DE3827920A1 - Method and apparatus for sensing different levels - Google Patents

Method and apparatus for sensing different levels

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    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements

Abstract

An invisible electromagnetic beam which is produced by a radiating element -2- is focussed by means of a lens -3- to form a convergent beam -4- and is directed directly at the surface to be sensed. The beam -4- is partially reflected back from the surface -5- through the measurement aperture -6- and through the interference filters -7, 8- to two highly-sensitive measuring devices for electromagnetic beams -9, 10-. The analog values measured in this way are fed directly and after amplification to a microprocessor -11- which is programmed to produce a digital signal in the case of different levels. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Methode und Gerät zum Ertasten von unterschiedlichen Ebenen und deren digitalen Signalisierens.The invention relates to a method and device for Feel different levels and their digital signaling.

Die kontaktlose Ertastungsmethode soll durch Erfas­ sung von Unebenheiten, Fremdobjekte, auch übereinan­ derliegende als auch Nocken oder Rillen, Risse oder Löcher erkennen und melden (s. Fig. 1). Die Meldung soll zum Erkennen von Fehlern genauso geeignet sein wie zum Erfassen von Objekten, die in einem überge­ ordneten Steuer-/Zähl- Gerät-/Anlage ausgewertet werden können.The contactless sensing method is intended to detect and report bumps, foreign objects, overlapping ones as well as cams or grooves, cracks or holes (see FIG. 1). The message should be just as suitable for recognizing errors as for detecting objects that can be evaluated in a higher-level control / counting device / system.

Erfassen von Objekten und Unebenheiten erfolgt bei hoher Zuverlässigkeit mechanisch, elektro-optisch, magnetisch, kapazitiv durch Berührung oder kontakt­ los. Dieses erfolgt derzeit wahlweise mittels End­ schalter, Fotozellen, Hallendschalter, induktiven oder kapazitiven Näherungsschaltern.Objects and bumps are recorded at high reliability mechanical, electro-optical, magnetic, capacitive by touch or contact Come on. This is currently optionally done using end switches, photocells, hall limit switches, inductive or capacitive proximity switches.

Hierbei besteht jedoch regelmäßig, je nach angewand­ tem Sensor eine Abhängigkeit von der Größe und Form des zu ertastenden Objekts, vom Material und von der Oberflächenbeschaffenheit und Farbe des Objekts und seiner unmittelbaren Umgebung. Außerdem wird die zu­ verlässige Wirkung häufig bestimmt durch den begrenz­ ten Abstand von dem zu ertastenden Objekt, der Hyste­ rese und dem begrenzten Meßbereich als auch von dem Abstand der Objekte zueinander.However, this is done regularly, depending on the application tem sensor depending on the size and shape of the object to be felt, of the material and of the Surface quality and color of the object and its immediate surroundings. It also becomes reliable effect often determined by the limited distance from the object to be palpated, the hyster rese and the limited measuring range as well from that Distance between objects.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ertas­ tungsprozeß von den oben genannten engen Abhängig­ keiten zu befreien und in den Fällen, in welchen die Funktionsfähigkeit in kritischer Weise gefährdet wäre, Einsatz zu bieten.The invention has for its object the Ertas process depends on the above-mentioned narrow dependencies  and in cases where the Functionality would be critically endangered, To offer commitment.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this task is characterized by the Drawing features of claim 1 solved.

