DE3409522A1 - Einrichtung zum messen des flaecheninhaltes der projektion eines pruefkoerpers auf eine ebene - Google Patents

Einrichtung zum messen des flaecheninhaltes der projektion eines pruefkoerpers auf eine ebene

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DE3409522A1
DE3409522A1 DE19843409522 DE3409522A DE3409522A1 DE 3409522 A1 DE3409522 A1 DE 3409522A1 DE 19843409522 DE19843409522 DE 19843409522 DE 3409522 A DE3409522 A DE 3409522A DE 3409522 A1 DE3409522 A1 DE 3409522A1
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    • G01B11/285Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring areas using photoelectric detection means

Description

  • Einrichtung zum Messen des Flächeninhaltes
  • der Projektion eines Prüfkörpers auf eine Ebene Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen des Flächeninhaltes der Projektion eines Prüfkörpers auf eine Ebene nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 21 34 450 als bekannt hervorgeht.
  • Derartige Einrichtungen werden zur Bestimmung des Widerstandsbeiwertes von umströmten Körpern, beispielsweise zur Ermittlung des Widerstandsbeiwertes von Fahrzeugkarosserien benötigt. Und zwar muß dazu nicht nur in einem Windkanal der Strömungswiderstand des Prüfkörpers selber, sondern auch seine Querschnittsfläche in Anströmrichtung genau ermittelt werden.
  • Bei der bekannten Einrichtung ist jeweils vor und hinter dem Prüfkörper eine Traversiereinrichtung angebracht, die beide untereinander synchronisiert sind. Die eine Traversiereinrichtung trägt den Projektor, der einen Laser-Lichtstrahl aussendet. Die andere Traversierein- richtung trägt den Sensor, der mit einer Genauigkeit bzw. einer Lageabweichung, die kleiner als der Lichtstrahldurchmesser ist, der Lage des Projektors folgen muß. Nur bei einer entsprechend genauen Synchronisation zwischen beiden Traversiereinrichtungen kann sichergestellt werden, daß das Fehlen eines Lichtsignales am Sensor tatsächlich auf eine Strahlunterbrechung durch den Prüfkörper zurückgeht, und nicht etwa darauf zurückzuführen ist, daß der Projektor und der Sensor in Traversierrichtung zueinander lageversetzt sind.
  • Auch andere Einrichtungen, beispielsweise nach der EP-OS 00 49 875 arbeiten mit zwei verschiedenen Traversiereinrichtungen, von denen eine vor und die andere hinter dem Prüfkörper angeordnet ist. Diese Einrichtungen arbeiten zwar mit einem im Durchmesser größeren Bündel paralleler Lichtstrahlen, so daß die Synchronisationsgenauigkeit zwischen den beiden verschiedenen Traversiereinrichtungen nicht so hoch zu sein braucht, jedoch ist der Aufwand zweier gesonderter Traversiereinrichtungen auch hier sehr hoch.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Einrichtung zur Messung des Flächeninhaltes der Projektion eines Prüfkörpers auf eine Ebene zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach wird der Projektor und der Lichtsensor von der gleichen Traversiereinrichtung bewegt und auf der anderen Seite des Prüfkörpers ist lediglich eine Projektionswand angeordnet, auf der das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines vom ausgesendeten Lichtstrahl erzeugten Lichtfleckes beobachtet wird. Zwar wird durch den ausgesendeten Lichtstrahl auch dann ein Lichtsignal am Sensor erzeugt, wenn der Lichtfleck auf den Prüfkörper selber fällt; dieser Lichtfleck auf dem Prüfkörper wird jedoch vom Sensor aus nur dann erkennbar, wenn die Prüfkörperoberfläche quer zur Strahlrichtung steht. Im Randbereich der Prüfkörperkontur liegt jedoch die Prüfkörperoberfläche meist in einem sehr spitzen Winkel zur Strahlrichtung, so daß im randnahen Bereich tatsächlich kein Lichtsignal am Sensor feststellbar ist. Durch eine "intelligente" Auswerteelektronik kann das plötzliche Auftauchen eines Lichtsignales auf der Projektionswand zum einen und das allmähliche Auftauchen eines unscharfen Abbildes des Lichtfleckes auf dem Prüfkörper unterschieden werden und die Messung auf die richtigen Lichtsignale beschränkt werden.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen: Figur 1 eine Schrägansicht auf eine Einrichtung zum Messen des Flächeninhates der Projektion eines Kraftfahrzeuges auf eine Proj ektionswand, Figur 2 einen vergrößert dargestellten Detailausschnitt aus dem Schattenriß des Prüfkörpers auf der Projektionswand, Figur 3 eine schematische Darstellung des Strahlenganges und der Optik der Meßeinrichtung nach Figur 1, Figur 4 eine vereinfacht dargestellte Schaltungsanordnung für die einzelnen Sektoren des Fotodetektors der Anordnung nach Figur 3 bzw. nach Figur 1 und Figur 5 eine modifizierte Schaltungsanordnung im untoren Teil der Anordnung nach Figur 4 für die Quadrantenbildung des Fotodetektors nach Figur 4.
