DE3229264C2 - Optisch-elektrische Meßeinrichtung zum Messen der Lage und/oder der Abmessung von Gegenständen - Google Patents

Abstract

Bei einer optisch-elektrischen Meßeinrichtung, bei der ein Meßwert entsprechend einer Abmessung eines Prüflings aus der Dauer der Abschattung eines mit vorbestimmter Geschwindigkeit in einer Parallel-Verschiebungsbewegung durch ein Meßfeld geführten Abtaststrahles abgeleitet wird, kann mit geringem Schaltungsaufwand ein Freigabesignal für eine Auswertschaltung zur Auswertung der Ausgangssignale eines vom Abtastlichtstrahl beaufschlagten Detektors dadurch erzeugt werden, daß im Meßfeld hinter den die Parallel-Verschiebungsbewegung des Abtastlichtstrahles erzeugenden Kollimationsmitteln eine Blende und hinter dieser eine transparente Platte angeordnet wird, welche gegenüber einer Radialebene zur optischen Achse einen geringen Winkel einschließt und einen Teil der Lichtenergie des Abtaststrahls durch die Kollimationsmittel hindurch reflektiert, welch letztere diese reflektierte Lichtenergie auf ein photoempfindliches Organ fokussiert. Von diesem photoempfindlichen Organ kann ein zur Freigabesteuerung verwendbares Signal abgenommen werden.

Description

se gewählt werden muß, wobei die Schrägstellung der transparenten Platte die Richtung der zu dem Kollimator reflektierten Lichtstrahlen und damit den Abstand des photoempfindlichen Organs von der Drehspiegeldrehachse bestimmt, um eine Fokussierung der reflektierten Strahlen auf dieses photoempfindliche Organ zu erzielen.

Eine Blende zur Begrenzung des Meßfeldes ist ohnedies zweckmäßig, um beispielsweise einen bestimmten Bereich auszublenden, in welchem sich ein zu vermes- to sender Prüfling befindet Die hier vorgeschlagene Meßeinrichtung gestattet eine Verschiebung der Blende, ohne daß photoempfindliche Organe nachgefühlt zu werden brauchen. Auch kann ein gewünschtes Meßfeld ausgeblendet werden, ohne daß eine elektronische Schaltung entsprechend eingestellt werden muß.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben, in welcher schematisch unter teilweiser Verwendung von Blocksymbolen eine optischelektrische Meßeinrichtung der vorliegend angegebenen Art gezeigt ist

Die in der Zeichnung gezeigte optisch-elektrische Meßeinrichtung 1 enthält eine Lichtquelle in Gestalt eines Lasers 2, der einen scharf gebündelten Ausgangslichtstrahl 3 erzeugt Dieser Lichtstrahl wird auf die Oberfläche eines Drehspiegels 4 gerichtet, welcher durch einen Elektromotor 5 in Umdrehung versetzt wird, derart, daß der Lichtstrahl 3 in einer Radialebene zur Drehspiegeldrehachse eine Abtast-Schwenkbewegung ausführt, wie in der Zeichnung bei 6 durch entsprechende gestrichelte Pfeile deutlich gemacht ist

Die eine Abtastbewegung ausführenden Lichtstrahlen treffen auf eine Kollimationslinse 7, die die Schwenkbewegungen des Abtastlichtstrahls in eine Parallel-Verschiebungsbewegung innerhalb eines Meßfeldes 8 umformt nachdem der Auftreffpunkt des Laser-Ausgangslichtstrahles 3 auf der Drehspiegeldrehachse liegt und sich im Fokus der Kollimationslinse 7 befindet

Im MeBf .Id 8 befindet sich ein Prüfling P, dessen Querschnittsabmessung in Richtung der Parallel-Querverschiebungsbewegung, also senkrecht zur Richtung der Lichtstrahlen, bestimmt werden solL Auf der von der Kollimationslinse 7 abgekehrten Seite des Prüflings befindet sich eine Sammellinse 9, welche die Lichtstrahlen auf eine Dsteuereinrichtung 10 fokussiert, derart, daß auf einer Altsgangsleitung 11 ein Detektorsignal auftritt solange während der Abtastbewegung der Lichtstrahlen im Meßfeld 8 keine Abschattung durch den Prüfling P erfolgt und die Lichtstrahlen über die Sammellinse 9 auf die Detektoreinrichtung 10 treffen können, während ein Detektorausgangssignul verschwindet, wenn der Zutritt des Abtastlichtstrahls zum Detektor durch den Prüfling Pverlegt ist

