DE3704960A1

DE3704960A1 - Verfahren zum optischen abtasten eines objektes und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3704960A1
Application number: DE19873704960
Authority: DE
Inventors: Gebhard Birkle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-02-17
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1988-08-25
Also published as: DE3704960C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Abtasten eines Objektes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Um Objekte und deren Oberflächen optisch zu erkennen oder zu messen, sind mechanische Lichtablenker mit Winkelablenkung und lineare Lichtablenker bekannt. Dabei ist eine Relativbewegung zwischen dem Licht und der abzutastenden Oberfläche zwingend erforderlich, wenn in der x-y-Ebene eine Wirkung oder eine Veränderung wahrgenommen werden soll. Zum Stand der Technologie der Ablenksysteme für Licht sei auf die Veröffentlichung von Klaus Tradowsky, "Stand der Technologie der Ablenksystem für Licht", Berlin, November 1980 und: "Möglichkeiten zukünftiger Entwicklungen von Lichtablenksystemen in Industrie- und Forschung", Berlin, Juni 1981, beide veröffentlicht durch das VDI-Technologie-Zentrum, physikalische Technologien, 4000 Düsseldorf, verwiesen.

Prinzipiell sind bei der optischen Objektabtastung die Methoden der berührungslosen und der berührungsaktiven Abtastung zu unterscheiden. Die verschiedenen Methoden der berührungslosen optischen Objektabtastung lassen sich ordnen in beleuchtungs- bzw. senderseitige Bildpunktdefinition, zum Beispiel mittels Lasercanner, und in sensor- bzw. empfängerseitige Bildpunktdefinition, zum Beispiel mittels Videoröhren. Je nach dem Zweck können diese beiden Methoden in verschiedener Weise auch kombiniert werden.

Derartige Geräte und weitere Module zur Visualisierung, Speicherung und Verarbeitung der optisch-elektrisch gewandelten Signale bilden geschlossene Erkennungssysteme. Ein angepaßtes Erkennungssystem ist schließlich in seinen Teilfunktionen auf einen Objektbereich und dessen relevante Zustandsvarianten abgestimmt und durch eine kriterienspezifische Signalverarbeitung ausgezeichnet. Dabei können verschiedenste Objekte, deren Eigenschaften und Zustände von der optischen Erscheinung abgeleitet werden, was vor allem dann der Fall ist, wenn in selektiver Weise die Wechselwirkung von Materie und elektromagnetischer Strahlung mit adäquater Optik, Sensorik und Signalverarbeitung zum Einsatz kommt. Dabei lassen sich an Eigenschaften und Zuständen beispielsweise Objektpräsenz, Gestalt und Maße, Position und Lage, Bewegung, Geschwindigkeit und Richtung, Materialstruktur, Farbe, Temperatur, Aggregatzustand u. a. an vielen Objekten schnell und quantitativ erkennen.

Bei der berührungsaktiven oder quasi berührungsaktiven Objektabtastung übernimmt der Lichtleiter gleichermaßen die Lichtleitung zum Objekt und die Empfangsleitung zum Sensor, wie auch die Funktion der Bildpunktdefinition. Besonders in Verbindung mit der flexiblen Lichtleitfaser wird der Anwendungsbereich angepaßter Erkennungssysteme um ein variantenreiches Abtastprinzip erweitert, z. B. bei der Erkennung von Strichcodes oder beim Einsatz von OCR-Leseeinrichtungen (Optical Character Recognition).

Eine Objektberührung oder Quasi-Berührung mittels eines festen Lichtleiters ist jedoch in vielen Anwendungsbereichen nicht möglich. In kritischer Umgebung, beispielsweise durch hohe Temperatur, Feuchtigkeit oder durch aggressive Medien, wie Staub, Rauch, Dampf, Störlicht oder Radioaktivität oder bei störenden Oberflächenbelägen, hervorgerufen durch Flüssigkeit, Staub, Schaum oder anderes, ist der Einsatz von festen Lichtleitern nicht möglich. Ebenso scheidet die Anwendung fester Lichtleiter aus bei der optischen Objektabtastung von Objekten mit kritischer Konsistenz oder Geometrie wie pulvrige oder körnige Produkte, Produkte mit faseriger Oberflächenstruktur, bei sekretierenden organischen Substanzen oder auch bei Flüssigkeiten angereichert mit Schwebstoffen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Abtasten eines Objektes zu schaffen, welches beispielsweise durch eine berührungslose Abtastung oder durch berührungsaktive Abtastung mittels eines festen Lichtleiters nicht abgetastet werden kann, weil sich das Objekt in kritischer Umgebung befindet oder mit störenden Oberflächenbelägen behaftet ist oder eine Konsistenz oder Geometrie aufweist, die eine berührungslose oder berührungsaktive Abtastung festem Lichtleiter nicht zuläßt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Verfahrens nach Patentanspruch 1. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 4 und 17 gekennzeichnet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung besitzt den hervorragenden Vorteil, daß mit dieser eine optische Objektabtastung auch bei den Applikationen möglich ist, bei denen bisher eine berührungslose Abtastung oder eine berührungsaktive Abtastung mittels eines festen Lichtleiters nicht möglich ist.

