DE3631187A1

DE3631187A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen des abstandes von markierungen auf messobjekten

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Publication number: DE3631187A1
Application number: DE19863631187
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1986-09-12
Publication date: 1988-03-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen des Abstandes von Markierungen auf Meßobjekten zueinander sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, bei der das Meßobjekt in einem vorbestimmten Abstand zur Vorrichtung positionierbar ist.

Bei der Werkstoffprüfung werden bestimmte Probenobjekte mit geeigneten mechanischen Befestigungsmitteln erfaßt und auseinandergezogen oder zusammengedrückt, wobei auf dem Probenobjekt zueinander beabstandete Markierungen beobachtet werden, und bei Ausführen der Probenprüfung der sich verän dernde Abstand erfaßt wird.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Ausführen der Ver fahren mechanischer Art bekannt, wobei das Probenobjekt zwischen Klauen erfaßt wird und die Klauen mit geeigneten Wegmessern, Meßschiebern oder Potentiometern verbunden sind, die die Veränderung eines Abstandes auf dem Probenobjekt während des Prüfvorganges erfassen. Der Nachteil dieser Meß verfahren und Vorrichtungen liegt darin, daß in die Abstands bestimmung unmittelbar die Masse der das Probenobjekt ergrei fenden Klemm- bzw. Halteorgane, die das Prüfobjekt ergreifen, eingeht, insbesondere wenn der eigentliche Abstandsbestimmungs vorgang sehr schnell vonstatten gehen muß. Das führt insbeson dere dann, wenn präzise Abstandsmessungen ausgeführt werden müssen, zu nicht hinnehmbaren Genauigkeitseinschränkungen. Darüberhinaus sind Schwingungsmessungen von Prüfobjekten, bei denen die zu erfassenden Abstände periodisch oder aperiodisch verändert werden sollen, überhaupt nicht möglich, wenn, bei spielsweise bei Schwingungsmessungen, die Abstände mit hoher Frequenz verändert werden sollen.

Um das Meßergebnis deshalb von der Masse der abstandsverän dernden Einrichtung der Vorrichtung zu entkoppeln, ist schon ein optisches Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens bekannt geworden, bei dem auf dem Probenob jekt angebrachte Markierungen Licht fällt und von dort derart reflektiert wird, daß es auf eine Fotozelle fällt. Erfolgt nun ein Auseinanderziehen oder Zusammendrücken des Proben objektes, wird die Fotozelle mechanisch entsprechend der dann erfolgenden Reflektionswinkeländerung nachgeregelt, wobei die sich demzufolge ergebende Wegdifferenz über Potentiometer oder dgl. mechanisch oder elektrisch ermittelt oder angezeigt wird. Auch dieses bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens haben den Nachteil, daß sie we gen der erforderlichen Nachregelung sehr langsam sind und sie insgesamt eine aufwendige, weil präzise mechanisch arbeiten müssende, Nachstelleinrichtung benötigen, wobei die Vorrich tung aus diesem Grund auch sehr störanfällig ist. Schnelle Schwingungsmessungen lassen sich darüberhinaus mit diesem be kannten Verfahren verständlicherweise überhaupt nicht durch führen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen des Abstandes von Markierungen auf Meßobjekten zu schaffen, das einfach und sicher auch bei zeitlich sich schnell verändernden Abständen zu sicheren und präzisen Meßergebnissen führt und zwar mit sehr hohem Zuverlässigkeitsgrad, wobei die Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens mit einfachen Mitteln aufgebaut und damit kostengünstig hergestellt werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe gem. der Erfindung dadurch, daß bei Ausführung des Verfahrens das Meßobjekt zunächst von mitein ander beabstandeten Markierungen versehen wird, die in einem gegenüber dem übrigen Meßobjekt unterschiedlichen Grad reflek tieren, daß nachfolgend das Meßobjekt in einem vorbestimmten Abstand zu einer Erfaß- und Meßeinrichtung angeordnet und dem Einfluß von Licht ausgesetzt wird, daß das gesamte vom Meßobjekt reflektierte Licht in der Er faß- und Meßeinrichtung mittels einer in geometrische Sensor bereiche aufgeteilten Sensoreinrichtung einerseits zur Er kennung des von den Markierungen und andererseits des vom übrigen Meßobjekt herrührenden reflektierten Lichts derart unterschiedlich erfaßt wird, daß außerhalb einer vorbestimmten Lichtintensitätsschwelle liegenden reflektiertes Licht wenigs tens ein Signal einer ersten Art erzeugt, wobei die örtliche Korrelation der von bestimmten geometrischen Be reichen der Sensoreinrichtung erzeugten Signale der ersten Art ein Maß für den Abstand der Markierungen auf dem Meßob jekt ist.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß im Gegen satz zu den bekannten Verfahren manuell oder mechanisch zu vollführende Ver fahrensschritte, die bisher erhebliche Einschränkungen in bezug auf Meßgenauigkeit und den Umfang der möglichen Mes sungen stark einschränkten, nun nicht mehr erforderlich sind. Selbst die auf dem Meßobjekt anzubringenden Markierungen brauchen nur hinreichend genau zu sein, da das Verfahren zur Bestimmung des Abstandes der Markierungen sich jeweils auf die unmittelbare Schwelle zwischen reflektiertem Licht der Markierungen und dem reflektierten Licht vom übrigen Meßobjekt bezieht.