  • Pin I'rüfkörper 1 , im dargestellten Ausfiihrungsbelspiel eine Fahrzeugkarosserie, ist mit seiner Längsachse parallel zur Projektionsrichtung ausgerichtet. Häufig ist die geschilderte Einrichtung mit in einem Windkanal eingebaut, in denen der Prüfkörper von den Luftwiderstandsmessungen her ohnehin bereits genau ausgerichtet aufgestellt ist. In dieser Stellung werden dann auch die Querschnittsmessungen durchgeführt. Haufig werden auch Messungen in definierter Schägstellung des Fahrzeuges durchgeführt, um Seitenwindeinflüsse bzw. den Strömungswiderstand bei Schräganströmung zu ermitteln. Auf der einen Seite des Prüfkörpers ist eine Traversiervorrichtung 4 aufgestellt, die es erlaubt, eine Meßeinrichtung 3 zeilenweise oder auch in anderer Kombination von Horizontal- und Vertikalbewegungen über die Traversierebene 2 hinwegzuverfahren, Die Traversiervorrichtung 4 ist im Grunde genommen eine zweidimensional arbeitende Meßmaschiene mit einem ersten Verschiebeschlitten 39 für die innerhalb der Traversierebene liegende llorizontalricntung. Dieser Verschi ebeschl i tten trägt seinerseits einen vertikal aufgerichteten Mast 41, auf dem ein weiterer Verschiebeschlitten 40 fur die Vertikalrichtung innerhalb der Traversierebene verfahren werden kann. Beiden Verschiebeschlitten ist jeweils ein Verschiebeantrieb und ein wegempfindlicher Sensor zur genauen Lageermittlung des Verschiebeschlittens zugeordnet, so daß die koordinatenmäßige Lage des Verschiebeschlittens 40 laufend genau ermittelt werden kann. Auf dem Verschiebeschlitten 40 ist eine Meßeinrichtung 3 gehaltert, die unter anderem einen enggebündelten Lichtstrahl I() paralle zur Projektionsrichtung aussendet.
  • Auf der anderen Seite des Prüfkörpers 1 ist quer zur Projektionsrichtung eine Projektionswand 12 von mutter heller Oberfläche angeordnet. Um möglichst starke Licht kontraste am Lichtfleck 13 auch ohne Raumabdunkelung zu erhalten und um einen möglichst hohen Lichtanteil zur Meßeinrichtung zurückgelangen zu lassen, ist die Projektionswand zweckmäßigerweise mit einer das auftreffende Licht unter möglichst geringer Streuung parallel zur Einfallrichtung zurückwerfenden Mikroprismenstruktur versehen. Hierbei kann es sich um spiegelnd blank eingeprägte Würfelecken oder um eine aufgeklebte Struktur von kleinen Mikroprismen definierter Orientierung handeln. Sofern der Lichtstrahl 10 an dem Prüfkörper vorbeiläuft, erzeugt dieser auf der Projektionswand einen Lichtfleck 13. Trifft der Lichtstrahl jedoch am Randbereich auf den Prüfkörper auf, so fällt wegen der starken Lichtstreuung der parallel zur Strahlrichtung liegenden Oberflächenpartien kaum Licht in die Meßeinrichtung zurück. Durch ein zeilenweises Überstreichen des Lichtstrahles über das gesamte vom Prüfköper eingenommene Profil oder auch durch zick-zack-förmiges Abfahren des Randes kann nach und nach die projizierte Kontur 38 des Prüfkörpers gezeichnet werden. Hierbei kann die Zeilenrichtung bei der optischen Abtastung des Prüfkörpers horizontal, vertikal oder beliebig kombiniert sein.