Denn der "Witz" der Erfindung besteht darin, daß als Lichtleiter die Kombination eines festen Lichtleiters mit einem flüssigen Lichtleiter dient, in den das Senderlichtbündel bzw. -lichtstrahl in einer Koppelstation eingekoppelt wird und nun gemeinsam mit dem Flüssigkeitsstrahl auf die Oberfläche des abzutastenden Objektes geleitet wird, wobei nach den Auftreffen des Flüssigkeitsstrahls im Auftreffpunkt das Senderlicht mindestens zum Teil reflektiert und innerhalb des Flüssigkeitsstrahls, nunmehr entgegen der Fließrichtung, zurückgeleitet und aus dem Flüssigkeitsstrahl ausgekoppelt wird. Innerhalb der Koppelstation wird vorteilhaft der Brechungsindex der Flüssigkeit berücksichtigt, beispielsweise durch eine entsprechende Wahl und Ausgestaltung einer fokussierenden Optik als Koppelstation. Diese Art und Weise der Objektabtastung ist somit eine berührungsaktive Objektabtastung, wobei der abtastende Lichtleiter ein mehr oder weniger feiner Flüssigkeitsstrahl ist, dessen Flüssigkeit regeneriert oder verloren gehen kann.

Mittels des Flüssigkeitsstrahl als Lichtlichter kann die berührungsaktive Objektivabtastung in kritischer Umgebung erfolgen, beispielsweise bei hoher Temperatur, Feuchtigkeit, bei aggressiven Medien, wie Staub, Rauch, Dampf oder Störlicht oder auch bei Vorhandensein von Radioaktivität. Die Erfindung ist insbesondere prädestiniert zur optischen Objektabtastung von Objekten mit störenden Oberflächenbelägen, die mittels eines Flüssigkeitsstrahls eine Zeit lang oder dauernd entfernt werden können. Beispielsweise wird durch den Auftreffdruck des Flüssigkeitsstrahls von der Oberfläche des Objektes dort befindliche Flüssigkeit, Staub oder Schaum weggewaschen.

Gleichermaßen ist mit der Erfindung die Abtastung von Objekten mit kritischer Konsistenz oder Geometrie möglich, beispielsweise die Abtastung von pulvrigem oder körnigem Material oder Schüttgütern, von Objekten mit faseriger Oberstruktur, von sekretierenden organischen Substanzen oder von Flüssigkeiten mit Schwebstoffen.

Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise zur lokalen Inspektion von radioaktiven Bauteilen geeignet, die sich im nassen Milieu innerhalb eines Strahlschutzbereiches befinden. Dabei lassen sich die lokale Oberflächenbeschaffenheit und die Temperatur erkennen. Ebenso kann die Erfindung bei der Naßbehandlung von reprotechnischen Materialien eingesetzt werden, die sich in einem Milieu wie Nässe, Lauge, Schaum oder in einer abgekapselten Bearbeitungslinie befinden, wobei als Erkennungskriterien densitometrische Größen detektiert werden.

Gleichermaßen läßt sich die Erfindung bei der chemischen Behandlung von textilen Stoffen in einer Bearbeitungslinie einsetzen, wobei hier das Milieu aus Dampf, Nässe, Lauge oder Schaumblasen bestehen kann. Als Erkennungskriterien werden die Stoffdehnung an verschiedenen Orten der Behandlungsstrecke über der Bahnbreite oder die Farbe oder sonstige Fehler, Farbfehler oder Webfehler, detektiert.

Insbesondere kann die Erfindung überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo eine Kühlemulsion, die mit feinkörnigen Materialresten, wie Metallreste, angereichert ist, den unmittelbaren Bearbeitungsort des Objektes bedeckt und abdeckt, wie das bei der spanabhebenden Bearbeitung von Objekten in weiten Bereichen der Technik der Fall ist. Hier können Risse, Abplatzungen oder sonstwie fehlerhafte Materialbearbeitungen direkt am Ort des Eingriffs des spanabhebenden Werkzeugs beobachtet und detektiert weden, indem die Kühlemulsion durch den Flüssigkeitsstrahl weggedrückt und der Bearbeitungspunkt dadurch freigelegt wird.

