DE3715206A1 - Fotometrischer drehmessaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fotometrischen Drehmeßaufnehmer, der geeignet ist, gleichzeitig in verschiedenen Meßkanälen jeweils mit einem einzigen Meßvorgang Meßdaten zu erfassen. Hierzu werden mehrere unterschiedlich sensibilisierte Meß­ sensoren räumlich so angeordnet, daß eine oder mehrere dreh­ bare Lichtzuführungen das zu messende Meßlicht auf die ein­ zelnen Meßsensoren leiten. Zur Meßwertaufnahme dreht sich die Lichtzuführung einmal um ihre eigene Achse und leitet dabei je nach Ausführungsform das zu messende Meßlicht auf einen oder mehrere Meßsensoren.

Bekannt sind Meßaufnehmer mit einem oder mehreren fest ange­ ordneten Meßsensoren. Der Mindestabstand der Meßsensoren untereinander wird durch die Baumaße der einzelnen Meßsen­ soren bestimmt. Das Meßlicht fällt entweder direkt auf den Meßsensor, oder das Meßlicht wird dem Meßsensor über eine geeignete Optik zugeführt. Zur Ausmessung eines ausgewählten Punktes innerhalb der Vorlage müssen die einzelnen Meßsen­ soren des Meßaufnehmers in der Fallinie des Meßpunktes pla­ ziert werden.

Bekannt sind auch Ausführungen von Meßwertaufnehmern, bei denen die einzelnen Meßsensoren das Meßlicht über Lichtleit­ stäbe erhalten. Die Meßsensoren sind in einer bestimmten geometrischen Anordnung zueinander auf einer gemeinsamen Unterlage fest angeordnet. Jeweils ein Ende eines Lichtleit­ stabes mündet senkrecht auf der lichtempfindlichen Fläche des zugeordneten Meßsensors. Das andere Ende des Lichtleit­ stabes liegt zusammen mit den anderen Enden der Lichtleit­ stäbe dicht nebeneinander auf einer gemeinsamen Meßebene. Bedingt durch die Querschnittsfläche der einzelnen Licht­ leitstäbe ergibt sich eine relativ große Fläche zur Meßdaten­ erfassung. Beim Ausmessen einer verhältnismäßig großen Fläche muß der Meßaufnehmer nur einmal plaziert werden. Es entfällt das Ausrichten der einzelnen Meßsensoren in der Fallinie des Meßpunktes. Kleine Meßpunkte bzw. Meßflächen können jedoch nicht erfaßt werden.

Nachteilig bei den bekannten Meßaufnehmern ist das umständ­ liche Plazieren der einzelnen Meßsensoren innerhalb des Meß­ punktes. Hinzu kommt noch der Nachteil eines großen Meßwin­ kels bzw. einer großen Meßfläche. Kleinere Meßpunkte können gar nicht oder nur mit einem hohen Streulichtanteil erfaßt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß vor jedem Meßvorgang in einem anderen Meßkanal ein Kanalumschalter zu betätigen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fotometri­ schen Drehmeßaufnehmer vorzuschlagen, der in der Lage ist, während eines einzigen Meßvorganges Meßdaten aus verschie­ denen Meßkanälen gleichzeitig zu erfassen ohne Betätigung eines Meßkanalumschalters. Des weiteren soll der Drehmeßauf­ nehmer so aufgebaut sein, daß die Größe der zu erfassenden Meßfläche durch die Auswahl von optischen Bauteilen frei wählbar ist und die Messung nicht durch Streulicht bei sehr kleinen Meßpunkten verfälscht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ver­ schieden sensibilisierte Meßsensoren fest angeordnet sind und über eine oder mehrere drehbare Lichtzuführungen das Meß­ licht erhalten, wobei sich die Lichtzuführung bei jedem Meß­ vorgang einmal um ihre eigene Achse dreht. Die Größe der Meß­ fläche wird allein durch die Querschnittsfläche der Lichtzu­ führungen bestimmt.