  • Bei der Ermittlung des Flächeninhaltes der Projektionsfläche muß der Zeitpunkt und/oder die koordinatenmäßige Lage des Lichtstrahles im Moment der Strahlunterbrechung durch den Prüfkörper festgestellt werden. Das heißt, es wird ein eindeutiges Signal für die Strahlunterbrechung benötigt. Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird dieses Signal auf einfache Weise dadurch gewonnen, daß der vom Lichtstrahl 10 auf der Projektionswand erzeugte Lichtfleck 13 laufend durch einen in der Meßeinrichtung enthaltenen Sensor 7 beobachtet wird. Letzterer ist mit einem Fernrohrobjektiv 8 und einem Fotodetektor 9 versehen. Das Fernrohrobjektiv ist mit seiner optischen Achse genau und unmittelbar auf den Lichtfleck 13 ausgerichtet und auf ihn scharf eingestellt, d.h. der Lichtfleck wird scharf auf dem Fotodetektor 9 abgebildet (Abbild 13' in Figur 4).
  • Solange der Lichtfleck 13 auf die Projektionswand 12 fällt, erzeugt der Sensor 7 ein Lichtsignal, welches an eine Auswerteelektronik weitergeleitet werden kann. Fällt der Lichtfleck doch auf den Prüfkörper selber, so bleibt zumindest im Randbereich der Kontur ein Lichtstrahl im Sensor aus. Die durch den Prüfkörper hervorgerufene Lichtstreuung verhindert, daß dieser Lichtfleck vom Sensor wahrgenommen wird,weil er nur sehr schwach ist.
  • In einer ähnlichen Einrichtung gemäß einer anderen Patentanmeldung der Anmelderin (P 33 14 686.1-52) ist der Sensor seitenversetzt und im spitzen Winkel zum Lichtstrahl angeordnet. Um in jedem Fall den Sensor in Traversierrichtung als erstes aus dem "Schatten" des Prüfkörpers austauchen zu lassen, müssen entweder in Traversierrichtung gegenüberliegend zwei Sensoren angeordnet werden, die funktionell parallel geschaltet sind, oder es muß während des Durchfahrens des "Schattens" des Prüfkörpers der Sensor auf die gegenüberliegende Seite hinüber geschwenkt werden. Eine solche Doppelanordnung oder auch eine solche Verschwenkbarkeit ist mit zusätzlichem Bauaufwand, mit Platzbedarf verbunden, den die vorliegende Erfindung dadurch vermeidet, daß der ausgesendete Lichtstrahl 10 und das von dem Lichtfleck 13 in den Sensor 7 zurücklaufende Licht mittels eines Strahlteilers 14 in einen für beide Lichtstrahlen gemeinsamen Strahlkorridor 11 eingespiegelt werden. Dieser Strahlteiler ist hinter dem Projektor 5 bzw. dem zugehörigen Objektiv 6 angeordnet; bezüglich des von der Projektionswand 12 zurücklaufenden Lichtes ist der Strahlteiler 14 vor dem Sensor 7 angeordnet. Einer der beiden Einrichtungen, nämlich Projektor 5/6 und Sensor 7 ist gleichachsig zu diesem gemeinsamen Strahlkorridor 11 angeordnet, wogegen die andere der beiden genannten Einrich'tungen über den Strahlteiler 14 quer zu dem Strahlkorridor angeordnet ist.