Auf dem Boden des Gehäuses (1) ist der Träger sämtli­ cher optischer Komponenten (2, 3, 6, 7, 8, 9, 10) befestigt. Die Anordnung ist entsprechend der genau bemessenen räumlichen Zuordnung positioniert und eingestellt, wodurch weitere Einstellungen über den gesamten Meß­ bereich entfallen.On the bottom of the housing ( 1 ), the support of all optical components ( 2 , 3 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ) is attached. The arrangement is positioned and adjusted according to the precisely dimensioned spatial assignment, making further settings over the entire measuring range omitted.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß der Ertastungsprozeß unabhängig ist von Einflüs­ sen wie Oberflächenbeschaffenheit, Oberflächenfarbe, Umgebungsfarbe, unabhängig vom zu ertastenden Mate­ rial, sofern lichtundurchlässig, von der Größe, da eine Erfassung von Unterschieden auf der Ebene kleiner als 0,5 Millimeter und größer als mehrere Centimeter bei einem Meßabstand von über 11 Centimetern reali­ siert wird. Für Positionierungszwecke ist die Er­ tastung formunabhängig. Es besteht eine hohe Erfas­ sungsleistung, größer als 210 000 pro Stunde bedingt durch die kurze Zykluszeit des hier angewandten Mikroprozessors, 0,8 Mikrosekunden.The particular advantages of the invention are that the tactile process is independent of influences such as surface quality, surface color, Ambient color, regardless of the mate to be felt rial, if opaque, the size, because a detection of differences on the smaller level than 0.5 millimeters and larger than several centimeters at a measuring distance of over 11 centimeters reali is settled. For positioning purposes, the Er touch independent of shape. There is a high level of coverage performance, greater than 210,000 per hour through the short cycle time of the applied here Microprocessor, 0.8 microseconds.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrie­ ben. Es zeigt Fig. 1 ein Gerät zur Verwirklichung der Erfindung.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below. It shows Fig. 1, an apparatus for practicing the invention.

Der unsichtbare elektromagnetische Strahl wird mittels eines Infrarot-Halbleiter-Lasers (2) erzeugt, dessen Strahl bei Emission elyptisch und divergent ist und mittels einer Plano-Konvex-Linse (3) zu einem kon­ vergenten Strahl (4) gebündelt. Der Strahl (4) wird durch die Meßblende (6) und durch einen Bodenspalt des Gehäuses (1) auf die zu ertastende Oberfläche (5) gerichtet. Der Teil des Strahls, der von der Oberflä­ che (5) zurückgestrahlt wird, geht durch den Boden­ spalt des Gehäuses (1), durch die Meßblende (6) und durch die Interferenzfilter (7, 8) und fällt auf die zwei hochempfindlichen Meßfühler der Messer für elek­ tromagnetische Strahlen (9, 10). Die so gemessenen wellenlängenspezifischen proportionalen analogen Werte werden einem Mikroprozessor (11) direkt und nachver­ stärkt zugeführt. Der Mikroprozessor (11) ist derart programmiert, um die analogen Werte zu analysieren und bei Unterschieden in der ertasteten Oberfläche ein digitales Signal zu erzeugen.The invisible electromagnetic beam is generated by means of an infrared semiconductor laser ( 2 ), the beam of which is elliptical and divergent when emitted and bundled into a convergent beam ( 4 ) by means of a plano-convex lens ( 3 ). The beam ( 4 ) is directed through the measuring aperture ( 6 ) and through a bottom gap of the housing ( 1 ) onto the surface ( 5 ) to be felt. The part of the beam which is radiated back from the surface ( 5 ) passes through the bottom gap of the housing ( 1 ), through the orifice plate ( 6 ) and through the interference filter ( 7 , 8 ) and falls on the two highly sensitive sensors Knife for electromagnetic radiation ( 9 , 10 ). The wavelength-specific proportional analog values measured in this way are fed directly and amplified to a microprocessor ( 11 ). The microprocessor ( 11 ) is programmed in such a way to analyze the analog values and to generate a digital signal if there are differences in the sensed surface.

