DE68902600T2

DE68902600T2 - Kruemmungsmessung eines transparenten oder durchscheinenden materials.

Info

Publication number: DE68902600T2
Application number: DE8989105746T
Authority: DE
Inventors: Steve Mersch
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1989-04-01
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2009-04-02
Also published as: AU605685B2; MX166456B; AU3231889A; DK237089A; FI892331A; NO891576L; JPH0781843B2; JPH0219704A; BR8902232A; DE68902600D1; EP0348607B1; US4859861A; EP0348607A1; FI892331A0; NZ228526A; GR3005755T3; DK237089D0; ATE79947T1; ES2034453T3; NO891576D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln der Position der Innenwand eines transparenten oder transluzenten Röhrchens zwecks Nessung der Bohrung. Die Erfindung betrifft ferner die Beziehung zwischen dem dicht eines rechtwinklig zur Achse des Röhrchens und auf die Innenwand hin gerichteten Laserstrahls und den zu untersuchenden von der Innenwand reflektierten und gebrochenen polarisierten Strahlen.
Zur Fertigung von Röhrchen mit gleichbleibender Bohrung ist es wichtig, den Innendurchmesser eines transparenten oder transluzenten Röhrchens messen zu können. Besonders wichtig ist es dabei, daß die Messungen sehr akkurat und präzise erfolgen, damit der Bohrungsdurchmesser entlang der Achse des Röhrchens einheitlich bemessen ist und somit eine gleichförmige Röhrchenbohrung erzielt wird. Ein gleichförmiger Durchmesser ermöglicht eine bessere Regelung des Innenvolumens des Röhrchens.
US-3 994 599 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Wanddicke und der Konzentrizität rohrförmiger Glasgegenstände. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung dieses Patents wird ein kohärenter Lichtstrahl verwendet, der auf den rohrförmigen Glasgegenstand gerichtet wird, so daß bei Reflexion von Teilen des Strahls durch die inneren und äußeren Röhrchenflächen die reflektierten Teile an einem im Abstand von dem Gegenstand befindlichen Punkt konvergieren und dieser Abstand mit der Wanddicke in Beziehung gesetzt wird. Bei Ausrichtung mehrerer derartiger Strahlen an umfangsmäßig voneinander beabstandeten Punkten werden Interferenz streifen erzeugt, und der Abstand der Streifen ändert sich an jedem der Punkte, falls ein Mangel an Konzentrizität zwischen der äußeren und der inneren Fläche des Röhrchens besteht. Bei diesem Patent werden die Laserstrahlreflexionen verwendet, um die Wanddicke und nicht den Bohrungsdurchmesser des Röhrchens zu messen. Eine sich ändernde Wanddicke ist eine Funktion der Konzentrizität und nicht des Bohrungsdurchmessers an irgendeinem Punkt oder an Punkten längs der Achse.
US-3 307 446 zeigt eine Lichtquelle und eine Photoaufnahmevorrichtung, die während des Ziehens des Röhrchens zum Messen der Wanddicke von Glasröhrchen verwendet wird. Auch in diesem Fall werden zur Feststellung der Wanddicke die Unterschiede der Lichtreflexionen von der inneren und der äußeren Wand des Röhrchens relativ zueinander gemessen. Diese Technik basiert auf dem Triangulationsprinzip, und somit ist die Schärfe der Messung begrenzt durch die räumliche Trennung der Detektoren der Gruppe und den zwischen der Lichtquelle und dem Detektor eingeschlossenen Winkel. Bei dieser Technik sind die empfangenen Lichtsignale schwach und stellen lediglich Schnittstellenreflexionen dar, und deshalb ist die Möglichkeit von Störsignalen beträchtlich. Zudem ist diese Technik nicht unabhängig von Änderungen des Brechungsindex in dem gemessenen Röhrchen.
Ferner ist bekannt, Löcher mittels Lichtquellen und Reflexion zu messen; vgl. dazu US-3 806 252 und 4 690 556. Das letztgenannte Patent zeigt ein Verfahren zur Prüfung der Gradlinigkeit einer länglichen, im wesentlichen zylindrischen Bohrung durch Ausrichten eines kollimierten Lichtstrahls längs der Bohrung, wobei die Bohrungsachse in bezug zur Mittellinie des Strahls leicht geneigt ist. Die Wand der Bohrung reflektiert einen Teil des Lichtstrahls, wobei generell ein außeraxialer Ring aus reflektiertem Licht jenseits des Endes der Bohrung und ein auf der Achse liegender Punkt unreflektierten Lichtes gebildet werden. Die Streuung des reflektierten Lichtes zeigt Nicht-Gradlinigkeit der reflektierten Bohrungswand an. Bei Drehung der zylindrischen Bohrung über mehrere Positionen kann der gesamte Umfang geprüft werden.
Während dieses Verfahren zur Prüfung der Gradlinigkeit, des Durchmessers und mangelhafter Rundung der Bohrung verwendet werden kann, sind das Verfahren und die Vorrichtung dieses Patents nicht geeignet, um den Durchmesser des Röhrchens zu messen, während dieses gezogen wird, da bei diesem Verfahren der Laserstrahl axial durch die Bohrung gerichtet, jedoch relativ zu der Achse leicht geneigt werden muß.
Die Messung des Durchmessers eines transparenten Röhrchens während der Herstellung des Röhrchens ist ein wichtiger Faktor beim Ziehen von Röhrchen, die für wissenschaftliche Zwecke verwendet werden. Eine Vorrichtung zum Ziehen von Präzisionsglasröhrchen aus geschmolzenem Glas ist offenbart in US-3 401 028. Dabei wird das Glas zum Ziehen auf einen flüssigen und bearbeitungsfähigen Zustand erhitzt. Vor dem Abkühlen werden die Abmessungsmerkmale des gezogenen Röhrchens durch eine in dem Röhrchen plazierte Einrichtung beeinflußt, die die Innenabmessungen des Röhrchens regelt. Die Vorrichtung wird verwendet zur Herstellung von Hochpräzisionsröhrchen mit gleichförmigen Abmessungen, bei denen die Durchmesserschwankungen auf weniger als 0,5 % und vorzugsweise im Bereich von 0,1 % oder weniger gehalten werden.
