DE3804079A1 - Messvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Erzeugen, Abtasten und Analysieren eines Rasterbildes der Kontur eines Gegenstandes, bei der ein schmaler, konzentrierter Lichtstrahl mit einem ersten Streuwinkel in Richtung einer Ablenkeinrichtung abgegeben wird, die den Lichtstrahl wiederholt in einer Ebene schwenkt, durch die der Gegen­ stand geführt wird, bei der der geschwenkte Lichtstrahl, soweit er nicht durch den Gegenstand ausgeblendet wird, aufgenommen und optroelektrisch in elektrische Signale transformiert wird, die charakteristisch für aufsteigende Bereiche des Rasterbildes des Gegenstands sind, welche elektrischen Signale zur charakteristischen Darstellung der Kontur des Gegenstandes verarbeitet werden.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 40 55 834 bekannt, nach der ein schmaler, konzentrierter Lichtstrahl in der Form eines Laserstrahls verwendet wird und die ablenkende Einrichtung ein rotierender Spiegel ist. Die nicht durch den Gegenstand abgeschirmten Lichtstrahlen werden nach der US-PS durch eine Detektor-Säule erfaßt, die eine vorgegebene Anzahl von optischen Fasern aufweist, die in gegenseitigem Abstand übereinanderliegen. Die lichtaufnehmenden Enden der optischen Fasern fluchten mit dem gegenseitigen Abstand der Detektor-Säule, und die verbleibenden licht-emittierenden Enden werden in einer gemeinsamen, optoelektrischen Einrichtung zusammengefaßt. Diese herkömmliche Detektor-Säule ist jedoch teuer, und eine sorgfältige Einstellung der Säule ist notwendig, damit der Laserstrahl die einzelnen, lichtaufnehmenden Enden der optischen Fasern trifft.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ver­ besserte Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die technisch vereinfacht ist, ohne daß das Abtastergebnis verschlechtert wird, und die insgesamt kostengünstiger ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der obigen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Retro-Reflektor derart angeordnet ist, daß die Lichtstrahlen, soweit sie nicht durch den Gegenstand abgeschirmt werden, in der Ebene reflektiert werden, und daß ein Detektor zur Aufnahme der reflektierten Lichtstrahlen und zu deren Transformation in elektrische Signale vorgesehen ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer ersten Art eines Retro-Reflektors;

Fig. 2 veranschaulicht eine Abwandlung des Retro- Reflektors gem. Fig. 1;

Fig. 2A zeigt eine Abwandlung gegenüber Fig. 1 mit einem Retro-Reflektor gem. Fig. 2;

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf die Bewegungsbahn eines Gegenstandes, der die erfindungsgemäße Vorrichtung gem. Fig. 1 (und 2) passiert;

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung gegenüber der Vorrich­ tung gem. Fig. 1 (und 2) in bezug auf die Bewegungsbahn des Gegenstandes durch die Vorrichtung;

Fig. 5 zeigt die Lichtstrahlen, die von der Ab­ lenkeinrichtung abgegeben werden, und die Lichtstrahlen, die auf den Detektor auf­ treffen;

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Lösung gem. Fig. 5; Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Lösung gem. Fig. 6;

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Schwenkung der Lichtstrahl­ ebene senkrecht zu der ersten Schwenkebene;

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung gegenüber Fig. 8;

Fig. 10 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Ausführung gem. Fig. 1 und 4 unter Verwen­ dung eines optischen Kollimations-Elements, durch das die Lichtstrahlen im wesentlichen parallel durch die Abtastebene gerichtet sind.

