DE3123703C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Analysieren des Ausgangssignals einer sequentiell mit einem ersten Zeittakt abgetasteten, aus diskreten Fotodetektorelementen bestehenden linearen oder zirkularen Fotodetektoranordnung.

Solche Fotodetektoranordnungen, häufig Diodenarrays genannt, werden mit Lichtmustern beaufschlagt, und die einzelnen Fotodetektoren werden nacheinander abgetastet, so daß ein sequentielles Signal entsteht, das aus einer zeitlichen Hintereinanderanordnung der einzelnen Ausgangswerte der Fotodetektorelemente besteht. Durch Analyse eines solchen Ausgangssignals ist es möglich, z. B. einen Hell/Dunkelsprung zu bestimmen, der von der Abbildung einer Kante eines Gegenstandes auf der Fotodetektoranordnung herrührt. Durch Analyse des Ausgangssignals der Fotodetektoranordnung läßt sich daher auch eine Aussage der geometrischen Lage der den Hell/Dunkelsprung verursachenden Kante gewinnen.

Die Genauigkeit dieser Aussage ist durch den linearen Abstand der einzelnen Fotodetektorelemente begrenzt. Je mehr Fotodetektorelemente pro Längeneinheit nebeneinanderliegen, um so größer ist die Auflösung bei der Bestimmung der Lage der Kante. Die lineare Dichte der Fotodetektorelemente ist aber aus physikalischen Gründen begrenzt und läßt sich auch aus fertigungstechnischen Gründen nicht weiter steigern.

Durch die US-PS 41 31 857 ist eine Einrichtung zum Analysieren des Ausgangssignals einer sequentiell abgetasteten, linearen Fotodetektoranordnung bekannt, bei der die Zahl der Fotodetektorelemente pro Länge zunächst sehr hoch ist und dann zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit Mittel vorgesehen sind, um die Mitte zwischen zwei Intensitäts- bzw. Spannungswerten festzustellen, die von zwei Fotodetektorelementen stammen, die zu beiden Seiten einer Kante liegen, die einen Hell/Dunkel- oder Dunkel/Hellsprung darstellt. Die genannten beiden Fotodetektorelemente haben also unterschiedliche Polarität. Es wird dabei unterstellt, daß die wirkliche Kante genau zwischen dem dunkelsten und dem hellsten Wert, also in der Mitte zwischen den Werten dieser beiden Fotodetektorelemente liegt. Zwischenwerte zwischen diesen beiden Extremwerten werden nicht berücksichtigt. Ist also z. B. eines der Fotodiodenelemente von der Kante nur teilweise beleuchtet, so daß also die Spannung nicht mehr den einen maximalen Grenzwert hat, so gilt nicht mehr die in dieser Schrift zugrundeliegende Gedankenvorstellung, daß die tatsächliche Kante genau mitten zwischen den beiden Fotodetektorelementen liegt. Die erzielte Erhöhung der Genauigkeit ist daher sehr gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Hell/Dunkelsprünge in einem Lichtmuster mittels einer von diesem beaufschlagten linearen oder zirkularen Fotodetektoranordnung mit erhöhter Genauigkeit festzustellen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, die Intensität von Signalen von Fotodetektorelementen, die benachbart zu Hell/Dunkel- oder Dunkel/Hellsprüngen liegen und nur teilweise beleuchtet sind, mit zur Erhöhung der Genauigkeit der Feststellung des Ortes des Hell/Dunkel- oder Hell/- Dunkelsprungs heranzuziehen.

Nach der Lehre der Erfindung wird also der tatsächliche Spannungsverlauf der Fotodetektoranordnung durch Heranziehung der Werte teilweise beleuchteter Dioden ermittelt zur Extrapolation oder Interpretation des Spannungsverlaufs zwischen den tatsächlichen Grenzwerten herangezogen.

Zur Umsetzung dieses Grundgedankens in die Praxis wird nach der Lehre des Kennzeichens des Anspruchs 1 zunächst ein Tiefpaßfilter zum Glätten des Ausgangssignals der Fotodetektoranordnung verwendet. Sodann wird nach der weiteren Lehre der Erfindung der Zeittakt für die Prüfung dieser so geglätteten und nachgebildeten Kurve verfeinert. Das differenzierte und geglättete Signal wird also mit einem feineren Raster als durch die Geometrie der Fotodetektormatrix vorgegeben abgetastet.

Weiterbildungen der Lehre des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben. Deren Merkmale und Vorteile werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung deutlich.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Fig. 1 verdeutlicht das Prinzip der Messung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 3a bis 3f verdeutlichen die Auswirkung der Verkürzung des Zeittakts zum Zwecke der Erhöhung der Meßgenauigkeit.

Fig. 4 zeigt die Messung eines Drahtdurchmessers mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 5 zeigt als Blockschaltbild die Einrichtung nach Fig. 4.

Fig. 6a bis 6b verdeutlichen die Verarbeitung des Videoausgangssignals einer Fotodetektoranordnung.

Fig. 7a bis 7b zeigen die Kurvenzüge der Ausgangssignale der Fotodiodenanordnung bei einer stark vergrößerten Kante eines Gegenstandes.

Fig. 8a bis 8d entsprechen im wesentlichen den Fig. 7a bis 7d, basieren jedoch auf einer geringfügigen Defokussierung des Lichtes.

Fig. 9 verdeutlicht die Verwendung der in den vorhergehenden Figuren verdeutlichten Einrichtung zur Feststellung von Löchern, Kratzern oder dergleichen in einem Nocken einer Nockenwelle eines Motors.

Fig. 10a und 10b verdeutlichen eine weitere Ausführungsform der Erfindung zum Sortieren von Befestigungsmitteln und anderen Teilen jeglicher Art auf der Grundlage der erfindungsgemäß genauen Messung.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur zweidimensionalen Prüfung.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform zur Gliederung der Position von Blechtafeln im Raum.

Fig. 13a bis 13c verdeutlichen eine Anwendungsform der Erfindung zur Qualitätsbestimmung einer Oberfläche.

Fig. 1 verdeutlicht eine typische Messung gemäß der Erfindung. Ein Gegenstand, in diesem Falle ein Schneideinsatz 1, wird durch ein Lichtfeld 2 einer Lichtquelle 3 beleuchtet. Ein Bild 4 (invertiert) der Schneidkante wird durch eine Linse 5 auf einer Matrixfotodiodenanordnung 6 abgebildet. Jede vertikale Reihe solcher Matrix wird durch einen Schaltkreis 8 analysiert, um entweder eine digitale Anzeige 10 einer Abmessung des Schneideinsatzes in jedem Abschnitt zu gewinnen, einen Gut/Schlecht-Vergleich mit einem Lichtausgang 11 oder einer Sichtanzeige 12 der Schneidkante oder ihrer Kontur auf einem Bildschirm. Im allgemeinen sind Fenster 14 und 15 in Gehäusen 16 und 17 ebenfalls vorhanden, um die optischen Elemente zu schützen.

Andere Aspekte und Vorteile dieser Ausführungsform werden nachfolgend diskutiert, und es sei darauf hingewiesesn, daß viele andere oder ähnliche optische Ausbildungsformen möglich sind, wo die folgenden elektronischen Aspekte von Nutzen sind. Diese elektronischen Aspekte sind sehr wichtig, da die Genauigkeit eines Systems, wie beispielsweise das gemäß Fig. 1, vollständig von der Fähigkeit der analysierenden Schaltung abhängt, um sicherzustellen, wo sich das Bild auf der Fotodiodenanordnung im Raum befindet, und zwar auch bei Unterschieden in der Empfindlichkeit der Fotodiodenanordnung, bei Schmutz auf den Fenstern 14 und 15 und bei einer Ungleichmäßigkeit des Sichtfeldes 2 quer über die Kante des Objekts.

Die nachfolgend beschriebene elektronische Verarbeitung gilt in gleicher Weise für lineare Fotodetektoranordnungen, zirkulare Anordnungen wie auch Matrixanordnungen 6 auf einer einachsigen Zeile-für-Zeile-Basis. Andere Techniken für die Feststellung zweiachsiger Bildkanten und die Verbesserung werden ebenfalls beschrieben.

Beim gegenwärtigen Stand der Technik des Aufbaus von Fotodetektoranordnungen gibt es physikalische Grenzen hinsichtlich der Herstellung kleiner Fotodetektorelemente, was wiederum die Verwendung von Anordnungen auf gröbere Messungen beschränkt und das Arbeiten bei Feldanwendungsfällen unmöglich macht. Die Begrenzung der Größe oder Ausdehnung der Fotodetektoranordnung bedeutet eine Grenze hinsichtlich der räumlichen Auflösung, die in der Praxis erreichbar ist, was weit unter die theoretischen Grenzen der optischen Abbildungselemente fällt.

Darüber hinaus sind bei diesen Einrichtungen Empfindlichkeitsvariationen von Element zu Element aufgrund der sehr komplexen Natur des Fertigungsvorganges für die Diodenanordnungen unvermeidbar. Dieser Faktor führt im Zusammenhang mit Variationen des Lichtfeldes zu Gesamtfehlern bei optischen Meßsystemen, die mit Fotodetektoranordnungen arbeiten.

Die beschriebene Erfindung überwindet alle diese Schwierigkeiten und macht hochgenaue Messungen in Bereichen möglich, die bisher automatisierten optischen Meßsystemen verschlossen waren.