Ein Beispiel zur Verwendung von Kapillar-Glasröhrchen mit Präzisionsbohrung für wissenschaftliche Zwecke ist die Analyse von Blutproben in einem quantitativen Buffy-coat-Zentrifugalanalysegerät. Das Produkt QBC (Warenzeichen), das von Becton, Dickinson and Company, Franklin Lakes, New Jersey vertrieben wird, weist ein Kapillarröhrchen auf, das einen festen zylindrischen Plastik-Schwimmer enthält. Das Blut eines Patienten wird in das Röhrchen eingezogen, das Ende des Röhrchens wird mit einer Plastikkappe abgedichtet, und das Röhrchen wird für fünf Minuten in einer Microhematocrit- Zentrifuge rotiert. Während der Zentrifugierung treibt der Plastik-Schwimmer, dessen spezifisches Gewicht auf halbem Wege zwischen demjenigen des Plasmas und demjenigen der roten Blutkörperchen liegt, an der Oberseite der roten Blutkörperchen und ist von dem expandierten Buffy coat umgeben. Der Schwimmer nimmt mehr als 90% des Querschnittsbereiches des Röhrchens ein, und somit expandiert das Buffy coat zehnfach in dem Raum zwischen der Innenwand des Röhrchens und dem Außendurchmesser des Schwimmers. Die einzelnen Buffy coat-Schichten können leicht gemessen werden. US- 4 567 754 und 4 190 328 offenbaren quantitative Buffycoat-Röhrchen, und der Hintergrund jedes der beiden Patente ist aufschlußreich über die Vorgänge zum Auslesen von Buffy coats.
Speziell in dieser Anmeldung ist die Passung zwischen der Bohrung des Kapillarröhrchens und des Schwimmers wichtig. Deshalb ist die Herstellung des Kapillarröhrchens mit einer Präzisionsbohrung von vorrangiger Bedeutung. Bisher mußte bei der Röhrchenherstellung zur Messung der Genauigkeit des Durchmessers der Röhrchenbohrung auf eine Vielzahl von Techniken zurückgegriffen werden, wobei normalerweise das Endprodukt gemessen wurde. Während des Herstellungsvorgangs mußten die Abmessungen des Kapillarröhrchens und des betreffenden Schwimmers mit einer genormten Kalibrierflüssigkeit gemessen werden, um sicherzustellen, daß die Ausbreitung des zwischen der Innenwand des Röhrchens und der Außenseite des Schwimmers eingeschlossenen Materials den Erwartungen entsprach. Dieser Vorgang ist umständlich, langsam und nur unter Schwierigkeiten präzise durchführbar. Es erscheint vorteilhaft, eine etwa aus einem Laser bestehende Lichtquelle verwenden zu können, um während des Röhrchenziehvorgangs den Innendurchmesser eines eine Präzisionsbohrung aufweisenden Kapillarröhrchens exakt auszulesen.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchmessers einer Bohrung ist bekannt aus SU-A-868 344. Dabei tritt ein Lichtstrahl durch ein transparentes Röhrchen, dessen Bohrung geprüft werden soll. Der Lichtstrahl wird mittels einer Richteinrichtung so ausgerichtet, daß er quer zur Röhrchenachse bewegt wird. An der gegenüberliegenden Seite des Röhrchens sind eine Polarisierungseinrichtung und ein Photoempfänger positioniert. Wenn der Strahl das Röhrchen durchquert, tritt lediglich an dem oberen und dem unteren Punkt der Innenfläche des Röhrchens Reflexion auf. Diese Reflexion wird von dem Photodetektor detektiert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchmessers einer Bohrung und ein Verfahren zum Ermitteln des Krümmungsradius der Innenwand eines rohrförmigen Teils zu schaffen, mittels derer ein exakter Meßwert der Innendurchmesser der Wand erzielt werden kann.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 bzw. 5 gelöst.
Die Vorrichtung der Erfindung wird zur Bestimmung des Durchmessers der Bohrung oder des Krümmungsradius der Innenwand eines transparenten oder transluzenten Röhrchens verwendet. Licht mit einer Wellenlänge, für die das zu messende Material transparent oder transluzent ist, wird von einer Strahlausrichteinrichtung rechtwinklig zur Längsachse des Röhrchens auf das Röhrchen gerichtet. Die Strahlausrichteinrichtung bewegt den ausgerichteten Strahl so, daß er das Röhrchen in einer rechtwinklig zur Längsachse verlaufenden Richtung abtastet. Eine Lichtdetektionseinrichtung ist so positioniert, daß sie rechtwinklig zu der Achse des Röhrchens polarisiertes Licht empfängt, welches von der Innenwand des Röhrchens reflektiert oder gebrochen worden ist. Die Lichtdetektionseinrichtung erzeugt Signale als Reaktion auf das empfangene Licht. Eine Signalverarbeitungseinrichtung ist so geschaltet, daß sie Signale von der Lichtdetektionseinrichtung verarbeitet und die Position der Innenwand des Röhrchens bestimmt, indem sie analysiert, wann die von der Innenwand weg erfolgende Laserlichtreflexion zu durch die Innenwand hindurch erfolgender Brechung übergeht.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zur Bestimmung des Durchmessers der Bohrung oder des Krümmungsradius der Innenwand eines transparenten oder transluzenten Röhrchens mit einem in der Signalverarbeitungseinrichtung enthaltenen Zeitgeber versehen, der durch Signale von der Lichtdetektionseinrichtung aktiviert wird. Der Zeitgeber arbeitet so, daß er feststellt, wann der Strahl aus dem Zustand der von der Röhrcheninnenwand weg erfolgenden Totalreflexion in den Zustand der durch die Innenwand des Röhrchens hindurch erfolgenden Brechung wechselt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung des Krümmungsradius der Innenwand eines transparenten oder transluzenten Röhrchens enthält die zum Ausrichten des Laserstrahls auf das Röhrchen vorgesehene Richteinrichtung eine Abtasteinrichtung. Die Abtasteinrichtung bewirkt, daß der Laserstrahl das Röhrchen rechtwinklig zur Röhrchenachse durchquert, wobei Muster reflektierter und gebrochener Lichtstrahlen erzeugt werden. Aufgrund der Topographie der Innenwand erfahren die erzeugten Muster durch Reflexion des Laserlichts von der Innenwand weg eine meßbare Änderung.
Bei einer weiteren speziellen Form der bevorzugten Ausführungsform analysiert die Signalverarbeitungseinrichtung Streifenmuster überlappender Auffächerungen des von der Abtasteinrichtung erzeugten und von der Detektionseinrichtung detektierten Laserlichts. Die konstruktive und dekonstruktive Interferenz des reflektierten und gebrochenen Laserlichts kann zum Messen des Krümmungsradius der Innenwand des Röhrchens verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist eine Einrichtung zum Feststellen des Krümmungsradius um eine Achse der Innenwand auf, die aus einem für bestimmte Wellenlängen polarisierten Lichtes transparenten oder transluzenten Material besteht. Ein Lichtstrahl, der rechtwinklig zur Achse des Materials polarisiert ist und eine Wellenlänge aufweist, für die das Material transparent oder transluzent ist, wird mittels einer Richteinrichtung längs eines rechtwinklig zur Achse des gekrümmten Materials verlaufenden Weges gerichtet. Bewegungseinrichtungen, die mindestens mit dem gekrümmten Material oder der Strahlausrichteinrichtung verbunden sind, bewirken, daß der Lichtweg das gekrümmte Material in einer rechtwinklig zur Längsachse verlaufenden Richtung kreuzt. Durch Bewegung des Strahls relativ zu dem gekrümmten Material wechselt der optische Einfluß des gekrümmten Materials auf das Licht, indem die von der Innenwand weg erfolgende Totalreflexion zu einer durch die Innenwand des gekrümmten Materials hindurch erfolgenden Brechung übergeht. Wenn der ausgerichtete Strahl auf einer der Höhe der Innenwand im wesentlichen gleichenden Höhe auf die Außenwand des gekrümmten Materials trifft, ergibt sich durch die reflektierten Strahlen ein meßbarer optischer Einfluß. Der optische Einfluß gibt Aufschluß über die Höhe der Innenwand.