  • Um an dem Strahlteiler 14 möglichst wenig Lichtenergie zu verlieren, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der vom Projektor 5 ausgesandte Lichtstrahl im unmittelbaren Bereich vor dem Strahlteiler 14 quer zum gemeinsamen Strahlkorridor 11 angeordnet und die spiegelnde Fläche 15 des Strahlteilers auf eine dem Querschnitt (Durchmesser d) des Lichtstrahles entsprechende kleine Fläche beschränkt und ansonsten voll lichtdurchlässig ausgebildet ist; die Eintrittsöffnung des gleichachsig zum Strahlkorridor 11 angeordneten Fernrohrobjektives 8 ist wesentlich größer als die spiegelnde Fläche 15 ausgeführt und fängt Licht auf einer relativ großen konzentrisch zum Strahlteiler 14 liegenden Fläche ein. Die spiegelnde Fläche 15 des Strahlteilers kann vollspiegelnd ausgeführt werden, wodurch die Lichtverluste beim ausgesendeten Lichtstrahl nahezu gleich Null sind und das zurücklaufende Licht nur durch den kleinen vom Strahlteiler 14 eingenommenen Flächenanteil der Gesamtquerschnittsfläche der Eintrittslinse des Fernrohres beschränkt ist. Der Strahl- teiler 14 kann als geneigt angeordnete planparallele Glasplatte mit einem kleinen spiegelnden ovalen Fleck oder als ein entsprechendes insgesamt würfelförmiges Doppelprisma mit geneigter spiegelnder Fläche ausgebildet sein. Stattdessen kann jedoch auch - wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 gezeigt - der Strahlteiler 14 in Form eines kleinen auf der Mitte der vordersten Linse des Fernrohrobjektives aufgeklebten Spiegels ausgebildet sein. Der Spiegel und dessen Halterung besteht im wesentlichen lediglich aus einem runden, an der Vorderseite unter 450 abgeschliffenen Glasstabes, bei dem die Schrägfläche gleichzeitig als Spiegel ausgebildet ist. Zur Justage der Umfangslage des Spiegels bzw. seiner Normalrichtung ist zweckmäßigerweise das Fernrohrobjektiv-8 als Ganzes oder zumindest dessen vorderste Linse konzentrisch zur Fernrohrachse drehbar gelagert. Dadurch kann die Umfangslage des Lichtfleckes 13 auf der Projektionswand relativ zur optischen Achse des Fernrohrobjektives eingestellt werden. Um auch den Abstand des Lichtfleckes von der optischen Achse einstellen zu können, muß der Winkel zwischen dem querliegenden Teil des Lichtstrahles 10 und dem Strahlkorridor 11 ebenfalls in Grenzen einstellbar sein.Um nun nicht den gesamten Projektor 5 mit seinem Objektiv 6 in seiner Winkellage zum Strahlkorridor justieren zu müssen, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Projektor 5 parallel neben dem Fernrohrobjektiv mit einem definierten Abstand a zwischen der optischen Achse des Fernrohrobjektives und der Achse des vom Projektor unmittelbar ausgesandten Lichtstrahles angeordnet ist; in dieser Stellung ist der Projektor unbeweglich innerhalb der Meßeinrichtung 3 befestigt. Um dennoch die Strahlrichtung des quer verlaufenden Strahlteilers in Grenzen einstellen zu können, ist auf der Höhe des Strahlteilers 14 ein den Strahl ablenkender Spiegel 17 schwenkbar aufgehängt, wobei dessen quer zu den optischen Achsen stehende Schwenkachse 18 - vom Projektor aus gesehen - jenseits des Fernrohrobjektives 8 liegt und von dessen optischer Achse genauso weit entfernt ist (Maß a), wie der vom Projektor ausgesandte Lichtstrahl. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß trotz einer Lageveränderung des Umlenkspiegels 17 bei seiner Neigungseinstellung der quer abgelenkte Lichtstrahl stets auf die kleine spiegelnde Fläche 15 des Strahlteilers 14 fällt. Der Umlenkspiegel 17 kann mittels der Einstellschraube 16 und einer Rändelmutter in der Lage und somit auch in der Neigung verstellt werden. Um die genaue konzentrische Lage des die Meßeinrichtung 3 verlassenden Lichtstrahles 10 zur optischen Achse des Fernrohres 8 kontrollieren zu können, ist die Fotodiode 9 konzentrisch zur optischen Achse in vier Quadranten unterteilt, so daß eine etwaige exzentrische Lage des auf ihr abgebildeten Lichtfleckes 13' ermittelt und die Strahllage dementsprechend korrigiert werden kann. Bei dem sektorial 12-fach unterteilten Fotodetektor nach Figur 4 mit jeweils einem gesonderten Ausgang 20 .. 31' für jeden Sektor 20 ... 31 sind die Quadranten dadurch gebildet, daß immer die Ausgänge von drei benachbarten Sektoren über Addierwerke 33 zusammengefaßt sind. Und zwar sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Grenzen der Quadranten gegenüber der Horizontal- bzw. Vertikalrichtung um 450 geneigt. Bei der in Figur 4 unten gezeigten Quadrantenbildung werden die beiden vertikal übereinanderliegenden und die beiden horizontal nebeneinanderliegenden Quadranten bzw. deren Signale jeweils einer Differenzbildung (Subtrahierwerke 34) unterzogen, wodurch ein Höhenlagesignal X z und ein Breitenlagesignal a y gewonnen wird.
