DE3934744A1 - Verfahren zur beruehrungslosen ermittlung der dicke transparenter werkstoffe und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der Dicke transparenter Werkstoffe, bei dem ein auf den Werkstoff gerichteter Laserstrahl durch Bewegen der Verstellinse einer Fokusverstelleinheit fokussiert, der Reflexionsstrahl in Richtung auf einen Fokus-Detektor abgelenkt und über eine Wegmessung die Stellung der Werkstofffläche bestimmt wird, bei welcher der Laserstrahl-Fokus mit dieser zusammenfällt. Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung mit einer einen Laserstrahl aussendenden Lasereinheit, einer Kollimator-Linse und einer Fokusverstelleinheit mit einer Verstellinse, deren optische Achse mit derjenigen der Kollimator-Linse zusammenfällt und die mittels eines Verstellantriebs in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist, mit einem Wegaufnehmer, über den die jeweilige Stellung der Verstellinse bezüglich eines Bezugswertes feststellbar ist, und mit einem vor der Verstellinse angeordneten Strahlteiler mit nachgeschalteter Hilfslinse, über den ein etwa zurücklaufender Reflexionsstrahl in Richtung auf einen Fokus-Detektor ablenkbar ist.

Bei der Ermittlung der Dicke - d. h. der Wandstärke oder Schichtdicke - transparenter Werkstoffe (beispielsweise Glas oder Kunststoff) kommen bisher mechanisch, induktiv, kapazitiv oder unter Ausnutzung der Infrarot-Absorpion arbeitende Verfahren und Vorrichtungen zur Anwendung, die allerdings eine Zugänglichkeit auf beiden Seiten des Werkstoffs voraussetzen.

Mechanisch arbeitende Verfahren und Vorrichtungen weisen darüber hinaus den Nachteil auf, daß mit Rücksicht auf die beiderseitige Zugänglichkeit beispielsweise ein zu überprüfender Hohlkörper entweder zerstört oder mit zusätzlichem Aufwand die Hohlkörper-Innenfläche abgetastet werden muß, ggf. durch Einführen eines Gegentasters in den Innenraum des Hohlkörpers.

Bei allen Verfahren und Vorrichtungen, welche die Wandstärke oder Schichtdicke über beiderseitige Meßpunkte aufgrund eines Abstandsunterschiedes ermitteln, besteht außerdem die Schwierigkeit, die Meßpunkte mit möglichst großer Genauigkeit gegeneinder festzulegen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung - allerdings zur Vermessung der Oberflächenstruktur bzw. der Rauhigkeit von Werkstoffen - sind aus den Veröffentlichungen "Technische Rundschau" 39/88, Seite 22/23 bzw. "Elektronik" 10/12.5.1989, Seiten 124 bis 126 bzw. "Rodenstock RM 600 Laser Stylus", 3/88 (543 490 515 113) bekannt. Der in Rede stehende Stand der Technik arbeitet dabei nach dem Prinzip der dynamischen Fokussierung: Die Meßanordnung besteht aus einer Fokusverstelleinheit mit einer federnd aufgehängten Verstellinse, die einen von einer Lasereinheit ausgesandten Laserstrahl fein fokussiert, sowie einem Fokus-Detektor, der es gestattet, die Ablage des Laserstrahl-Fokus von einer bestrahlten Werkstofffläche zu ermitteln. Über einen Regelkreis wird die Verstellinse derart nachgeführt, daß der Laserstrahl-Fokus ständig auf der Werkstofffläche liegt; durch Bewegen der Meßanordnung über die Werkstofffläche und Aufzeichnung des Verstellweges der Verstellinse kann somit die Oberflächenstruktur vermessen werden.

Der Verstellantrieb für die Verstellinse besteht aus einem an dieser befestigten ferromagnetischen Tauchkörper, der von einer ihn antreibenden Spule umschlossen ist. Die augenblickliche Stellung der Verstellinse wird mittels eines induktiv arbeitenden Wegaufnehmers festgestellt.