Aus einzelnen Elementen bestehende Fotodetektoranordnungen liefern aufgrund ihrer Natur nur diskrete räumliche Beispiele des Lichtfeldes. Die theoretisch erreichbare räumliche Auflösung bei Systemen mit Fotodetektoranordnungen ist durch die physische Abmessung eines einzelnen Elements der Fotodetektoranordnung begrenzt, wenn einfache Schwellwerttechniken auf das Ausgangssignal der Fotodetektoranordnung angewendet werden. In der Praxis können diese theoretischen Grenzen nur angenähert werden, jedoch niemals erreicht werden.

Um diese Begrenzung durch die endliche Elementengröße von Detektoranordnungen zu überwinden, muß man folgendes berücksichtigen. Wird eine Fotodetektoranordnung sequentiell mit einer genauen Frequenz abgetastet, so repräsentiert das erzeugte Videosignal eine Zeitdomäne des optischen Signals im Raum. Wenn sich das Signal in der Zeitdomäne befindet, so kann man das Signal durch analoge elektronische Frequenzdomänenschaltkreise verarbeiten. Tiefpaßfilter und Differentiatoren können dabei das notwendige Frequenzdomänensignal verarbeiten.

Eine Ausführungsform ist als Blockdiagramm in Fig. 2 gezeigt. Das von der Fotodetektoranordnung (a) kommende Videosignal wird tiefpaßgefiltert durch ein lineares Phasenfilter (b), wie beispielsweise ein BESSEL-Filter, dann zweimal differenziert (c) und (d), worauf eine Feststellung des Null- Durchganges des Signals erfolgt (e). Das Zeitintervall zwischen dem Start der Anordnung und dem Null-Durchgang des differenzierten Signals oder der Zeitintervall zwischen den ersten und zweiten Null-Durchgängen wird durch einen Präzisionstaktgeber (f) gemessen. Das Zeitbasissignal für den Taktgeber und die Taktimpulse für die Abtastung der Diodenanordnung wird durch einen hochstabilen Taktgenerator (g) erzeugt. Typischerweise wird der Ort des Kantenbildes dann in einen Mikrocomputer, wie dargestellt, eingespeist, um dort mit gespeicherten Werten von Meisterteilen oder dergleichen verglichen zu werden.

Die Bedeutung der Verwendung dieses Präzisionstaktgebers zur Erzielung der Verbesserung der räumlichen Auflösung ist in Fig. 3 gezeigt.

Fig. 3a ist eine vergrößerte Ansicht eines Übergangs von hell zu dunkel, wie er an der Kante eines Teils beobachtet wird. Die horizontale Achse gibt die Zeit an (die proportional zur Position auf einer Fotodetektoranordnung ist), und die vertikale Achse gibt eine Spannung an, die proportional zur Intensität des auf die Anordnung fallenden Lichtes ist. Die Kante des Gegenstandes ist durch den Umkehrpunkt des Signals definiert.

Der genaue Ort der Kante im Bild läßt sich wegen der endlichen Größe der Elemente der Diodenanordnung nicht ohne weiteres feststellen.

Durch Hindurchleiten des Signals durch ein Tiefpaßfilter erhält man ein interpoliertes Signal, das die Wirkung der Abtastfrequenz reduziert (Fig. 3b).

Fig. 3c und 3d zeigen das Signal nach der zweimaligen Differentiation. Der Umkehrpunkt, der die Kante des Bildes darstellt, ist nun durch den Ort gekennzeichnet, bei dem die zweite Ableitung durch Null geht. Der Detektor E in Fig. 2 zur Feststellung des Null-Durchganges stellt den Ort der Kante des Bildes fest.

Bei der Übertragung dieser Kantenposition zu dem Computer wird der Präzisionstaktgeber F (Fig. 2) bedeutsam. Da das Ziel darin besteht, den Ort dieses Kantenbildes zu bestimmen, muß ein Zähler oder Taktgeber verwendet werden, um zu verfolgen, welches Element der Fotodetektoranordnung dem Null-Durchgang zugeordnet ist.

Zeigt der Detektor zur Feststellung des Null-Durchganges an, daß die Kante des Bildes gefunden worden ist, so wird der Wert dieses Taktes durch den Taktgeber (F) gespeichert. Pulsiert dieser Takt nicht sehr oft, so wird das Kantenbild gefunden, jedoch wird der Ort nicht vor später gespeichert (was bedeutet: weiter weg).

Es sei nun Fig. 3e betrachtet. Die Periode dieses Taktes ist die gleiche wie die Element/Elementperiode der Diodenanordnung. In diesem Falle wird das Kantenbild als auf Puls 3 oder 4 fallend festgestellt, je nach dem genauen Ort der Kante. Dieses entspricht einer räumlichen Auflösung von nur 1 : 7 (Detektoranordnungen mit viel mehr Elementen sind natürlich erhältlich, jedoch reicht diese aus 7 Elementen bestehende Diodenanordnung aus, um die Technik zu verdeutlichen).

Wird eine höhere Taktfrequenz verwendet (Fig. 3f), so wird das Auftreten eines Null-Durchganges weit öfter festgestellt. Aus diesem Grunde gibt es eine geringere Verzögerung zwischen der Zeit, zu der ein Null-Durchgang auftritt und der Zeit, bei der sein Vorhandensein festgestellt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Taktfrequenz des Taktgebers fünfmal so groß wie die Abtastfrequenz der Diodenanordnung. Es sei nun angenommen, daß das Kantenbild beim Taktimpuls 16 oder 17 auftritt. Dieses entspricht einer räumlichen Auflösung von 1 : 35 unter Verwendung der Daten von der gleichen Fotodetektoranordnung. Eine andere Betrachtungsweise ist die, daß man annimmt, daß jedes Element der Diodenanordnung in fünf Teile unterteilt ist, was Ergebnisse liefert, die ähnlich derjenigen sind, die mit einer Anordnung mit fünfmal mehr Elementen erzielt werden.

Es ist wesentlich, daß der schnelle Takt nicht ein ganzzahliges Vielfaches des Taktes der Diodenanordnung sein muß (obwohl es manchmal bequemer ist). Es ist lediglich notwendig, daß der schnelle Takt mit dem Beginn der Videoabtastung synchronisiert ist, um wiedergebbare Ergebnisse zu erzielen.

Diese Technik wurde erläutert, um die Kanten eines Bildes 64mal genauer zu orten, als das mit einem langsamen Takt möglich wäre.

Die Verwendung eines richtig bemessenen Tiefpaßfilters ist für die Arbeitsweise der gezeigten Ausführungsform bedeutsam. Das Filter dient zwei speziellen Zwecken bei der elektronischen Aufbereitung. Einer besteht darin, die Abtastfrequenzanteile von dem Videosignal zu entfernen, und der zweite besteht darin, ein augenblickliches gewichtetes Mittel von verschiedenen Elementen der Diodenanordnung zu bilden. Durch Bildung dieses augenblicklichen gewichteten Mittels können Schwankungen in der Intensität von Element zu Element der Diodenanordnung (typischerweise 5-10%) überwunden werden, so daß dadurch die Beständigkeit der Ablesung verbessert wird. Dies liefert außerdem eine notwendige Interpolation zwischen Elementen.

Die Elimination von Störungen durch den Abtasttakt von dem Signal ist deshalb erforderlich, weil der dem Filter folgende Differentiator auf die Taktfrequenzkomponenten ansprechen würde, die in dem Videosignal enthalten sind.

Je nach dem verarbeiteten optischen Signal und dem speziellen Aspekt des gesuchten Signals wendet man eine einfache oder doppelte Differentiation vor der Feststellung des Null-Durchganges an, bevor man die zu taktenden Signale in den Präzisionstaktgeber eingibt. Eine doppelte Differentiation wird angewendet, wenn die Umkehrpunkte in optischen Signalen angenommen werden, beispielsweise der Hell/Dunkel- Kantenübergang eines Bildes oder mehrfache Kantenübergänge in Sprossencodes oder von Bildern von Oberflächenfehlern. Auch Beugesprossen oder Triangulationspunkte können durch Bestimmung der Umkehrpunkte analysiert werden.

Der bei dem System verwendete Taktgeber gemäß Fig. 2g mit hoher Auflösung ermöglicht die Feststellung des präzisen Ortes der in den optischen Signalen angenommenen Eigentümlichkeiten mit hoher Genauigkeit. Versuche haben gezeigt, daß die Abstände zwischen den Elementen der Detektoranordnung tatsächlich in 64 Teile unterteilt werden können bei einem Zählfehler von 1. Diese sehr hohe Auflösung ermöglicht den Bau von optischen Instrumenten mit Genauigkeiten, die vorher unerreichbar waren.

Das hier beschriebene System ermöglicht aufgrund seiner Natur auch eine Kompensation der optischen Leistung. Änderungen der Lichtintensität haben keine Auswirkung auf den festgestellten Ort der Kantenpunkte in dem Bild. Typischerweise liegt der dynamische Bereich der Intensität bei 8 : 1, wenn die Auflösung der Elemente der Diodenanordnung um den Faktor 8 verbessert ist. Diese Kompensationsfähigkeit für Lichtpegelschwankungen macht das Meßinstrument völlig unempfindlich für Lichtfeldschwankungen aufgrund von Änderungen in den Reflexionseigenschaften, Alterung von Lichtquellen, Ablagerung von Schmutz auf den Abbildungslinsen usw.