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Ermitteln des Krümmungsradius der Innenwand eines transparenten oder transluzenten Röhrchens. Die Verfahrensschritte enthalten einen Schritt, bei dem ein Lichtstrahl so ausgerichtet wird, daß an einer der Höhe der Innenwand im wesentlichen gleichenden Höhe auf die Außenwand des rohrförmigen Teils trifft. Bei einem weiteren Schritt des Verfahrens wird detektiert, wann der rechtwinklig zu der Achse des rohrförmigen Teils polarisierte Lichtstrahl von Totalreflexion, die von der Innenwand des rohrförmigen Teils weg erfolgt, zu Brechung wechselt, die durch die Innenwand des rohrförmigen Teils hindurch erfolgt. Ein abschließender Schritt in dem Verfahren betrifft den Übergangspunkt von Reflexion zu Brechung auf der Höhe der Innenwand des rohrförmigen Teils.
Ein spezielleres Verfahren zum Ermitteln des Krümmungsradius der Innenwand des rohrförmigen Teils enthält zusätzlich Schritte, bei denen mindestens der Lichtstrahl oder das rohrförmige Teil relativ zu dem anderen axial bewegt wird, um die Höhe der Innenwand an verschiedenen Positionen relativ zur Längsachse des rohrförmigen Teils zu bestimmen. Ein weitere Variante des Verfahrens zum Ermitteln des Durchmessers an der Innenwand des rohrförmigen Teils kann zusätzlich einen Schritt aufweisen, bei dem mindestens der Lichtstrahl rechtwinklig zur Längsachse des rohrförmigen Teils oder der Lichtstrahl oder das rohrförmige Teil quer zueinander so bewegt werden, daß der Lichtstrahl an diametral entgegengesetzten Punkten auf das rohrförmige Teil trifft und in zeitlichem Abstand Signale für jeden Übergangspunkt erzeugt. Gemäß einer weiteren Variante dieses Verfahrensschritts kann zusätzlich ein Schritt vorgesehen sein, bei dem zum Zeitpunkt der Detektion des Übergangspunktes ein Signal erzeugt wird.
Vorteilhafterweise kann mit der Erfindung ein Röhrchendurchmesser ohne physischen Kontakt und ohne Unterbrechung des normalen Ablaufs der Handhabung des Röhrchens während der Herstellung gemessen werden. Das Röhrchen kann geprüft werden, ohne daß es entlang seiner Achse optisch gemessen zu werden braucht und ohne daß das Röhrchenmaterial eine Rolle spielt. Aufgrund des bei der Erfindung benutzten optischen Effekts wird ein starkes Signal erzeugt, so daß sich eine sehr präzise, belastungsfähige und schnelle Vorrichtung ergibt. Die Erfindung ist geeignet für Messungen der Konzentrizität und Elliptizität der Bohrung sowie zur Detektion von Defekten in dem rohrförmigen Teil.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Laserstrahlabtastung eines transparenten Röhrchens, dessen Längsachse rechtwinklig zum Weg des Laserstrahls verläuft, wobei die Strahlenbahnen der von der Innenwand her erfolgenden Reflexion des Laserstrahls und die Änderung der Bahn des Reflexionsstrahls gezeigt sind, die während des Durchtritts des Laserstrahls durch die Innenwand des Röhrchens durch den Übergang von innerer Totalreflexion zu Brechung verursacht werden;
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Abtastlaserstrahls, wobei Detektoren so positioniert sind, daß sie das reflektierte/gebrochene Laserlicht von diametral entgegengesetzten Punkten der Röhrcheninnenwand empfangen, an denen die Laserstrahlhöhe der Höhe der Innenwand gleich ist;
Fig. 3 zeigt eine Reihe von Ausgangssignalen, die als Ergebnis der detektierten reflektierten/gebrochenen Lichtstrahlen von einem an den drei gezeigten Positionen angeordneten Detektor erzeugt werden;
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Röhrchens, bei der der Laserlichtstrahl an der der Höhe des Innendurchmessers des Röhrchens gleichenden Höhe in die Röhrchenwand eintritt;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Veranschaulichung der Art und Weise, in der die konstruktiven und destruktiven Muster des reflektierten/ gebrochenen Lichtes erzeugt werden; und
Fig. 6 ist eine optische Darstellung der Art und Weise, in der die Lichtmuster aus der Vorrichtung von Fig. 5 auf dem Bildschirm erscheinen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die Erfindung kann durch zahlreiche verschiedene Ausführungsformen realisiert werden. Die in den Zeichnungen gezeigten und im folgenden detailliert beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind als Offenbarung zu verstehen, die lediglich exemplarisch für die Prinzipien der Erfindung ist und die keine Einschränkung der Erfindung auf die gezeigten Ausführungsformen darstellt.
Die theoretische Basis für die vorliegende Erfindung beruht auf dem Konzept, daß ein Laserstrahl, der in irgendein transparentes oder transluzentes Röhrchen an einer dem Innenradius gleichenden Höhe eintritt, einen Übergang von innerer Reflexion, welche von der Innenwand weg erfolgt, zu Brechung erfährt, die durch die Innenwand hindurch erfolgt. Ferner ist dieses Phänomen vollkommen unabhängig von dem Brechungsindex und/oder der Wanddicke. Dies ist beispielsweise in US-A- 3 027 457 beschrieben. In den Fällen, in denen der Außendurchmesser des Röhrchens und der Innendurchmesser des Röhrchens nicht konzentrisch sind, kann die Wand des Röhrchens eine Linse bilden und optische Vergrößerung bewirken, so daß das Verhältnis zwischen der Strahlhöhe und dem Innendurchmesser nicht länger konstant ist. In ähnlicher Weise kann, wenn das Röhrchen im Querschnitt elliptisch und nicht kreisförmig oder koaxial ist, die Wand so als Linse wirken, daß der Innendurchmesser von der Orientierung des Röhrchens relativ zu dessen Achse abhängig ist. Zudem können Unregelmäßigkeiten wie flache Flecken, Erhebungen oder Abriebteile an der Innenseite oder der Außenseite des Röhrchens, die sich über eine gewisse Distanz entlang des Röhrchens erstrecken, jeweils die Genauigkeit der Lokalisierung des Innendurchmessers beeinflussen.