Die Vorrichtung ist zur Lösung der Aufgabe dadurch gekenn zeichnet, daß diese eine reihenartig in geometrische licht empfindliche Sensorbereiche aufgeteilte Sensoreinrichtung aufweist, auf die vom mit Markierungen versehenen Meßobjekt reflektiertes Licht über eine zwischen Sensoreinrichtung und Meßobjekt angeordnete optische Einrichtung fällt, daß in Ab hängigkeit vom Lichtintensitätsgrad des auf die Sensorberei che einfallenden Reflektionslichtes die die Markierungen erfassenden lichtempfindlichen Sensorbereiche gegenüber den das übrige Meßobjekt erfassenden lichtempfindlichen Sensor bereichen, die dabei elektrische Signale einer zweiten Art erzeugen, elektrische Signale einer ersten Art erzeugt werden, wobei die Signale dabei jeweils in unterschiedlichen Sensor bereichen erzeugt werden und aus dieser Zuordnung der Signale zu bestimmten Sensorbereichen der Abstand der Markierungen von einander durch Ermittlung der Abstände der Signale der ersten Art voneinander erfaßbar ist.

Der Vorteil dieser Vorrichtung gegenüber der bekannten Vor richtung, die bisher auch noch eine manuelle oder mechanische Betätigung bzw. Nachregelung erforderten, daß diese vollstän dig ohne mechanische Betätigungs- und Nachführmittel auskommt. Die Vorrichtung gestattet ohne Umstellung die Messung von statischen Abständen, von sich vergrößernden und sich verklei nernden Abständen ebenso wie von periodisch und aperiodisch mit der Zeit sich verändernden Abständen. Die se Vorrichtung ist somit unmittelbar für Werkstoffprüfungen in bezug auf Druck- und Zugbeanspruchung als auch für sons tige beliebige Anwendungen geeignet, die ein berührungsloses Bestimmen des Abstandes von Markierungen auf Meßobjekten er fordern.