Bei der Meßanordnung gemäß der zweitgenannten Veröffentlichung wird der Reflexionsstrahl mittels eines Doppelkeilprismas in den Bereich des Fokus- Detektors abgelenkt; dieser weist dementsprechend zwei als Photodioden ausgebildete Empfänger auf. Im Unterschied zu dieser Ausführungsform ist bei der Meßanordnung nach der an dritter Stelle genannten Veröffentlichung der Strahlteiler nicht zwischen der Verstellinse und der Kollimator-Linse, sondern zwischen dieser und der Lasereinheit angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben, die es ermöglichen, ohne zusätzlichen Aufwand - d. h. ohne den in der erstgenannten Vorveröffentlichung angesprochenen zweiten Meßtaster (vgl. Seite 23, rechte Spalte, Absatz 2) - die Dicke (also die Wandstärke oder Schichtdicke) transparenter Werkstoffe auch dann zu ermitteln, wenn diese lediglich von einer Seite her zugänglich sind.

Vor allem soll auch die Vermessung der Wandstärke von Hohlkörpern wie Flaschen oder dergleichen ermöglicht werden, insbesondere die Vermessung von Kunststoffflaschen aus Polyäthylenterephtalat oder vergleichbaren Werkstoffen mit Wandstärken im Bereich zwischen 0,2 bis 0,5 mm.

Schließlich sollen das Verfahren und die Vorrichtung auch geeignet sein, transparente Werkstoffe hinsichtlich ihrer Dicke zu überprüfen, die sich aus mehreren Schichten zusammensetzen.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Der der Erfindung zugrundeliegende Lösungsgedanke besteht darin, den Laserstrahl-Fokus nicht in der bekannten Weise einer Werkstofffläche nachzuführen, also während des Meßvorgangs ständig mit dieser zusammenfallen zu lassen, sondern darin, die Verstellinse über den in Frage kommenden Verstellbereich in der Weise hin und her zu bewegen, daß der Laserstrahl-Fokus im Laufe dieser Bewegung wechselweise auf den Werkstoffflächen (also beispielsweise auf der Vorder- und Rückseite des Werkstoffs) liegt; der Verstellbereich ist dabei an die Dicke des zu vermessenden Werkstoffs angepaßt. Die Ablenkung des zurücklaufenden Reflexionsstrahls erfolgt nach der Lehre der Erfindung in der Weise, daß jeweils nur in den Fällen über den Fokus-Detektor ein Signal ausgelöst wird, in denen der Laserstrahl- Fokus wie bereits erwähnt mit einer der in Frage kommenden Werkstoffflächen, also beispielsweise mit der Vorder- oder Rückseite zusammenfällt. Der Fokus- Detektor erzeugt dabei im Gegensatz zum Stand der Technik kein stetiges Fokus-Ablagesignal, sondern zeigt aussschließlich die Übereinstimmung zwischen dem Laserstrahl-Fokus und der jeweils zugehörigen Werkstofffläche an. Durch diese Ausgestaltung wird die gegenseitige Überlagerung mehrerer Reflexionsstrahlen und der sich daraus ergebenden Signale verhindert, die eine sichere Zuordnung eines am Fokus-Detektor anliegenden Signals zur Stellung der Verstellinse infragestellen würde.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat zur Folge, daß im Verlauf der Verstellbewegung der Verstellinse einzelne scharfe Signale ausgelöst werden, bei deren Auftreten die jeweils zugehörige Verstellinsen- Stellung und daraus durch Meßwertvergleich die Größe des diesen Stellungen entsprechenden Wegunterschieds bestimmt wird.

Der mit der Hin- und Her-Bewegung der Verstellinse und des Laserstrahl-Fokus erzielte Vorteil besteht auch darin, daß der hinsichtlich seiner Dicke zu vermessende transparente Werkstoff lediglich grob innerhalb des insgesamt zur Verfügung stehenden Verstellbereichs angeordnet werden muß.

