite des Rohres ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurc gekennzeichnet, daß die Lichtquelle entfernt von der Kammer am gegenüberliegenden Ende des Rohres auf der Seite der Meßteile angeordnet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zylindrisch ist und so gestaltet

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ist, daß es in eine Zylinderbohrung eines positionierten Meßobjekts gefahren werden kann, um so dessen Innendurchmesser zu bestimmen.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Mittel zur Bewegung des Rohres in eine Bohrung eines positionierten Gegenstandes.
14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine lichtemittierende Diode aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Mittel zur Ermittlung der Mittelachse des erwähnten ■ Rohres relativ zur Lage der erwähnten Kanten der Meßteile.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Mittel zur Bestimmung der Mittelachse oder eines Punktes dieser Achse aus einer Referenzkante besteht, die zwischen den Meßteilen angeordnet und derart gestaltet ist, daß diese Referenzkante aus einzelnen Segmenten besteht und diese Kantensegmente den Kanten der Meßglieder gegenüberstehen, derart, daß das auf dem Lichtsensor erzeugte Bild aus den Einzelbildern der Gesamtheit der vorhandenen Kanten besteht.
17. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens ein zusätzliches Paar von ersten und

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zweiten Meßteilen, wobei jedes weitere Paar in dem Gehäuse diametral entgegengesetzt beweglich zwischen einer Kontakt- und einer zurückgezogenen Position gehalten ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch entsprechende Mittel zur Drehung des langgestreckten Rohres relativ zu der Bohrung.
19. Einrichtung zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch

ein erstes Meßglied mit einem Antastteil zur Berührung einer Oberfläche eines so positionierten Gegenstandes, daß die genannte Oberfläche damit und so berührt werden kann, daß ein Bezugspunkt des Gegenstandes sich in einer Referenzlage befindet, wobei der Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes sich nicht auf der Oberfläche befindet und wobei das erste Meßteil einen Nichtkontaktteil aufweist, der sich zusammen mit dem berührenden Glied bewegt und eine Kante aufweist,

ein zweites Meßglied mit einer Bezugskante, die in bekanntem Abstand zum Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes angeordnet ist,

Mittel zur Positionierung des ersten Meßgliedes in einer den Gegenstand kontaktierenden Position, in der der Antastteil sich in Kontakt mit der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes befindet, wodurch sich die

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Kanten des ersten und zweiten Meßgliedes in einem Abstand voneinander befinden, der proportional zu-der Entfernung zwischen einerseits dem Kontaktpunkt des ersten Meßgliedes und der Oberfläche des positionierten Gegenstandes und andererseits dem Bezugspunkt ist,

eine Lichtquelle, die Licht auf die Kanten richtet,

eine Lichtdetektoranordnung mit einer Reihe von lichtempfindlichen Elementen, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht erzeugen,

eine Linsenanordnung zur Fokussierung des Bildes der Kanten auf die Lichtdetektoreinrichtung, wobei das Bild durch das auf die Kanten fallende Licht gebildet wird, und

Mittel zur Analysierung der Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente zur Bestimmung der Entfernung zwischen dem Bezugspunkt und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Mittel zur Bewegung des ersten Meßgliedes zwischen einer Position, in der das Meßobjekt angetastet ist, und einer zurückgezogenen Position, in der das Antastteil mit dem positionierten Gegenstand außer Kontakt ist.
21. Einrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Mittel zur Drehung eines positionierten Gegenstandes

130066/0605 _g

um eine Achse, wobei der Bezugspunkt auf der Achse liegt.
22. Einrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch Bearbeitungsmittel zur Bearbeitung eines sich drehenden positionierten Gegenstandes.
23. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und weiteren Meßteile, die Lichtquelle, die Lichtdetektoreinrichtung und die Linsenanordnung auf einer gemeinsamen Trägeranordnung gehalten sind.
24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Positionierung eines Gegenstandes auf dem Träger befestigt ist.
25. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugeinrichtung auf dem Träger befestigt ist.
26. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägeranordnung ein langgestrecktes Rohr aufweist, das um seine Längsachse drehbar ist und in seiner Wandung an seinem entfernten Ende eine öffnung aufweist, wobei das erste Meßteil durch diese öffnung bewegt werden kann, und weiter gekennzeichnet durch Mittel zur Drehung des langgestreckten Rohres um seine Längsachse, wodurch der Antastteil des ersten Meßteils in der Lage ist, die Wandungsfläche einer zylindrischen Bohrung eines Gegenstandes zu kontaktieren, der