Desweiteren ist die Erfindung vorteilhaft bei der Kettfadenschlichtung in einer Bearbeitungslinie beim Quetschen der Fadenlage mittels Kalander einsetzbar, wobei hier ebenfalls das Milieu Dampf, Nässe oder gelöste Substanzen sein können und als Erkennungskriterien ein gerissener Einzelfaden detektiert wird, der den Kalander umwickelt.

In vorteilhafter Weise bestimmt der Flüssigkeitsstrahl Größe und Lage des Abtastpunktes auf dem Objekt, wobei sichergestellt sein muß, daß die eingesetzte Flüssigkeit bezüglich der Wellenlänge des verwendeten Lichtes lichtleitend ist. Der flüssige Lichtleiter kann somit zugleich als Lichtleiter zum Objekt und als Rückleiter des reflektierten Lichtes zur Signalverarbeitung dienen.

Prinzipiell ist es auch möglich, das Senderlicht außerhalb des Flüssigkeitsstrahls auf den Auftreffpunkt desselben auf dem Objekt zu richten und nur innerhalb des Auftreffpunktes reflektiertes Licht in den Flüssigkeitsstrahl zur Rückleitung einzukoppeln.

Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei hier zwischen dem Tastkopf und der Lichtquelle feste Lichtleiter, beispielsweise flexible Lichtleitfasern, angeordnet sind,

Fig. 2a eine prinzipielle Ausgestaltung der Vorrichtung, bestehend aus Tastkopf, Lichtquelle, Sensor und Fördersystem, wobei die Lichtquelle und der Sensor jeweils mittels eines festen Lichtleiters mit dem Tastkopf verbunden sind,

Fig. 2b eine Ausführung der Vorrichtung nach Fig. 2a, wobei hier der feste Lichtleiter zur Hin- und Rückleitung des Lichtes vom Tastkopf dient,

Fig. 2c eine Vorrichtung gemäß Fig. 2a, wobei hier die Lichtquelle und der Sensor innerhalb des Tastkopfes angeordnet sind,

Fig. 3a eine Vorrichtung mit einem doppelten Tastkopf, die je einen Flüssigkeitsstrahl erzeugen, wobei der eine zur Hinleitung des gesendeten Lichtbündels, der andere zur Rückleitung des reflektierten Lichtbündels dient, wobei die Versorgung der Tastköpfe derjenigen in Fig. 2a entspricht,

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahls, wobei hier das Senderlicht von außerhalb des Flüssigkeits strahls auf den Auftreffpunkt gerichtet wird und nur reflektiertes Licht innerhalb des Flüssigkeitsstrahls zurückgeleitet wird,

Fig. 5 eine Vorrichtung mit einem Vielfach-Tastkopf zur Erzeugung einer Mehrzahl von Flüssigkeitsstrahlen, denen jeweils je eine Lichtquelle, ein Sensorfeld und eine Versorgungsleitung aus einem gemeinsamen Fördersystem zugeordnet sind,

Fig. 6 ein technisches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Fig. 1,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Endflächen des gemeinsamen Faserbündels der Sender- und Empfängerfasern für das Licht innerhalb des Tastkopfes nach der Fig. 6,

Fig. 8 die Ausgestaltung eines Tastkopfes als Röhrchen zur Inspektion des Inneren von Objektiven,

Fig. 9 die Ausgestaltung eines Tastkopfes als flexibler Schlauch zur Inspektion des Inneren von Hohlräumen, wie z. B. Rohren und

Fig. 10 eine Möglichkeit der Ablenkung des Flüssigkeitsstrahls mittels einer elektrischen oder mechanischen Ablenk einrichtung, um die Relativbewegung zwischen dem Abtastpunkt und dem abzutastenden Objekt mittels gesteuerter Bewegung nur des Flüssigkeitsstrahls über das Objekt hinweg zu erzeugen.

Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Ausgestaltung einer Vorrichtung zum optischen Abtasten eines Objektes mittels eines erzeugten Flüssigkeitsstrahls aus einer lichtleitenden Flüssigkeit, wobei der Flüssigkeitsstrahl im folgenden als Tastzahl bezeichnet wird. Eine Lichtquelle 1, die eine Laserlichtquelle sein kann, erzeugt ein Lichtbündel, das mittels einer Optik fokussiert und auf einen festen Lichtleiter 3 aufgegeben wird. In der Patentanmeldung wird unter dem Betriff "Optik" allgemein ein zweckmäßig angeordnetes und ausgestaltetes Bauelement verstanden, welches geeignet ist, eine optische Wirkung, wie Abbildung, Vergrößerung oder Fokussierung u. ä., zu erzielen. Unter "Lichtleiter" werden insbesondere feste Lichtleitfasern, entweder als Senderfasern oder als Empfängerfasern, verstanden.