Die Technik der doppelten Differentiation ermöglicht das Auffinden des exakten Ortes des Umkehrpunktes beim Hell/ Dunkelübergang von abgebildeten Kanten von festen Körpern. Dieser Umkehrpunkt ändert seinen Ort nicht, wenn sich das Lichtfeld ändert. Die doppelte Differentiation schafft in Verbindung mit den Null-Durchgängen ein System, das in bezug auf optische Leistungsschwankungen ganz unempfindlich ist. Hinzu kommt der Vorteil des Systems, daß es auf Defokussierungen unempfindlich ist. Es muß schon eine beträchtliche Bildverschlechterung stattfinden, bevor die Fähigkeit verlorengeht, eine Kante eines Bildes festzustellen.

Die oben genannten Konzepte gelten in gleicher Weise für reflektive (Vorderflächen-)Beleuchtung und sind zweckmäßig zur Feststellung von Oberflächenfehlern. Die hier beschriebenen Analysenkonzepte eignen sich auch gut für die Bestimmung von Orten von Beugemustern, wobei entweder die erste oder die zweite Ableitung des Signals der Diodenanordnung verwendet wird.

Eine Abwandlung der beschriebenen elektronischen Einrichtungen besteht in der gleichzeitigen Verarbeitung von Beugemustern, die bei industriellen Meßsystemen verwendet werden, von denen ein Beispiel nachfolgend beschrieben sei. Fig. 4 zeigt die Messung eines Drahtdurchmessers mittels einer von Hand gehaltenen Pistole 50 gemäß der Erfindung.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß ein Diodenlaser 51 über eine Linse 52 und einen Spiegel 53 Kanten 55 und 56 von feinem Draht 57, typischerweise beschichteter Spulendraht mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger, beleuchtet. Das sich ergebende Beugemuster 58, das sich durch Interferenz von Beugewellen ergibt, die von den Kanten ausgehen, wird festgestellt und durch eine Fotodetektoranordnung 60 abgetastet. In diesem Falle handelt es sich um eine Fotodiodenanordnung mit der Handelsbezeichnung RETICON 512C. Spiegel 61 dient zur Ablenkung des Lichtes, um das Gehäuse kleiner zu gestalten.

Dieser Schaltkreis auf der Platte 62, dessen Blockdiagramm in Fig. 5 gezeigt ist, verarbeitet die auf die Diodenanordnung fallenden Beugesprossen. Das Ausgangssignal der Schaltung besteht aus zwei binären Zahlen, nämlich der Zahl der festgestellten Sprossen, und die andere ist die zwischen der ersten und der letzten feststellbaren Sprosse gemessene Distanz. Die mittlere Sprossenfrequenz wird erreicht, wenn die Zahl von Sprossenabständen durch die Entfernung geteilt wird; die von der Fotodiodenanordnung gemessen wird. Hieraus und aus zwei anderen Konstanten kann der Drahtdurchmesser berechnet werden.

Die grundlegende Beugungsgleichung lautet:

oder
W = R λ B oder

darin ist
W = Schlitzbreite
n = Sprossenzahl
R = Abstand zwischen Schlitz u. Detektor
λ = Wellenlänge d. Lichtes (HeNe-Laser λ = 6.328 nm)
B = Sprossenfrequenz
darin ist

Das Intensitätsprofil ist

Diese Gleichung ergibt eine zyklische Intensitätsvariation, worin I = 0 ist, wenn a = π, 2π, nπ ist. Mit anderen Worten, die Minima (oder Sprossen) sind in regelmäßigen Intervallen angeordnet. Der Abstand kann gemessen werden, indem einfach die Position der ersten und letzten Sprossen auf der Diodenanordnung geortet werden und der Abstand zwischen ihnen gemessen und die in diesen Abstand fallenden Sprossenabstände gezählt werden.

In der obigen Gleichung steckt eine weitere Implikation, es können nämlich durch einfache Differentiation des Videosignals und Feststellung der Null-Durchgänge die Minima sehr genau und schnell lokalisiert werden.

Die räumliche Auflösung der Diodenanordnung wird durch die Verwendung eines mittelnden Tiefpaßfilters und eines Präzisionstaktgebers verbessert, der 4, 8 oder 16mal schneller als der Takt der Diodenanordnung ist. Ist ein Minimumpunkt gefunden, so kann sein Ort 4, 8 oder 16mal genauer bestimmt werden, als das bei der herkömmlichen Taktmethode der Fall ist.

Die Beschreibung eines Beugesystems liegt außerhalb des Rahmens dieser Diskussion, jedoch seien einige Vorteile der Beugung hier genannt:

• a) Es gibt theoretisch keine Begrenzung der Auflösung in einem Beugesystem (es wurde eine Auflösung von ca. 1 µ erzielt).
• b) Es muß keine Linse benutzt werden, so daß ein variables Element aus dem optischen Übertragungsweg eliminiert ist.
• c) Die Vergrößerung variiert mit der R-Distanz, da ein Beugesystem für Änderungen der axialen Position weniger empfindlich ist als ein abbildendes System.

Die hier beschriebene Schaltung wurde so ausgelegt, daß sie mit einem treppenförmigen Videosignal arbeitet, das durch eine unter dem Handelsnamen RETICON RC 100B bekannte Platine oder ein entsprechendes Äquivalent erzeugt sein mag. Der Standardstiftstecker dieser Platine sitzt auf der DIFFRACTO CPU-Sammelschiene und ist mit einem Speicher versehen. Auf dem gegenüberliegenden Ende befindet sich ein Stecker zur Herstellung einer Verbindung zu einem runden Kabel, das von der RC 100B Platine in dem optischen Kopf kommt. Dieser Stecker überträgt das Video-Austastsignal, das Taktsignal für die Diodenanordnung und die Startsignale dafür zusammen mit einem Blitzlichtzündsignal und weist außerdem vier Erdungsstifte auf. Der Sinn besteht darin, in dem Kabel nur Signal- und Erdleitungen zu haben, während die Speisespannungen unabhängig mit dem optischen Kopf verbunden sind.

Das treppenförmige Videosignal wird gefiltert, um die Taktfrequenz und irgendwelche geraden oder ungeraden Störsignale des Musters in dem Signal zu entfernen. Das verwendete Filter ist ein sechspoliges BESSEL-Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz, die auf 1/10 der Taktfrequenz der Diodenanordnung eingestellt ist. Durch einen derartigen Betrieb hält das Filter die Taktfrequenz um mehr als 100 dB unterhalb des Signalpegels. Der Vorteil der Verwendung eines BESSEL-Filters besteht darin, daß es nicht "klingelt" oder unerwünschte Harmonische erzeugt. Es wirkt außerdem als Mitteler für mehrere Elemente der Diodenanordnung zu irgendeiner Zeit unter Berücksichtigung einer bewichteten Fensterfunktion. Dieses Merkmal gestattet in Verbindung mit einem Takt des Systems, dessen Frequenz ein Vielfaches der Taktfrequenz der Diodenanordnung beträgt, die Erhöhung der Auflösung über das Auflösungsniveau eines Elements hinaus, das irgendeiner Diodenanordnung innewohnt.

Die Minima des Beugemusters werden durch Differentieren und Feststellen der Null-Durchgänge in dem gefilterten Videosignal gefunden.

Beim ersten Minimum des Beugemusters wird ein schneller Zähler gestartet. Das Verhältnis der Zählertaktfrequenz zu der Taktfrequenz der Diodenanordnung wird als elektronischer Vergrößerungsfaktor (EVF) bezeichnet.

Nach dem ersten Sprossenminimum werden nachfolgende Minima dazu verwendet, den Ausgangszählwert in zwei Ausgangstore zu speisen. Nachdem das letzte Sprossenminimum der Diodenanordnung vorgelegen hat, ist die in den Verriegelungen verbleibende Zahl der Zählwert zwischen der ersten und letzten Sprosse.

Ein getrennter Zähler dient zur Zählung der Zahl der Sprossenabstände bei der Abtastung der Diodenanordnung. Die Gesamtzählung der Zählung und die Zahl des Sprossenabstandes kann dann von dem vorhandenen Computersystem aufgenommen werden.

Befindet sich die Diodenanordnung in der Sättigung, so wird die digitale Verriegelungs-Hardware außer Betrieb gesetzt, um das Ansprechen der Zählung auf falsche Sprossen zu verhindern. Aufgrund der Sprosseneinhüllenden mögen die äußeren Sprossen auf der Diodenanordnung zu klein sein, um eine zuverlässige Ablesung zu ergeben. Ein kleiner Sprossenfeststellkreis setzt die Verriegelungs-Hardware außer Betrieb, wenn die Sprossenmaxima unter einen bestimmten Schwellwert fallen.

Ein monostabiler Kreis dient zur Verzögerung der Messung beim Abtaststart, damit das Filter einschwingen kann.

Sobald eine DATENANFORDERUNG auftritt, wird ein Startimpuls an die Diodenanordnung für den ENTLADEN-Zyklus gesandt. Am Ende des Entlade-Zyklus wird ein monostabiler Kreis für den Blitz mitgenommen. Dieses monostabile Ausgangssignal steht an dem Verbindungsstecker zum Zünden von Blitzlampen (gepulste Laser) zur Verfügung. Nach dem Blitzfenster wird ein weiterer Startimpuls zu der Diodenanordnung für den LESEN-Zyklus gesandt. Das Messen findet während dieser Abtastung der Diodenanordnung statt.