Ein schmaler Lichtstrahl 1 wird von einer Lichtquelle 2 ausgesandt, die bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kontinuierlich arbeitet. Die Lichtquelle kann ein Laser, eine licht-emittierende Diode oder eine andere Lichtquelle sein, die nicht einen Laser darstellt. Beispiele von Lasern, die zu erwähnen sind, sind eine Laser-Diode, ein Festkörper-Laser, ein Farb-Laser, ein Gas-Laser. Wenn eine Laser-Diode, eine LED oder eine andere Lichtquelle verwendet wird, die nicht einen Laser darstellt, muß eine Kollektiv­ oder Kollimationslinse vor der Lichtquelle vorgesehen werden, damit sichergestellt wird, daß die Lichtquelle einen engen, konzentrierten Lichtstrahl abgibt. Der Licht­ strahl wird über einen Winkel α mit Hilfe einer Ablenk­ einrichtung 3 geschwenkt, die durch sich drehende Spiegel gebildet wird. In der Zeichnung ist die Ablenkeinrichtung mit 4 Spiegelflächen versehen, jedoch können weitere oder auch weniger Spiegelflächen vorgesehen sein. Die Ablenk­ einrichtung 3 wird durch einen Motor 4 mit regelbarer Drehzahl angetrieben.

Bei einer Abwandlung gegenüber Fig. 1 kann der Spiegel anstelle einer Drehung oszillieren.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird der Lichtstrahl 1 von der Ablenkeinrichtung 3 in der Form eines engen, konzentrierten Lichtstrahls 1′ abgegeben, der auf den Retro-Reflektor 5 geworden wird. Der Retro-Reflektor in Fig. 1 weist bei dieser Ausführungsform eine Anzahl von schmalen, nicht- reflektierenden Streifen 6 auf, die in einem Abstand zuein­ ander liegen. Am oberen und unteren Ende ist der Retro- Reflektor mit nicht-reflektierenden Bereichen 7 und 8 ver­ sehen. Der Zweck der nicht-reflektierenden Bereiche 7 und 8 dient zur eindeutigen Definition des Anfangs und des Endes des aktiven Bereichs (Streifen 9) des Retro-Reflektors 5.

Der Retro-Reflektor 5 kann aus herkömmlichem, handelsübli­ chem und für sich bekanntem Material bestehen, auf dem die Streifen 6 und die nicht-reflektierenden Bereiche 7 und 8 vorgesehen werden. Der Zweck der Streifen 6 besteht in der Bildung entsprechender Zwischen-Streifen 9, die reflektierend sind, so daß reflektierte Lichtstrahlen 10 intermittierend auf einen optoelektrischen Detektor 11 auftreffen, wenn der geschwenkte Lichtstrahl 1′ nur durch die Streifen 9 reflektiert wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß die in den Fig. 1 bis 4 der erwähnten US-PS 40 55 834 gezeigte Vorrichtung durch die zuvor beschriebene Vor­ richtung ersetzt werden kann. Die Vorrichtungen gemäß Fig. 6a, 6b, 7, 8, 10, 11, 12 (einschließlich des Ausgangs der gezeigten Fotodiode 6) und Fig. 13 und 14 der US-PS 40 55 834 können offensichtlich in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zur weiteren Signalverarbeitung des Signals am Ausgang 12 des optoelektrischen Detektors 11 verwendet werden. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, treffen die reflektierten Lichtstrahlen 10 auf den Detektor 11 mit einem größeren Streuwinkel, als der Lichtstrahl 1′ beim Verlassen der Ablenkeinrichtung 3 aufweist. Der Streu­ winkel des Lichtstrahls 10 ist so groß, daß, obgleich die Ablenkeinrichtung 3 einen Teil des Kegels des Lichtstrahls 10 ausblendet, ein restlicher Teil des Lichtstrahls 10 dennoch auf den Detektor 11 fällt. Der Detektor 11 sollte eine ausreichend große Lichtaufnahmefläche aufweisen, daß sichergestellt ist, daß wenigstens ein Teil des Licht­ strahls 10 aufgenommen wird. In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 5 bezug genommen. An den Detektor 11, der her­ kömmlicher Art sein kann und daher nur schematisch darge­ stellt ist, wird das auftreffende Licht des Lichtstrahls 10 durch kurze Pfeile wiedergegeben, die in durchgezogenen und gestrichelten Linien gezeichnet sind und die Bezugs­ ziffern 13 und 13′ tragen. Obgleich die Ablenkeinrichtung 3 einen Teil des reflektierten Lichtstrahls 10 ausblendet (Bezugsziffern 14 und 14′), trifft doch ein erheblicher Teil des Lichtstrahls 10 auf den Detektor 11.