Gem. einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist die optische Einrichtung in Form einer Sammellinse ausge bildet, wobei zusätzlich noch eine Blende vorgesehen werden kann. Die optische Einrichtung kann darüberhinaus auch in Form eines brennweitenveränderlichen Objektivs oder mit unter schiedlichen optischen Eigenschaften in den verschiedenen Ach sen des Objektivs ausgebildet sein, so daß immer ein vorbestim mter fester Abstand des Meßobjekts, unabhängig von seiner Grö ße bzw. von der Größe des Abstandes der auf ihm angebrachten Markierungen, eingehalten werden kann. Vorteilhafterweise sind die lichtempfindlichen Sensorbereiche reihenartig nebeneinander und vorzugsweise aneinandergrenzend angeordnet und sind in vorbestimmter Weise nacheinander zur Erfassung des auf sie auftreffenden Lichts aktivierbar. Grundsätzlich wird die Auflösung des Sensors durch die pro Längeneinheit vorhandenen Sensorbereiche bestimmt, so daß es für bestimmte Anwendungsfälle nicht grundsätzlich erforder lich ist, daß die lichtempfindlichen Sensorbereiche un mittelbar aneinandergrenzend nebeneinander liegen. Wenn aber eine hohe Auflösung, d. h. eine hohe Bestimmungsgenauigkeit der Abstände erforderlich ist, werden vorzugsweise die ein zelnen Sensorbereiche aneinanderliegend nebeneinander ange ordnet. Darüberhinaus können alle Sensorbereiche der Sen soreinrichtung für eine Abstandsbestimmung gleichzeitig aktiviert werden. Der Schaltungs- und Steuerungsaufwand für eine derartige parallele Erfassung aller von den Sensor bereichen erzeugten analogen Signale und ihre Wertung ist aber unvertretbar hoch, so daß vorteilhafterweise die licht empfindlichen Sensorbereiche nacheinander aktiviert werden.

Gem. einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Akti vierung der Sensorbereiche zyklisch durch eine Signalfolge in vorbestimmter Taktfrequenz, wobei es aus Sicherheitsgrün den vorteilhaft ist, die Abstandsbestimmung durch mehrere Aktivierungszyklen erfolgen zu lassen und gfl. bei gering fügig unterschiedlichen Abstandsbestimmungen aus dieser Mehr zahl eine bestimmte auszuwählen.

Die Bestimmung des Abstandes als solchem kann in der Vorrich tung auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise indem durch Tor- oder Diskriminatorschaltungen die Signale der ers ten Art von den Signalen der zweiten Art getrennt werden, wo bei auf vorbestimmte Weise einem bestimmten Sensorbereich ein bestimmter Abstandsort entspricht und einem anderen be stimmten Sensorbereich ein anderer Abstand und aus diesen bekannten Sensorbereichsorten entsprechend den dort erzeugten Signalen der Abstand der Markierungen auf dem Meßobjekt be stimmt wird. Werden aber die Sensorbereiche nacheinander und gfl. mehrfach zyklisch wiederholt aktiviert, ist es vorteilhaft, daß zur Bestimmung des Abstandes der Markierung eine Zählerein richtung bei Erzeugung wenigstens eines ersten Signals ers ter Art eingeschaltet und bei Erzeugung wenigstens eines zweiten, zum ersten Signal erster Art auf vorbestimmte Weise zeitlich beabstandeten zweiten Signals erster Art wenigstens der Zählerinhalt erfaßt wird, wobei der Zählerinhalt dann ein Maß für den Abstand der Markierungen auf dem Meßobjekt ist. Diese im Gegensatz zum Parallelbetrieb der Sensorbe reiche einfache Maßnahme der Abstandsbestimmung gestattet es, den Schaltungsaufwand ohne Einbuße der Genauigkeit der Ab standsbestimmungen erheblich zu reduzieren, wobei lediglich die Taktfrequenz zur Ansprache der Sensorbereiche hin reichend groß sein muß.

Vorteilhafterweise werden wenigstens die während eines Meß zyklus der von der Sensoreinrichtung gelieferten Signale in einer Speichereinrichtung gespeichert, so daß einerseits durch Bewertung der gespeicherten vorangehenden Signale gegenüber den nachfolgenden Signale über die Richtigkeit der einen oder der anderen oder beider Messungen entschie den werden kann. Darüberhinaus ist es auch vorteilhaft, die Speichereinrichtung so groß auszubilden, daß eine vor bestimmbare Mehrzahl von pro Meßzyklus erfaßter Signale gespeichert und nach Abschluß der Messungen bewertet und ein entsprechend vorgegebener Parameter bewertetes Abstands meßergebnis erzeugt werden kann. Darüberhinaus ist es auch möglich, die pro Meßzyklus in die Speichereinrichtung ein gelesenen Signale später statistisch zu betrachten, d. h. sie nicht sofort zu bewerten.