Daten von dem Schaltkreis 62 gelangen zu einem Mikrocomputer 65 (typischwerweise ein solcher, der unter dem Handelsnamen Intel 8085 bekannt ist) und werden verarbeitet, um den Drahtdurchmesser in Zoll, My usw. auf einer Anzeigeeinrichtung 68 anzuzeigen. Die Genauigkeit liegt im Bereich von 2-10 µ (abhängig von der Zahl der verwendeten Elemente in der Diodenanordnung) und ist allen anderen bekannten Drahtmeßinstrumenten überlegen.

Das beschriebene System ist außerdem äußerst linear bei einem Fehler von kleiner 10^-5 über einen gesamten Bereich von Durchmessern von 0,001-0,04 mm. Außerdem kann die gleiche elektronische Methode bei Beugemustern angewendet werden, die von zwei Kanten oder einem zylindrischen Teil und einer Kante herrühren, wie das z. B. in der US-PS 39 94 584 beschrieben ist.

Wird Diodenlaser 51 kontinuierlich betrieben oder ein Gaslaser verwendet, so können Ablesungen mit Geschwindigkeiten von 1000 pro Sekunde erzielt werden. Dies ist im allgemeinen schnell genug, um die Drahtposition einzufrieren, ohne daß Zittern stattfindet. Dies kann jedoch vollkommen erreicht werden durch Verwendung einer Linse zur Fokussierung ungebeugter Strahlung in der Ebene der Diodenanordnung, wodurch ein quasi statisches Muster geschaffen wird, und durch Verwendung eines gepulsten Diodenlasers 51 zum Einfrieren des Musters mit kurzen stroboskopischen Impulsen. Dieser Impuls kann auch durch einen gesonderten Detektor 65 und einem Schaltkreis 66 ausgelöst werden, der dazu dient anzuzeigen, daß der Draht sich in der Meßposition befindet - ein besonders wünschenswertes Merkmal bei einer von Hand gehaltenen Einrichtung.

Natürlich muß die Einheit nicht unbedingt mit der Hand gehalten werden, sie kann auch ortsfest angeordnet und in ein Kontrollsystem eingefügt sein, um Daten z. B. zur Steuerung einer Drahtbeschichtungsmaschine rückzuführen.

Ein Analogdetektor 70, der auf den Böschungen einer Sprosse des Beugemusters angeordnet ist, und ein Vergleichskreis 75, der ein Hochpaßfilter aufweist, können ebenfalls verwendet werden, um Fehler oder Vertiefungen in der Beschichtung des Spulendrahtes festzustellen. Solche Fehler oder Stöße bedeuten typischerweise 20% oder mehr Durchmesseränderung und bewirken eine heftige, jedoch augenblickliche Verschiebung des Ortes der Beugesprosse, was augenblicklich durch einen Schaltkreis 75 festgestellt wird. Ein Fehler kann festgestellt oder die Zahl von Fehlern pro Meter kann mittels des Mikrocomputers ermittelt werden.

Die Verarbeitungsstufen für die elektronischen Signale gemäß der Erfindung werden anhand der Fig. 6, 7 und 8 für eine Anzahl verschiedener Anwendungsfälle erläutert. Fig. 6 verdeutlicht den Ablauf bei einer Anwendung bei Beugesprossen, Fig. 7 für Hell/Dunkelübergänge einer optischen Kante und Fig. 8 für die gleiche optische Kante, die fokussiert worden ist.

Fig. 6 zeigt oben das Videoausgangssignal einer Fotodetektoranordnung, wobei das optische Signal durch ein Beugemuster eines einzigen Schlitzes erzeugt wird. Die räumlich abgetastete Natur des Signals ist deutlich in der Darstellung zu erkennen (Kurvenzug a), der dieses Signal wiedergibt. Die Zentren der Sprossenmaxima sind gesättigt. Ohne eine weitere Verarbeitung würde irgendeine räumliche Auflösung auf ein Element begrenzt sein, das durch jedes der Flecken repräsentiert ist.

Kurvenzug (b) ist eine tiefpaßgefilterte Version des ersten Signals. Die kontinuierliche Natur des optischen Signals wird an diesem Punkt deutlich wieder hergestellt, und es gibt tatsächlich keine Diskontinuitäten in dem Signal. Die erscheinende Verschiebung nach rechts der Signale b, c und d wird durch die Verzögerung in dem Tiefpaßfilter und den Differentiatoren bewirkt. Das Bessel-Filter ist deshalb gewählt, da es eine konstante Zeitverzögerung hat, die nicht von dem Videosignal abhängig ist. Da diese Zeitverzögerung konstant ist, kann sie bei der Eichung des Systems sehr leicht berücksichtigt werden. Die kontinuierliche Natur des optischen Signals wird an diesem Punkt klar wiederhergestellt, und es gibt tatsächlich keine Diskontinuitäten in dem Signal.

Kurvenzug (c) ist das gefilterte Videosignal nach der Differentiation. Die Nulldurchgänge von negativ zu positiv in dem differenzierten Signal fallen mit den minima des gefilterten Signals zusammen. Kurvenzug (d) zeigt das Ausgangssignal des Detektors für die Nulldurchgänge, wobei die negativ verlaufenden Kanten genau die relativen Positionen der minima des Beugemusters lokalisieren.

Fig. 7 zeigt die Kurvenzüge der Ausgangssignale der Diodenanordnung und verdeutlicht den Hell/Dunkelübergang einer stark vergrößerten Kante eines Gegenstandes, die mittels einer Linse auf die Diodenanordnung projiziert worden ist. Dieser zerstört, wie sich das deutlich aus dem Kurvenzug (a) ergibt, die räumliche Abtastung der Diodenanordnung die räumliche Kontinuität, was durch die konstante Zeitverzögerung des Tiefpaßfilters wiederhergestellt wird, was aus Kurvenzug (b) hervorgeht. Das Filter liefert außerdem eine Interpolation zwischen abgetasteten Punkten im Raum. Kurvenzug (c) ist die erste Ableitung und Kurvenzug (d) die zweite Ableitung des Kurvenzuges (b). Der Umkehrpunkt des Hell/Dunkelüberganges ist im Raum fest und kann sehr genau durch Anwendung der Doppeldifferentiation gefunden werden. Ein Nulldurchgang tritt in der zweiten Ableitung an dem Umkehrpunkt auf, und dieser Punkt verschiebt sich nicht bei Änderungen der Lichtintensität, so daß dies ein automatisches Mittel zur Kompensation der optischen Leistung darstellt.

Fig. 7 zeigt den Kurvenzug eines fokussierten Bildes, während Fig. 8 entsprechende Kurvenzüge für ein Bild zeigen, das etwas defokussiert ist. Wie aus den Signalen zu ersehen ist, ergibt die Feststellung der Nulldurchgänge weiterhin den Ort der fraglichen Kante an, obwohl Änderungen der Vergrößerung erfolgen können.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind der dargestellte Schaltkreis und die aus Festkörpern aufgebaute digitale Anordnung maßgebend für eine arbeitsfähige Einrichtung mit hoher Auflösung, die moderne industrielle Forderungen erfüllen kann. Z. B. wird üblicherweise gefordert, Schneidwerkzeuge mit Genauigkeiten von 0,00025 mm oder besser einzustellen, was in sehr einfacher Weise mit der Einrichtung gemäß Fig. 1 geprüft werden kann.

Ein typischer Detektor für den Schneidwerkzeugfall kann der der Firma General Electric mit der Bezeichnung TN2200 sein, der eine Diodenanordnung von 128 × 128 Elementen aufweist, wobei die Zentren der Elemente Abstände von 0,003 × 0,003 mm betragen, während die Linsenvergrößerung 2 : 1 beträgt. In diesem Fall hängt das Bild der kritischen Kante der Schneidwerkzeugspitze auf der Diodenanordnung, jedoch mit einer Auflösung von 0,0015 mm pro Element, was für die meisten Anwendungsfälle unzureichend ist. Durch Anwendung der beschriebenen Erfindung zum Auffinden der Bildkante wird die Bildauflösung ohne weiteres ein Zehnmillionstel eines Millimeters. Es tritt keine Drift oder eine Nichtlinearität aufgrund der Position der digitalen Diodenanordnung auf.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Schneideinsatz 1 in einer Bohrstange 20 befestigt, die in einem Prismenblock ruht, der sich auf einer Befestigung 21 befindet.

Es ist nun von Interesse, optische Achsen x, y und z einzuführen, die durch Führungen 25, 26 und 27 gebildet sind, die jeweils ihre eigenen Positionsfeststellvorrichtungen aufweisen, die aus Einfachheitsgründen nicht dargestellt sind. Die Verwendung solcher Achsen entspricht der vieler optischer Koordinatenprojektoren, die ohne weiteres durch die hier beschriebene Einrichtung ersetzt werden können.

Aufgrund der erzielten Abmessungen kann man die Kontur des Schneidwerkzeuges und seinen Ort in großer Vergrößerung in der Abtastachse auf einen Bildschirm projizieren. Dies ist im allgemeinen Sinne ein Analog-CRT, der seinen eigenen Fehler hat, wenn es nicht selbst eine digitale Anzeigevorrichtung ist, beispielsweise eine flache Flüssigkristallanzeigeeinrichtung, die jedoch noch nicht allgemein erhältlich ist.