  • Bei der in Figur 5 gezeigten Auswertung der Quadrantensignale (hinter den Addierwerken 33) können schwächere Nutz-Lichtsignale oder starke Störlicht-Intensitäten zugelassen werden. Und zwar werden die Ausgänge der vier Quadranten über Addierwerke 33' unterschiedlich kombiniert zu vier verschiedenen diagonal zur Horizontalen liegenden Halb-Räumen und aus einer Differenzbildung dieser Signale (Subtrahierwerke 34) dann entsprechende Lagesignale J y' und z' gewonnen.
  • Da der Lichtstrahl 10 und auch der auf der Projektionswand 12 erzeugte Lichtfleck 13 einen gewissen Durchmesser d hat, dieser Durchmesser jedoch meßtechnisch im Verhältnis zu den Querschnittsabmessungen des Prüfkörpers durchaus ins Gewicht fallen kann, insbesondere dann, wenn sehr genaue Messungen vorzunehmen sind, muß ein Weg gefunden werden, wie stets bei derselben Relativlage zwischen Lichtstrahl und Prüfkörper die Koordinatenerfassung der Traversiereinrichtung 4 angesteuert-wird. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Ausgang des Fotodetektors 9 mit einem Schwellwertgeber 35 verbunden ist (Figur 4), der bei Erreichen einer bestimmten Signalschwelle, beispielsweise 50% des dem vollen Strahlquerschnitt entsprechenden Intensitätssignales, einen Signalimpuls an die Koordinatenerfassung der Traversiereinrichtung 4 weiterleitet Wegen der sektorialen Unterteilung des Fotodetektors 9 in insgesamt zwölf Sektoren mit jeweils einem gesonderten Ausgang sind sämtliche Ausgänge dieser einzelnen Sektoren auf ein Addierwerk 19' geschaltet, dessen Ausgang erst auf den Schwellwertgeber 35 geschaltet ist. Dieser Schwellwertgeber liefert gewissermaßen ein Triggersignal für einen Zeitpunkt, an dem die Lagekoordinaten des Strahles erfaßt werden.
  • Um nicht nur die Strahllage genau erfassen zu können, sondern auch um die ungefähre Richtung der Konturnormalen 37 (Figur 2) im Antastpunkt ermitteln zu können, ist der Fotodetektor - wie bereits erwähnt - mehrfach sektorial unterteilt und jeder der beim dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt zwölf Sektoren 20 ... 31 mit jeweils einem gesonderten-Ausgang 20' ... 31' versehen. Die Anschlüsse 20' ... 31' der Sektoren sind gruppenweise in Addierwerken 19 zusammengefaßt, wobei jeweils etwa die halbe Anzahl benachbarter Sektoren zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Auf diese Weise ist eine der Anzahl der Sektoren entsprechende Anzahl von Gruppen gebildet, wobei die einzelnen Gruppen richtungsmäßig unterschiedlich gelagert sind. Die einzelnen Ausgänge der den Gruppen zugeordneten Addierwerke sind jeweils auf eine Vergleichseinrichtung 32 geschaltet. Diese vergleicht die einzelnen Ausgänge der Addierwerke und sucht das jeweils höchste Signal daraus aus. Entsprechend der Lage des Einganges des höchsten Signales gibt die Vergleichseinrichtung ein entsprechendes Richtungssignal nach außen wenn ter; dieses Richtungssignal gibt in grober Annäherung die Richtung der Konturnormalen 37 im Antastpunkt an. Dieses Richtungssignal ist für ein möglichst rechtwinklig zum Konturverlauf gerichtetes Abtasten der Kontur wichtig.