Da das von der Sensoreinrichtung bzw. von den sie bildenden Sensorbereichen gelieferte Analogsignal unmittelbar eine Funktion der Intensität des auf die Sensorbereiche fallen den Lichts ist, ist es vorteilhaft, als Signal der ersten Art nur ein über einem vorbestimmten Spannungspegel liegen des Signal zu erzeugen und/oder auszuwerten. Grundsätzlich ist es zwar möglich, jedes einzelne von den Sensorbereichen kommende Analogsignal über einen Analog-Digital-Wandler um zuformen und als digitale Information dann zu speichern und zu verarbeiten, es ist jedoch dafür ein verhältnismäßig hoher Schaltungsaufwand erforderlich, der nur in Ausnahmefällen bei hoch-genau zu bestimmenden Abständen und geringfügig unterschiedlichen Lichtreflektionsgraden zwischen den Markie rungen auf dem Meßobjekt und dem übrigen Meßobjekt erforder lich sein wird.

Da es bei bestimmten Abstandsbestimmungen erforderlich sein kann, die Abstände zwischen zwei Markierungen bezogen auf den unmittelbaren Abstand des Mittelpunktes der einen Markierung zum Mittelpunkt der anderen Markierung zu be stimmen, wird vorteilhafterweise bei einer Mehrzahl von von unmittelbar in einer Reihe benachbarten Sensorbereichen er zeugten Signalen der ersten Art einem im wesentlichen in der Reihenmitte liegenden Sensorbereich ein signifikantes Anfang- und/oder Endsignal der Signale der ersten Art zu geordnet, wobei dafür grundsätzlich bekannte festverdrahtete Schaltungselemente einsetzbar sind. Diese Bestimmung des Mittelpunktes der Markierung kann aber auch einer späteren Auswertung und Bewertung gespeicherter Sensorsignale der ersten und zweiten Art vorbehalten bleiben.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung wird die Sensoreinrichtung aus einem integrierten Schaltkreis des CCD-Typs (Charge Coupled Device) gebildet. Es sei je doch hervorgehoben, daß grundsätzlich zur Ausbildung der Sensoreinrichtung auch andere lichtempfindliche Bauelemen te, gfl. auch diskret nebeneinander angeordnete optisch empfindliche Bauelemente dafür vorgesehen werden können. Der Schaltkreis des CCD-Typs hat jedoch gegenüber diesen Bauelementen den Vorteil, daß infolge der extrem hohen Packungsdichte der lichtempfindliche Bereich dort extrem hohe Auflösungsgrade erreichbar sind, wobei derartige in tegrierte Schaltkreise darüberhinaus keinen wesentlichen zusätzlichen Schaltungsaufwand erfordern.

Gem. einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vor richtung erfolgen die Aktivierungs- und Steuerfunktionen durch eine Rechnereinrichtung, die beispielsweise in Form eines Microprozessors ausgebildet sein kann. Sämtliche Steuerfunktionen können auf diese Weise bei extrem vermin derten fest verdrahteten Schaltungsteilen sehr flexibel ge handhabt werden.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgen den schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbei spiels eingehend beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1a die Vorrichtung und ein mit zwei Markierungen versehenes und zur Vorrichtung beabstandetes Meßobjekt,

Fig. 1b in vergrößerter Darstellung einen prinzipiellen Aufbau der Sensoreinrichtung, die aus einer Mehr zahl von unmittelbar nebeneinander angeordneten Sensorbereichen besteht,

Fig. 2a beispielhaft ein Diagramm zur Darstellung der Steuer- und Sensorsignale und

Fig. 2b eine Folge aus Sensorsignalen der ersten und zwei ten Art, wobei aus den Signalen der ersten Art das jeweils mittlere als signifikantes Signal zur Festlegung des Markierungsmittelpunktes auswählbar ist.