Bei hohen Anforderungen an die Meßgenauigkeit kann eine rechnerische Korrektur des durch die Brechung im Werkstoff hervorgerufenen Meßfehlers durchgeführt werden, sofern der Brechungsindex des Werkstoffs bekannt ist. Darüber hinaus ist zur Korrektur dieses Meßfehlers eine Kalibrierung durch Verwendung von Werkstoffen möglich, deren Dicke (Wandstärke bzw. Schichtdicke) bekannt ist.

Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen die Verstellinse sich mit hoher Frequenz bewegt, wird die Wegmessung bei Anliegen eines vom Fokus-Detektor erzeugten Signals selbsttätig in der Weise angesteuert, daß die jeweils zugehörige Stellung der Verstellinse festgestellt und aus dem Wegunterschied, der zwei aufeinanderfolgenden Signalen zugeordnet ist, die Werkstoff-Dicke ermittelt wird.

Abhängig von den Meßbedingungen und von der geforderten Meßgenauigkeit ist ggf. bereits die Ausführung eines Bewegungszyklus ausreichend. Das Verfahren kann jedoch auch in der Weise ausgestaltet sein, daß die Verstellinse jeweils mehrfach hin und her bewegt und aus den dabei gewonnenen Werten der jeweils zugehörigen Wegunterschiede ein Durchschnittswert gebildet wird (Anspruch 2).

Vorzugsweise wird das Verfahren in der Weise ausgeführt, daß die Verstellinse periodisch hin und her bewegt wird (Anspruch 3).

Das Verfahren läßt sich weiterhin dadurch vorteilhaft ausgestalten, daß die Verstellinse bezüglich einer als Objektlinse wirksamen Festlinse der Fokusverstelleinheit hin und her bewegt wird (Anspruch 4).

Das Verfahren kann dabei in der Weise ausgeführt werden, daß die Festlinse vor der Verstellinse eine Zwischenabbildung des Laserstrahl-Fokus erzeugt (Anspruch 5).

Die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung weist die Merkmale des Anspruchs 6 auf. Diese ist im einzelnen so beschaffen, daß der Verstellantrieb für die Verstellinse eine Hin- und Her-Bewegung des Laserstrahl-Fokus mit einer einstellbaren Amplitude erzeugt, welche - die Vorder- und Rückseite des Werkstoffs einschließend - größer ist als die Werkstoffdicke. Der Fokus-Detektor weist eine Ausbildung auf, die jeweils nur dann ein Signal auslöst, wenn der Laserstrahl-Fokus mit der Vorder- oder der Rückseite zusammenfällt. Der Fokus-Detektor ist dabei derart meßtechnisch mit dem Wegaufnehmer verknüpft, daß aufgrund der Meßwerte, die bei Anliegen eines der Signale vorliegen, die diesem jeweils zugeordnete Verstellinsen-Stellung und der sich daraus ergebende Wegunterschied zwischen den betreffenden Stellungen feststellbar ist.

Eine besonders einfache Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus-Detektor lediglich einen Empfänger aufweist (Anspruch 7).

Falls zwischen der Hilfslinse und dem Fokus-Detektor ein Keilprisma (Einfach- oder auch Doppelkeilsprisma) angeordnet ist, umfaßt der Fokus-Detektor eine der Anzahl Keilflächen des Keilprismas entsprechende Anzahl Empfänger (Anspruch 8).

Vorteilhaft weist der Fokus-Detektor eine Ausbildung auf, bei welcher bereits geringfügige Lageabweichungen des Laserstrahl-Fokus dazu führen, daß kein Signal ausgelöst wird.

Dies läßt sich dadurch erreichen, daß jeder Empfänger als Punkt- oder Spalt-Empfänger ausgebildet ist (Anspruch 8).

Es ist jedoch auch möglich, jeden Empfänger mit einer Blende auszustatten, die eine punkt- oder spaltförmige Blendenöffnung aufweist (Anspruch 9). Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen (Anspruch 8 und 9) haben zur Folge, daß unerwünschte Signale bzw. Signalbeiträge von Flächen bzw. Grenzflächen stark unterdrückt werden, die nicht unmittelbar mit dem Laserstrahl-Fokus zusammenfallen.