  • Beispielsweise kann dadurch die Kontur zick-zack-förmig entlang eines schmalen im Konturverlauf folgenden Streifens abgetastet werden. Dadurch kann die Kontur wesentlich schneller erfaßt werden, als wenn die Traversiereinrichtung zeilenweise das gesamte vom Prüfkörper eingenommene Profil abtasten würde. Der Zeitaufwand für das Befahren der Breite des Prüfkörpers kann entfallen, wodurch die Profilermittlung wesentlich rascher vonstatten geht.
  • Wegen des annähernd rechtwinkligen Überschreitens der Konturlinie des Schattenrisses wird auch eine höhere Meßgenauigkeit erzielt, als bei einem sehr spitzwinkligen Verlauf zwischen Traversierrichtung und der Tangente der Kontur des Schattenrisses. Bei einer horizontalen zeilenweisen Abtastung kann beispielsweise die Krümmung im Dachbereich nur sehr unzureichend erfaßt werden, wogegen bei einem zick-zack-förmigen Abtasten der Kontur auch der Dachbereich sehr genau erfaßt wird. Durch genaues Erfassen der Richtung der Konturnormalen kann laufend danach die Antastrichtung bzw. Verschieberichtung der Meßeinrichtung 3 dem Konturverlauf angepaßt werden.
  • Um ein gewisses Störlicht bei der Messung zulassen zu können und nicht den Meßraum während der Messung vollständig abdunkeln und im Dunkeln messen zu müssen, ist es zweckmäßig, wenn mit monochromatischem Licht gearbeitet wird.
  • Wegen der engen Strahlbündelung und der extrem geringen Strahlaufweitung des Lichtstrahles 10 empfiehlt sich ohnehin die Verwendung von Laserlicht, dessen Licht monochromatisch ist. Um noch einen stärkeren Schutz gegen Störlichteinfluß zu bekommen, kann im oder am Projektor 5 eine Einrichtung zur definierten und hochfrequenten Modulation der Intensität des vom Projektor ausgesandten Lichtstrahles vorgesehen sein. Im Ausgang des Fotodetektors 9 ist dann eine Einrichtung zur Demodulation der Intensität des zurücklaufenden Lichtes angeordnet. rn der Signalauswertung ist ferner eine weitere Einrichtung vorgesehen, die nur Signale gleicher Modulationsfrequenz berücksichtigt und andere Lichtanteile, die Störlicht darstellen, unterdrückt.
  • Aufgrund der Streuwirkung der Prüfkörperoberfläche zumindest im Randbereich wird bei konturnah verbleibender Abtastung das auf den Prüfkörper auftreffende Licht weitgehend, zumindest in erkennbarer Weise unterdrückt. Es kann jedoch auch Einsatzfälle geben, bei denen der Prüfkörper auch bis in seinen Randbereich hinein ein ähnliches Reflektionsverhalten hat wie die Projektionswand 12. Um in solchen Fällen das von der Projektionswand zurückkommende Licht von dem vom Prüfkörper zurückkommende Licht unterscheiden zu können, kann die oben erwähnte Einrichtung zur Modulation der Lichtintensität weiter ausgebaut werden um auch Laufzeitunterschiede des Lichtes und somit die Her- kunft des zurücklaufenden Lichtes unterscheiden zu können.
  • Und zwar wird zu diesem Zweck die Modulationsfrequenz derart auf die Laufzeit des Lichtes vom Projektor 5 zur Projektionswand 12 und zurück zum Sensor 9 abgestimmt, daß die Periodendauer der Modulation wenigstens in grober Annäherung in gleicher Größenordnung ist, wie die genannte Laufzeit.
  • Bei Entfernungen zwischen Meßeinrichtung 3 und Projektionswand 12 (Maß A) in der Größe von etwa zehn Metern ergeben sich hier Modulationsfrequenzen im Bereich von etwa 10 bis 50 MHz. Die oben erwähnte Einrichtung zur Demodulation des zurücklaufenden Lichtes müßte zusätzlich eine Einrichtung zur Ermittlung des Phasenunterschiedes zwischen der Modulationsphase des ausgesandten und des zurücklaufenden Lichtes enthalten. In die Signalauswertung wird noch eine Zusatzeinrichtung eingebaut, die alle diejenigen Signale unterdrückt, bei denen der Phasenunterschied nicht der genannten Laufzeit entspricht. Diese Einrichtung kann dann besonders einfach sein, wenn die Periodendauer der Modulationsfrequenz genau mit der genannten Laufzeit übereinstimmt. Bei einer Entfernung zwischen Meßeinrichtung 3 und Projektionswand 12 von zehn Metern würde dies einer Modulationsfrequenz von 30 MHz entsprechen.