Es ist jedoch ersichtlich, daß in dem Fall, daß das Röhrchen verhältnismäßig konzentrische Wände hat, die im wesentlichen koaxial verlaufen, die Vorrichtung und das Verfahren nach der vorliegenden Offenbarung ein exaktes Ablesergebnis des Innendurchmessers liefern und problemlos in einem Röhrchenziehvorgang verwendet werden können, während dieser Vorgang stattfindet. Der bei der Vorrichtung und dem Verfahren angestrebte Grad der Genauigkeit ist derart, daß die genannten Röhrchendefekte die gemessenen Parameter unmittelbar und beträchtlich ändern und somit angezeigt wird, daß der Innendurchmesser nicht demjenigen eines generell koaxial konzentrischen, kreisförmigen Röhrchens entspricht, welches frei von Herstellungsfehlern ist. Folglich können, nachdem die Vorrichtung kalibriert und ein Bereich akzeptierbarer Werte definiert worden ist, gemessene Bohrungsdurchmesser, die sich innerhalb der definierten Werte befinden, als korrekt betrachtet werden.
Die Konzentrizität und/oder die Elliptizität eines rohrförmigen Teils kann mittels der Erfindung bestimmt werden, indem mindestens vier Messungen von Innendurchmesser und Außendurchmesser an vier gleichmäßig voneinander beabstandeten Stellen am Umfang des Röhrchens durchgeführt werden. Die Verarbeitung dieser Meßwerte ermöglicht eine exakte Bestimmung von Innendurchmesser, Außendurchmesser, Konzentrizität und Elliptizität.
Ausgehend von diesen Betrachtungen zeigt Fig. 1 schematisch, was mit einem rechtwinklig zur Achse des Röhrchens ausgerichteten Abtastlaserstrahl geschieht, wenn der Strahl durch die Außenwand des Glasröhrchens tritt und von dem Röhrchen reflektiert und gebrochen wird. Das transparente und transluzente Röhrchen ist generell mit 10 bezeichnet, und ein Laser 11 liefert einen Strahl, dessen Durchmesser vorzugsweise etwa 0,010 inch oder 0,254 mm beträgt, an einen Strahlausricht-Scanner 12. Der Scanner 12 richtet den Strahl 12a in eine Im wesentlichen rechtwinklig zur Achse 13 des Röhrchens 10 verlaufende Richtung. Die Laserstrahldurchmesser können geändert werden; beispielsweise ist bei einem kleineren Durchmesser, der etwa bis zu 0,003 inch oder 0,0762 mm verkleinert ist, die Genauigkeit, d.h. die Schärfe der ermittelten Spitze, größer. Größere Laserstrahldurchmesser von bis zu 0,05 inch oder 1,27 mm lassen es zu, daß die gemessene Position des Röhrchens in bezug auf die Richtung, in der der Strahl ausgerichtet wird, leicht variiert, ohne jedoch die Fähigkeit des Strahls zur Messung der Innenwand des Röhrchens zu beeinträchtigen.
Einzelne Strahlpositionen des Abtaststrahls 12a sind in Fig. 1 mit "A", "B", "C", "D" und "E" bezeichnet. Für die Mittellinie jeder der Strahlpositionen "A" bis "E" ist ein horizontaler Pfeil gezeigt, der die Achse des Abtastlaserstrahls an der jeweiligen Position darstellt. Die gestrichelten Linien in Fig. 1 zeigen die Abmessungen des an dem Pfeil C zentrierten Laserstrahls. Untergeordnete Buchstaben "a" bis "e" bezeichnen die resultierenden Ausgangs strahlen, wobei jeder entsprechende Strahl den gleichen Buchstaben trägt wie sein Eingangsstrahl. Folglich ergibt beispielsweise der längs des Wegs "A" verlaufende Eingangsstrahl einen Ausgangsstrahl "a", wie in Fig. 1 gezeigt ist. In der schematischen Darstellung von Fig. 1 beträgt der bevorzugte Laserstrahldurchmesser 0,010 inch oder 0,254 mm und ist durch gestrichelte Linien gezeigt, die direkt innerhalb der Strahlen "A" und "E" und annähernd entlang des gleichen Weges wie die Strahlen "a" und "e" verlaufen.
Als Ergebnis der Totalreflexion von Licht von der Innenwand 14 des Röhrchens 10 und der Brechung von Licht durch die Innenwand bewirken die Abtastlaserstrahlen "A" bis "E", daß die resultierenden Ausgangsstrahlen "a" bis "e" bei ihrer Abtastbewegung einander überlappende Bögen bilden. Der Abtastbereich oder das Muster der durch den Abtaststrahl erzeugten Bögen sind wichtig zur Ortung der Innenwand 14 des Röhrchens 10. Die Strahlen "a" und "b" werden von der Innenwand innen totalreflektiert; der Strahl "c" befindet sich in einem kritischen Winkel zur Reflexion von der Innenwand, und die Strahlen "d" und "e" werden nicht von der Innenwand reflektiert, sondern statt dessen durch die Bohrung des Röhrchens gebrochen. Folglich werden die Abtastmuster der reflektierten Strahlen "a" bis "c" von gebrochenen Strahlen "c" bis "e" überlappt, wodurch die überlappenden Bögen erzeugt werden.
Ein beliebiges Röhrchen mit bekanntem Innendurchmesser kann als Kalibriereinrichtung verwendet werden zum Vergleich der Winkelposition des Ausgangs- oder resultierenden Strahls "c", der erhalten wird, wenn die Höhe des Eingangsstrahls der Höhe der Innenwand 14 exakt gleich ist. Die Position der Innenwand 14a kann bestimmt werden, indem eine Detektoreinrichtung, die als Photozelle, Photovervielfacher oder dgl. ausgebildet ist, zusammen mit einer Linse und/oder einem Filter bei Bedarf generell an dem Strahl "c" positioniert wird. Die Positionlerung der Detektoreinrichtung ist zum einen Extrem hin insofern beschränkt, als sie mit keiner dermaßen größeren Neigung als der des Strahls "c" erfolgen kann, daß die Detektoreinrichtung keinerlei Licht erfassen würde, und zum anderen Extrem hin insofern, als das Ausgangssignal von dem Detektor für die Signalverarbeitungseinrichtung akzeptabel sein muß. Die diesen Positionierungstoleranzen zugrundeliegende Überlegung gilt auch für die Positionierungstoleranzen des gemessenen Röhrchens