Wenn der Detektor 11 daher auf der Rückseite der Ablenk­ einrichtung 3 angeordnet wird, wie es in Fig. 1 und 5 gezeigt ist, ermittelt der Detektor 11, ob die Licht­ strahlen 1′, die auf die reflektierenden Streifen gerichtet werden, auf dem Retro-Reflektor 5 als Lichtstrahl 10 reflektiert werden. Die Tatsache, daß der Lichtstrahl 10 aufgrund der Eigenschaften des Retro-Reflektors einen größeren Streuwinkel als der Lichtstrahl 1′ aufweist, der auf den Retro-Reflektor fällt, ist kein Nachteil, sondern ein wesentliches Merkmal der Erfindung, da ein zu enger, zurückgeworfener Strahl durch die Ablenkeinrichtung 3 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 5 nahezu vollständig abgeschirmt würde. Es ist daher eine Vorbedingung für die Ausführungsform gemäß Fig. 5, daß der zweite Streuwinkel ausreichend groß ist.

Wenn der zweite Streuwinkel nicht groß genug ist, oder wenn er aus dem einen oder anderen Grunde nicht die Möglichkeit bietet, den Detektor nicht hinter der Ablenkeinrichtung anzuordnen, kann eine Ausführung verwendet werden, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein Strahlteiler 15 schräg zu der Bahn des Lichtstrahls 1′ angeordnet. Der Detektor 11 ist so gelegt, daß die Strahlen 10, die von dem Retro-Reflektor zurückgeleitet werden, beispielsweise um 90° in Richtung des Detektors 11 umgelenkt werden und somit einen reflektierten und abge­ lenkten Lichtstrahl 10′ bilden. Ein Teil des reflektierten Lichtstrahls geht durch den Strahlteiler 15 als Licht­ strahl 10′′ hindurch, der nicht genutzt werden kann.

Folglich wird ein Teil des geschwenkten Lichtstrahls 1′, zweckmäßigerweise um einen Winkel von 90°, mit Hilfe des Strahlteilers 15 abgelenkt, so daß er den Lichtstrahl 1′′ bildet, während ein anderer Teil des Lichtstrahls 1′ durch den Strahlteiler 15 als Lichtstrahl 1′′′ in Richtung des Retro-Reflektors hindurchgeht. Es ist zweckmäßig, den Strahlteiler 15 in gleichem Abstand zu der Ablenkeinrich­ tung und dem Detektor 11 anzuordnen.

In Fig. 7 ist eine Abwandlung gegenüber der Ausführungs­ form der Fig. 6 gezeigt. Ein schräger Spiegel 16 ist mit einem Schlitz 17 versehen, durch den der geschwenkte Licht­ strahl 1′ hindurchgehen kann. Die Lichtstrahlen 10, die von dem Retro-Reflektor zurückkehren, werden durch den schrägen Spiegel 16, vorzugsweise mit einem Winkel von 90°, in Richtung des Detektors 11 abgelenkt. Auf diese Weise empfängt der Detektor 11 nahezu das gesamte reflektierte Licht des Lichtstrahls 10. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist weniger Lichtintensität des Lichtstrahls 1 erforderlich als bei dem Lichtstrahl 1′ gemäß Fig. 6.

Der optoelektrische Detektor 11 gibt an seinem Ausgang 12 wiederholte, charakteristische Signale der aufsteigenden Bereiche eines Rasterbildes eines Gegenstandes 18 (Fig. 3 und 4) wieder, der durch die Abtastebene 19 der Vor­ richtung bewegt wird (s. Fig. 3 und 4). Die charakteri­ stischen Signale weisen im allgemeinen die Form von Impuls­ ketten auf, deren Impulse mit der selben Frequenz auftreten, wie die Lichtstrahlen, die durch den Retro-Reflektor 5 reflektiert werden.