Claims (5)

1. Eine Methode zum Ertasten von unterschiedlichen Ebenen durch Bestrahlen der zu ertastenden Oberfläche mit einem unsichtbaren, elektromagnetischen Strahl und durch Messen der wellenlängenspezifischen zurückge­ strahlten Energie, gekennzeichnet dadurch, daß der benutzte unsichtbare, elektromagnetische Strahl durch eine Optik konvergent gebündelt wird und auf die zu ertastende Oberfläche gerichtet wird, und daß die zurückgestrahlten Strahlen von streuenden Fremdstrahlen weitestgehend a) von einer Meßblende abgegrenzt werden und b) durch zwei Interferenzfilter befreit werden und durch zwei hochempfindliche Messer für elektromag­ netische Strahlen gemessen werden und die wellen­ längenspezifischen, proportionalen analogen Werte einem Mikroprozessor direkt und verstärkt zugeführt werden und daß der unsichtbare, elektromagnetische Strahl, die Optik und die Interferenzfilter, die Strahlungsmeß­ fühler und die Meßblende eine bestimmte räumliche Zuordnung zueinander haben.1. A method for scanning different levels by irradiating the surface to be scanned with an invisible, electromagnetic beam and by measuring the wavelength-specific radiated energy back, characterized in that the invisible, electromagnetic beam used is converged by optics and converges towards probing surface is directed, and that the reflected rays of scattering extraneous rays are largely a) delimited by a measuring orifice and b) freed by two interference filters and measured by two highly sensitive knives for electromagnetic beams and the wavelength-specific analog values proportional to a microprocessor are supplied directly and intensely and that the invisible, electromagnetic beam, the optics and the interference filter, the radiation sensor and the measuring aperture have a certain spatial association with each other. 2. Eine Methode nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Infrarot-Halbleiter- Laserstrahl mittels einer Plano-Konvex-Linse (3) für Ertastungszwecke konvergent gebündelt wird.2. A method according to claim 1, characterized in that an infrared semiconductor laser beam is converged for sensing purposes by means of a plano-convex lens ( 3 ). 3. Eine Methode nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Infrarot-Halbleiter- Laser die Linse, die Interferenzfilter, die Strah­ lungsmeßfühler und die Meßblende ihre feste, berech­ nete räumliche Zuordnung zueinander durch einen hier­ für konzipierten Träger (12) haben.3. A method according to claim 1, characterized in that the infrared semiconductor laser, the lens, the interference filter, the radiation sensor and the measuring aperture have their fixed, calculated spatial allocation to one another by a carrier designed here ( 12 ). 4. Ein Gerät zum Ertasten von unterschiedlichen Ebe­ nen, gekennzeichnet dadurch, daß ein von einem Infrarot-Halb­ leiter-Laser (2) erzeugter unsichtbarer elektromag­ netischer Strahl mittels einer Linse (3) konvergent ge­ bündelt wird (4) und auf die zu ertastende Oberflä­ che (5) gerichtet wird und zwei wellenlängenspezi­ fische Messer (9, 10) durch eine Meßblende (6) und zwei Interferenzfilter (7, 8) die zurückgestrahl­ te Energie messen und einem Mikroprozessor (11) die analogen Werte direkt und verstärkt zuführen.4. A device for sensing different levels, characterized in that an invisible electromagnetic laser ( 2 ) generated by an infrared semiconductor laser ( 2 ) is converged by means of a lens ( 3 ) convergent ge ( 4 ) and on the to be felt Surface ( 5 ) is directed and two wavelength-specific knives ( 9 , 10 ) through a measuring orifice ( 6 ) and two interference filters ( 7 , 8 ) measure the radiated energy and a microprocessor ( 11 ) directly and intensively feed the analog values. 5. Ein Träger (12) nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Strahler, die Optik, die Interferenzfilter, die hochempfindlichen Meßfüh­ ler der Messer für elektromagnetische Strahlen und die Meßblende eine bestimmte räumliche Zuordnung zuein­ ander haben und zwar so, daß nach einmaliger Positi­ onierung der Komponente keine Nachjustage für den ge­ samten Meßbereich mehr nötig ist.5. A carrier ( 12 ) according to claim 1 and 3, characterized in that the radiator, the optics, the interference filter, the highly sensitive Meßfüh ler the knife for electromagnetic radiation and the metering orifice have a certain spatial assignment to each other and so that after the component has been positioned once, readjustment for the entire measuring range is no longer necessary.
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