Das Licht von dem Laser 11 muß rechtwinklig zur Achse des Röhrchens 10 polarisiert sein und eine Wellenlänge aufweisen, für die das Material des Röhrchens 10 transparent oder transluzent ist. Die Lichtausrichteinrichtung 12 ist im besten Fall imstande zum Abtasten der Röhrchenwand in sämtlichen rechtwinklig zur Achse 13 des Röhrchens 10 verlaufenden Richtungen und mindestens in dem Bereich, der die Position umgibt, in der die Höhe des Laserstrahls der Höhe der Innenwand 14 des Röhrchens 10 gleich ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Abtastlaservorrichtung in Verbindung mit Detektoren, die so positioniert sind, daß sie das von der Innenwand des Röhrchens 10 reflektierte/gebrochene Licht empfangen. In Fig. 2 sind der Laser 11 und die Lichtausrichteinrichtung 12 im wesentlichen die gleichen wie die im Zusammenhang mit Fig. 1 gezeigten und erläuterten Vorrichtungen. Die durch die Strahlausrichteinrichtung 12 ausgeführte Abtastbewegung durchquert das Röhrchen 10 vollständig, wobei sie von einem klar über dem größten Außendurchmesser des Röhrchens 10 gelegenen Bereich bis zu einem klar unter dem kleinsten Außendurchmesser des Röhrchens 10 gelegenen Bereich eine Serie von Strahlen erzeugt. Die anhand von Fig. 2 gezeigte und beschriebene Ausrichtung ist vertikal, d.h. oben und unten; groß und klein und die Abtaststrahlen sind horizontal; dies jedoch braucht nicht die erforderliche Anordnung für irgendeine Anwendung der Erfindung zu sein. Vorteilhafterweise können der Laser 11 und die Richteinrichtung 12 aus jeder Richtung auf das Röhrchen 10 gerichtet werden, sofern die Strahlen 12a von dem Laser 11, die auf das Röhrchen 10 auftreffen, rechtwinklig zu der Achse 13 des Röhrchens 10 verlaufen.
Ein herkömmlicher Lasermikrometer enthält einen Laser 11, eine Strahlausrichteinrichtung 12 und eine Laserstrahlsammeleinrichtung 15, die zum Angeben des Außendurchmessers des Röhrchens 10 verwendet werden können, der zur Bestimmung der Exzentrizität und Elliptizität benötigt wird. Wie Fig. 1 zeigt, erzeugen die auf das Röhrchen 10 auftreffenden Strahlen Ausgangsstrahlen, die von dem Röhrchen 10 reflektiert oder gebrochen werden.
Eine Lichtdetektlonseinrichtung 16 ist vorgesehen, um ein Strahlenbündel 17 reflektierten/gebrochenen Lichtes von dem Röhrchen 10 zu empfangen. Die Mittellinie der Lichtdetektionseinrichtung 16 verläuft unter einem Winkel von etwa 60 Grad relativ zu der horizontalen Orientierung der Abtaststrahlen der Laserausrichteinrichtung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wert von 608 beschränkt, der in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 18 gezeigt ist. Das Strahlen des Bündels 17 werden zunächst durch eine in der Lichtdetektionseinrichtung 16 enthaltene Linse 19 gesammelt und konzentriert, bevor sie durch ein Polarisierungsfilter 20 treten. Die fokussierten Strahlen des Bündels 17, die generell mit 21 bezeichnet sind, werden zu einem polarisierten Lichtpunkt reduziert, der auf einem Detektor 22 landet. Das Polarisierungsfilter 20 ist nur dann erforderlich, wenn das Laserlicht zu Anfang nicht senkrecht zur Achse 13 des Röhrchens 10 polarislert ist. Die Linse 19 ist lediglich nötig, falls die Detektorfläche klein ist und deshalb eine Lichtkonzentration erforderlich Ist. Die Verwendung des Polarisierungsfilters 20 bietet den zusätzlichen Vorteil, daß der Außendurchmesser des Röhrchens 10 mittels einer Lasermikrometermeßeinrichtung gemessen werden kann, die den Abtaststrahl und den Kollektor 15 aufweist. Die Messung des Außendurchmessers ist erforderlich für die Bestimmung der Konzentrizität und der Elliptizität. Falls keine Messung des Außendurchmessers erforderlich ist, kann der Laser 11 polarisiert werden, und eine Filterung ist nicht nötig.
Fig. 2 zeigt ein Bündel 17 reflektierter/gebrochener Strahlen, das für die Position der oberen Innenwand 14 repräsentativ Ist, und ein weiteres Bündel 17, das für die Position der unteren Innenwand 14 des Röhrchens 10 repräsentativ ist. Deshalb sind zwei jeweils mit 22 bezeichnete Detektoren vorgesehen, von denen jeweils einer eines der einzelnen Bündel 17 des reflektierten/ gebrochenen Lichts empfängt. Jeder Detektor 22 ist so positioniert, daß er das Licht von dem Übergangsstrahl aufnimmt, der sich dann ergibt, wenn die Abtaststrahlhöhe der Innenwandhöhe gleich ist. Jeder der Detektoren 22 ist mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 23 verbunden, welche so ausgelegt ist, daß sie die Frequenz des mittels der Laserstrahlausrichteinrichtung 12 durchgeführten Abtastens mit den Zeiten der Signale von jedem der Detektoren 22 in Beziehung setzt.
Wenn die Lasereingangsstrahlen 12a sich tastend über den oberen Teil des Röhrchens 10 bewegen und die Innenwand 14 erreichen, erzeugt das obere Bündel 17 reflektierter/gebrochener Strahlen einen Lichtpunkt auf dem Detektor 22. Das Spitzensignal, welches erzeugt wird, wenn sich das Zentrum des Laserstrahls 12a an einer Höhe befindet, die der Höhe der Wand 14 gleicht, kann identifiziert werden. Der Detektor 22 erzeugt ein Signal in Form einer Spannungsspitze. Der Zeitpunkt dieser Spannungs spitze wird in der Signalverarbeitungseinrichtung 23 gespeichert. In ähnlicher Weise gelangt, wenn die Eingangs strahlen 12a die untere Innenwand 14 des Röhrchens 10 erreichen, ein weiteres Bündel 17 reflektierter/gebrochener Strahlen zu dem anderen Detektor 22 und erzeugt ein weiteres elektrisches Spitzensignal, das in gleicher Weise in der Signalverarbeitungseinrichtung 23 gespeichert wird. Die Zeitspanne zwischen dem ersten oder oberen Spitzensignal und dem zweiten oder unteren Spitzensignal wird mittels einer Oszilloskop-Spur 24 als Innendurchmesser ID angegeben. Das Paar der Signal spitzen, die für die Signale während eines Abtastens repräsentativ sind, wird von der Schaltung 23 empfangen, und zwar jeweils ein Signal von einem Detektor 22, und die Signalspitzen können so analysiert werden, daß eine präzise Bestimmung des Innendurchmessers des Röhrchens 10 erfolgt.
Die Kalibrierung der Vorrichtung kann durch ein Röhrchen mit einem bekannten Innendurchmesser erfolgen, und die erwartete Tolerenz für den zulässigen Bereich von Innendurchmessern für das gezogene Rohr kann vorgewählt werden. Die Schaltung 23 kann geeignete Rückkopplungsmechanismen und Signalisiereinrichtungen enthalten, so daß man eine Vorrichtung erhält, die derart zusammen mit einem Rohrziehsystem arbeitet, daß die Bohrungsabmessung durch Änderung der Parameter der Zlehvorrichtung geregelt werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Reihe von Ausgangssignalen, die von einem der in Fig. 2 gezeigten Detektoren 22 erzeugt werden; diese Signale ergeben sich aus dem detektierten Licht des Bündels 17 reflektierter/gebrochener Strahlen und geben Aufschluß über die Änderung des als Funktion der Detektorposition erhaltenen Signals. In Fig. 1 repräsentieren die resultierenden Strahlen "a" bis "e" die überlappenden Bögen reflektierter/gebrochener Strahlen, die durch die Abstaststrahlen "A" bis "E" erzeugt werden.