Die Senderfaser 3 ist innerhalb eines flexiblen Kabels 4 zu einem Tastkopf 5 geführt, der beispielsweise aus einem zylindrischen Gehäuse 6 besteht, welches einen Hohlraum 7 umschließt. Das Gehäuse 6 weist an seinem unteren Ende eine feine Öffnung 8 auf, wobei diese Öffnung beispielsweise eine Düse ist. Innerhalb des des Hohlraumes 7 des Tastkopfes 5 ist in dessen oberen Bereich eine Optik 9 angeordnet. Innerhalb des flexiblen Kabels 4 ist gleichermaßen mindestens eine Empfängerfaser 10 geführt, die, wie die Senderfaser 3, innerhalb des Tastkopfes 5 und oberhalb der Optik 9 endet. Das andere Ende der Empfängerfaser 3 ist gegenüber einer Optik 11 angeordnet, die gegenüber einem opto-elektrischen Sensor 12 angeordnet ist, der beispielsweise eine Diode sein kann.

Innerhalb eines Behälters 13 ist eine Flüssigkeit angeordnet, die vorzugsweise bezüglich der Wellenlänge des verwendeten Lichtes lichtleitend ist. Ein Fördersystem 14 für die Flüssigkeit ist mittels einer Flüssigkeitsleitung 15 mit dem Tastkopf 5 verbunden, wobei die Flüssigkeitsleitung 15 in den Hohlraum 7 des Gehäuses 6 einmündet. Mittels des Fördersystems 14 kann die Flüssigkeit in den Hohlraum 7 des Tastkopfes 5 gefördert werden. Das Fördersystem kann allgemein die Förderpumpe oder Dosierpumpe, Ventile, Druckregelung und Filter umfassen. Die Versorgung des Tastkopfes mit der lichtleitenden Flüssigkeit kann aus einem Netz oder einem Tank entnommen werden oder aus dem das Objekt umgebende Flüssigkeitsmilieu stammen. Mittels des Fördersystems 14 und der Düse 8 wird aus der Flüssigkeit ein Taststrahl 17 gebildet, der auf ein Objekt 18 gerichtet wird und dort auf der Oberfläche 21 des Objektes in einem Auftreffpunkt 16 auftrifft.

Eine Systemversorgung 22 dient sowohl zur Versorgung der Lichtquelle 1 als auch der Sensorik 12 und des Fördersystems 14. Die aus der Sensorik 12 stammenden Signale werden innerhalb einer Signalverarbeitungs einrichtung 23 verarbeitet und z. B. mit einem Referenzsignal verglichen.

Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:

Mittels des Fördersystems 14 wird aus dem Behälter 13 lichtleitende Flüssigkeit in den Hohlraum 7 des Tastkopfes 5 geführt und dort durch Erzeugung eines Druckes nach außen durch die Düse 8 in Form des feinen Taststrahls 17 gepreßt. Dieser Taststrahl bleibt während der gesamten Zeit der Abtastung aufrecht erhalten. Gleichzeitig wird mittels der Lichtquelle 1 ein Lichtbündel erzeugt und nach Fokussierung auf die Senderfaser 3 über die Optik 9 in das Flüssigkeitsvolumen innerhalb des Hohlraumes 7 eingeleitet. Das Senderlicht wird dabei durch die Optik 9 derart fokussiert, daß es direkt mit dem Taststrahl 17 durch die Düse 8 nach außen geführt wird. Der Taststrahl 17 dient dabei als ein weiterer, flüssiger Lichtleiter, wobei auch innerhalb des Taststrahls 17 das Licht entsprechend den optischen Gesetzen an der Grenzfläche Flüssigkeit/Luft reflektiert und innerhalb des Taststrahls 17 nach unten auf den Auftreffpunkt 16 auf dem Objekt 18 geleitet wird.