  • Neben einer Querschnittsbestimmung von Fahrzeugen ist die Einrichtung auch zweckmäßig zur Ermittlung der Kontur räumlich gekrümmter Rohrleitungen, die manuell ohne Zeichnung angefertigt wurden und von denen nachträglich eine Zeichnung zu fertigen ist.

Claims (13)

  1. Patentansprüche 9 inrichtung zum Messen des Flächeninhaltes der Pro-Jektion eines Prüfkörpers auf eine Ebene, mit einer vor dem Prüfkörper angeordneten, über das gesamte vom Prüfkörper eingenommene Profil in einer quer zur Projektionsrichtung liegenden Traversierebene horizontal und/oder vertikal beweglichen Traversiervorrichtung, die einen Projektor für einen parallel zur Projektionsrichtung ausgerichteten enggebündelten Lichtstrahl trägt, dessen Lage innerhalb der Traversierebene von der Traversiervorrichtung laufend koordinatenmäßig erfaßbar ist, ferner mit einem synchron zum Projektor traversierten, Licht des ausgesendeten und am Prüfkörper vorbeigelangenden Lichtstrahles auffangenden, einen Fotodetektor oder dergleichen enthaltenden Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Prüfkörper (1) eine das gesamte vom Prüfkörper (1) eingenommene Profil überdeckende helle matte Projektionswand (12) quer zur Projektionsrichtung angeordnet ist, daß der mit einem langbrennweitigen Fernrohrobjektiv (8) oder dergleichen versehene Sensor (7) auf der gleichen Seite des Prüfkörpers (1) wie der Projektor (5) angeordnet ist, der mit seinem Fernrohrobjektiv (8) den vom Lichtstrahl (1-0) auf der Projektionswand (12) erzeugten Lichtfleck (13) scharf auf dem Fotodetektor (9) des Sensors (7) abbildet, daß hinter dem Projektor (5) bzw.
    - bezüglich des von der Projektionswand (12) zurücklaufenden Lichtes - vor dem Sensor (7) ein den ausgesendeten (10) und den zurücklaufenden Lichtstrahl gleichachsig zueinander in einen gemeinsamen Strahlkorridor (11) einspiegelnder Strahlteiler (14) angeordnet ist und daß eine von den beiden Einrichtungen, nämlich Projektor (5) und Sensor (7),gleichachsig zu diesem Strahlkorridor (11) und die andere der beiden Einrichtungen (5, 7) über den Strahlteiler (14) quer zu ihm (11) angeordnet ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Projektor (5.) ausgesandte Lichtstrahl (10) im unmittelbaren Bereich vor dem Strahlteiler (14) quer zum gemeinsamen Strahlkorridor (11) angeordnet und die spiegelnde Fläche (15) des Strahlteilers (14) auf einen dem Querschnitt (Durchmesser d) des ausgesandten Lichtstrahles (10) entsprechende kleine Fläche beschränkt und ansonsten voll lichtdurchlässig ausgebildet ist und daß die Eintrittsöffnung des gleichachsig zum gemeinsamen Strahlkorridor (11) angeordneten Fernrohrobjektivs (8) wesentlich größer als die spiegelnde Fläche (15) ausgeführt ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiegelnde Fläche (15) des Strahlteilers (14) vollspiegelnd ausgeführt ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (14) in Form eines kleinen geneigt auf der Mitte der vordersten Linse des Fernrohrobjektives (8) aufgeklebten Spiegels, eines entsprechenden Umlenkprismas oder dergleichen ausgebildet ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor (5) parallel neben dem Fernrohrobjektiv (8) mit einem definierten Abstand (a) zwischen der optischen Achse des Fernrohrobjektives (8) und der Achse des vom Projektor (5) ausgesandten Lichtstrahles (10) angeordnet ist und daß auf der Höhe des Strahlteilers (14) in dem Lichtstrahl (10) des Projektors (5) ein den Lichtstrahl (10) zum Strahlteiler (14) ablenkender schwenkbarer Spiegel (17), Umlenkprisma oder dergleichen angeordnet ist, dessen quer zu den genannten optischen Achsen stehende Schwenkachse (18) - vom Projektor (5) aus gesehen - jenseits des Fernrohrobjektives (8) liegt und von dessen optischer Achse genauso weit entfernt ist, (Maß a), wie der vom Projektor (5) ausgesandte Lichtstrahl (10).