Geeigneter, jedoch teurer ist der automatische Vergleich der Schneidkantendaten mit Grenzwerten. Z. B. kann die Spitze des Schneidwerkzeuges unmittelbar ermittelt werden, indem aufeinanderfolgende Abtastungen ermittelt werden, wie das auch für den Schneidwinkel gilt. Da die Auflösung sehr hoch ist, können Schneidwerkzeugdefekte wie beispielsweise Abbruchbezirke ebenfalls sehr gut festgestellt werden.

Die beträchtliche Verbesserung der Auflösung ermöglicht die Messung bei hoher Auflösung (z. B. 0,00025 mm) über ein weites Beobachtungsfeld. Z. B. liefert eine allgemein erhältliche Diodenanordnung der Firma General Electric TN 2500 mit 250 × 250 Elementen mit der beschriebenen elektronischen Technik ohne weiteres ausreichende Auflösung in der Abtastachse und über computergesteuerte Verarbeitung ebenso in der anderen Achse (s. Fig. 11).

Über das Feld auftretende Linsenfehler können gewünschtenfalls in dem Mikrocomputer kompensiert werden, so daß die Kosten sehr teure flache feldverzerrungsfreie Linsen vermieden werden können. Dies kann dadurch erfolgen, daß Punkte in einem präzisen xy-Gitter gespeichert werden, das über die Gegenstandsposition gelegt wird, und in dem die zwischen diesen gespeicherten bekannten Punkten gewonnenen Prüfdaten interpoliert werden. Hierdurch werden auch Restlichtfehler entfernt, obwohl die beschriebene Schaltung fast alle solche Fehler berücksichtigen kann.

Die oben genannte Auflösung von 0,00025 mm zu 2,5 mm Objektfeld ist weit besser als die, die selbst mit den größten optischen Projektoren erreichbar ist, und die Genauigkeit ist "fest eingebaut" aufgrund der driftfreien Anordnung digitaler Festkörper. Der Bereich kann jedoch sehr weit automatisch vergrößert werden, indem man die erzielten Ablesungen in die gezeigten Führungsablesungen einbezieht.

Fig. 9 verdeutlicht die Verwendung der Schaltung zur Feststellung von Löchern, Kratzern oder anderen Fehlern in Nocken 99 einer Nockenwelle eines Motors. Gemäß der grundlegenden Fehleranalyse und deren Verarbeitung werden die fehlerhaften Kanten durch den doppeltdifferenzierenden Schaltkreis und ihrem zwischen Umkehrpunkten bestimmten Abstand festgestellt oder durch die Zahl von aufeinanderfolgenden Abtastlinien, auf denen ein Fehler festgestellt worden ist. Die hier beschriebene optische Einrichtung kann jedoch auch in Verbindung mit anderen Schaltkreisen verwendet werden.

Eine lineare Diodenanordnung 100, beispielsweise Reticon 256C, auf der ein Bild 101 des axialen Nockenstreifens 102, den die Diodenanordnung sieht, mittels einer Linse 103 gebildet wird, die beispielhaft für eine große Zahl für eine gute Tiefenschärfe ist. In der Praxis wird dies durch Verwendung einer Objektivlinse mit einem Durchmesser von 1 mm erreicht, um den Öffnungswinkel zu begrenzen. Lichtquelle 110 besteht aus kontinuierlichem Bogenlicht oder aus einer Anzahl individueller Lichtquellen, die in einem Bogen angeordnet sind und den Nocken aus vielen Winkeln beleuchten, derart, daß ausreichend Licht die Anordnung in allen Winkellagen des Nockens erreichen kann.

Bei einer derartigen Anordnung ergibt sich eine geringe Variation der Lichtleistung, die von der Oberfläche zurückkommt, und dies kann bei dem beschriebenen Verarbeitungskreis berücksichtigt werden. Typischerweise können 100 Abtastungen pro Sekunde oder mehr der Diodenanordnung erreicht werden.

Es sei bemerkt, daß diese Technik der Fehlerfeststellung auch bei anderen gekrümmten Objekten oder in der Brenntiefe variierenden Objekten verwendet werden kann. Von besonderem Interesse sind alle Kugellager, Lager, Hohlräume wie beispielsweise Gieß- oder Spritzformen usw.

Fig. 10a und 10b verdeutlichen eine weitere Ausführungsform der Erfindung zum Sortieren von Befestigungsmitteln und anderen Teilen jeder Art. Die spezielle Ausführungsform ist für zylindrische Teile wie beispielsweise Schrauben, Bolzen, Niete usw. ausgelegt. Eine von einer Werkstückzuführeinrichtung 201 zugeführte Schraube 200 gleitet über eine Prismenbahn 205 nach unten, die einen durchscheinenden Abschnitt 206 aufweist. Eine Matrixfotodiodenanordnung 210 ist oberhalb der Bahn angeordnet, und unterhalb davon befindet sich eine Xenon-Blitzlichtlampe 212. Wenn die Schraube in der Bahn nach unten gleitet (im allgemeinen aufgrund der Auslegung der Werkstückzuführeinrichtung) mit dem Gewindeende nach vorn, so löst das Ende der Schraube eine lichtemittierende Diode und einen Taster 220 zur Feststellung der Anwesenheit von Teilen aus, der das Blitzlicht zündet. Das Licht von dem Blitzlicht durchläuft die Teflonbahn und bringt damit das Bild der Schraube oder eines Teiles davon auf der Diodenanordnung über eine Objektivlinse 221 zum Stehen.

Die Abtastachse der Zeilen der Diodenanordnung ist typischerweise quer zu dem Schraubendurchmesser, d. h. senkrecht zu der Längsachse der Schraube, orientiert. Die gleichzeitige Auflösungsverbesserung, die sich durch die elektronische Technik gemäß der Erfindung ergibt, verbessert somit die diametrale Meßgenauigkeit.

Eine Steuereinheit 240 mit einem Mikrocomputer dient zum Vergleich der verschiedenen diametralen Abschnitte mit gespeicherten akzeptablen Werten der Schraube und berechnet die Gesamtlänge, Gewindelänge, Kopfhöhe, Scheibendicke (falls vorhanden) und das Vorhandensein einer Scheibe (gegebenenfalls) aus sequentiellen Daten aufgrund der Zeilenabtastung. Es ist auch möglich, die Zahl von Gewindegängen zu zählen.

Nach dem Vergleich wird das Teil angenommen oder in der bezeichneten Weise durch einen Abblaseelektromagneten 250 abgewiesen.

Detektor 260 kann in der der Matrixanordnung benachbarten Bildebene angeordnet sein, um den Blitz abzuschalten, wenn ein normaler Energiepegel erreicht worden ist, um so verschmutzte Fenster oder Bahnen zu kompensieren.

Die Xenon-Blitzquelle kann auch durch eine Reihe von gepulsten Festkörperquellen wie beispielsweise Diodenlasern oder LED's 240 in der gezeigten Weise ersetzt werden. Die hier gezeigte Schaltung kann im Gegensatz zu Bauarten mit festem Schwellwert mit ungleichmäßigen Lichtfeldern verwendet werden, wie sie durch die Verwendung von diskreten Lichtquellen bedingt sind.

Derart aufgebaute Maschinen ermöglichen eine beachtliche Produktivitätsverbesserung aufgrund der Zuführung von vorgeprüften Teilen zu Montagemaschinen. Die hier beschriebenen Abtasteinheiten können unmittelbar in die Speisebahnen solcher Maschinen eingebaut werden.

Durchmessergenauigkeiten von 0,005 mm können bei Verwendung billiger TN 2200 Diodenanordnungssystemen bei 50-mm- Schrauben erreicht werden. Zu beachten ist, daß ein spezieller Detektor 275 (Fig. 10b) zur Feststellung der Anwesenheit von Zeilen stromaufwärts erforderlich ist, um Ladung von der Diodenanordnung vor dem Blitz abzuführen. Dieser besondere Detektor ist erforderlich, um ein wiederholtes Mitnehmen oder Zünden für sich schnell bewegende Teile zu ermöglichen.

Die Fotodetektoranordnung muß kontinuierlich abgetastet werden, um die Anordnung ladungsfrei bezüglich Streulicht und Leckstrom (auf der Detektoranordnung selbst) zu halten. Die Abtastgeschwindigkeit der TN 2200-Kamera beträgt 20 Abtastungen pro Sekunde. Da die Teile mit hoher Geschwindigkeit wandern, kann die Diodenanordnung das Teil vollständig verfehlen, wenn es bis zum Ende der nächsten Abtastung wartet, um den Blitz zu zünden. Ein Zünden des Blitzes während der Abtastung ist unerwünscht, da das Format des Videosignals seine Verarbeitung schwierig macht.

Die Verwendung eines zweiten Detektors 275 zur Feststellung eines Teiles löst dieses Problem, da er der Diodenanordnung vorher Mitteilung davon macht, daß sich ein Teil nähert. Bei Eintreffen einer solchen Information kann die Diodenanordnung seine Stromabtastung beenden und den Abtastvorgang am Ende der Abtastung anhalten. Wenn das Teil den Detektor 220 erreicht, so kann der Blitz gezündet und die Daten können augenblicklich abgelesen werden. Die Zeit, während der die Abtastung angehalten ist, reicht nicht aus, einen merklichen Aufbau von Streulicht oder Leckstrom zu ermöglichen.

Eine spezielle Wiedergabeeinrichtung mit Einfrierspeicher ist ebenfalls vorgesehen, mit Schleifkontakten, um diametrale und longitudinale Vergleiche einzustellen.