In praktischen Ausführungsformen einer optischelektrischen Meßeinrichtung dieser Art werden in einer Auswertschaltung Änderungen des Pegels des Detektorausgangssignales nur während derjenigen Zeit berücksichtigt und zur Bildung eines Meßsiguales verwendet während der aufgrund einer entsprechenden Stellung des Drehspiegels 4 der Laserlichtstrahl die Apertur der Kollimationslinse 7 trifft und folglich parallele Abtast-Lichtstrahlen über das Meßfeld 8 hinweg zur Sammellinse 9 gerichtet werden. Zu diesem Zwecke befindet sich in einer Auswertschaltung 12, welcher über eine es Leitung 13 auch die Stellung des Drehspiegels bzw. des Antriebsmotors 5 meldnde Signale zugeführt werden, beispielsweise ein Torschaltglied, welches als Freigabeschaltung wirksam ist um die über die Leitung 11 zugeführten Detektorsignale für die Auswertung weiterzuleiten. Das Torschaltglied wird mittels eines über die Leitung 14 zugeführten Freigabesignales aufgesteuert

Die Bildung des Freigabesignales erfolgt bei der hier vorgeschlagenen Einrichtung durch ein photoempfindliches Organ 15, das sich in einem bestimmten Querabstand von der Drehspiegeldrehachse befindet der in der Zeichnung mit Zbezeichnet ist

Auf der vom Drehspiegel abgekehrten Seite der Kollimationslinse 7 ist im Meßfeld 8 in vergleichsweise geringem Abstand von der Kollimationslinse 7 eine transparente Platte oder Glasplatte 16 angeordnet die in einem geringfügig von 90° abweichendem Winkel zur optischen Achse orientiert ist Der Winkel ist so gewählt daß derjenige Anteil des Lichtes, welcher von der der Kollimationslinse 7 zugekehrten Oberfläche der transparenten Platte 16 reflektiert wird, von der Kollimationslinse 7 auf das photoempfindliche Organ 15 fokussiert wird. Sobald also von der Kollimationslinse 7 ein zur optischen Achse paralleler L-schtstrahl in Richtung auf die Sammellinse 9 ausgesendet wird, erfährt das photoempfindliche Organ 15 eine Erregung durch den geringen reflektierten Lichtanteil aufgrund der Teilreflexion an der drehspiegelseitigen Oberfläche der Platte 15.

Zwischen der Kollimationslinse 7 und der Platte 16 befindet sich eine Blende 17, um die Größe des Meßfeldes 8 in Abtastrichtung eindeutig zu. begrenzen. Diese Blende gestattet die Auswahl einer bestimmten Meßfeldhöhe, falls ein bestimmter Prüfling aus einer Mehrzahl einander benachbarter Prüflinge zur Untersuchung ausgeblendet werden solL Die Blende 17 kann verstellbar ausgebildet sein. Es zeigt sich, daß in diesem Falle zur Erzeugung des Freigabesignales auf der Leitung 14 keinerlei Nachstellung der elektrischen Schaltmittel notwendig ist, wenn die Blende größer oder kleiner gestellt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Standes in der Abtastrichtung abhängige und am Detek- PatentansprOche: torausgangssignal meßbare Zeit abgeschaltete wird, und bei welcher eine an die Detektoreinrichtung aage-

1. Optisch-elektrische Meßeinrichtung zum Mes- schlossene Auswertschaltung mittels einer Freigabesen der Lage und/ oder der Abmessung von Gegen- 5 schaltung in den Zustand der Betriebsbereitschaft zur standen (P), bei welcher ein scharf gebündelter Auswertung der Detektcrauügangssignale während ei-Lichtstrahl (3) mittels eines Drehspiegels (4) in einer ner bestimmten Zeitdauer umschaltbar ist, in welcher Abtastebene verschwenkt wird, die Schwenkbewe- Lichtstrahlen zur Abtastung Ober den Kollimator in das gung des Lichtstrahls von einem Kollimator (7) in- Meßfeld gelangen.