Die in Fig. 3 gezeigten Diagramme für die Detektorsignale sind wichtig für die Positionierung des Detektors 22 und sind aufschlußreich für die Position des Röhrchens 10 relativ zu der Abtastausrichteinrichtung 12. Die relative Positionierung und die Positionierungstoleranzen des Detektors 22 und des Röhrchens 10 sind lediglich dadurch eingeschränkt, daß es möglich sein muß, aufgrund des Ausgangssignals von dem Detektor präzise zu bestimmen, wann sich der Mlttelpunkt des Abtaststrahls auf der Höhe befindet, die der Position des Oberendes der Innenwand gleicht. Zum Verständnis des Zusammenhangs dieses Sachverhalts mit Fig. 3 muß erläutert werden, was an jeder Detektorposition geschieht. Zunächst soll die Detektorposition in Betracht gezogen werden, die mit dem Zentrum des Strahls "a" ausgerichtet ist. Wenn die Tastbewegung des Strahls, der beliebige feste Abmessungen haben kann, durch das Röhrchen 10 geführt wird, beginnt aufgrund der an der Innenwand 14 erfolgenden inneren Totalreflexion ein Fächer eine Bewegung von der Horizontalen zur Vertikalen. Somit bildet der Strahl "a" die erste Detektorposition, an der mit der Erzeugung eines Signals begonnen wird. Dies ist in den Ausgangssignal-Diagrammen von Fig. 3 unten gezeigt. Wenn der Eingangsstrahl seine Abtastbewegung fortsetzt, wird bei der Detektorausrichtung mit den Strahlen "b" und schließlich "c" jeweils ein Signal erzeugt. Sobald jedoch der Abtaststrahl seine Bewegung unterhalb der Höhe des Oberendes des Innendurchmessers beginnt, ändert sich der Effekt von innerer Totalreflexion zu Brechung an der Wand, und der Strahlenfächer ändert abrupt seine Richtung und bewegt sich zurück in die Horizontale. Somit ist die erste Position, in der die Erzeugung eines Signals gestoppt wird, die mit dem Strahl "c" ausgerichtete Position; die nächste Position ist mit dem Strahl "b" ausgerichtet, und die letzte Position ist mit dem Strahl "a" ausgerichtet.
Der Abtaststrahl hat begrenzte Abmessungen, und die Lichtdetektionseinrichtung 16 weist eine begrenzte räumliche Öffnung auf. Wenn die Detektorposition zur Horizontalen hin bewegt wird, beginnt sich das Ausgangssignal auszuweiten, bis das Zentrum sich zu invertieren beginnt und zwei separate Impulse sichtbar werden; vgl. Fig. 3, wo sich das Ausgangssignal an der mit den Strahlen "a" und "e" ausgerichteten Detektorposition befindet. Der erste Signalimpuls von dem aufwärtsstreichenden Fächer erfolgt aufgrund innerer Totalreflexlon, und der zweite Signalimpuls von dem abwärtsstreichenden Fächer erfolgt aufgrund von Brechung durch die Bohrung. Somit wird, wenn der Eingangsstrahl kleiner wird, das Ausgangssignal zu einem doppelten Impuls an einer mehr vertikalen Detektorposition. Es ist festzustellen, daß die Spitze des einzelnen Impulses des Ausgangssignals des mit dem Strahl "c" ausgerichteten Detektors dem Zeitpunkt entspricht, zu dem sich das Zentrum des Abtaststrahls an einer Höhe befindet, die dem Oberende der Innenwand 14 des Röhrchens 10 gleich ist. Die Fähigkeit, diesen Zeitpunkt aufgrund des Ausgangssignals des Detektors exakt bestimmen zu können, ist auschlaggebend für die Meßgenauigkeit der Erfindung. Je schärfer die Spitze des Ausgangssignals ausfällt, desto leichter kann diese Bestimmung durchgeführt werden. Dabei ist es vorteilhafterweise möglich, daß eine Messung mittels des Detektors an jeder der drei Positionen ausgeführt werden kann. Die Signalverarbeitungseinrichtung 23 kann so konzipiert sein, daß sie derartige Ausgangssignale handhabt.
Es ist anzumerken, daß die Meßschärfe und die Detektorpositionierungsanforderungen gegeneinander abzuwiegen sind. Dies bedeutet, daß ein Abtaststrahl mit kleinem Durchmesser Ausgangssignale mit scharfen Spitzen erzeugt, die präzise Meßwerte bewirken. Der Wunsch nach weiten Toleranzen zum Positionieren des Röhrchens 10 relativ zu der Detektorausrichtung würde es erforderlich machen, einen Abtaststrahl mit größerem Durchmesser zu verwenden, um die invertierte Spitze zu vermeiden, die an der mit den Strahlen "a" und "e" ausgerichteten Detektorpositlon gezeigt ist, und es müßten Signale mit weniger scharfen Spitzen akzeptiert werden. Mit der derzeit verfügbaren elektronischen Technik kann bei den zur Anwendung der Erfindung vorgesehenen Techniken eine Meßgenauigkeit von 0,00001" erzielt werden.
Das empfangene Detektorausgangssignal ist stark, weist ein sehr hohes Signal/Rausch-Verhältnis auf und ist sehr exakt. Indem wie beschrieben und in Fig. 2 gezeigt zwei Signale erhalten werden, gibt die Zeitmessungs- Differenz zwischen den beiden Signalen Aufschluß über den Innendurchmesser des Röhrchens. Dabei wird das eine Signal erzeugt, wenn sich der Abtaststrahl auf der Höhe der Innenwand 14 befindet, und das andere Signal wird erzeugt, wenn sich der Abtaststrahl am tiefen Ende der Innenwand 14 befindet. Ein in der Signalverarbeitungseinrlchtung 23 enthaltener Zeltgeber kann verwendet werden, um die zeitliche Differenz zwischen den beiden von der oberen und der unteren Innenwand 14 des Röhrchens 10 abgeleiteten Ausgangssignalspitzen periodisch zu messen.