Die Vorrichtung 10 zur Ausführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einer Sensoreinrichtung 15, einer im Strahlen gang vor der Sensoreinrichtung 15 angeordneten optischen Ein richtung 17, die hier beispielhaft in Form einer Sammellinse ausgebildet ist, einer Blende 21, die im Strahlengang zwischen der Sensoreinrichtung 15 und der optischen Einrichtung 17 aus gebildet ist und einer Steuereinrichtung 23, die auf geeignete Weise mit der Sensoreinrichtung 15 verbunden ist.

Zwischen der Sensoreinrichtung 15 und der Steuereinrichtung 23 ist eine Diskriminatoreinrichtung 26 angeordnet, die eingehend noch weiter unten beschrieben wird. Es sei hervorgehoben, daß die optische Einrichtung 17 hier nur beispielhaft mit einer Sammellinse angegeben ist. Es ist grundsätzlich denkbar, als optische Einrichtung auch eine solche zu verwenden, bei der die Brennweite variabel eingestellt werden kann, so daß für verschieden große Meßobjekte mit verschieden großen Abständen ohne Veränderung der eigentlichen Vorrichtung 10 untersucht werden können.

Im wesentlichen rechtwinklig zum Strahlengang der optischen Einrichtung und der Sensoreinrichtung 16,der hier durch die strichpunktierte Linie 170 dargestellt ist, ist ein Meßobjekt angeordnet, auf dem zwei Markierungen 12, 13 angeordnet sind. Der Abstand beider Markierungen 12, 13 voneinander ist hier lediglich aus Darstellungsgründen unmittelbar in die Mitte der Markierungen 12, 13 gelegt und mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet. Das Meßobjekt 11 ist darüberhinaus hier auf ei nem Untergrund 110 befestigt und wird auf der dem Untergrund 110 gegenüberliegenden Seite entsprechend der durch den Pfeil dargestellten Zugrichtung 111 gezogen, so daß infolge einer Zugbewegung der Abstand 20 vergrößert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der Abstand 20 der Markierungen 12, 13 auch dann von der Vorrichtung 10 ermittelt werden kann, wenn die Zugbewegung 111 in eine Druckbewegung geändert wird und sich infolgedessen der Abstand 20 verkleinert. Darüberhinaus sind auch Abstandsbestimmungen möglich, wenn das Meßobjekt 11 peri odisch oder aperiodisch mit der Zeit auseinandergezogen bzw. zusammengedrückt wird, d. h. es können auch hochfrequente Schwingungsmessungen durchgeführt werden.

Die Sensoreinrichtung 15 ist in vergrößertem Maßstab in Fig. 1b dargestellt und besteht aus einer Mehrzahl von reihenartig nebeneinander angeordneten Sensorbereich 16 _{1 . . . n}. Es ist zwar zweckmäßig, die einzelnen Sensorbereiche 16 _{1 . . . n} unmittelbar nebeneinander anzuordnen, wenn hohe Meßauflösungen mit der Vorrichtung 10 erreicht werden soll, es ist aber auch denkbar, wenn diese Forderung nicht besteht, die einzelnen Sensorbereiche 16 _{1 . . . n} geringfügig voneinander beabstandet auszubilden. Die in Fig. 1b dargestellte Art der Ausbildung der Sensoreinrichtung 15 ist dann typisch, wenn als Sensoreinrichtung 15 ein integrierter Schaltkreis des CCD-Typs (Charge Coupled Device) verwendet wird, wobei hier auf geringstem Abstand bis zu 8291 Sensorbereiche nebeneinander angeordnet sind.

Die Steuereinrichtung 23 umfaßt wenigstens eine Zählerein richtung 24 sowie eine Speichereinrichtung 25 und ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Rechnereinrichtung 27, die beispielsweise ein Microprozes sor sein kann, verbunden. Die Rechnereinrichtung 27 kann auf bekannte Weise sämtliche Steuerfunktionen der Vorrich tung 10 übernehmen, wobei durch die Steuerung der Vorrich tung 10 mittels einer Rechnereinrichtung größtmögliche Flexibilität in bezug auf Änderungen der Steueralgorithmen möglich ist, indem beispielsweise unterschiedliche Steuer programme lediglich durch Austausch von PROMs möglich sind.