Zur Prüfung der Schraubenkopfabmessungen und Scheibenbeschaffenheit sowie großer Kopfrisse und dergleichen kann eine zweite Kamera 280 mit einer Festkörpermatrixanordnung verwendet werden, die in einem geneigten Winkel zur Bahn angeordnet ist, um die Stirnseite des Kopfbereichs zu betrachten. Im allgemeinen reicht für die Prüfung von Scheibe und Kopf die Beleuchtung von hinten durch den gleichen Blitz durch die Bahn aus. Es ist auch möglich, zusätzliche Lichtquellen, z. B. 285, vorzusehen, um den Schraubenkopf zu beleuchten.

Für die oben genannten Teile ist gewöhnlich eine Basis 290 vorgesehen, wie auch Schutzgehäuse 291 und 292 mit Fenstern 293 und 294.

Bei langen Teilen können die Linsenvergrößerungen so gewählt werden, daß nur das Kopfende betrachtet wird, da der Sitz zu einem genauen Mitnahmepunkt auftritt, wenn ein Taster, wie z. B. 295 in Fig. 10b, zusammen mit einer Linse und einem Detektor mit Schlitzöffnung zur genauen Feststellung der Teilposition verwendet wird. Hierdurch wird das Kopfende eingefroren, so daß die Ablesung der Gesamtlänge, der Gewindelänge und im allgemeinen all der anderen bedeutungsvollen Variablen möglich ist.

Die Prismenbahn ist billig, führt gut die zylindrischen Teile und ist besonders geeignet für Schrauben, bei denen der Kopf einen beträchtlich unterschiedlichen Durchmesser hat. In gleicher Weise kann auch ein durchscheinendes V-förmiges Transportband verwendet werden, das von einem Motor angetrieben ist und aufgrund seiner Geschwindigkeitsbeständigkeit größere Teilmengen gestattet.

Schließlich kann auch ein motorgetriebenes flaches Transportband aus Mylar oder anderem transparenten oder durchscheinendem Material verwendet werden, um das Teil, gefangen durch Führungsschienen, zu transportieren. Natürlich kann ein durchscheinendes Transportband verwendet werden, wenn Lichtquelle und Kamera horizontal sind.

Als nächstes ist in Fig. 11 eine äußerst nützliche Anwendung der beschriebenen Schaltungstechnologie bei einer zweidimensionalen Prüfung unter Verwendung einer Matrixanordnung, einer sequentiellen Zeilenabtastung eines sich bewegenden Bildes (entweder aufgrund der Bewegung des Teiles oder einer Bewegung seines Bildes über eine lineare Diodenanordnung) oder zur Verarbeitung von sequentiellen Abtastungen einer zirkularen Anordnung wie einer Reticon 720 möglich, die eine Vielzahl von Ringen von Vielfachelementen möglich (solche Anordnungen sind im Handel noch nicht erhältlich).

Kurz gesagt besteht die Technik der zweiachsigen Messung und eine Matrixanordnung darin, die Zeilen zu lesen, Zeile für Zeile, und die Kantenorte z. B. durch Verwendung des hier beschriebenen Schaltkreises zu bestimmen. Hierdurch werden die Kanten in Richtung der Abtastlinien bestimmt. Die zweite Dimension erhält man durch Ablesung der Information von Spalte zu Spalte, die rechtwinklig zu den Zeilen der Anordnung liegen, und die Information durch die beschriebenen elektronischen Einrichtungen zu verarbeiten.

Die Technik besteht hier darin, zusätzlich jedes Element jeder Abtastung in einen digitalen Graupegelspeicher (z. B. 256 Pegel oder 8 Bits) einzulesen und dann jede äquivalente Anordnungsspalte des Speichers auszulesen und in den gleichen beschriebenen Schaltkreis einzulesen (z. B. den gemäß Fig. 2 oder 5). Auf diese Weise wird der Punkt des Kantenortes in zwei Ebenen bestimmt, was von Vorteil bei der allgemeinen Messung zweidimensionaler Bilder von Gegenständen ist. Diese Technik funktioniert auch bei zweiachsigen Beugemustern, die z. B. durch quadratische Öffnungen erzeugt sein mögen.

Videodaten von der Fotodetektoranordnung A werden durch das Videoschaltnetzwerk K geleitet, das Daten zu dem System L zur Verbesserung der räumlichen Auflösung sendet. Das System der Verbesserung der räumlichen Auflösung lokalisiert die Bildkanten für jede Zeile der Diodenanordnung, und der Ort dieser Kanten wird in einem Datenspeicherelement M gespeichert.

Zu der gleichen Zeit werden die Videodaten durch einen Analog/Digitalwandler H in digitale Form umgewandelt. Das Videosignal von jedem Diodenanordnungselement wird in eine Zahl umgewandelt, die proportional zu dem Licht ist, das darauffällt. Diese Reihe von Zahlen (eine für jedes Element der Anordnung) wird in dem digitalen Pufferspeicher I gespeichert. Die Daten werden nach Teilen geordnet gespeichert (d. h. Zeile 1 Element 1, Zeile 1 Element 2 . . . . . Zeile 2 Element 1, Zeile 2 Element 2 usw.).

Nachdem die Kanten der Zellen gespeichert worden sind (wie zuvor erwähnt), wird das Videoschaltnetzwerk K so eingestellt, daß es ein Signal von dem Digital/Analogkonverter J erhält. Die Bilddaten werden von dem digitalen Pufferspeicher I abgerufen, ein Element zu einer Zeit, und in analoge Form rückgewandelt. Wenn die Daten jedoch ausgelesen werden, geschieht dies in der Reihenfolge der Spalten der Anordnung (d. h. Zeile 1 Element 1, Zeile 2 Element 1 . . . . . Zeile 1 Element 2, Zeile 2 Element 2 usw.).

Jetzt lokalisiert das System L zur Verbesserung der räumlichen Auflösung die Bildkanten für jede Spalte der Anordnung, und der Ort dieser Kanten wird in dem Datenspeicherelement M gespeichert. Durch Anwendung dieser Technik kann das gleiche System zur Verbesserung der Auflösung sowohl für die vertikale Richtung (Spalten) wie auch die horizontale Richtung (Zeilen) der Bildanordnung verwendet werden.

Durch Änderung der Reihenfolge, in der die Elemente der Bilddaten aus dem digitalen Pufferspeicher I ausgelesen werden, kann der Ort der Kanten auf diagonalen Linien ebenfalls sehr genau aufgefunden und gespeichert werden. Wiederum dienen die Verarbeitungselemente L und M zur Lokalisierung und Speicherung von Kanten für alle Richtungen, die durch Speichereinheit I abgetastet werden können.

Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die oben erläuterte Erfindung insbesondere in ihrer zweiachsigen Form von besonderem Wert für die Bestimmung der Position von Objekten im Raum ist. Wenn man insbesondere die Verwendung entweder von Schatten oder Reflexionsbildern wie Fig. 9 oder 10 betrachtet, so kann man unmittelbar die vorteilhaften Ergebnisse bei "Visions"-Systemen zur Steuerung von Automaten ableiten. Die genaue Wiedergabe von Bildern von Löchern, Kantenverläufen oder anderen Merkmalen von Teilen gemäß der Erfindung ist wesentlich für die ordnungsgemäße Arbeitsweise im industriellen Bereich.

Fig. 12 verdeutlicht eine Ausführungsform der Erfindung, die zur Gliederung der Position von Blechtafeln im Raum dient, wenn sie einen Roboter eingebracht sind. Der verwendete Taster arbeitet nach dem optischen Triangulationsprinzip. Es sind zwei orthogonale Meßachsen vorgesehen, und im übrigen werden die gewünschten Vorteile der beschriebenen Schaltkreise ausgenutzt.

Es ist gezeigt, daß die Position der Blechtafel 30 in x- und y-Richtung gleichzeitig festgestellt wird, indem Punkte 303 und 304 mittels Strahlprojektoren 305 und 306 auf die Oberfläche projiziert werden, die einen Diodenlaser 307 und eine Fokussierlinse 308 aufweisen. Die genannten Lichtpunkte werden durch Linse 310 abgebildet und bilden Lichtpunktbilder 315 und 316 auf einer linearen Fotodetektoranordnung 320.

In Betrieb wird das Zweiachsentasterensemble 325 mittels eines Roboterarmes 330 (z. B. ASEA oder Cinncinatti Robot) in die Nähe der Türkante bewegt, und die Position der Blechtafel wird durch Bezug auf die Koordinatenachsen des Roboters ermittelt.

Dies ist ein unabhängiges duales System und kann in einer Achse betrieben werden, indem entweder 305 oder 306 gelöscht wird. Zur Trennung der Ablesungen in x- und y-Richtung erfordert daher lediglich ein Pulsen der Lichtquelle 306 und die Bestimmung der Position des y-Achsen-Flecks auf der Diodenanordnung, worauf kurz danach der x-Lichtfleck von 305 gepulst und in gleicher Weise behandelt wird. Das Lichtpunktbild auf der Diodenanordnung ist proportional zu dem Ort.

Zur Bestimmung des Ortes des Lichtpunktbildes auf der Diodenanordnung wird ein Schaltkreis wie beispielsweise der gemäß Fig. 5 verwendet, um die erste Ableitung des Ortes der Spitze des Lichtflecks aufzufinden. Es kann auch ein Schaltkreis wie der gemäß Fig. 2 verwendet werden, um die Umkehrpunkte auf einer oder beiden Seiten des Lichtflecks und den Flächenschwerpunkt durch Verarbeitung durch den Mikrocomputer oder den Hardware-Schaltkreis aufzufinden.