Fig. 4 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen dem Laserstrahl "C" und der inneren Wand des Röhrchens 10. Es sind Parameter gezeigt, die zeigen, daß mittels des Übergangspunktes zwischen Totalreflexion und Brechung, die durch die Innenwand des Röhrchens erfolgen, die Position der Innenwand unabhängig von der Wanddicke gemessen wird. N&sub1; ist der Brechungsindex für das Material der Wand des Röhrchens 10, und N&sub2; ist der Brechungsindex für die das Röhrchen 10 umgebende und sich in ihm befindliche Luft. In Fig. 4 ist ferner die Winkelbeziehung der durch die Wand des Röhrchens 10 hindurch erfolgenden Brechung des Strahls "C" gezeigt. Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, werden sämtliche parallel zu dem Elngangsstrahl "C" und oberhalb von diesem eintretenden Strahlen von der Innenwand 14 innen totalreflektiert, und die Strahlen unterhalb des Eingangsstrahls "C" werden durch die Innenwand 14 in den Hohlraum des Röhrchens 10 hinein gebrochen. In Fig. 4 kommt der Eingangsstrahl "C" auf der Horizontalen von der linken Seite und befindet sich auf der Höhe der Innenwand 14 an derem obersten Punkt 14a. Der Strahl "C" wird von dem Röhrchen 10 unter einem Winkel G relativ zu dem von der Röhrchenachse 13 zu dem Punkt 25 verlaufenden Radius an der Außenseite des Röhrchens 10 gebrochen, an dem der Strahl eintritt. Der spitze Winkel F befindet sich zwischen dem Eingangsstrahl "C" und der Verlängerung des Radius durch den Punkt 25. Der gebrochene Strahl "C" trifft durch die Außenwand des Röhrchens 10 hindurch auf einen Punkt 26 an der Innenwand 14. Der stumpfe Winkel J erstreckt sich zwischen dem von der Achse 13 zu dem Punkt 26 verlaufenden Radius und dem gebrochenen Strahl "C". Der dem Winkel J komplementäre Winkel ist in Fig. 4 als Winkel H bezeichnet.
Diese Winkel werden benötigt für den mathematischen Beweis, daß die Beziehung des reflektierten Strahls "C" und des Übergangspunktes bei 14a unabhängig von dem Brechungsindex, der Wanddicke und dem Außendurchmesser ist.
An dem Punkt, an dem der Eingangsstrahl in seiner Höhe gleich ID ist, existiert die folgende Beziehung:
Winkel F=90º-ARCCOS ID/OD (Gleichung 1)
Bei Anwendung von Snell's Gesetz, daß das Verhältnis von Slnuswerten der Einfalls- und Brechungswinkel eine Konstante ist:
N&sub2; SIN (90º-ARCCOS ID/OD) = N&sub1; SIN G (Gleichung 2)
Mittels trigonometrischer Identität:
Vereinfachung durch Ersetzen COS 180º = -1; SIN 90º = 1;
COS 90º=0 und SIN 180º=0
SIN H=OD/ID N&sub2;/N&sub1; COS (ARCCOS ID/OD)
SIN H OD/ID N&sub2;/N&sub1; ID/OD
Folglich lautet die Bedingung des kritischen Winkels:
SIN H=N&sub2;/N&sub1;
Deshalb gilt: H = kritischer Winkel.
Der vorstehende Beweis ist der mathematische Beleg dafür, daß der bei 14a befindliche Übergangspunkt zwischen von der Innenwand weg erfolgender Innerer Totalreflexion und durch die Innenwand 14 des Röhrchens 10 erfolgender Brechung an einem Punkt oberhalb der Achse 13 des Röhrchens 10 auftritt, der dem Radius der Bohrung gleich ist. Wie Fig. 4 zeigt, besteht die Bedeutung dieser Beziehung darin, daß sie erwiesenermaßen unabhängig von Schwankungen des Außendurchmessers, Schwankungen der Wanddicke und Schwankungen des Brechungsindexes bleibt. Folglich kann die Messung des Innendurchmessers schnell, akkurat und präzise durchgeführt werden, ohne daß das Röhrchen mechanisch berührt wird.
Die gezeigte und beschriebene bevorzugte Ausführungsform stellt eine auf Lasermessung basierende Technik dar; es kann jedoch auch eine interferometrische Technik zum Analysieren der Interferenzmuster verwendet werden, die aufgrund der Reflexion von der Innenwand 14 und der Brechung durch diese verursacht werden. Dies bedeutet, daß die beiden Lichtfächer, von denen der eine aus Reflexion von der Innenwand und der andere aus Brechung durch die Bohrung resultiert, einander bereichsweise überlappen und ein Interferenzmuster erzeugen, das zur Bestimmung des Krümmungsradius der Innenwand analysiert werden kann. Das in Fig. 2 gezeigte Strahlenbündel 17 kann für die Interferometrie verwendet werden; dabei sollte der Strahl jedoch einen Durchmesser von 0,05 inch oder 1,27 mm haben, um die beiden überlappenden Fächer gleichzeitig zu erzeugen. Die Messung des Krümmungsradius der Innenwand 14 kann durchgeführt werden, weil das Strahlenbündel 17 die reflektierte Wellenfront und die (als Referenzwellenfront betrachtete) gebrochene Wellenfront enthält. Diese Strahlen überlappen einander derart, daß sie ein meßbares Lichtmuster aus konstruktiven und destruktiven gradlinlgen Interferenzstreifen bilden. Bei der Laserinterferometrie-Technik braucht lediglich eine Seite des Röhrchens 10 geprüft zu werden.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der im wesentlichen gleichen Vorrichtung, die anhand Fign. 1 und 2 gezeigt und beschrieben wurde, die jedoch hier für Laserinterferometrie verwendet wird. Die dazu erforderliche Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten Anordnung dadurch, daß die Linse 19 und das Filter 20 entfallen. Statt dessen ist ein Sichtschirm 27 in dem Weg des Strahlenbündels 17 angeordnet. Es können auch eine Gruppe von Lineardetektoren, ein Kamerarohr oder eine ähnliche Detektionseinrichtung verwendet werden.
In Fig. 6 ist ein typisches Interferenzstreifenmuster gezeigt. Das Streifenmuster 30 auf dem Sichtschirm 27 ist ein gradliniges Interferenzmuster, und jede Änderung von einem hellen Bereich zu einer dunklen Linie in dem Streifenmuster 30 entspricht einer Änderung von einer Hälfte einer Wellenlänge in den Längen des optischen Weges des reflektierten Fächers und des Referenzfächers. Statt des Sichtschirms 27 kann ein Lineardetektor oder ein Matrixdetektor verwendet werden, um zur Zuführung von Daten an die Signalverarbeitungsschaltung 23 den relativen Abstand der hellen und dunklen Streifenmuster zu erfassen. Damit ist es möglich, den Krümmungsradius an jedem beliebigen Punkt entlang des Röhrchens zu messen. Die Verdoppelung dieses Wertes ergibt den Innenbohrungsdurchmesser an dieser Stelle.
Durch die Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, das Röhrchen ohne physischen Kontakt, ohne die Notwendigkeit, das Röhrchen innen längs seiner Achse optisch zu prüfen, und ungeachtet des Brechungsindexes des Materials zu messen. Zudem können bei der Analyse der Meßdaten die Konzentrizität, Elliptizität oder Gleichförmigkeit des Röhrchens festgestellt werden und sogar quantitativ bestimmt werden. Mittels der Erfindung kann das Innere des Röhrchens gemessen werden, wenn dieses den Herstellungsprozess und die Anlage, mittels derer es gezogen worden ist, verläßt. Ferner kann die Rohrziehvorrichtung entsprechend den durch die Erfindung gemessenen Daten regullert werden. Durch die präzise Abmessungsregelung während des Röhrchenherstellungsvorgangs erzielt man das korrekte Volumen für ein Kapillarröhrchen mit Präzisionsbohrung.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung des Durchmessers der Bohrung, der Höhe der Innenwand (14) und/oder des Krümmungsradius der Innenwand eines transparenten oder transluzenten Röhrchens (10), mit