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, daß die Projektionswand (12) mit einer das auftreffende Licht mit einer möglichst geringen Streuung parallel zur Einfallrichtung zurückwerfenden Mikroprismenstruktur versehen ist.
  7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im Sensor (7) enthaltene Fotodetektor (9) gleichmäßig in mehrere Sektoren (20 ... 31) unterteilt ist, deren jeder für sich mit einem nach außen führenden Anschluß (20' ... 31') versehen ist und daß die Anschlüsse (20' ... 31') der Sektoren (20 ... 31) gruppenweise in Addierwerken (19) zusammengefaßt sind, wobei jeweils etwa die halbe Anzahl benachbarter Sektoren zu einer Gruppe zusammengefaßt sind und auf diese Weise eine der Anzahl der Sektoren (20 ... 31) entsprechende Anzahl von in der Richtung unterschiedlich gelagerten Gruppen gebildet ist und daß die Ausgänge der Addierwerke (19) der verschiedenen Gruppen auf eine Vergleichseinrichtung (32) geschaltet sind, die ein der Winkellage der Gruppe mit dem höchsten Signal entsprechendes Richtungssignal für das Ein- oder Auslaufen des Schattens des Prüfkörpers (1) in den Lichtfleck (12) erzeugt.
  8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im Sensor (7) enthaltene Fotodetektor in vier Quadranten unterteilt ist, deren jeder für sich mit einem nach außen führenden Anschluß versehen ist oder daß bei einem feiner sektorial unterteilten Fotodetektor (9) durch gruppenweises Zusammenfassen der Anschlüsse (20'... 31') benachbarter Sektoren (20 ... 31) mittels Addierwerken (33) vier Gruppen nach Art von Quadranten gebildet sind und daß aus den einzelnen Signalen der Quadranten durch geeignete Summen- und/oder Differenzbildung (Subtrahierwerke 34 bzw. Addier- und Subtrahierwerke 33' und 34) Lagesignale für die Höhen- und Breitenlage des auf dem Fotodetektor (9) erzeugten Abbildes (13') des Lichtfleckes (13) gebildet sind.
  9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche bis l bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Fotodetektors (9) mit einem Schwellwertgeber (35) verbunden ist, der bei Erreichen einer bestimmten Signalschwelle einen Signalimpuls an die Koordinatenerfassung der Traversiereinrichtung (4) weiterleitet.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor (5) ein Laserkopf ist.
  11. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Projektor (5) eine Einrichtung zur definiert hochfrequenten Modulation der Intensität des vom Projektor ausgesandten Lichtstrahles (10) vorgesehen ist und daß im Ausgang des Fotodetektors (9) eine Einrichtung zur Demodulation der Intensität des zurücklaufenden Lichtes angeordnet ist und daß ferner eine Einrichtung in der Signalauswertung vorgesehen ist, die nur Signale gleicher Modulationsfrequenz berücksichtigt und andere Lichtanteile unterdrückt.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einrichtung zur Modulation der Lichtintensität die Modulationsfrequenz derart auf die Laufzeit des Lichtes vom Projektor (5) zur Projektionswand (12) und zurück zum Sensor (9) abgestimmt ist, daß die Periodendauer der Modulation wenigstens in grober Annäherung von gleicher Größenordnung ist wie die genannte Laufzeit, daß die Einrichtung zur Demulation zusätzlich eine Einrichtung zur Ermittlung des Phasenutnerschiedes zwischen der Modulationsphase des ausgesandten und des zurücklaufenden Lichtes enthält und daß in der Signalauswertung ferner eine Zusatzeinrichtung zur Unterdrückung derjenigen Signale vorgesehen ist, bei denen der Phasenunterschied nicht der genannten Laufzeit entspricht.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer der Modulationsfrequenz genau mit der genannten Laufzeit übereinstimmt.
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