Die Ausstattung der Vorrichtung mit einem Keilprisma (Anspruch 8) ist insofern von Vorteil, als der Laserstrahl auch eine seitliche Ablenkung in Abhängigkeit von der Lage des Laserstrahl-Fokus relativ zur reflektierenden Fläche bzw. Grenzfläche erfährt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist die Fokusverstelleinheit mit einem Linsensystem ausgestattet, d. h. sie weist zusätzlich eine bezüglich der Verstellinse unbewegliche Festlinse auf, welche der Verstellinse in Richtung auf den Werkstoff vorgelagert ist (Anspruch 11).

Bei einer lediglich mit einer Linse ausgestatteten Fokusverstelleinheit bildet die Verstellinse gleichzeitig die Objektlinse; im Gegensatz dazu wird diese bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 11 von der Festlinse verkörpert.

Die mit der Verwendung einer zusätzlichen Festlinse verkörperten Vorteile bestehen darin, daß der Abstand zum Werkstoff feststeht, wodurch sich Schwierigkeiten infolge unsachgemäßer Anordnung des zu untersuchenden Gegenstandes vermeiden lassen. Die Wegerfassung und die Laserstrahl-Ablenkung lassen sich darüber hinaus günstiger anordnen.

Durch Austausch der als Objektlinse wirksamen Festlinse kann im übrigen auf einfache Weise eine Änderung des Fokusverstellbereichs zur Anpassung an die Dicke des zu untersuchenden Gegenstandes herbeigeführt werden.

Bei Ausstattung der Fokusverstelleinheit mit einem Linsensystem kann die gegenseitige Anordnung und die Ausbildung der zusammenwirkenden Linsen derart getroffen sein, daß sich kein gesonderter Zwischenfokus bildet.

Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch ein aus Verstellinse und Festlinse bestehendes Linsensystem zur Anwendung kommen, welches die Erzeugung einer Zwischenabbildung des Laserstrahl-Fokus zwischen den betreffenden Linsen zur Folge hat (Anspruch 12). Die Lage dieser Zwischenabbildung wandert dabei mit der Bewegung der Verstellinse bezüglich der Festlinse.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der stark schematisiert mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Meßanordnung zur Ermittlung der Dicke einer transparenten Schicht,

Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab den Bereich zwischen dem Strahlteiler und dem mit einem punktförmigen Empfänger ausgestatteten Fokus-Detektor,

Fig. 3 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab den Bereich zwischen dem Strahlteiler und einem Fokus-Detektor, dessen Empfänger mit einer Lochblende ausgestattet ist,

Fig. 4 in gegen Fig. 1 vergrößertem Maßstab den Bereich zwischen dem Strahlteiler und dem Fokus-Detektor, welcher zwei mit einer Lochblende ausgestattete Empfänger aufweist,

Fig. 5 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab einen Teil einer Meßanordnung mit einer Fokusverstelleinheit, die mit einem Linsensystem bestehend aus beweglicher Verstellinse und ortsfester, als Objektlinse wirksamer Festlinse ausgestattet ist, und

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Anordnung mit einer Fokusverstelleinheit, zwischen deren Verstell- und Festlinse eine Zwischenabbildung des Laserstrahl-Fokus erzeugt wird.

Die Vorrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Dicke S einer transparenten Schicht 1 weist eine einen Laserstrahl 2 aussendende Lasereinheit 3, eine Kollimator-Linse 4, einen Strahlteiler 5 und eine Fokusverstelleinheit 8 mit einer in Richtung des Doppelpfeiles 6 beweglichen, an einem ferromagnetischen Tauchkörper 7 befestigten Verstellinse 8a auf; letztere ist in an sich bekannter Weise an einem nicht dargestellten Federelement (Feder bzw. Membran) aufgehängt. Im Umgebungsbereich der Verstellinse 8a ist der Tauchkörper von einem Verstellantrieb in Form einer elektromagnetischen Spule 9 umschlossen. Diese ist in der Weise ausgebildet und geschaltet, daß sie die Verstellinse 8a während des Meßvorgangs in eine periodische Hin- und Her-Bewegung (angedeutet durch den Doppelpfeil 6) versetzt.