einem Laser (11), der einen Lichtstrahl (12a) mit einer Wellenlänge erzeugt, für die das zu messende Material transparent oder transluzent ist;

einer Richteinrichtung (12) für den Laserstrahl, die den Laserstrahl rechtwinklig zur Längsachse (13) des Röhrchens (10) auf eine Röhrchenposition richtet und dabei den ausgerichteten Strahl so bewegt, daß dieser das Röhrchen quer zur Längsachse (13) abtastet;

einer Lichtdetektionseinrichtung (16), die so positloniert ist, daß sie rechtwinklig zu der Achse des Röhrchens polarisiertes Laserlicht, das von der Innenwand des Röhrchens reflektiert oder gebrochen worden ist, von dem Laserstrahl empfängt, und die imstande ist, als Reaktion auf das empfangene Licht Signale zu erzeugen, und

einer mit der Lichtdetektionseinrichtung (16) verbundenen Signalverarbeitungseinrichtung (23), die Signale verarbeitet, um die Position der Innenwand (14) des Röhrchens zu bestimmen, dadurchgekennzeichnet, daß

die Lichtdetektionseinrichtung (16) in bezug auf die Lichtstrahlrichtung und die Röhrchenposition so positionierbar ist, daß sie den Übergang zwischen von der Röhrcheninnenwand (14) weg erfolgener Totalreflexion und durch die Innenwand (14) des Röhrchens hindurch erfolgender Brechung erkennt, und

daß die Signalverarbeitungseinrichtung (23) analysiert, wann die Signale von dem reflektierten oder gebrochenen Laserlicht aus von der Innenwand des Röhrchens weg erfolgender Reflexion zu durch die Innenwand des Röhrchens hindurch erfolgender Brechung wechseln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (23) einen Zeitgeber aufweist, der so geschaltet ist, daß er durch Signale von der Lichtdetektionseinrichtung aktiviert wird, wobei der Zeitgeber betätigt wird, wenn der Laserstrahl aus von der Röhrcheninnenwand weg erfolgender Totalreflexion zu durch die Innenwand des Röhrchens hindurch erfolgender Brechung wechselt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Richteinrichtung (12) eine Abtasteinrichtung aufweist, die einen Abtastbereich durchquert, der sich von oberhalb des Röhrchens (10), durch das Röhrchen bis unterhalb des Röhrchens in einer rechtwinklig zu dessen Achse (13) verlaufenden Richtung erstreckt, und die, wenn der Laserstrahl (12a) von außen nach innen durch die Röhrchenwand tritt, Lichtmuster erzeugt, die aus Reflexion von Laserlicht von der Innenwand weg oder Brechung von Laserlicht durch die Innenwand des Röhrchens resultieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (23) Streifenmuster überlappender Auffächerungen des von der Lichtdetektionseinrichtung (16) empfangenen Laserlichts analysiert zur Messung des Abstandes konstruktiver und destruktiver Interferenz des Laserlichts und der Strahlen, die die Änderungen in der Topographie der Innenwand (14) des Röhrchens (10) angeben.

5. Verfahren zum Ermitteln des Krümmungsradius der Innenwand eines rohrförmigen Teils (10), das für bestimmte Wellenlängen von Laserlicht transparent oder transluzent ist, mit den folgenden Schritten:

Ausrichten eines Laserlichtstrahls (12a) derart, daß er rechtwinklig zu einer Achse (13) eines rohrförmigen Teils (10) gerichtet ist, während das rohrförmige Teil von dem ausgerichteten Strahl in einer quer zu der Achse (13) verlaufenden Richtung abgetastet wird, wobei das rohrförmige Teil eine Außenwand und eine Innenwand (14) aufweist;

Kreuzen der Außenwand des rohrförmigen Teils an einer im wesentlichen der Höhe der Innenwand gleichenden Höhe und rechtwinklig zu der Achse des rohrförmigen Teils, gekennzeichnet durch Detektion, wann rechtwinklig zu der Achse des rohrförmigen Teils polarisiertes Laserlicht von der Innenwand des rohrförmigen Teils totalreflektiert wird;

Detektion, wann rechtwinklig zu der Achse des rohrförmigen Teils polarisiertes Laserlicht an der Innenwand des rohrförmigen Teils gebrochen wird; und

Herstellen einer Beziehung zwischen dem Übergangspunkt zwischen Reflexion und Brechung und der Position der Innenwand des rohrförmlgen Teils.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem in einem zusätzlichen Schritt zur Bestimmung des Krümmungsradius der Innenwand an verschiedenen Positionen entlang der Achse des rohrförmigen Teils mindestens der Lichtstrahl (12a) oder das rohrförmige Teil (10) relativ zu dem anderen axial bewegt wird; und

bei dem in einem zusätzlichen Schritt zum Zeitpunkt der Detektion des Übergangspunktes ein Signal erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, mit den zusätzlichen Schritten:

Bewegen mindestens des Lichtstrahls (12a) oder des rohrförmigen Teils (10) relativ zu dem anderen in Querrichtung, derart, daß der Lichtstrahl das rohrförmige Teil an Positionen diametral entgegengesetzter Punkte kreuzt, und Erzeugen von Signalen mit zeitlichem Abstand zur Bestimmung der Übergangspunkte an jedem Ende der diametral entgegengesetzten Punkte.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 - 7, mit den Schritten des Durchführens mehrerer umfangsmäßig um das rohrförmige Teil erfolgender Messungen, die zur Bestimmung von Konzentrizität und/oder Elliptizität verwendet werden.