Es wird vorgeschlagen, die räumliche Anordnung der Meßsen­ soren und Lichtzuführungen entsprechend den jeweiligen meß­ technischen Aufgabenstellungen auszuführen. Zwei verschie­ dene räumliche Zuordnungen zwischen der Lichtzuführung und dem Meßsensor sind möglich.

Eine Ausführungsform besteht darin, daß verschieden sensibi­ lisierte Meßsensoren kreisförmig auf einer Unterlage befe­ stigt sind. Im Kreismittelpunkt befindet sich die drehbar ge­ lagerte Lichtzuführung. Die Lichtzuführung besteht aus zwei durchgehenden Abschnitten, die vorzugsweise einen rechten Winkel bilden. Die Drehachse der Lichtzuführung ist gegen­ über den lichtempfindlichen Flächen der Meßsensoren um 90 Grad versetzt. Das Meßlicht fällt lotrecht auf die Lichtein­ trittsfläche des senkrecht stehenden Abschnittes der Licht­ zuführung. Von dort gelangt das Meßlicht in den waagrecht liegenden Abschnitt der Lichtzuführung und tritt am Ende aus der Lichtzuführung aus, wobei das Meßlicht direkt auf die lichtempfindliche Fläche des gegenüber liegenden Meßsensors fällt. Durch die fortlaufende Drehbewegung der Lichtzufüh­ rung fällt der austretende Meßlichtstrahl für eine kurze Zeitspanne auf jeden einzelnen Meßsensor. Der entstandene elektrische Impuls im Meßsensor gelangt über eine Verbin­ dungsleitung zur elektronischen Auswerteschaltung. Durch die unterschiedliche Sensibilisierung der kreisförmig angeordne­ ten Meßsensoren können mit ein und demselben Meßlichtstrahl innerhalb eines Meßvorganges in verschiedenen Meßkanälen Meß­ daten erfaßt werden. Ein Meßvorgang beinhaltet eine Umdre­ hung der Lichtzuführung.

Eine andere Ausführungsform des Drehmeßaufnehmers besteht aus einem drehbar gelagerten Rotationskörper mit zwei einge­ bauten Lichtzuführungen. Jede einzelne Lichtzuführung be­ steht aus zwei durchgehenden Abschnitten, die einen rechten Winkel bilden. Ein Abschnitt der Lichtzuführung liegt in der Drehachse des Rotationskörpers, während der andere Abschnitt senkrecht zur Drehachse angeordnet ist. Beide Lichtzufüh­ rungen sind im Rotationskörper um 180 Grad versetzt angeord­ net. Die Länge des jeweiligen achsialen Abschnittes der Lichtzuführung ist so bemessen, daß der Abstand zwischen der Lichtaustrittsfläche und der lichtempfindlichen Fläche des gegenüber liegenden Meßsensors möglichst gering ist. Die Lichteintrittsfläche des vertikalen Abschnittes der Lichtzu­ führung liegt jeweils parallel gegenüber den Lichtaustritts­ flächen der fest angeordneten Lichtzuführungen, wobei die Lichtaustrittsfläche der feststehenden Lichtzuführungen mit einer Optik ausgerüstet werden kann, um das Meßlicht noch zusätzlich zu bündeln.

Die einzelnen feststehenden Lichtzuführungen liegen neben­ einander und schließen am oberen Ende auf einer gemeinsamen Ebene ab, während die anderen Enden einen kreisförmigen Ab­ schluß bilden. Der Durchmesser des Kreises entspricht dem Drehradius der beiden vertikalen Abschnitte der drehbaren Lichtzuführungen im Rotationskörper. Durch die Drehbewegung des Rotationskörpers passieren die vertikalen Abschnitte der Lichtzuführung jede einzelne feststehende Lichtzuführung. Das Meßlicht gelangt von der Lichteintrittsfläche der fest­ stehenden Lichtzuführung an die Lichtaustrittsfläche, weiter über die Optik in die Lichteintrittsfläche des vertikalen Abschnites der drehbaren Lichtzuführung und weiter zur Licht­ austrittsfläche des achsialen Abschnittes. Von dort gelangt das Meßlicht direkt auf die lichtempfindliche Fläche des Meß­ sensors.