Diese Ausführungsform des Schaltkreises, die einen Hochgeschwindigkeitstakt mit einer Taktfrequenz weit über der Taktfrequenz der Diodenanordnung verwendet, ist für die Verbesserung der Auflösung solcher Triangulationssysteme sehr vorteilhaft, die normalerweise jetzt sehr empfindlich sind, da nur eine niedrige Leistungsvergrößerung des Linsensystems verwendet werden kann.

Das oben genannte zweiachsige Annäherungstastsystem ist nicht nur für die Messung von Metallblechkonturen und Kantenorten zweckmäßig, es kann vielmehr auch in vorteilhafter Weise zur Bildung von Rückführungssignalen für Robotersteuersysteme als Funktion des Teileortes in zwei orthogonalen Bereichsachsen verwendet werden. Eine Kombination dieser Ausführungsform mit der zuvor genannten Ausführungsform mit einer zweiachsigen Wiedergabe von Bildern in der Ebene senkrecht zur Linsenachse liefert eine vollständige 3-4-Achsenmessung- und -steuerung.

Alle zuvor genannten Ausführungsformen sind für den Umfang der Erfindung repräsentativ, und viele andere Abwandlungen sind möglich.

Wie bereits erwähnt, kann die Erfindung auch zur Messung von Kantenorten von Sprossen in Sprossenkodes verwendet werden, indem reflektiertes Licht von dem gedruckten oder in die Oberfläche geätzten Kode eines Teils oder eines Aufklebers darauf verwendet wird.

Im Sprossenkodefall ermöglicht die Erfindung eine sehr wünschenswerte Freiheit von Leistungsänderungen des rückgekehrten Lichts, immer über das Betrachtungsfeld der Diodenanordnung, was ein wichtiger Punkt ist, da auf langen Sprossenkodes, wie beispielsweise Kode 39, es sehr schwierig ist, eine gleichmäßige Beleuchtung aller Sprossen mit wenigen Lichtquellen (wie beispielsweise einfachen Kolbenbirnen) sicherzustellen, was auch weiterhin oft wegen des großen Öffnungwinkels des Linsensystems schwierig ist.

In gewisser Hinsicht ähnlich der Ablesung von Sprossenkodes ist eine andere Anwendung der Erfindung. In diesem Fall werden jedoch Sprossen- oder Gitterorte dadurch abgelesen, daß sie durch eine Oberfläche abgebildet werden, um die Qualität der Oberfläche zu bestimmen.

Z. B. sei Fig. 13 betrachtet, die die Abbildung eines gleichmäßigen Gitters von langen vertikalen Sprossen 400 mit dem Abstand R (außerhalb der Papierebene) durch Linse 401 auf der linearen Diodenanordnung 402 abgebildet wird. Eine lineare Beleuchtungsquelle zur Hintergrundbeleuchtung liefert diffuses Licht.

In diesem Fall befindet sich jedoch in dem Lichtpfad die Oberfläche 410 des Teils als Spiegel, dessen Eigenschaften entweder im Hinblick auf diskrete Fehler wie beispielsweise Beulen und Sicken oder die Oberflächengüte wie beispielsweise Mikrofinisch oder Farbqualität von Interesse ist. Die Objektdistanz der Linse 401 ist L₁ + L₂. In diesem letzteren Fall gibt der Kontrast der Sprossen die gewünschte Antwort, und allgemein liefert ein alternativer analoger Schaltkreis zur Digital/Analogwandlung und Amplitudenanalyse des Gitterbildes die Antwort.

Betrachtet man den Fall der Beulen und Sicken oder Vertiefungen in Blechtafeln wie beispielsweise in der gezeigten Fahrzeugtür, die sich auf einem Transportband 420 aus der letzten Stufe einer automatischen Transferpreßstraße herausbewegt.

Hierbei besteht das Problem darin, lokalisierte Fehler auf der Tafel, wie beispielsweise Beulen oder Vertiefungen oder Erhöhungen festzustellen, die in erster Linie durch Schmutz in dem Preßstempel verursacht sind. Sie sind typischerweise 0,005-0,4 mm tief oder hoch und ungefähr 0,13-250 mm im Durchmessser. Diese Art von Fehlern ist verschieden von der auf Nocken gemäß Fig. 9, da keine offene Kontrastdifferenz verschieden von einem schwarzen Porositätsfehler auf einem glänzenden Nocken beispielsweise vorhanden ist. Es liegt jedoch eine ausreichend lokalisierte Neigungsänderung auf der Oberfläche des Teiles vor, und dies wird durch die genannte Technik festgestellt.

Die Diodenanordnung tastet sehr schnell (typischerweise 1000 pro Sekunde) ab und sucht nach lokalisierten Störungen in dem Gittermuster aufgrund von Beulen oder Erhebungen (s. Beilage). Andererseits besteht eine weniger vorteilhafte jedoch funktionsfähige Methode darin, nach lokalisierten Kontrasttröpfchen zu suchen.

Nachdem einmal die Punkte der lokalen Konturstörung und ihre Größe (d. h. das Maß der Störung) gefunden worden sind, können sie in einen Speicher eingelesen und dazu verwendet werden, eine Fehlerkarte der Oberfläche zu zeichnen oder wiederzugeben. Auch kann die Anwesenheit eines Defekts dazu verwendet werden, einen Tintenmarkierer zu betätigen, um ihn zu markieren und/oder ein Rotlicht zu steuern, das die Tafel aussondert.

Der oben beschriebene Schaltkreis 440 dient dazu, bei der Identifizierung der Kantenorte von Sprossen mitzuhelfen, von der sequentielle Subtraktionen zur Bestimmung der lokalen Abstandsänderungen entweder in Hardware oder in dem Mikrocomputer 450 zur Bestimmung der lokalisierten Defekte durchgeführt werden können.

Bei einer noch komplizierteren, im allgemeinen selbständigen Verarbeitungsweise kann der Mikrocomputer die Änderungen im Bildabstand (beispielsweise S¹ bis S¹ + S) über die gesamte Tafel (und nicht lokal) vergleichen und dann die Gesamtkontur der Tafel ermitteln. Dies funktioniert gut bei quasi flachen Oberflächen. Bei mehr gekrümmten Oberflächen ist die Trangulationstechnik mit direkter Projektion wie der gemäß Fig. 12 vorteilhaft. In diesem Fall werden eine oder mehrere Zeilen, deren Kantenorte überwacht werden, und nicht ein Lichtpunkt wie in Fig. 12 projiziert, dessen Bildzentrum bestimmt ist. In diesem Fall ist Lichtquelle 405 eine Projektionslampe, und eine Hilfslinse 451 (gestrichelte Linien) dient zur Abbildung des Gitters auf der Oberfläche. In diesem Fall ist die Objektdistanz der Linse 401 L₁.

Die Verwendung solcher projizierten Gitter ist besonders vorteilhaft bei der Merkmalsanalyse und Mustererkennung von Gegenständen, bei denen eine Formfunktion mehr oder weniger unabhängig von der Reflexionseigenschaft des Teiles ist. In diesem Anwendungsfall sind die beschriebenen elektronischen Mittel besonders vorteilhaft, da sie die Bestimmung des Ortes der Kanten über einen weiten Bereich von Lichtpegeln und bei Defokussierungsbedingungen (aufgrund der exzessiven Objekttiefe des Linsensystems) ermöglichen. Diese Anordnung hat jedoch nicht die Verbesserung, die durch den Hebelarmeffekt des Spiegels gebildet wird, der durch die Oberfläche gebildet ist (natürlich nur dann ausgenutzt werden kann, wenn die Oberfläche ausreichend reflektierend bei der Wellenlänge des verwendeten Lichts ist).

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Oberfläche des rohen Metalls der Tafel selten ausreichend selbst reflektierend und weist darüber hinaus eine Verteilung von Ziehfett, Öl, Wasser und dergleichen auf seiner Oberfläche auf, was zu einer Verzerrung des Gitters oder sogar zu einer Zerstörung des Bildes führen kann. Infolgedessen wird zweckmäßigerweise eine Reinigung des Teiles durch Bürsten oder ein Einölen angewendet, wobei auch ein Blasen mit Luft möglich ist.

Kommen Tafeln aus der Presse, so werden sie zunächst mit einem leichten Ölnebel durch einen Sprüher 480 eingesprüht, typischerweise dem gleichen Öl, das in der Presse verwendet worden ist, das sich mit dem Waschwasser mischt. Dann erfolgt ein Bürsten mit einer nicht schuppenden Bürste 482 hoher Qualität in einem schrägen Winkel, derart, daß in Verbindung mit der Geschwindigkeit des Transportbandes die Bürstenmarken quer zur Richtung der Bewegung verlaufen, d. h. in Richtung der Abtastung der Diodenanordnung, wodurch die Welligkeit des Ölfilms in dieser Richtung nicht aufgenommen wird, wie es erwünscht ist.

Diese Vorbereitung der Oberfläche funktioniert überraschend gut. Zusätzlich kann ein Luftstrom vorgesehen werden, um das Öl nach dem Bürsten zu glätten, jedoch ist dies im allgemeinen nicht erforderlich.