Grundsätzlich ist es jedoch nicht zum bestimmungsgem. Be trieb der Vorrichtung 10 erforderlich, daß diese mit einer Rechnereinrichtung gesteuert ist, vielmehr ist es auch mög lich, diese Steuerfunktionen durch festverdrahtete Schal tungseinrichtungen ausführen zu lassen.

Die einzelnen Sensorbereiche 16 _1...n der Sensoreinrichtung 15 sind alle auf hier nicht im einzelnen dargestellte Weise mit dem Diskriminator 26 verbunden und können durch von der Steuereinrichtung 23 erzeugte Steuerbefehle nacheinander aktiviert werden, wobei die von ihnen gelieferten Analogsig nale in dem Diskriminator 26 dahingehend untersucht werden, ob sie oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Spannungs pegels liegen. Dazu umfaßt der Diskriminator 16 eine hier nicht gesondert dargestellte Analog-Comparator-Einrichtung.

Fällt Licht in Fig. 1a, durch den geschwungenen Pfeil dar gestellt, auf das Meßobjekt 11, wird von diesem Licht zurück reflektiert und fällt als Reflektionslicht über die optische Einrichtung 17 auf die Sensoreinrichtung 15, was symbolisch durch die gestrichelten Linien 171 dargestellt ist. In Ab hängigkeit vom Lichtintensitätsgrad des auf die einzelnen Sensorbereiche 16 _{1 . . . n} einfallenden Reflektionslicht 171 erzeugen die die Markierungen 12, 13 dabei erfassenden lichtempfindlichen Sensorbereiche, beispielsweise 16 _{h, i, j}; 16 _{k, l, m} gegenüber den das übrige Meßobjekt 11 erfassenden lichtempfindlichen Sensorbereichen 16 _{1 . . . h-1}; 16 _{j + 1 . . . k-1}; 16 _{m + 1 . . . n}, die dabei elektrische Signale 19 einer zweiten Art erzeugen, elektrische Signale einer ersten Art. Aus der Zuordnung der Signale 18, 19 zu bestimmten Sensorbereichen 16 _{1 . . . n} ist der Abstand 20 der Markierungen 12, 13 voneinander durch Ermittlung der Abstände der Signale 18 _{h, i, j}; 18 _{k, l, m} der ersten Art voneinander erfaßbar.

Die zyklische Aktivierung der Sensorbereiche 16 _{1 . . . n} kann durch eine Signalfolge 22, vgl. Fig. 2a, in vorbestimmter Taktfrequenz erfolgen, wobei jeder Zyklus durch ein Start-Signal 28 erfolgen kann. Die vom Diskriminator 26 als oberhalb eines vorbestimmten Spannungspegels liegend erkannten Signale 18 der ersten Art setzen die Zählereinrichtung 24 in Gang, die von Zählimpulsen 29 getaktet wird, wobei die Frequenz der Zählimpulse 29 der Aktivierungsfrequenz der Sensoreinrichtung 15 bzw. der Sensorbereiche 16 _{1 . . . n} entspricht.

Wird nun nachfolgend beim weiteren Durchlaufen der Sensorbe reiche 16 _1...n nochmals ein Signal 18 der ersten Art vom Diskriminator 26 erkannt, wird mit diesem Signal 18 die Zählereinrichtung 24 angehalten, wobei einstellbar ist - durch Hard- oder Software - nach wie vielen Taktzyklen erstmals ein Signal erster Art zur Abschaltung führen soll. Hierdurch wird verhindert, daß z.B. bei ungleichmäßigen Markierungen am unte ren und/oder oberen Rand, ein Ausschalten erfolgt. Der Zähler stand der Zählereinrichtung 24 ist dann das Maß für den Abstand 20 der beiden Markierungen 12, 13 auf dem Meßobjekt 11.