Die Signalverarbeitung als solche kann in der bereits in der US-PS 40 55 834 beschriebenen Weise und mit den dort gezeigten Hilfsmitteln erfolgen. Zur weiteren Veranschau­ lichung soll der Inhalt der US-PS 40 55 834 daher ausdrück­ lich in die vorliegende Beschreibung im Hinblick auf die Fig. 6 bis 14 mit zugehörigem Text aufgenommen werden, mit Ausnahme der Fig. 12, bei der die Offenbarung nur mit der Signalverarbeitung unter Einschluß eines optoelektrischen Detektors befaßt ist. Zur Vereinfachung werden die Signal­ verarbeitungs-Schaltungen der vorliegenden Vorrichtung nur allgemein durch die Bezugsziffer 20 (Fig. 1) bezeichnet, da eine Programmiereinheit 21 für die Signalverarbeitungs- Schaltungen vorgesehen werden kann. Die Kommunikation zwischen den Einheiten 20 und 21 erfolgt über einen Daten­ bus 22. Die Signalverarbeitungs-Schaltung 20 ist mit einer Anzeigeeinrichtung und/oder einer Kontrolltafel 23 über einen Datenbus 24 verbunden. Die Signalübertragung zwischen dem Ausgang 12 des Detektors 11 und der Signalverarbeitungs- Schaltung 20 erfolgt über eine Leitung 25.

Die Gesamtheit der Lichtquelle 2, der Signalverarbeitungs- Einheiten 20, 21, 23 mit zugehörigen Verbindungen 22, 24 und 25, des Detektors 11, der Ablenkeinrichtung 3 und ggfs. des Strahlteilers 15 gemäß Fig. 6 oder des Spiegels 16 gemäß Fig. 7 ist in Fig. 3 und 4 mit 26 bezeichnet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird der Lichtstrahl 1′ auf einen schrägen Spiegel 27 geschwenkt, von dem aus der Lichtstrahl 1′ in Richtung des Retro-Reflektors 5 abgelenkt wird. Lichtstrahlen 1′, die nicht durch den Gegenstand 18 abgeschirmt werden, der durch die Abtastebene 19 hindurch­ geführt wird, werden durch den Retro-Reflektor als Licht­ strahl 10 zurückgeworfen. Die Einheit 26 in Fig. 3 und 4 kann so ausgebildet sein, daß die Signalverarbeitungs- und Steuereinrichtungen 20, 21 und 23 als eine getrennte Einheit entfernt von dem schematisch in Fig. 3 und 4 gezeigten Vorrichtungsteil angeordnet sind. Gemäß Fig. 4 wird ein Gegenstand 18, beispielsweise ein Flüssigkeitsbehälter, beispielsweise in der Position A in die Vorrichtung einge­ führt und bei B auf diese abgegeben. Mit Hilfe einer Um­ lenkfläche 28 wird der Gegenstand auf einen Drehtisch 29 geschoben und auf diesem durch die Abtastebene 19 hindurch­ geführt, wie es oben angegeben worden ist. Sodann wird der Gegenstand 18 mit Hilfe einer Führungsplatte 30 und, soweit erforderlich, eines weiteren, nicht gezeigten Förderers außerhalb des Drehtisches 29 entfernt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Förderung des Gegenstandes entlang der Bahn A-B mit Hilfe eines Drehtisches beschränkt. Es kommt beispielsweise auch eine Lösung gemäß Fig. 3 mit einem Förderer 31 in Betracht. Die Ausführung gemäß Fig. 4 ermöglicht jedoch einen relativ kleinen Ablenkwinkel α des emittierten Lichts der Lichtquelle 2. Die Bahn des Lichtstrahles 1′ kann daher mit Hilfe des Spiegels 27 ver­ größert werden, so daß die Empfindlichkeit gegenüber Parallaxenfehlern ausgeschlossen wird und der Abstand zwischen dem Gegenstand 18 und dem Retro-Reflektor eine geringe Rolle spielt. Wenn die Einheit 26 direkt in der Position des Spiegels 27 angeordnet wird und dieser ent­ fernt wird, bedeutet dies einen großen Winkel α und einen großen Parallaxenfehler bei gleicher Höhe des Retro- Reflektors.