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so positioniert ist, daß sich das langgestreckte Rohr innerhalb der Bohrung befindet.
27. Einrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch ein Schwalbenschwanzprisma, das zwischen der Linsenanordnung und der Lichtdetektoranordnung angeordnet ist und durch Mittel zur Drehung des Schwalbenschwanzprismas mit der halben Drehgeschwindigkeit des langgestreckten Rohres, wobei das auf die Lichtdetektoreinrichtung fallende Bild der Kanten während der Drehung des langgestreckten Rohres stationär gehalten ist.
28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennz e ichnet, daß die Lichtdetektoranordnung aus einer linearen Anordnung von eng benachbarten lichtempfindlichen Elementen besteht.
29. Einrichtung zur Bestimmung der Abmessung eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch

ein langgestrecktes Teil mit einem Antastteil zur Kontaktierung der Oberfläche eines Gegenstandes, der so positioniert ist, daß dessen Oberfläche so angetastet werden kann, daß ein Bezugspunkt eines Gegenstandes sich in einer Referenzlage befindet, wobei Oberfläche und Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes getrennt sind, wobei das Meßteil ein Nichtkontaktteil aufweist, das mit dem Antastteil bewegbar ist und an seinem anderen Ende mehrere in Längsrichtung nebeneinander angeordnete

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Kanten aufweist, deren gegenseitiger Abstand bekannt ist,

Mittel zur Bewegung des Meßteils in Richtung seiner Längsachse zwischen einer zurückgezogenen Position, in der der Antastteil die Oberfläche eines positionierten Gegenstandes nicht antastet, und einer Position, in der der Antastteil sich in Kontakt mit der positionierten Oberfläche eines Gegenstandes befindet,

eine Lichtquelle, die Licht auf die Kanten richtet,

eine Lichtdetektoranordnung mit mehreren lichtempfindlichen· Elementen, die jeweils in der Lage sind, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht zu erzeugen,

eine Linsenanordnung zur Fokussierung des Bildes der Kanten auf der Lichtdetektoranordnung, wobei das Bild durch das auf die Kante gerichtete Licht entsteht, und

Mittel zur Analysierung der Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente zur Bestimmung der Distanz zwischen der Oberfläche und dem Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes.
30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Analysierung Mittel zur Zählung der Zahl von Kanten aufweisen, die sich durch das einfallende Licht während der Bewegung des Meßteils zwischen der

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Zurückziehungslage und der Gegenstandsberührungslage bewegen.
31. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten einen sich zunehmend vergrößernden Abstand voneinander haben und daß die Analysierungsmittel Mittel zur Feststellung der Größe des Abstandes zwischen den Bildern zweier benachbarter Kanten aufweisen.
32. Einrichtung zur Bearbeitung eines Gegenstandes mit einem Werkzeug, mit Mitteln zur Haltung eines von einem Werkzeug zu bearbeitenden Gegenstandes in einer Bearbeitungsposition durch ein Werkzeug zur Bearbeitung des Gegenstandes und mit Mitteln zur überwachung der Abmessung des Gegenstandes, der Werkzeugposition oder der Werkzeugform, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel Mittel aufweisen, um während der normalen Arbeitsweise der Einrichtung elektromagnetische Strahlung auf eine Kante eines Teils zu richten, der den Teil des Gegenstandes antastet, der bearbeitet wird, um ein entsprechendes Muster elektromagnetischer Strahlung zu bilden, das charakteristisch für die Position der Kanten in der darauf gerichteten elektromagnetischen Strahlung ist, und daß Mittel zur Analysierung des Musters zur Bestimmung der Gegenstandsabmessung, Werkzeugposition oder Werkzeugform während des normalen Arbeitens der Einrichtung vorgesehen sind.
33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil das Werkzeug ist.