Mit der soeben beschriebenen Methode ist es möglich, ver­ schiedene Meßlichter immer auf ein und denselben Meßsensor zu leiten. Durch eine geeignete Anordnung von mehreren Rota­ tionskörpern kann die Anzahl der Meßkanäle bestimmt werden bzw. die Größe der erfaßten Meßfläche. Die Größe der Meßfläche wird durch den Flächenquerschnitt der einzelnen, feststehenden Lichtzuführungen bestimmt. Der komplette Dre­ meßaufnehmer kann auf einer bewegbaren Unterlage befestigt werden, um eine selbsttätige Meßwerterfassung an jedem be­ liebigen Punkt der auszumessenden Vorlage zu erhalten.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß mit einem einzigen Meßvorgang gleichzeitig in verschie­ denen Meßkanälen gemessen werden kann und die Messung ohne Kanalumschalter durchführbar ist. Des weiteren bietet die Erfindung den Vorteil, daß die Größe der zu erfassenden Meß­ fläche allein durch die Abmessungen der Lichtzuführungen be­ stimmt werden kann und die Größe der Meßsensoren keinen Ein­ fluß nehmen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht da­ rin, daß die Anzahl der verwendeten Meßsensoren die Anzahl der Meßkanäle bestimmt ohne daß damit eine Vergrößerung der Meßfläche verbunden ist. Der vorgeschlagene Drehmeßaufnehmer kann auch sehr kleine Meßflächen erfassen ohne Streulichtan­ teile. Zusätzlich ist der Drehmeßaufnehmer geeignet für die selbsttätige Meßwerterfassung.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend an Hand der Zeich­ nungen erläutert.

Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drehmeßauf­ nehmers in der Vorderansicht dargestellt.

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht wie in Fig. 1 dar­ gestellt, jedoch ohne Darstellung der Komponenten Motor, Meßsensor und Flansch

Fig. 3 einen kompletten Drehmeßaufnehmer in Kaskaden-Bau­ weise dargestellt in Vorderansicht.

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Drehmeßaufneh­ mers dargestellt in der Draufsicht.

Fig. 5 eine schematische Darstellung wie in Fig. 4 darge­ stellt in der Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Drehmeßauf­ nehmers bestehend aus einem Rotationskörper (4) mit einge­ bauten Lichtzuführungen (3). Darüber befinden sich die fest­ stehenden Lichtzuführungen (1). Die optische Koppelung zwi­ schen den beiden Lichtzuführungen (1, 3) erfolgt durch die Optik (2). Eine Halterung (8) verbindet die Meßsensoren (6, 7) mit der Grundplatte (12). Der Rotationskörper (4) wird durch das Kugellager (13) drehbar im Flansch (11) gelagert. Zusam­ men bilden Flansch (11) und Grundplatte (12) eine starre Ver­ bindung. An der rechten Stirnseite des Rotationskörpers (4) wurde ein Zahnrad (5) befestigt. Das Ritzel (10) sitzt auf der Welle des Motors (9) und greift in das Zahnrad (5).

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines Drehmeßauf­ nehmers dargestellt in der Seitenansicht. Die einzelnen fest­ stehenden Lichtzuführungen (1) stellen gleichzeitig die ver­ schiedenen Meßpunkte (16) der auszumessenden Vorlage dar. Das Meßlicht (16) fällt auf die Lichtzuführung (1) und wird über die Optik (2) zur rotierenden Lichtzuführung (3) über­ tragen. Das Zahnrad (5) überträgt die Drehbewegung auf den Rotationskörper (4).