Im Auftreffpunkt 16 wird das Senderlicht mindestens zum Teil reflektiert und nun innerhalb des Taststrahls 17 zurückgeleitet, so daß der Taststrahl in diesem Falle gleichzeitig zur Hin- unnd Rückleitung des Lichtes dient. Über die Optik 9 wird das reflektierte Licht aus der Flüssigkeit ausgekoppelt und auf die Empfängerfaser 10 aufgegeben und fällt danach über die Optik 11 auf den Sensor 12, dessen elektrische Ausgangssignale innerhalb der Signalverarbeitungseinrichtung 23 aufbereitet werden. Bei Bewegung des Objektes 18 in Richtung des Be wegungspfeils 82, in Fig. 1 somit nach links, wird die Ober fläche 21 des Objektes 18 entsprechend der Bewegung im Auftreffpunkt 16 abgetastet.

In den Fig. 2 bis 5 sind prinzipielle Ausgestaltungen der Vorrichtung gezeigt, die ähnlich der Vorrichtung der Fig. 1 ausgestaltet sind. Fig. 2a zeigt einen Tastkopf 35, dem über eine Flüssigkeitszuleitung 32 Flüssigkeit 29 zugeführt wird, die innerhalb des Tastkopfes 25 zu einem auf ein Objekt 24 gerichteten Taststrahl 33 umgeformt wird. Eine Lichtquelle 27 ist über einen Lichtleiter 30, ein Sensor 28 über einen Lichtleiter 31 mit dem Tastkopf verbunden.

Fig. 2b zeigt eine Ausgestaltung, bei der ein Lichtleiter 34 sowohl zur Hin- als auch zur Rückleitung des Lichtes dient, wobei das reflektierte Licht mittels einer Ablenkeinrichtung 35 ausgelenkt und auf den Sensor 28 gegeben wird. Fig. 2c zeigt eine weitere prinzipielle Ausgestaltungsmöglichkeit, bei der innerhalb eines Tastkopfes 26 die Lichtquelle 27 und der Sensor 28 angeordnet sind. Wie in den Fig. 2a und 2b wird der Tastkopf 26 über eine Flüssigkeitszuleitung 32 mittels der Tastflüssigkeit 29 aus einem Fördersystem versorgt.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, die zwei nebeneinander angeordnete Tastköpfe 36 und 36′ aufweist, die jeder für sich über Flüssigkeitszuleitungen 39, 39′ mittels der Tastflüssigkeit 29 versorgt werden. Jeder Tastkopf 36, 36′ erzeugt einen Taststrahl 37, 38 wobei beide Taststrahlen auf einen gemeinsamen Auftreffpunkt auf dem Objekt 24 gerichtet sind. Das gesendete Licht wird in den Taststrahl 37 eingekoppelt, reflektiertes Licht wird hingegen in den zweiten Taststrahl 38 eingekoppelt und zurückgeleitet.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, bei der in einem Tastkopf 40 nur die Flüssigkeitszuleitung 32 und die Empfängerlichtleitung 31 geführt sind. Ein Lichtbündel 41 wird außerhalb des Taststrahls 33 direkt auf den Auftreffpunkt des Taststrahls auf das Objekt 24 gerichtet und erst das reflektierte Licht wird innerhalb des Auftreffpunktes in den Taststrahl 33 eingekoppelt und über den Tastkopf 40 zum Sensor 28 geleitet.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung mit einem Mehrfachtastkopf 42, der eine Mehrzahl von Taststrahlen 33 erzeugt. Jedem Taststrahl ist aus der Lichtquelle 27 gesendetes Licht einkoppelbar, wobei die Rückführung des reflektierten Lichtes gemäß der Fig. 1 oder 2 geschieht. Sämtliche rückführenden Empfängerleitungen sind auf den Sensorfeld 43 gegeben zur weiteren geeigneten Verarbeitung. Die Flüssigkeitszuleitung 32 zur Zuführung der Tastflüssigkeit 29 aus einem Fördersystem dient zur gleichzeitigen Herstellung der Mehrzahl der Taststrahlen.

Fig. 6 zeigt eine technische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Innerhalb eines Detektorgehäuses 44 ist geeignet eine Platte 46 angeordnet, in oder auf der geeignet eine Halterung 49 befestigt ist. Die Halterung 49 trägt auf der einen Seite der Platte 46 einen Diodenlaser mit Einkoppelungsoptik 45. Auf der gegenüberliegenden Seite ist in die Halterung 49 mindestens eine Senderfaser 47 geführt und dort gehaltert. Gleichermaßen ist in oder auf der Platte 46 eine weitere Halterung 29′ angeordnet, wobei auf der einen Seite dieser Halterung 29′ ein opto-elektrischer Sensor 52 angeordnet ist. In die gegenüberliegende Seite der Halterung mündet mindestens eine Empfängerfaser 48, wobei zwischen dem Ende der Empfängerfaser 48 und dem Sensor 52 eine Optik 51 angeordnet sein kann. Die Sender- und Empfängerfasern 47, 48 wie eine Flüssigkeitszuleitung 53 sind innerhalb eines flexiblen Kabels 54 zu einem Tastkopf 55 geführt.