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34. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil ein Meßteil zur Kontaktierung einer bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks aufweist.
35. Verfahren zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet,

daß der Gegenstand positioniert wird,

daß ein Meßteil verwendet wird, das einen Antastteil zur Antastung einer Oberfläche eines positionierten Gegenstandes und einen Nichtkontaktteil aufweist, der mit dem Antastteil beweglich ist und eine Kante aufweist,

daß das Meßteil so positioniert wird, daß es die Oberfläche des positionierten Gegenstandes berührt, wobei die Positionsverschiebung der Kante proportional einer Abmessung des Gegenstandes zwischen einem Bezugspunkt des positionierten Gegenstandes und der Oberfläche des positionierten Gegenstandes ist, die von dem Antastteil des Meßteiles berührt wird,

daß Licht auf die Kante geworfen wird,

daß ein Bild der Kante auf eine Lichtdetektoreinrichtung fokussiert wird, die mehrere lichtempfindliche Elemente aufweist, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht erzeugen, wobei das Bild durca das auf die Kante gerichtete Licht gebildet wird, und

daß die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente

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analysiert werden, um die Abmessung zwischen dem Bezugspunkt und der Oberfläche des positionierten Gegenstandes zu bestimmen.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung außerdem ein darauf befestigtes Teil aufweist, das eine weitere Kante im Abstand von der genannten Kante des Nichtkontaktteils aufweist und so einen Spalt dazwischen bildet, wobei das Licht auf die Kanten gerichtet wird und die Spaltbreite zwischen den Kanten proportional zu der genannten Abmessung des Gegenstandes ist.
37. Verfahren zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Gegenstand positioniert wird,

daß ein erstes Meßteil mit einem Antastteil zur Berührung einer ersten Oberfläche eines positionierten Gegenstandes und ein mit dem Antastteil bewegbares Nichtkontaktteil mit einer Kante verwendet wird,

daß ein zweites und weitere Kontaktteile mit einem Antastteil zur Berührung einer zweiten und weiterer Oberflächen eines positionierten Gegenstandes und einem mit dem Antastteil beweglichen Nichtkontaktteil mit einer Kante verwendet wird,

daß die ersten und weiteren Antastteile in eine den Gegenstand antastende Position verfahren werden, in der

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die Antastteile der ersten und weiteren Meßteile in Berührung mit der ersten und den weiteren Oberflächen des positionierten Gegenstandes stehen, wodurch dann, wenn die ersten und weiteren Antastteile sich in der den Gegenstand antastenden Position befinden, die Kanten der ersten und weiteren Meßteile sich in einem Abstand zueinander befinden, der proportional dem Abstand zwischen einerseits dem Berührungspunkt zwischen dem ersten Meßteil und der ersten Gegenstandsoberfläche und andererseits dem Kontaktpunkt zwischen dem zweiten Meßteil und der zweiten Gegenstandsoberfläche ist, usw.,

daß Licht auf die Kanten gerichtet wird,

daß ein Bild der Kanten auf eine Lichtdetektoreinrichtung fokussiert wird, die mehrere lichtempfindliche Elemente aufweist, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht erzeugen, wobei das Bild durch auf die Kanten gerichtetes Licht gebildet wird, und

daß die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente analysiert werden, um die Abmessung zwischen den genannten Flächen des Gegenstandes zu bestimmen.
38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und weiteren Meßteile zwischen der Gegenstandsberührungsposition und einer zurückgezogenen Position bewegbar sind, in der die Antastteile der ersten und weiteren Meßteile außer Kontakt mit den ersten und weiteren

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Oberflächen eines positionierten Gegenstandes sind.
39. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand relativ zu den ersten und weiteren Meßteilen bewegt wird.
40. Verfahren zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet,

daß der Gegenstand so positioniert wird, daß sich ein Bezugspunkt des Gegenstandes in einer Bezugsposition befindet,

daß ein erstes Meßteil mit einem Antastteil zur Kontaktierung einer Oberfläche eines posxtionierten Gegenstandes verwendet wird, daß diese Oberfläche vom Bezugspunkt des posxtionierten Gegenstandes getrennt ist, wobei das erste Meßteil einen Nichtkontaktteil aufweist, der mit dem Antastteil bewegbar ist und eine Kante aufweist,

daß ein zweites oder weitere Meßteile angebracht werden, welche eine Bezugskante aufweisen, die in einer bekannten Entfernung von dem Bezugspunkt eines posxtionierten Gegenstandes positioniert wird,

daß das erste Meßteil in einer einen Gegenstand berührenden Position positioniert wird, in der der Antastteil sich in Kontakt mit einer Oberfläche eines posxtionierten Gegenstandes befindet, wodurch die Kanten der ersten und weiteren Meßteile in einem Abstand voneinander positio-