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau eines Drehmeßauf­ nehmers mit vier Meßsensoren in der Kaskaden-Bauweise. Auf der Grundplatte (12) wurden vier Meßsensoren (6, 7) über Hal­ terungen (8) befestigt. Zwischen jeweils zwei Meßsensoren befindet sich ein drehbar gelagerter Rotationskörper (4) mit angebauten Zahnrad (5). In jedes Zahnrad (5) greift ein Rit­ zel (10). Alle Ritzel (10) sitzen auf einer gemeinsamen An­ triebswelle (14). Die Antriebswelle (14) wird durch das An­ triebszahnrad (15) über einen Motor (9) angetrieben. Eine drehbare Verbindung zwischen dem Rotationskörper (4) und dem Flansch (11) wird durch ein Kugellager (13) hergestellt. Der Flansch (11) ist fest mit der Grundplatte (12) verbunden.

Die drehbaren Lichtzuführungen (3) passieren während der Drehbewegung die feststehenden Lichtzuführungen (1) mit an­ gebautem Lichtmischer (17). Im Lichtmischer (17) wird das Meßlicht (16) gemischt. Dadurch erhält die rechte und die linke Seite der Lichtzuführungen (3) ein homogenes Meßlicht (16).

Fig. 4 stellt einen Drehmeßaufnehmer dar in der Drauf­ sicht mit kreisförmig angeordneten Meßsensoren (6). Im Kreis­ mittelpunkt wurde eine drehbare Lichtzuführung (3) angebracht. Das senkrecht auf die Lichtzuführung (3) einfallende Meß­ licht (16) wird durch die Drehbewegung der Lichtzuführung (3) nacheinander auf jeden einzelnen Meßsensor (6) kurzzeitig geleitet.

Fig. 5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Dreh­ meßaufnehmers mit der drehbaren Lichtzuführung (3) im Kreis­ mittelpunkt umgeben von kreisförmig angeordneten Meßsensoren (6). Die Größe des Meßpunktes (16) innerhalb einer Vorlage wird durch den Stirnflächenquerschnit der Lichtzuführung (3) bestimmt.

Zunächst soll ein Meßvorgang mit einem Drehmeßaufnehmer mit kreisförmig angeordneten Meßsensoren (6) beschrieben werden. Auf einer beweglichen Grundplatte befinden sich in kreisför­ miger Anordnung die Meßsensoren (6). Im Kreismittelpunkt wurde die Lichtzuführung (3) drehbar befestigt. Der Antrieb der Lichtzuführung erfolgt durch einen Motor. Der komplette Drehmeßaufnehmer wird über eine mechanische Führung - ange­ trieben durch einen Motor - an der gewünschten Meßstelle innerhalb der Vorlage selbsttätig plaziert. Zur Meßwertauf­ nahme dreht sich die Lichtzuführung (3) einmal um ihre eigene Achse. Dabei wird der Lichtstrahl des Meßlichtes (16) auf jeden einzelnen Meßsensor (6) für eine kurze Zeitspanne ge­ lenkt. Jeder einzelne Meßsensor (6) ist verschieden sensibi­ lisiert. Dadurch können mit ein und demselben Lichtstrahl verschiedene Meßkanäle erfaßt werden. Die Meßimpulse gelan­ gen über eine Verbindungsleitung zur Auswerteschaltung. Die soeben beschriebene Methode ist besonders gut geeignet zur punktförmigen Ausmessung einer Vorlage.