Ein abgewandelter Analysenkreis, der für die oben genannte Ausführungsform vorteilhaft ist, ist eine phasenstarre Schleife. In diesem Fall wird das Ausgangssignal der Diodenanordnung von dem Gitterbild durch ein Tiefpaßfilter 460 gefiltert. Ein eine phasenstarre Schleife bildender integrierter Schaltkreis 470, beispielsweise NC 565, "rastet ein" auf die Gitterbildfrequenz (1/S¹), und ein Bandpaßfilter 471 liefert ein Ausgangssignal auf einem Meßinstrument 472 oder einer ähnlichen Einrichtung, wobei die Größe des Ausgangssignals grob gesehen proportional zur Größe des Fehlers ist.

Die Verwendung des phasenstarren Kreises erfordert eine Vorabtastung der Gittersprossen zur Erzeugung der Einrastung, so daß man etwas mehr abtasten muß als den zu untersuchenden Oberflächenbereich.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine Reticon 1728 Element lineare Anordnung mit einem Gitter von 30 cm Länge mit einem gleichmäßigen Abstand von 5 cm in der Höhe und einer Breite von etwa 3 mm verwendet. Die Wanderungsgeschwindigkeit des Teiles war 30 cm pro Sekunde, und die Abtastfrequenz betrug 1000 pro Sekunde. Aufgrund der durch den Hebelarmeffekt auf die Oberfläche des "Spiegels" bewirkten Verstärkung ermöglicht diese Geschwindigkeit ohne weiteres mehr als eine Abtastung bei jedem interessierenden Fehler.

Es sei weiter darauf hingewiesen, daß jede Matrixanordnung oder andere zweidimensionale Abtasteinrichtung verwendet werden kann, aufeinanderfolgende Sprossenpositionen in der vertikalen Richtung zu betrachten, so daß es nicht erforderlich ist, das Teil zu bewegen, um aufeinanderfolgende Abschnitte der Oberfläche zu betrachten (obwohl dies vorteilhafterweise bei dem gezeigten Transportband vorgesehen ist). Darüber hinaus kann das Gitter quer zu der gezeigten Richtung betrachtet werden, d. h. mit der Linsenachse quer zur Bewegungsrichtung des Teiles. In diesem Fall ist jedoch eine zweidimensionale Abtastanordnung zur Abtastung quer über die Oberfläche erforderlich.

Diese Prüftechnik für Tafeln funktioniert auch mit Vidicon-Kameras, obwohl das weniger vorteilhaft ist. Fehler in dem Vidicon quer zum Feld werden nicht als lokale Abweichungen aufgenommen. Außerdem ist der Einfallswinkel zur Teiloberfläche typischerweise 5°-25°.

Für eine phasenstarre Arbeitsweise wird das Filter 460 typischerweise so nahe wie möglich zur Taktfrequenz betrieben, um diese auszufiltern.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde die Bildung der ersten oder zweiten Ableitungsdaten zur Beschreibung der verschiedenen Lichtmusterpunkte beschrieben. Es ist außerdem von Interesse, sowohl die ersten als auch die zweiten Ableitungen zur weiteren Definition der Position der Lichtmuster zu bilden. Diese Forderung nach mehr Daten gilt besonders für gewisse projizierte Triangulationsgitterdaten, wie das in Verbindung mit den in Fig. 9 und 13 diskutiert worden ist, wo die äußerste Auflösung erwünscht ist und reflektierende Eigenschaften des Teils einige Daten nicht zuverlässig machen.

Ein anderer interessanter Punkt bei der Betrachtung von Konturdaten wie beispielsweise die Änderung des Gitterbildabstandes S¹ bis S¹ + S¹ in Fig. 13b und 13c betrifft ein konstantes Frequenzfilter, wie es bei anderen Ausführungsformen (z. B. Fig. 2B) wünschenswert ist, hier nicht erwünscht ist, da die Ausgangsfrequenz der Anordnung sich aufgrund des Gitterbildabstandes ändert, so daß hier ein Filter mit variabler Frequenz zweckmäßig sein mag, um diskrete Anordnungselemente ohne Berücksichtigung der Signalfrequenz zu glätten - insbesondere dann, wenn die Zahl von Auslösungselementen der Anordnung pro Gitterbildzeile relativ gering ist.

Betrachtet man die Fig. 2 und 5, so ist es für den normalen Anwendungsfall bei Gegenstandsbildern und Beugemustern wünschenswert, ein Bessel-Filter mit wenigstens drei Polen zu verwenden, z. B. mit 100 KHz cut off des Tiefpaßfilters für eine Taktfrequenz der Diodenanordnung von 1 MHz. Dieses Filter filtert nicht nur die Störungen aufgrund der Taktfrequenz der Diodenanordnung, sondern liefert auch ein wünschenswertes Maß an Mitteilung über Elemente der Diodenanordnung zur Eliminierung von Unterschieden in der Empfindlichkeit von Element zu Element.

Für Leuchtpunkttriangulation ist im allgemeinen ein sechspoliges oder größeres Filter erwünscht, das z. B. bei 10 KHz bei einer Taktfrequenz von 1 MHz arbeitet. Hierdurch wird die wesentliche Glättung zur Eliminierung des Effekts von Sprenkeln in Laserpunktbildern erreicht.

Claims (23)

1. Einrichtung zum Analysieren des Ausgangssignals einer sequentiell mit einem ersten Zeittakt abgetasteten, aus diskreten Fotodetektorelementen bestehenden linearen oder zirkularen Fotodetektoranordnung, die mit einem Lichtmuster beaufschlagt ist, mit einer Differenziereinrichtung zum zweimaligen Differenzieren des Signals zur Gewinnung der ersten und zweiten Ableitung des Signals und mit Mitteln zur Feststellung des Punktes des Nulldurchganges des zweimal differenzierten Signals gekennzeichnet durch
ein zwischen der Fotodetektoranordnung und der Differenziereinrichtung eingeschaltetes Tiefpaßfilter zum Glätten des Ausgangssignals der Fotodetektoranordnung und
eine elektronische Schaltung zur Bestimmung des Zeitpunktes eines Nulldurchganges in bezug zu dem Zeitpunkt des Starts der Abtastung der Fotodetektoranordnung zur Feststellung der Position dieses Punktes des Nulldurchganges in dem Muster, wobei der Zeittakt der elektronischen Schaltung zur Bestimmung des Zeitpunktes des Nulldurchganges kürzer ist als der erste Zeittakt für die Abtastung der Fotodetektorelemente, derart, daß die Auflösung der dem Zeitpunkt des Nulldurchganges entsprechenden örtlichen Lage des Nulldurchganges größer ist als der Abstand der Fotodetektorelemente zueinander.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter eine konstante Verzögerungszeit hat.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter ein Bessel-Filter ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegeldaten der Fotodetektoranordnung in einem Speicher gespeichert und durch das Tiefpaßfilter und die Differenziereinrichtung zurückgelesen werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoranordnung eine die Gewinnung von Zweiachsen-Kantenmuster-Lagedaten ermöglichende Matrixanordnung ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtmuster ein Beugemuster ist und daß die Nulldurchgänge die Streifenmaxima oder -minima sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtmuster ein Bild einer oder mehrerer Eigentümlichkeiten eines Gegenstandes ist und daß die Zeitpunkte des Nulldurchganges die Orte der Eigentümlichkeiten auf dem Gegenstand sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigentümlichkeiten die Kanten des Gegenstandes sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigentümlichkeiten Defekte auf der Oberfläche des Gegenstandes sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Drehung des Gegenstandes bezüglich einer oder mehrerer Achsen, um so der Fotodetektoranordnung weitere Bilder darzubieten.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Pulsen einer das Lichtmuster erzeugenden Beleuchtungsquelle, um so die Bewegung des Lichtmusters einzufrieren.

12. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigentümlichkeiten Linien auf dem Gegenstand sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien ein Sprossenkode auf einem Gegenstand sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter so bemessen ist, daß seine Grenzfrequenz bei 1/10 der Taktfrequenz der Abtastung der Fotodetektoranordnung oder tiefer liegt.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter eine veränderbare Grenzfrequenz hat.

16. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mikrocomputer, der den Zeitpunkt des Nulldurchgangs mit einem gespeicherten Wert vergleicht.

17. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer wenigstens die Beziehung zwischen zwei Nulldurchgängen und so den Abstand zwischen den zugehörigen Orten bestimmt.

18. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Start der Abtastung der Fotodetektoranordnung eine Verzögerung erfolgt, um ein Einschwingen des Tiefpaßfilters zu ermöglichen.

19. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler vorgesehen ist, der einen vorausgewählten Nulldurchgang feststellt, und daß Mittel vorgesehen sind, die eine digitale Verriegelung des augenblicklichen Zählwertes des Zählers mit ausgewählten Ausgangssignalen bewirken, wobei die digitale Verriegelung außer Kraft gesetzt wird, wenn die Fotodektoranordnung sich in der Sättigung befindet.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler betätigt wird, wenn ein vorbestimmtes Minimum oder Maximum festgestellt wird, und daß der Augenblickswert des Zählers selektiv digital mit Ausgangstoren verbunden wird, wobei die Verbindung außer Kraft gesetzt wird, wenn Maxima unter einen eingestellten Schwellwert fallen.

21. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Xenon-Blitzlampe ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle aus einer Anzahl von Festkörperlichtquellen gebildet ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ort des Nulldurchgangs auf einem Wiedergabeschirm dargestellt wird.