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niert sind, der proportional zu dem Abstand zwischen einerseits dem Kontaktpunkt des ersten Meßteils und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes und andererseits dem Bezugspunkt ist,

daß Licht auf die Kanten gerichtet wird,

daß ein Bild der Kanten auf eine Lichtdetektoreinrichtung fokussiert wird, die eine Anzahl von lichtempfindlichen Elementen aufweist, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht erzeugen, wobei das Bild von dem auf die Kanten gerichteten Licht gebildet wird, und

daß die Ausgangs signale von den 1 ichteinpf indl ichen Elementen analysiert werden, um die Abmessung zwischen dem Bezugspunkt und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes zu bestimmen.
41. Verfahren zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Gegenstand so positioniert wird, daß ein Bezugspunkt des Gegenstandes sich in einer Bezugsposition befindet,

daß ein langgestrecktes Meßteil verwendet wird, das einen Kontaktendteil zur Kontaktierung einer Oberfläche eines positionierten Gegenstandes aufweist, wobei die Oberfläche von dem Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes getrennt ist und das Meßteil einen Nichtkontaktteil aufweist, der mit dem Antastteil bewegbar ist und an seinem anderen Ende eine Anzahl von in Längsrichtung im Abstand

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zueinander angeordnete Kanten aufweist, wobei der gegenseitige Abstand der Kanten bekannt ist,

daß das Meßteil in Richtung seiner Längsachse zwischen seiner zurückgezogenen Lage, in welcher sich das Kontaktteil außer Kontakt zu der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes befindet, und einer Gegenstandsberührungsposition bewegt wird, in welcher sich das Kontaktteil in Berührung mit der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes befindet,

daß Licht auf die Kanten gerichtet wird,

daß ein Bild der Kanten auf eine Lichtdetektoreinrichtung fokussiert wird, die eine Anzahl von lichtempfindlichen Elementen aufweist, die alle in der Lage sind, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von einfallendem Licht zu erzeugen, wobei das Bild durch auf die Kanten gerichtetes Licht gebildet wird, und

daß die Ausganqssignale von den lichtempfindlichen Elementen analysiert werden, um die Abmessung zwischen der Oberfläche und dem Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes zu bestimmen.
42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Analysieren dadurch erfolgt, daß die Zahl der Kanten gezählt wird, die sich während der Bewegung des Meßteils zwischen der zurückgezogenen und der den Gegenstand kontaktierenden Position durch das einfallende Licht bewegen.

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43. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten fortschreitend zunehmenden Abstand untereinander haben, wobei beim Analysieren die Größe des Abstandes zwischen den Bildern zweier benachbarter Kanten festgestellt wird.
44. Verfahren zur Bearbeitung eines Gegenstandes mit einem Werkzeug, bei dem ein von einem Werkzeug zu bearbeitender Gegenstand in einer Bearbeitungsposition in einer Maschine gehalten wird, in der ein zur Bearbeitung des Werkzeuges dienendes Werkzeug angebracht ist und in der die Gegenstandsabmessung, die Werkzeugposition oder Werkzeugform überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung, Werkzeugposition oder Werkzeugform optisch während des normalen Arbeitens der Maschine überwacht wird, indem während des normalen Arbeitens der Maschine elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares und infrarotes Licht, auf eine Kante eines Teils gerichtet wird, das den Teil eines Gegenstandes kontaktiert, der bearbeitet wird, um ein Lichtmuster zu bilden, das charakteristisch für die jeweilige Position der Kanten ist, und daß das Muster analysiert wird, um die Gegenstandsabmessung, Werkzeugposition oder Werkzeugform während des normalen Arbeitens der Maschine zu bestimmen.
45. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennz e ichnet, daß das Teil ein Werkzeug ist.
46. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Kante eine Bearbeitungskante des Werkzeuges ist, wobei das Licht auf diese

während des normalen Arbeitens der Maschine gerichtet wird, wenn das Werkzeug außer Kontakt zum Werkstück ist.
47. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante eine Nichtbearbeitungskante des Werkzeuges ist, wobei das Licht auf diese während des normalen Arbeitens der Maschine gerichtet ist, während das Werkzeug den Gegenstand bearbeitet.
48. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil ein Meßteil ist, das so gehalten ist, daß es eine Bearbeitungsoberfläche eines Gegenstandes berührt .
49. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 29, gekennzeichnet durch Mittel zur Positionierung eines Gegenstandes, derart, daß er von dem Meßteil kontaktiert wird.
50. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 19, gekennzeichnet durch Mittel zur Positionierung eines Gegenstandes, derart, daß es von den ersten und weiteren Meß teilen kontaktiert wird.
51. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild zu den Lichtdetektorelementen