Ein Meßvorgang mit dem Drehmeßaufnehmer unter Verwendung von Rotationskörpern (4) kann wie folgt ablaufen:

Der komplette Drehmeßaufnehmer wird selbsttätig über eine mechanische Führung - angetrieben durch einen Motor - an der vorbestimmten Stelle innerhalb der Vorlage plaziert. Der Mo­ tor (9) treibt das Antriebszahnrad (15) an. Das äußerste an der linken Seite liegende Ritzel (10) überträgt die Drehbe­ wegung auf die Antriebswelle (14). Von dort erfolgt die Dre­ bewegung auf die einzelnen Ritzel (10), die wiederum die Zahnräder antreiben und somit den jeweiligen Rotationskörper (4) in eine Drehbewegung versetzen. Hervorgerufen durch die Drehbewegung des Rotationskörpers (4) passieren die Licht­ zuführungen (3) jede einzelne feststehende Lichtzuführung (1).

Das Meßlicht (16) wird im Lichtmischer (17) vermischt und teilt sich innerhalb der feststehenden Lichtzuführung (1) in zwei Hälften auf, so daß die rechts und die links liegenden, drehbaren Lichtzuführungen (3) jeweils eine Hälfte des homo­ genen Meßlichtes erhalten. Die drehbaren Lichtzuführungen (3) leiten das Meßlicht der Lichtzuführungen (1) auf den rechten und linken Meßsensor (6). Der jeweilige Meßsensor (6) erhält also verschiedene Meßlichter (16) aus den einzelnen Lichtzu­ führungen (1). Eine nicht dargestellte Kodiervorrichtung kann feststellen, aus welcher Lichtzuführung (1) das jewei­ ligen Meßlicht (16) stammte. Die Meßsensoren (6) leiten den entstandenen elektrischen Impuls über eine Verbindungslei­ tung an die Auswerteschaltung weiter. Sobald der Rotations­ körper (4) eine Umdrehung durchgeführt hat, kann der Dre­ meßaufnehmer um eine Kantenlänge der Lichtzuführung (1) wei­ ter nach vorne bewegt werden. Wie daraus zu erkennen ist, mißt der Drehmeßaufnehmer die Vorlage streifenförmig aus, wobei jeder Meßstreifen aus einzelnen, definierbaren Meß­ punkten (16) besteht und jeder Meßpunkt von verschieden sen­ sibilisierten Meßsensoren (6) erfaßt wird.

Die soeben beschriebene Methode eignet sich besonders gut zur punkt- und rasterförmigen Ausmessung von Vorlagen.

•  1 Lichtzuführung feststehend
   2 Optik
   3 Lichtzuführung drehbar
   4 Rotationskörper
   5 Zahnrad
   6 Meßsensor
   7 Lichtempfindliche Fläche
   8 Halterung
   9 Motor
  10 Ritzel
  11 Flansch
  12 Grundplatte
  13 Kugellager
  14 Antriebswelle
  15 Anriebszahnrad
  16 Meßpunkt/Meßlicht
  17 Lichtmischer

Claims (3)

1. Fotometrischer Drehmeßaufnehmer dadurch gekenn­ zeichnet, daß fest angeordnete Meßsensoren (6, 7) das Meßlicht (16) über drehbare Lichtzuführungen (3) erhalten, die in dem Rotationskörper (4) integriert wurden und vor den drehbaren Lichtzuführungen (3) noch feststehende Lichtzuführungen (1) mit Lichtmischer (17) angeordnet sind, jede einzelne dreh­ bare Lichtzuführung (3) kann entweder das Meßlicht (16) auf mehrere Meßsensoren (6, 7) leiten oder verschiedene Meßlichter (16) werden jeweils auf einen einzelnen Meßsensor (6, 7) ge­ richtet.

2. Fotometrischer Drehmeßaufnehmer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtzuführungen (3) in einem Rotationskörper (4) untergebracht sind und jeder ein­ zelnen Lichtzuführung (3) ein Meßsensor (6, 7) zugeordnet ist.

3. Fotometrischer Drehmeßaufnehmer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine geeignete Anordnung von Ro­ tationskörpern (3, 4) zusammen mit den Lichtzuführungen (1, 17) eine Kaskaden-Bauweise ermöglichen.