nerhalb eines Meßfekies (8) in eine Parallel-Ver- io Die US-Patentschrift 37 65 774 und die deutsche Paschiebungsbewegung umgeformt und der Licht- tentschrift 2849252 zeigen Meßeinrichtungen dieser strahl jenseits des Meßfeldes von einer Optik (9) auf Art Die Freigabeschaltung wird bei den bekannten eine Detektoreinrichtung (10) hin abgelenkt wird, Meßeinrichtungen in der Weise betrieben, daß ein phoderart, daß der lichtstrahl von einem im Meßfeld (8) toempfindliches Organ am Rande des Meßfeldes angebefindlichen Gegenstand (P) während der Parallel- is ordnet wird, welches von dem abtastenden Lichtstrahl Verschiebungsbewegung für eine bestimmte, von zu Beginn der Parallel-Verschiebungsbewegung innerder Größe des Querschnittes des Gegenstandes in halb des Meßfeldes getroffen wird und die Auswertder Abtastrichtung abhängige und am Detektoraus- schaltung in Betriebsbereitschaft stellt gangssignal (11) meßbare Zeit abgeschattet wird Ein Nachteil dieser bekannten Art und Weise der und bei wekher eine an die Detektoreinrichtung (10) jo Steuerung der Freigabeschaltung besteht darin, daß die angeschkjssene Auswertschaltung (12) mittels einer üblicherweise zur Verfügung stehenden phototmpfind-Freigabeschaitung in den Zustand der Betriebsbe- liehen Organe einen unempfindlichen Randbereich hareitschaft zur Auswertung der Detektorausgangssi- ben und folglich besondere elektronische Vorkehrungnale während einer bestimmten Zettdauer um- gen getroff en werden müssen, um zu vermeiden, daß die schaltbar ist, in welcher Lichtstrahlen zur Abtastung 25 Auswertschaltung nach Umstellung in die Betriebsbeüber den Kollimator (7) in das Meßfeld (8) gelangen, reitschaf t nicht den Zustand der Abtastung des Randbedadurch gekennzeichnet, daß in Strahl- reiches des phototaipfindlichen Organes durch den richtung unmittelbar hinter dem Kollimator (7) eine Lichtstrahl als Abtastung eines zu vermessenden Gevorzugsweise der Apertur des Kollimators entspre- genstandes oder Prüflings mißversteht Weiter ist es bei chende Blende (17) und dahinter eine transparente 30 den bekannten Meßeinrichtungen, welche eine Steue-Platte (16) Angeordnet sind, die gemeinsam unter rung der Freigabeschaltung durch im Meßfeld befindlieinem von 90° abweichenden Winkel gegenüber der ehe photoempfindliche Organe vorsehen, von Nachteil, optischen Achse des Kollimafcsrs (7) angeordnet sind daß die verwertbare Apertur der Opak beschränkt wird und daß ein Teil des von Kollimator (7) auf die bzw. die vorhandene verfügbare Apertur nicht voll austransparente Platte (16) auffallenden Lichts in den 35 genützt werden kann, um die Parallel-Verschiebungsbe-Kollimator (7) zurückreflektiert und auf einen Pho- wegung des abtastenden Lichtstrahles über eine betoempfänger (15) fokussiert wird, der in der Fokal- trächtliche Strecke durchzuführen, ebene des Kollimators (7) angeordnet ist und dessen Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden. Abstand (Z) von der optischen Achse des Kollima- eine optischelektrische Meßeinrichtung der eingangs tors (7) vom Winkel abhängt, den die transparente w beschriebenen Art so auszugestalten, daß für das Meß-Platte (16) mit der optischen Achse des Kollimators feld, in welchem eine Parallel-Verschiebungsbewegung (7) bildet und das Signal des Photoempfängers (15) des Abtastlichtstrahles erfolgt die verfügbare Apertur zur Steuerung einer Freigabeschaltung dient des Kollimators voll ausgenützt werden kann. Kompli-

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- zierte elektronische Schaltungen zur Betätigung der kennzeichnet, daß die Blende (17) verstellbar ausge- 45 Freigabeschaltung sollen vermieden werden.

bildet ist Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst,

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- daß in Strahlrichtung unmittelbar hinter dem Kollimadurch gekennzeichnet daß auf der von dem Kolli- tor eine vorzugsweise der Apertur des Kollimators entmator (7) abgekehrten Seite der transparenten Plat- sprechende Blende and dahinter eine transparente Platte (16) auf dieser ein Antireflexionsbelag vorgesehen ia te angeordnet sind, die gemeinsam unter einem von 90° ist abweichenden Winkel gegenüber der optischen Achse

des Kollimators angeordnet sind und daß ein Teil des vom Kollimator auf die transparente Platte auffallenden

Lichts in den Kollimator zurückreflektiert und auf einen

55 Photoempfänger fokussiert wird, der in der Fokalebene

Die Erfindung bezieht sich auf eine optisch-elektri- des Kollimators angeordnet ist und dessen Abstand von sehe Meßeinrichtung zum Messen der Lage und/oder der optischen Achse des Kollimators vom Winkel abder Abmessung von Gegenständen, bei welcher ein hängt den die transparente Platte mit der optischen scharf gebündelter Lichtstrahl mittels eines Drehspie- Achse des Kollimators bildet und das Signal des Photogels in einer Abtastebene verschwenkt wird, die 60 empfängers zur Steuerung einer Freigabeschaltung Schwenkbewegung des Lichtstrahls von einem Kollima- dient.

tor in eine Parallel-Verschiebungsbewegung innerhalb Die von dem Kollimator abgekehrte Seite der trans-

eines Meßfeldes umgeformt und der Lichtstrahl jenseits parenten Platte kann mit einem Antireflexionsbelag

des Meßfeldes von einer Optik auf eine Detektorein- versehen sein.

richtung hin abgelenkt wird, derart daß der Lichtstrahl 65 Es zeigt sich, daß bei nur geringer Schrägstsllung der von einem im Meßfeld befindlichen Gegenstand wäh- transparenten Platte relativ zur optischen Achse die gerend der Parallel-Verschiebungsbewegung für eine be- nannte Blende nur unwesentlich kleiner als die verfügstimmte, von der Größe des Querschnittes des Gegen- bare Apertur des Kollimators oder der Kollimationslin-