Die obige Beschreibung geht von der Annahme aus, daß der geschwenkte Lichtstrahl 1′ ein kontinuierlicher Lichtstrahl ist, der auf einen Retro-Reflektor auftrifft, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, d.h. auf einen Reflektor aus einem reflektierenden Material, das mit einer Anzahl von schmalen, nicht-reflektierenden Streifen 6 versehen ist, die sich quer zur Schwenkrichtung des Strahles 1′ er­ strecken. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird das reflektierende Material in der Form eines Bandes gezeigt. Das reflektierende Material kann jedoch jede beliebige Abmessung in waagerechter und senkrechter Richtung haben, so daß die Ausführungsform gemäß Fig. 1 nicht einschrän­ kend zu verstehen ist. Als Alternative zu der Ausführungs­ form gemäß Fig. 1, d.h. zu einem reflektierenden Material mit einer Anzahl von schmalen, nicht-reflektierenden Streifen, kann ein Reflektor aus einem unbehandelten reflektierenden Material verwendet werden, wie es in Fig. 2 unter der Bezugsziffer 32 gezeigt ist.

Wenn es gewünscht wird, einen kontinuierlichen Lichtstrahl 1 aus einer Lichtquelle 2 in Verbindung mit einem Retro­ reflektor gemäß Fig. 2 zu verwenden, wird ein quergerich­ tetes Gitter oder Raster 33, das in Fig. 3 strichpunktiert und in Fig. 2A perspektivisch gezeigt ist, benutzt. Ein derartiges Raster umfaßt abwechselnde undurchsichtige und lichtdurchlässige Streifen 34 und 35. Diese Streifen und die Schirmbereiche 36 und 37 am oberen und unteren Ende haben die selbe Funktion wie der Retro-Reflektor 5 gemäß Fig. 1. Auf diese Weise wird der Lichtstrahl 1, der auf den Retro- Reflektor 32 auftrifft, in der oben beschriebenen Weise auf den Detektor 11 geworfen.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2A ist es daher möglich, einen Retro-Reflektor 32 zu verwenden, der keine spezielle Behandlung erfordert. Das Raster 33 kann mit einer Auf­ lösung versehen sein, die von den Erfordernissen bei der Abtastung abhängt.

In Verbindung mit einem Retro-Reflektor 32 gemäß Fig. 2 und bei einer technischen Lösung, wie sie oben in Verbin­ dung mit Fig. 1 und 3 bis 7 definiert wird, kann es vorteilhaft sein, einen pulsierenden Lichtstrahl 1 zur Erzeugung des geschwenkten Lichtstrahls 1′ zu verwenden. Bei einer derartigen Ausführungsform kann beispielsweise eine steuerbare Laser-Diode verwendet und mit einer Kollek­ tivlinse versehen werden. In diesem Fall ist eine Steuer­ verbindung 38 (Fig. 1) zwischen der Signalverarbeitungs- Schaltung 20 und der Lichtquelle 2 erforderlich. Die Signalverarbeitungs-Schaltung 20 kann auf diese Weise die Pulsfrequenz des Lichtstrahls 1 bestimmen. Es ist jedoch wichtig, daß der Motor 4 der drehbaren Ablenk­ einrichtung 3 eine stabile, konstante Drehzahl aufweist. Dies kann erreicht werden durch Verwendung bekannter Motoren mit derartigen Eigenschaften. Eine weitere Mög­ lichkeit bei einem nicht pulsierenden Lichtstrahl 1 besteht darin, die Stärke der aufgenommenen Signale zu bestimmten, vorgegebenen Zeitpunkten zu messen. In diesem Fall müssen die selben Anforderungen an den Motor 4 gestellt werden.