Die zwischen den beiden Markierungen 12, 13 liegenden Bereiche des Meßobjekts 11, die das Licht in einem gegenüber den Mar kierungen 12, 13 andersartigen Lichtintensitätsgrad reflektieren, erzeugen bei der hier beschriebenen Ausführungs form der Vorrichtung 10 keine Signale, die von dem Diskrimi nator 26 als oberhalb einer vorbestimmten Spannungsschwelle liegend erkannt werden. Diese Signale 19 zweiter Art, die in Fig. 2a lediglich mit minimalen Amplituden dargestellt sind, können somit von der Zählereinrichtung 24 nicht als Start/ Stop-Signale erkannt werden.

Die Vorrichtung 10 kann aber auch so betrieben werden, daß sämtliche pro Aktivierungszyklus erzeugten Signale 18, 19 in einer Speichereinrichtung 25 zunächst gespeichert werden, wobei zunächst die von der Sensoreinrichtung 15 erzeugten analogen Signale in digitale Signale über eine hier nicht gesondert dargestellte Analog-Digital-Wandlereinrichtung umgeformt werden müssen. Die in der Speichereinrichtung ge speicherte Mehrzahl von Sensorsignalen kann dann später an hand vorbestimmter Parameter anhand der Rechnereinrichtung ausgewertet und bewertet werden. Darüberhinaus ist es auch denkbar, sowohl eine erste Auswertung über die vorbeschrie bene Zählereinrichtung 24 auszuführen und gleichzeitig die ermittelten Sensorsignale in die Speichereinrichtung 25 einzulesen und diese für eine spätere genaue Analyse be reitzuhalten.

Das Letztere kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn es darauf ankommt, den Abstand 20 unmittelbar auf die Mitte der Markierungen 12, 13 zu beziehen. Dabei wird dann pro Sensoraktivierungszyklus bei einer Mehrzahl von von unmittelbar in einer Reihe benachbarten Sensorbereichen 16 _{h, i, j} erzeugten Signale 18 _{h, i, j} der ersten Art einem in wesentlichen in der Reihenmitte liegenden Sensorbereich 16 _i; 16 _l ein signifikantes Anfangs- und/oder Endsignal der Signale 18 _i; 18 _l der ersten Art zugeordnet, vgl. insbesondere Fig. 2b.

Diese Art der Bestimmung der Mitte der Markierungen 12, 13 kann natürlich auch durch festverdrahtete, hier nicht er sondert dargestellte Schaltungsteile erfolgen.

Schließlich sei noch erwähnt, daß mit der Vorrichtung 10 selbstverständlich nicht nur zwei Markierungen 12, 13 auf einem Meßobjekt erfaßt und deren Abstand 20 erfaßt werden kann. Vielmehr ist es unter Zugrundelegung des voranbe schriebenen Verfahrensablaufs und dem Gesamtaufbau der Vorrichtung 10 ohne weiteres möglich, pro Meßzyklus eine über zwei hinausgehende, nahezu unbeschränkte Vielzahl von Abständen auf dem Meßobjekt 11 zu erfassen. Weder die Vorrichtung 10 noch der Verfahrensablauf erfahren dabei grundsätzliche Änderungen.

Bezugszeichenliste 10 Vorrichtung
11 Meßobjekt
110 Untergrund
111 Zugrichtung
12 Markierung
13 Markierung
14 Abstand
15 Sensoreinrichtung
16 Sensorbereich
17 optische Einrichtung
170 Strahlengang
171 Reflektionslicht
18 Signal (erster Art)
19 Signal (zweiter Art)
20 Abstand
21 Blende
22 Signalfolge zur Aktivierung
23 Steuereinrichtung
24 Zählereinrichtung
25 Speichereinrichtung
26 Diskriminator
27 Rechnereinrichtung
28 Startsignal
29 Zählimpuls