Die Amplitude dieser Bewegung ist dabei in der Weise an die Meßbedingungen angepaßt, daß der Laserstrahl- Fokus 2a, welcher vorzugsweise einen Brennpunkt- Durchmesser unterhalb von zwei Mikrometer aufweist, bezüglich der zu vermessenden Schicht 1 einen Weg zurücklegt, der - die Vorder- und Rückseite V bzw. R der Schicht einschließend - größer ist als deren Dicke S.

Unter der Voraussetzung, daß der Verstellbereich der Verstellinse 8 - die im vorliegenden Fall gleichzeitig die Objektlinse darstellt - ausreichend groß bemessen ist, braucht die Schicht 1 bezüglich der Meßanordnung lediglich grob ausgerichtet zu werden.

Auf der rechten Seite weist der Tauchkörper 7 eine Verlängerung 7a auf, welche sich nach oben hin über die Spule 9 hinaus erstreckt. Diese Verlängerung gestattet es im Zusammenwirken mit einem induktiv arbeitenden Wegaufnehmer 10, die augenblickliche Stellung der Verstellinse 8a und damit des Laserstrahl-Fokus 2a während der Hin- und Her- Bewegung im Sinne des Doppelpfeils 6 festzustellen. Die vom Wegaufnehmer 10 gelieferten Meßwerte, bei denen der Laserstrahl-Fokus 2a mit der Vorder- bzw. Rückseite der Schicht 1 zusammenfällt (also auf der Vorder- bzw. Rückseite liegt), sind durch die Bezeichnung WV bzw. WR angedeutet.

Der von der Schicht 1 zurückgeworfene Reflexionsstrahl 2b wird unter Einwirkung des Strahlteilers 5 in den Bereich eines Fokus-Detektors 11 abgelenkt, der über eine Signalleitung 12 mit dem Wegaufnehmer 10 in Verbindung steht. Diesem ist über eine Meßleitung 13 eine Anzeigeeinheit 14 nachgeschaltet, welche durch Vergleich zwischen den Meßwerten WV und WR die Dicke S der Schicht 1 ermittelt.

Der Fokus-Detektor 11 und der Wegaufnehmer 10 sind über die Signalleitung 12 derart meßtechnisch miteinander verknüpft, daß jeweils dann, wenn der Laserstrahl-Fokus 2a mit der Vorderseite V oder der Rückseite R zusammenfällt, die jeweils zugeordnete Verstellinsenstellung WV bzw. WR festgestellt und von der Anzeigeeinheit 14 abgerufen wird. Ausgelöst wird die erwähnte Wegmessung dadurch, daß der Reflexionsstrahl 2b - abhängig von der augenblicklichen Stellung des Laserstrahl-Fokus 2a auf der Vorderseite V bzw. Rückseite R - im Fokus- Detektor 11 ein zugehöriges Signal SV bzw. SR erzeugt, über welches der Wegaufnehmer 10 in der bereits erwähnten Weise angesteuert wird.

Nach der Lehre der Erfindung ist der Fokus-Detektor 11 also in der Weise ausgebildet, daß er lediglich dann ein scharfes Signal auslöst, wenn der Laserstrahl-Fokus mit einer der beiden interessierenden Flächen zusammenfällt (und dabei einen vorgegebenen Soll-Durchmesser aufweist).

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist zwischen dem Strahlteiler 5 und dem Fokus-Detektor 11 eine Hilfslinse 15 angeordnet, über welche der unter Einwirkung des Strahlteilers 5 abgelenkte Reflexionsstrahl 2b gebündelt wird.

Um sicherzustellen, daß der Reflexionsstrahl lediglich dann ein Signal SV bzw. SR (vgl. dazu Fig. 1) auslöst, wenn der Laserstrahl-Fokus 2a mit einer der interessierenden Flächen zusammenfällt, weist der Fokus-Detektor 11 einen punktförmigen Empfänger 11a in Form einer Photodiode auf.