Fig. 8 veranschaulicht, wie eine zweidimensionale Ab­ tastung durchgeführt werden kann. Es kann ein pulsierender Lichtstrahl 1′ verwendet werden, der, wie oben beschrieben wurde, durch eine Ablenkeinrichtung 3 abgelenkt wird, die durch einen drehbaren Spiegel verkörpert wird, den ein Motor 4 antreibt. Der geschwenkte Lichtstrahl 1′ trifft auf einen Spiegel 27′ und wird in Richtung des Retro- Reflektors 32 abgelenkt. In diesem Zusammenhang soll noch einmal auf Fig. 4 bezug genommen werden. In dieser Fig. ist ein feststehender Spiegel 27 gezeigt. Wenn der Spiegel 27 um eine senkrecht zur Zeichenebene liegende Achse drehbar wäre, ergäbe sich der selbe Vorgang, wie er in Fig. 8 gezeigt ist. In Fig. 8 ist der Spiegel mit 27′ bezeichnet, und der Doppelpfeil 39 gibt an, daß der Spiegel vorwärts und rückwärts gekippt wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 bewegt sich der geschwenkte Lichtstrahl 1′ in Richtung des Pfeiles 40, während durch Kippung des Spiegels 27′ der Lichtstrahl aufwärts und ab­ wärts in Richtung des Pfeiles 42 auf dem Retro-Reflektor 32 bewegt wird. Der Lichtstrahl erscheint in Fig. 8 als gestrichelte Linie 41. Ein gestricheltes Raster wird auf diese Weise auf dem Retro-Reflektor 32 hergestellt. Wenn ein Gegenstand durch die Bahn des geschwenkten Licht­ strahls 1′ hindurchgeführt wird, wird ein gestricheltes Rasterbild der Kontur des Gegenstandes auf dem Retro- Reflektor 32 gebildet, welches gestrichelte Rasterbild von dem Retro-Reflektor 32 in der Form von Strahlen 10, die sich über den Spiegel 27 zu dem Detektor 11 bewegen, zurückgeworfen wird. Aufgrund des Streuwinkels des Licht­ strahls 10 wird dieser, wie bereits erwähnt wurde, durch die Ablenkeinrichtung 3 nicht nennenswert in bezug auf den Detektor 11 abgeschirmt. Die weitere Signalverarbeitung der durch den Detektor 11 gebildeten Signale erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Selbstverständlich muß die Kippgeschwindigkeit des Motors 43, der den Spiegel 27′ betätigt, und die Drehzahl der Ablenkeinrichtung 3 der Signalverarbeitungs-Schaltung 20 bekannt sein.

In Fig. 9 ist eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 8 gezeigt, bei der sich ein Gegenstand in der Form einer Flasche 18 auf einem Bandförderer 31 bewegt. Ein Lichtstrahl 1 wird von einer Lichtquelle 2 abgegeben und durch eine Ablenkeinrichtung 3 abgelenkt, die durch einen Motor 4 angetrieben wird. Ein Detektor 11, dem ein Verstärker 11′ zugeordnet ist, der in den vorangegangenen Figuren nicht gezeigt wurde, ist ebenfalls vorgesehen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird die Schwenkung des Lichtstrahls 1′ dazu verwendet, waagerechte, gestrichel­ te Linien 41 auf dem Retro-Reflektor 32 zu erzeugen. Anstelle eines kippbaren Spiegels (s. Fig. 8) wird eine kippbare Ablenkeinrichtung verwendet, wie durch den Pfeil 44 angedeutet ist. Wenn die Ablenkeinheit 3, 4 gekippt wird, wie der Doppelpfeil 44 zeigt, werden die Linien 41 auf dem Retro-Reflektor 32 aufwärts und abwärts verschoben. Eine solche Kippbewegung kann auch durch einen Schrittmotor 45 hervorgerufen werden, der mit der Ablenk­ einheit mit Hilfe eines Riemens 46 verbunden ist und die Ablenkeinheit nach vorwärts und rückwärts kippt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 durchlaufen die Lichtstrahlen den Abtastbereich im wesentlichen parallel. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein optisches Kolli­ mations-Element 47 bekannter Art, beispielsweise eine fotografische Linse, zu verwenden. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß vollständige Unabhängigkeit von dem Abstand des Gegenstandes von dem Retro-Reflektor 5, 32 erreicht wird, ohne daß die Gefahr eines Parallaxen­ fehlers besteht, da die Lichtstrahlen 10′ etwa parallel durch den Abtastbereich laufen. Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform gelten im übrigen die selben Überlegungen, wie bei den vorangegangenen Figuren. Die Ausführungsform gemäß Fig. 10 kann für ein- oder zwei­ dimensionale Rasterbilder verwendet werden, wie es gemäß Fig. 8 und 9 der Fall ist, und sie kann mit kontinuier­ lichem oder pulsierendem Licht in Abhängigkeit von der Art des Retro-Reflektors arbeiten (s. Fig. 1, 2, 2A, 3 bis 7).

Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß der Retro-Reflektor aus üblichem reflektierendem Material be­ stehen kann. Er kann daher kostengünstig hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Reflektor das Licht in der selben Hauptrichtung reflektiert, in der es einfällt.

Eine Alternative zu der gezeigten Ablenkeinrichtung besteht in der Verwendung eines holographischen Deflektors anstelle eines rotierenden oder oszillierenden Spiegels. Als Ablenk­ einrichtung kommt daher jedes geeignete technische Element in Betracht, durch das der beschriebene Effekt erreicht werden kann.

Im Zusammenhang mit Fig. 10 kann das optische Kollimations- Element 47 ggfs. eine gemeinsame Linse sein, obgleich eine holographische oder eine Fresnel-Linse besser geeignet sein dürfte. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 wird ein Parallaxenfehler, der bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1, 3, 8 und 9 auftreten kann, ausgeschlossen. Zur Sicherung eines möglichst eindeutigen Abtastergebnisses ist es wich­ tig, daß die Gegenstände, die gemessen werden sollen, bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 4, 8 und 9 den Retro-Reflektor in einem bestimmten Abstand passieren.

Weitere Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Aus­ führungsformen sind ebenso möglich wie die Verwendung technischer Äquivalente.

Durch die Erfindung wird eine verhältnismäßig teure, faser­ optische Abtastsäule mit deren kritischer Einstellung unnötig. Laser-Dioden, die steuerbar sind und eine längere Lebensdauer als herkömmliche Gas-Laser besitzen und zudem billiger sind, können verwendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher mit wesentlich geringeren Kosten hergestellt werden als diejenige nach der US-PS 40 55 834.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung befinden sich nur auf einer Seite des Förderers aktive Komponenten, wie etwa der Laser, die Ablenkeinrichtung mit dem zugehörigen Motor und der Detektor 11. Folglich ist die erfindungsgemäße Vorrich­ tung verhältnismäßig einfach und kostengünstig aufgebaut und zudem sehr kompakt. Auch von der Tatsache, daß alle Bauteile nur auf einer Seite des Förderers liegen, sind sie unabhängig gegenüber Schwingungen. Schwingungen treten vielfach auf, insbesondere in Verbindung mit einem Förderer. Etwaige geringfügige Schwingungen des Retro-Reflektors sind bedeutungslos für dessen Arbeitsweise.

Die Einstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ebenfalls vereinfacht, und zwar vor allem, weil das reflektierende Material, über das der Lichtstrahl hinweg­ streicht, eine beliebige Breite haben kann. Wenn der Laser, die Ablenkeinrichtung und der Detektor auf einer Seite des Förderers liegen, ist ein starrer Rahmen, der den Laser und die Ablenkeinrichtung mit dem Detektor verbindet, wie es in der US-PS 40 55 834 vorgesehen ist, nicht erforder­ lich. Der Reflektor reflektiert den Lichtstrahl stets genau in die selbe Richtung, wie er einfällt. Der Retro- Reflektor kann beliebiger Art sein, beispielsweise ein sogenannter sphärischer oder prismatischer Reflektor.