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durch fiberoptische Mittel übertragen wird.
52. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen durch eine Fotodiodenanordnung gebildet ist.
53. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e ichnet, daß mehrere der Bilder von mehreren Meßteilen zu einer gemeinsamen Lichtdetektoreinrichtung übertragen werden.
54. Einrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennz e ichnet, daß die Bilder durch fiberoptische Mittel übertragen werden.
55. Einrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Schaltungsmittel zur Erhöhung der Auflösung des Diodenausgangssignals.
56. Verfahren zur Verbesserung der Auflösung eines Systems zur Erkennung der Kantenposition durch Verwendung einer Diodenmatrixanordnung, die so gedreht ist, daß die Abtastrichtung um einen kleinen Winkel zum Bild der Kante verdreht verläuft und daß damit erfaßt wird, welcher Detektor der Matrix das Bild der Kante feststellt.
57. Verfahren nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild ein Beugungsstreifen ist, der

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durch die Kante relativ zu einer anderen Kante erzeugt wird.
58. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugposition registriert und daraus ein Signal abgeleitet wird, welches zu einer Positionskorrektur des Werkzeuges dient.
59. Einrichtung zur Überwachung einer Werkzeugposition oder -form, gekennzeichnet durch

eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Werkzeuges,

eine Linsenanordnung zur Abbildung eines Bildes der Schneidekante des Werkzeuges auf einer Fotodiodenmatrix,

Mittel zur Abtastung der Elemente der Matrix,

Analysierungsmittel zur Bestimmung der Position oder Form des Werkzeuges aus der Abtastung.
60. Einrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle gepulst ist, um ein stehendes Bild des Werkzeuges zu erhalten.
61. Einrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug gedreht wird und ein Drehgeber den Impuls der Lichtquelle auslöst.
62. Einrichtung zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes,

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gekennzeichnet durch

ein erstes Meßteil mit einem ersten Kontaktteil zur Kontaktierung einer ersten Oberfläche eines Gegenstandes, der so positioniert ist, daß die genannte erste Oberfläche davon kontaktiert werden kann, und ein Nichtkontaktteil, das mit dem Kontaktteil bewegbar ist und eine Kante aufweist,

ser
Mittel zur Positionierung die/ersten und weiterer Meßteile in einer Gegenstandsberührungsposition, in der die Kontaktteile der ersten und weiteren Meßteile sich in Kontakt mit ersten und weiteren Oberflächen eines positionierten Gegenstandes befinden, wodurch, wenn die ersten und weiteren Meßteile sich in der den Gegenstand kontaktierenden Position befinden, die Kanten der ersten und weiteren Meßteile in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der proportional dem Abstand zwischen einerseits dem Kontaktpunkt zwischen dem ersten Meßteil und der ersten Gegenstandsoberfläche und andererseits dem Kontaktpunkt zwischen dem zweiten Meßteil und der zweiten Gegenstandsoberfläche ist, usw.,

eine Laserlichtquelle, die Licht auf die Kanten richtet und ein Beugungsmuster erzeugt,

Lichtdetektormittel, die so angeordnet sind, daß sie das Beugungsmuster abtasten und die eine Anzahl von lichtempfindlichen Elementen aufweisen,die alle in der Lage

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sind, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht zu erzeugen,

Mittel zur Analysierung der Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente, um die Abmessung zwischen dem Bezugspunkt und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes zu bestimmen.
63. Einrichtung zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch

ein erstes Meßteil mit einem ersten Antastteil zur Kontaktierung einer Oberfläche eines Gegenstandes, der so positioniert ist, daß die Oberfläche davon kontaktiert werden kann und daß sich ein Bezugspunkt des Gegenstandes in einer Bezugsposition befindet, wobei der Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes nicht auf der Oberfläche liegt und wobei das erste Meßteil einen Nichtkontaktteil aufweist, der mit dem Antastteil bewegbar ist und eine Kante aufweist,

ein zweites und weitere Meßteile mit einer Bezugskante, die in einer bekannten Entfernung von dem Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes angeordnet sind,

Mittel zur Positionierung des ersten Meßteils in einer Gegenstandsberührungsposition, in der der Antastteil sich in Kontakt mit der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes befindet, wodurch die Kanten der ersten und weiteren Meßteile in einem Abstand zueinander angeordnet

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sind, der proportional zu dem Abstand zwischen einerseits dem Kontaktpunkt des ersten Meßteils und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes und andererseits dem Bezugspunkt ist,

eine Laserlichtquelle, die Licht auf die Kanten wirft und ein Beugungsmuster erzeugt,