Claims

1. Verfahren zum berührungslosen Bestimmen des Abstandes von Markierungen auf Meßobjekten zueinander, dadurch ge kennzeichnet, daß

a) das Meßobjekt mit voneinander beabstandeten Mar kierungen versehen wird, die in einem gegenüber dem übrigen Meßobjekt unterschiedlichen Grad Licht re flektieren,
b) nachfolgend das Meßobjekt in einem vorbestimmten Ab stand zu einer Erfaß- und Meßeinrichtung angeordnet und dem Einfluß von Licht ausgesetzt wird,
c) das gesamte vom Meßobjekt reflektierte Licht in der Erfaß- und Meßeinrichtung mittels einer in geometri sche Sensorbereiche aufgeteilten Sensoreinrichtung einerseits zur Erkennung des von den Markierungen und andererseits des vom übrigen Meßobjekt herrühren den reflektierenden Lichts derart unterschiedlich er faßt wird, daß außerhalb einer vorbestimmten Lichtin tensitätsschwelle liegendes reflektiertes Licht wenigs tens ein Signal einer ersten Art erzeugt, wobei
d) die örtliche Korrelation der von bestimmten geometri schen Bereichen der Sensoreinrichtung erzeugten Signa le der ersten Art ein Maß für den Abstand der Markie rungen auf dem Meßobjekt ist.

2. Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen des Abstandes von Markierungen auf Meßobjekten zueinander, wobei das Meß objekt in einem vorbestimmbaren Abstand zur Vorrichtung po sitionierbar ist, zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine reihenartig in geo metrische lichtempfindliche Sensorbereiche (16) aufgeteilte Sensoreinrichtung (15) aufweist, auf die vom mit Markierungen (12, 13) versehenen Meßobjekt (11) reflektiertes Licht über eine zwischen Sensoreinrichtung (15) und Meßobjekt (11) an geordnete optische Einrichtung (17) fällt, daß in Abhängig keit vom Lichtintensitätsgrad des auf die Sensorbereiche (16) einfallenden Reflektionslichtes die die Markierungen (12, 13) erfassenden lichtempfindlichen Sensorbereiche (16) gegenüber den das übrige Meßobjekt (11) erfassenden licht empfindlichen Sensorbereichen (16) die dabei elektrische Sig nale (19) einer zweiten Art erzeugen, elektrische Signale (18) einer ersten Art erzeugen, wobei die Signale (18, 19) dabei in unterschiedlichen Sensorbereichen (16) erzeugt werden und aus dieser Zuordnung der Signale (18, 19) zu bestimmten Sen sorbereichen (16) der Abstand (20) der Markierungen (12, 13) voneinander durch Ermittlung der Abstände der Signale (18) der ersten Art voneinander erfaßbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (17) eine Sammellinse und/oder eine Blende (21) ist.

4. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Sen sorbereiche (16) reihenartig nebeneinander angeordnet sind und in vorbestimmter Weise nacheinander oder gleichzeitig zur Erfassung des auf sie auftreffenden Lichts ansprechbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprache zyklisch durch eine Signalfolge (22) in vor bestimmter Taktfrequenz erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählereinrichtung (24) bei Erzeugung wenigstens eines ersten Signals (18) erster Art eingeschaltet und bei Erzeugung wenigstens eines zwei ten, zum ersten Signal (18) erster Art auf vorbestimmte Weise zeitlich beabstandeten zweiten Signals (18) erster Art wenigstens der Zählerinhalt erfaßt wird, wobei der Zählerinhalt ein Maß für den Abstand (20) der Markierungen (12, 13) auf dem Meßobjekt ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die während eines Meßzyklus von der Sensoreinrichtung (15) gelieferten Signale (18, 19) in einer Speichereinrichtung (25) gespeichert werden.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Signal (18) erster Art nur ein über einem vorbestimmten Spannungspegel liegendes Signal erzeugt und/oder ausgewertet wird.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Mehrzahl von von unmittelbar in einer Reihe benachbarten Sensorbereichen (16) erzeugten Signalen (18) der ersten Art einem im wesentlichen in der Reihenmitte liegenden Sensorbereich (16 _i; 16 ₁) ein signifikantes Anfangs- und/oder Endsignal der Signale (18 _i; 18 ₁) der ersten Art zugeordnet wird.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (15) aus einem integrierten Schaltkreis des CCD-Typs (Charge Coupled Device) besteht.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungs- und Steuerungs funktion der Vorrichtung (10) durch eine Rechnereinrichtung (27) erfolgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtung (27) durch einen Microprozessor gebildet wird.