Claims (17)

1. Meßvorrichtung zum Erzeugen, Abtasten und Analysieren eines Rasterbildes der Kontur eines Gegenstandes (18), bei der ein schmaler, konzentrierter Lichtstrahl (1) mit einem ersten Streuwinkel in Richtung einer Ablenkeinrichtung (3) abgegeben wird, die den Lichtstrahl wiederholt in einer Ebene (19) schwenkt, durch die der Gegenstand (18) geführt wird, bei der der geschwenkte Lichtstrahl (10), soweit er nicht durch den Gegenstand ausgeblendet wird, aufgenommen und optroelektrisch in elektrische Signale transformiert wird, die charakteristisch für aufsteigende Bereiche des Rasterbildes des Gegenstands (18) sind, welche elektrischen Signale zur charakteristischen Darstellung der Kontur des Gegenstandes (18) verarbeitet werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Retro-Reflektor (5, 32) derart angeordnet ist, daß die Lichtstrahlen (10), soweit sie nicht durch den Gegenstand (18) abgeschirmt werden, in der Ebene (19) reflektiert werden, und daß ein Detektor (11) zur Aufnahme der reflektierten Lichtstrahlen (10) und zu deren Transformation in elektrische Signale vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Retro-Reflektor (5) mit einer Anzahl von schmalen, nicht-reflektierenden Streifen (6) versehen ist, die sich über einen wesentlichen Bereich der Fläche des Reflektors erstrecken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Raster (33) mit einer Anzahl von abwechselnd angeordneten, schmalen, nicht-reflektieren­ den (34) und durchscheinenden (35) Streifen derselben Richtung in der Strahlungsbahn des geschwenkten Licht­ strahls vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl-Detektor (11) hinter der Ablenkeinrichtung (3) in bezug auf die Richtung des reflektierten Lichtstrahls angeordnet ist, und daß die Ablenkeinrichtung (3) und der Detektor (11) derart ausgebildet und in bezug aufeinander angeordnet sind, daß die Ablenkeinrichtung (3) lediglich einen Teil des Lichtkegels der reflektierten Lichtstrahlen (10) abschirmt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler (15) in der Strahlungsbahn des geschwenkten Lichtstrahls (1′) und des reflektierten Lichtstrahls (10) vorgesehen ist, und daß der Detektor (11) derart angeordnet ist, daß ein Teil (10′) der reflektierten Lichtstrahlen (10) in Richtung des Detektors (11) abgelenkt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein undurchsichtiger Spiegel (16) in der Strahlungsbahn des geschwenkten Licht­ strahls (1′) und der reflektierten Lichtstrahlen (10) ange­ ordnet ist, der derart ausgebildet ist, daß die reflek­ tierten Lichtstrahlen (10) um einen Winkel in Richtung des Detektors (11) abgelenkt werden, und daß der Spiegel mit einem Schlitz (17) versehen ist, der einen ungehinderten Durchgang des geschwenkten Lichtstrahls (1′) durch den Spiegel (16) ermöglicht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht­ strahl ein kontinuierlicher Lichtstrahl ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl ein pulsierender Lichtstrahl ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (3, 27′) wenigstens einen beweglichen Spiegel umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bewegliche Spiegel (3, 27′) ein rotierender oder oszillierender Spiegel ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenk­ einrichtung als holographischerDeflektor, beispielsweise als rotierende holographische Platte ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­ strahlen (10) durch die Ebene (19) im wesentlichen im gleichen Winkel in bezug auf die Waagerechte hindurchgehen, und daß der geschwenkte Lichtstrahl ein optisches Kolli­ mations-Element (47) passiert, bevor er den Retro-Reflektor erreicht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der emitierte Lichtstrahl und die reflektierten Lichtstrahlen die Strahlungsrichtung aufgrund weiterer Spiegel (27, 27′) ändern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der weitere Spiegel stationär und undurchsichtig ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätz­ liche Spiegel (27′) derart angeordnet ist, daß er zur Bildung eines zweidimensionalen Lichtpunktrasters auf dem Retro-Reflektor (32) oszilliert.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeu­ gung eines zweidimensionalen Rasterbildes auf dem Retro- Reflektor (32) die Ablenkeinrichtung (3) mit Einrichtun­ gen (44, 46) zur hin- und hergehenden Bewegung ihrer Achse in einer Ebene senkrecht zu der Ablenk-Ebene (41) des Lichtstrahls versehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­ strahlen (1′), die nicht durch den Gegenstand abgeschirmt werden, unter einem zweiten Streuwinkel, der gleich oder größer als der erste Streuwinkel ist, als Strahlen (10) reflektiert werden.