Lichtdetektormittel, die so angeordnet sind, daß sie dieses Beugungsmuster abtasten und die eine Anzahl von lichtempfindlichen Elementen aufweisen, die alle in der Lage sind, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von einfallendem Licht zu erzeugen,

eine Linsenanordnung zur Fokussierung eines Bildes der Kanten auf die Lichtdetektoreinrichtung, wobei das Bild von dem Licht erzeugt wird, das auf die Kanten gerichtet wird, und

Mittel zur Analysierung der Ausgangssignale von den lichtempfindlichen Elementen zur Erfassung der Abmessung zwischen dem Bezugspunkt und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes.
64. Verfahren zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Gegenstand positioniert wird,

daß ein erstes Meßteil verwendet wird, das einen Kontaktteil zur Kontaktierung einer ersten Oberfläche eines

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positionierten Gegenstandes und einen Nichtkontaktteil aufweist, der mit dem Antastteil bewegbar ist und eine Kante aufweist,

daß ein zweites und weitere Meßteile verwendet werden, die einen Antastteil zur Kontaktierung einer zweiten und weiterer Oberflächenabschnitte eines positionierten Gegenstandes und einen Nichtkontaktteil aufweisen, der mit dem ersten Antastteil bewegbar ist und eine Kante aufweist,

daß die ersten und weiteren Antastteile in eine Position gebracht werden, in der sich die Antastteile der ersten und weiteren Meßteile in Kontakt mit der ersten und den weiteren Oberflächen des positionierten Gegenstandes befinden, wodurch, wenn die ersten und weiteren Meßteile sich in der Gegenstandskontaktierungsposition befinden, die Kanten der ersten und weiteren Meßteile in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der proportional zum Abstand zwischen einerseits dem Kontaktpunkt zwischen dem ersten Meßteil und der ersten Gegenstandsoberfläche und andererseits dem Kontaktpunkt zwischen dem zweiten Meßteil und der zweiten Gegenstandsoberfläche ist, usw.,

daß Laserlicht auf die Kanten gerichtet wird, um ein Beugungsmuster zu erzeugen,

daß das Beugungsmuster mit einer Lichtdetektoreinrichtung abgetastet wird, die eine Vielzahl von lichtempfindlichen

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Elementen aufweist, die alle in der Lage sind, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von einfallendem Licht zu erzeugen, wobei das Bild durch das auf die Kante gerichtete Licht gebildet wird, und

daß die Ausgangssignale von den lichtempfindlichen Elementen analysiert werden, um die Abmessung zwischen den

treffenden
be/ Oberflächen des Gegenstandes zu bestimmen.
65. Verfahren zur Bestimmung einer Abmessung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Gegenstand so positioniert wird, daß sich ein Bezugspunkt des Gegenstandes in einer Bezugsposition befindet,

daß ein erstes Meßteil verwendet wird, das einen Kontaktteil zur Kontaktierung einer Oberfläche eines positionierten Gegenstandes aufweist, wobei die Oberfläche von . dem Bezugspunkt eines positionierten Gegenstandes getrennt ist und wobei das erste Meßteil einen Nichtkontaktteil aufweist, der mit dem Kontaktteil bewegbar ist und eine Kante aufweist,

daß weitere Meßglieder angebracht sind, die eine Bezugskante aufweisen, die in einem bekannten Abstand von dem Bezugspunkt des positionierten Gegenstandes positioniert ist,

daß das erste Meßteil in eine Gegenstandskontaktierungs-

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position gebracht wird, in der sich der Antastteil in Kontakt mit einer Oberfläche eines positionierten Gegenstandes befindet, wobei die Kanten der ersten und der weiteren Meßteile sich in einem Abstand zueinander befinden, der proportional zu dem Abstand zwischen einerseits dem Kontaktpunkt des ersten Meßteils und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes und andererseits dem Bezugspunkt ist,

daß Laserlicht auf die Kanten gerichtet wird, um ein Beugungsmuster zu erzeugen,

daß das Beugungsmuster mittels der Lichtdetektoreinrichtung abgetastet wird, die eine Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen aufweist, die alle in der Lage sind, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit vom einfallenden Licht zu erzeugen, wobei das Bild durch auf die Kanten gerichtetes Licht erzeugt wird, und

daß die Ausgangssignale von den lichtempfindlichen Elementen analysiert werden, um die Abmessung zwischen dem Bezugspunkt und der Oberfläche eines positionierten Gegenstandes zu bestimmen.

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