Der Tastkopf 55 besteht aus einem länglichen Gehäuse 56, welches vorzugsweise zylindrisch ist und in welchem ein Kernstück 58 angeordnet ist. Das Kernstück 58 weist einen Hohlraum 59, zum Beispiel eine Bohrung, auf, in die die Flüssigkeitszuleitung 53 einmündet. Am oberen Ende des Hohlraumes 59 befindet sich ein Optik 57, wobei die sendenden und empfangenden Lichtleiter 47, 48 mit ihren stirnseitigen Begrenzungsflächen der Optik 57 benachbart sind; die Enden der Lichtleiter 47, 48 sind dazu geeignet innerhalb des Kernstückes 58 gehaltert. Das untere Ende des Hohlraumes 59 ist mittels einer Düse 60 verschlossen. Bei Einleitung der Tastflüssigkeit in den Hohlraum 59 mittels Druck wird aus der Tastflüssigkeit durch die Düse 60 ein feiner Taststrahl 61 geformt, der im Abtastpunkt 63 auf ein Objekt 62 auftritt. Wird gleichzeitig über den Diodenlaser 45 Licht über die Senderfaser 47 geleitet, so koppelt die Optik 57 das gesendete Licht in den Taststrahl 61 ein. Die Rückleitung des reflektierten Lichtes und die Auswertung desselben geschieht wie unter Fig. 1 beschrieben.

Fig. 7 zeigt in Draufsicht die Endfläche 65 des aus den Sender- und Empfängerfasern 47, 48 gebildeten Faserbündels oberhalb der Optik 57 in Fig. 6. Als Senderfaser dient hier der einzige Lichtleiter 47, der von einer Mehrzahl von Empfängerfasern 48 kreisförmig umgeben ist.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen verschiedene produktangepaßte Ausführungsbeispiele der Vorrichtung. In Fig. 8 besteht der Tastkopf aus einem Taströhrchen 69, welches an seinem unteren Ende verschlossen ist, wobei peripher am Umfang des Taströhrchens eine Düse 70 zum Austritt eines Taststrahls 71 angeordnet ist. Das Taströhrchen 69 ist in einen Körper 66 eingeführt, der einen Hohlraum 67 aufweist zum Abtasten der inneren Wandung desselben. Wird beim Abtastvorgang das Taströhrchens 69 gedreht und dabei langsam in das Innere des Hohlraumes 67 vorgeschoben, so kann dadurch die gesamte innere Wandung beispielsweise spiralig abgebildet werden.

Fig. 9 zeigt die Ausgestaltung des Tastkopfes als flexiblen Tastschlauch 73, der an seinem vorderen Ende zwei in Abstand angeordnete Führungskörper 74, 74′ aufweist, die zur Führung des Tastschlauches 73 innerhalb eines länglichen Hohlkörpers 72 dienen, der beispielsweise ein gekrümmtes Rohr sein kann. Der Tastschlauch 73 ist an seinem unteren Ende verschlossen, wobei die Umfangswandung des Tastschlauches 73 zwischen den beiden Führungskörpern 74, 74′ peripher eine Düse 75 aufweist zur Erzeugung eines Taststrahls 76. Beim Einschieben des Tastschlauches 73 in den Hohlkörper 72 kann somit dessen Innenwandung längs der vom Taststrahl 76 überfahrenen Linie abgetastet werden.

Fig. 10 zeigt einen Tastkopf 77, der mit seinem unteren Ende in eine Kammer 78 mündet, in der eine Ablenkeinrichtung 79 angeordnet ist. Diese Ablenkeinrichtung 79 dient zum Ablenken des Taststrahls 80, der somit unter einem Ablenkwinkel β auf ein Objekt 81 gerichtet wird, bezogen auf die Austrittsrichtung des Taststrahls 80 aus dem Tastkopf 77. Die Ablenkeinrichtung 79, durch die der Taststrahl 80 hindurchläuft, kann eine elektrisch oder mechanisch arbeitende sein. Arbeitet die Ablenkeinrichtung 79 elektrisch, so muß die verwendete Tastflüssigkeit nicht nur lichtleitend, sondern auch elektrisch ablenkbar sein. Auf diese Weise kann durch Steuerung der Ablenkeinrichtung 79 der Taststrahl 80 in vorgenannter Weise über das Objekt 81 geführt werden, so daß hier zur Informationsgewinnung keine Relativbewegung zwischen dem Objekt selbst und dem Tastkopf vorhanden zu sein braucht.