Diese Ausbildung hat zur Folge, daß der Reflexionsstrahl 2b bereits bei einer geringfügigen Lageabweichung des Laserstrahl-Fokus 2a von einer der Flächen V bzw. R (vgl. dazu Fig. 1) nicht mehr auf den punktförmigen Empfänger 11a auftrifft und das zur Erfassung des Signals des Wegaufnehmers 10 benötigte Signal SV bzw. SR auslöst.

Die Meßanordnung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich lediglich dadurch von der zuvor erläuterten Ausführungsform, daß der Fokus-Detektor 11 einen großflächigeren Empfänger 11b aufweist, dem jedoch eine Blende 16 mit einer punktförmigen Blendenöffnung 16a (d. h. eine Lochblende) vorgeschaltet ist. Der Reflexionsstrahl 2b kann den Emfpänger 11b dementsprechend nur dann erreichen und ein Signal auslösen, falls er exakt auf die Blendenöffnung 16a ausgerichtet ist.

Die Wirksamkeit des Fokus-Detektors 12 läßt sich ggf. dadurch weiterverbessern, daß ihm in Richtung auf die Hilfslinse 15 ein Doppelkeilprisma 17 vorgeschaltet ist, über welches der Reflexionsstrahl 2b zusätzlich eine seitliche Ablenkung in Abhängigkeit von der Lage des Laser-Fokus 2a bezüglich der reflektierenden Fläche V bzw. R (vgl. dazu Fig. 1) erfährt. Bedingt durch die Zwischenschaltung des Doppelkeilprismas 17 weist der Fokus-Detektor 12 zwei Empfänger 11b auf, denen jeweils eine Blende 16 mit einer punktförmigen Blendenöffnung 16a vorgelagert ist. Anstelle des dargestellten Doppelkeilprismas kann auch ein Einfachkeilprisma zur Anwendung kommen, dem lediglich ein Empfänger zugeordnet ist.

Abweichend von den bisher beschriebenen Ausführungsformen kann die Fokusverstelleinheit 8 auch mit einem Linsensystem ausgestattet sein, welches zusätzlich zu der bereits beschriebenen Verstellinse 8a eine im Gegensatz dazu unbewegliche, als Objektlinse wirksame Festlinse 18 aufweist (Fig. 5).

Die beiden Linsen 8a und 18 bilden ein Linsensystem mit entsprechend der Bewegung der Verstellinse 8a veränderlicher Fokuslage. Die Anordnung und Ausbildung der beiden Linsen ist so gewählt, daß sie ohne Bildung eines Zwischenfokus zusammenwirken.

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist die Fokusverstelleinheit mit einer beweglichen Verstellinse 8a und einer ortsfesten Festlinse 18 ausgestattet.

Die als Objektlinse wirksame Festlinse bildet den Zwischenfokus 2c in einem Abstand vor der Verstellinse 8a ab, der sich mit deren Bewegung (Doppelpfeil 6) ändert.

Selbstverständlich kann das in Fig. 5 und 6 dargestellte Linsensystem auch dann zur Anwendung kommen, wenn die Meßanordnung im Anschluß an den Strahlteiler 5 andersartig - also insbesondere auch gemäß Fig. 3 oder 4 - ausgebildet ist.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß sich ohne ins Gewicht fallenden Mehraufwand die Dicke (d. h. Wandstärke oder auch Schichtdicke) transparenter Werkstoffe auch dann ermitteln läßt, wenn diese lediglich von einer Seite her zugänglich sind.