Liste der Bezugszeichen 1 Lichtquelle
2 Optik
3 Lichtleiter (Senderfaser)
4 Flexibles Kabel
5 Tastkopf
6 Gehäuse
7 Hohlraum
8 Düse
9 Optik
10 Lichtleiter (Empfängerfaser)
11 Optik
12 Sensor
13 Behälter
14 Fördersystem (Pumpe)
15 Flüssigkeitsleitung
16 Auftreffpunkt
17 Flüssigkeitsstrahl (Taststrahl)
18 Objekt
19, 20 Richtungspfeile
21 Oberfläche des Objektes
22 Systemversorgung
23 Signalverarbeitungseinrichtung
24 Objekt
25, 26 Tastköpfe
27 Lichtquelle
28 Sensor
29 Tastflüssigkeit
30 Senderlichtleitung
31 Empfängerlichtleitung
32 Flüssigkeitszuleitung
33 Taststrahl
34 Gemeinsame Lichtleitung in beiden Richtungen
35 Ablenkeinrichtung
36, 36′ Tastköpfe
37, 38 Taststrahlen
39, 39′ Flüssigkeitszuleitungen
40 Tastkopf
41 Lichtstrahl
42 Tastkopf
43 Sensorfeld
44 Detektorgehäuse
45 Diodenlaser
46 Platte
47 Senderfasern
48 Empfängerlaser
49, 49′ Halterung
50, 50′ Ende der Fasern
51 Optik
52 Sensor
53 Flüssigkeitszuleitung
54 Flexibles Kabel
55 Tastkopf
56 Gehäuse
57 Optik
58 Kernstück
59 Bohrung
60 Düse
61 Flüssigkeitsstrahl
62 Objekt
63 Abtastpunkt
64 T-Stück
65 Endfläche des Faserbündels der Sender- und Empfängerfasern
66 Körper
67 Hohlraum
68 Öffnung
69 Taströhrchen
70 Düse
71 Flüssigkeitsstrahl
72 Länglicher Hohlkörper
73 Flexibler Tastschlauch
74, 74′ Führungskörper
75 Düse
76 Flüssigkeitsstrahl
77 Tastschlauch
78 Kammer
79 Ablenkeinrichtung
80 Flüssigkeitsstrahl
81 Objekt
82 Bewegungspfeil mit Richtungsangabe bezüglich des Objektes 18

Claims

1. Verfahren zum optischen Abtasten eines Objektes mittels eines feinen Lichtbündels, die relativ zueinander bewegt werden und nach Reflektion vom Objekt das reflektierte Licht in einer opto-elektrischen Sensor- und Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer lichtleitenden Flüssigkeit mittels auf dieselbe ausgeübten Druckes oder Beschleunigung ein Flüssigkeitsstrahl (17, 33, 37, 38, 61, 71, 76, 80) erzeugt und auf das abzutastende Objekt (18, 24, 62, 66, 72, 81) gerichtet wird, wobei in den Flüssigkeitsstrahl das Senderlichtbündel eingekoppelt und innerhalb des Flüssigkeitsstrahles in dessen Auftreffpunkt (16, 63) auf das Objekt gerichtet und dort mindestens zu einem Teil reflektiert wird und danach das reflektierte Licht innerhalb des Flüssigkeitsstrahls zurückgeleitet und aus demselben ausgekoppelt und auf die Sensor- und Auswerteeinrichtung (12, 22; 28; 43; 52) aufgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ort der Einkopplung und der Ort der Auskopplung des Lichtes in den bzw. aus dem Flüssigkeitsstrahl (17, 33, 37, 38, 61, 71, 76, 80) unmittelbar benachbart oder identisch sind und der Flüssigkeitsstrahl gleichermaßen zur Hinleitung des Lichtes des gesendeten Lichtbündels bzw. Lichtstrahls wie auch zur Rückleitung des reflektierten Lichtbündels bzw. Lichtstrahls verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Senderlicht (41) unter einem Winkel größer Null von außerhalb des Flüssigkeitsstrahls (33) in dessen Auftreffpunkt auf das Objekt (24) gerichtet wird und das reflektierte Licht im Auftreffpunkt in den Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt und derselbe nur zur Rückleitung des reflektierten Lichtes benützt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Tastkopf (5, 25, 26, 36, 36′, 40, 42, 55, 69, 73, 77), dem ein Fördersystem (14) eine lichtleitende Flüssigkeit zuführt, die mittels Druck oder Beschleunigung in einen auf das abzutastende Objekt (18, 24, 62, 66, 72, 81) gerichteten Flüssigkeitsstrahl (17, 33, 37, 38, 61, 71, 76, 80) geformt wird, wobei innerhalb des Tastkopfes eine Einkopplungs- und/oder Auskopplungsoptik (9, 57) angeordnet ist, die das gesendete Lichtbündel bzw. Lichtstrahl in den Flüssigkeitsstrahl einkoppelt bzw. das im Auftreffpunkt des Flüssigkeitsstrahls reflektierte und innerhalb desselben zurückgeführte Licht aus dem Flüssigkeitsstrahl auskoppelt, um das reflektierte Licht auf die Sensor- und Auswerteeinrichtung (12, 33; 28, 43; 52) aufzugeben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (5, 55) einen Hohlraum (7, 59) aufweist, in den, ausgehend vom Fördersystem (14), eine Zuführleitung (15, 53) für die Flüssigkeit mündet, wobei der Hohlraum zur Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls (17, 61) nach außen mittels einer Düse (8, 60, 70, 75) verschlossen ist, und daß oberhalb der Düse die Einkopplungs- und/oder Auskopplungsoptik (9, 57) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplungs- und die Auskopplungsmechanik identisch oder nahe benachbart sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (27) zur Erzeugung des Senderlichtes und/oder die Sensoreinrichtung (28) zum Empfang des reflektierten Lichtes innerhalb des Tastkopfes (26) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 oder 6 oder 7, gekennzeichnet durch mindestens eine sendende Lichtleitfaser (3, 30, 34, 47) (Senderfaser) und/oder mindestens eine empfangende Lichtleitfaser (10, 31, 34, 48) (Empfängerfaser), die zwischen der Lichtquelle (1, 27, 45) bzw. der Sensor- und Auswerteeinrichtung (11, 23; 28; 43; 52) und dem Tastkopf (5, 26, 36, 36′, 40, 42, 55, 69, 73, 77) angeordnet und in denselben geführt sind und oberhalb der Einkopplungs- und/oder Auskopplungsoptik (9, 57) enden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (34) gleichzeitig Sender- und Empfängerfasern sind und zur Hin- und Rückleitung des Lichtes dienen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Endflächen der Lichtleitfasern, die entweder Eintritts- oder Austrittsflächen oder beides für das Licht sind, innerhalb des Tastkopfes jeweils die Optik zum Einkoppeln und/oder Auskoppeln des Lichtes bilden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (36, 36′; 42) eine Mehrzahl von Düsen zur Erzeugung einer Mehrzahl von Flüssigkeitsstrahlen (33, 37, 38) aufweist, denen jeweils je eine Optik, eine Lichtquelle (27), eine Sensor- und Auswerteeinrichtung (28, 43) und Lichtleitfasern (30, 31) zugeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das gesendete und das reflektierte Licht in ein- und denselben Flüssigkeitsstrahl (17, 33, 61, 71, 76, 80) geleitet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flüssigkeitsstrahlen (37, 38) auf denselben Auftreffpunkt des Objektes (24) gerichtet sind und das gesendete und reflektierte Licht in den verschiedenen Flüssigkeitsstrahlen geleitet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf aus einem Röhrchen (69, 73) besteht, das an seinem unteren Ende verschlossen ist, wobei die Düse (70, 75) peripher am Umfang des Röhrchens angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine elektrisch oder mechanisch arbeitende Ablenkeinrichtung (79) für den Flüssigkeitsstrahl (80), die nach dem Tastkopf (77) angeordnet ist und durch die der Flüssigkeitsstrahl (80) zu dessen steuerbarer Ablenkung hindurchläuft.

16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht oberhalb der Düse (8, 60) in Richtung des Flüssigkeitsstrahls (17, 61) gesehen, und im oberen Bereich des mit der Flüssigkeit gefüllten Hohlraumes (7, 59) des Tastkopfes (5, 55) die Einkopplungs- und/oder Auskopplungsoptik (9, 57) angeordnet ist.

17. Vorrichtung zum optischen Abtasten eines Objektes mittels eines feinen Lichtbündels bzw. Lichtstrahles, die relativ zueinander bewegbar sind und nach Reflektion vom Objekt das reflektierte Licht in einer opto-elektrischen Sensor- und Auswerteeinrichtung auswertbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination eines festen Lichtleiters mit einem flüssigen Lichtleiter, der auf das abzutastende Objekt gerichtet ist und in den das Licht in einer Koppelstation einkoppelbar und auskoppelbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Lichtleiter ein Flüssigkeitsstrahl ist.