Die Erfindung ermöglicht daher insbesondere auch die Vermessung der Dicke von Hohlkörpern, insbesondere Behältern oder Flaschen aus Kunststoff, und zwar auch dann, wenn diese - beispielsweise auf einer Transporteinrichtung mitgeführt - bezüglich der Meßanordnung (also quer zum auftreffenden Laserstrahl) bewegt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der Dicke transparenter Werkstoffe, bei dem ein auf den Werkstoff gerichteter Laserstrahl durch Bewegen der Verstellinse einer Fokusverstelleinheit fokussiert, der Reflexionsstrahl in Richtung auf einen Fokus- Detektor abgelenkt und über eine Wegmessung die Stellung der Werkstofffläche bestimmt wird, bei welcher der Laserstrahl-Fokus mit dieser zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Verstellinse derart hin und her bewegt wird, daß der vom Laserstrahl-Fokus zurückgelegte Verstellweg größer ist als die Dicke des Werkstoffs und dessen Vorder- und Rückseite innerhalb des Verstellweges liegen;
• - daß die Ablenkung in der Weise erfolgt, daß jeweils nur der Reflexionsstrahl bei mit der Vorder- und Rückseite zusammenfallendem Laserstrahl-Fokus ein Signal auslöst, und
• - daß bei Auftreten eines Signals die jeweils zugehörige Verstellinsenstellung und daraus durch Meßwertvergleich die Größe des diesen Stellungen entsprechenden Wegunterschieds bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellinse jeweils mehrfach hin und her bewegt und aus den dabei gewonnenen Werten der jeweils zugehörigen Wegunterschiede ein Durchschnittswert gebildet wird.

3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellinse periodisch hin und her bewegt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellinse bezüglich einer als Objektlinse wirksamen Festlinse der Fokusverstelleinheit hin und her bewegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verstellinse und der Festlinse eine Zwischenabbildung des Laserstrahl-Fokus erzeugt wird.

6. Vorrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Dicke transparenter Werkstoffe, mit einer einen Laserstrahl (2) aussendenden Lasereinheit (3), einer Kollimator-Linse (4) und einer Fokusverstelleinheit (8) mit einer Verstellinse (8a), deren optische Achse mit derjenigen der Kollimator-Linse zusammenfällt und die mittels eines Verstellantriebs (7, 9) in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist, mit einem Wegaufnehmer (10), über den die jeweilige Stellung der Verstellinse bezüglich eines Bezugswertes feststellbar ist, und mit einem vor der Verstellinse (8a) angeordneten Strahlteiler (5) mit nachgeschalteter Hilfslinse (15), über den ein etwa zurücklaufender Reflexionsstrahl (2b) in Richtung auf einen Fokus-Detektor (11) ablenkbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb (7, 9) eine Hin- und Her- Bewegung des Laserstrahl-Fokus (2a) mit einer einstellbaren Amplitude erzeugt, welche - die Vorder- und Rückseite (V bzw. R) des Werkstoffs (1) einschließend - größer ist als die Werkstoff-Dicke (S);

• - daß der Fokus-Detektor (11) in der Weise ausgebildet ist, daß er jeweils nur dann ein Signal (SV bzw. SR) auslöst, wenn der Laserstrahl-Fokus (2a) mit der Vorder- oder der Rückseite (V bzw. R) zusammenfällt, und
• daß der Fokus-Detektor (11) derart meßtechnisch mit dem Wegaufnehmer (10) verknüpft ist, daß aufgrund der Meßwerte (WV bzw. WR), die bei Anliegen eines der Signale (SV bzw. SR) vorliegen, die diesem jeweils zugeordnete Verstellinsenstellung (WV bzw. WR) und damit der sich daraus ergebende Wegunterschied (S) zwischen den betreffenden Stellungen feststellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus-Detektor (11) lediglich einen Empfänger (11a bzw. 11b) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfslinse (15) und dem Fokus-Detektor (11) ein Keilprisma (17) angeordnet ist und der Fokus-Detektor eine der Anzahl Keilflächen des Keilprismas entsprechende Anzahl Empfänger (11b) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Empfänger (11a) als Punkt- oder Spalt-Empfänger ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Empfänger (11b) mit einer Blende (16) ausgestattet ist, die eine punkt- oder spaltförmige Blendenöffnung (16a) aufweist.

11. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokusverstelleinheit (8) zusätzlich zu der Verstellinse (8a) eine unbewegliche Festlinse (18) aufweist, welche der Verstellinse in Richtung auf den Werkstoff (1) vorgelagert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlinse (18) und die Verstellinse (8a) in der Weise ausgebildet und angeordnet sind, daß zwischen beiden Linsen eine Zwischenabbildung (2c) des Laserstrahl-Fokus vorliegt.