DE69214340T2

DE69214340T2 - Elektrooptisches Messgerät

Info

Publication number: DE69214340T2
Application number: DE69214340T
Authority: DE
Inventors: Philip James Eric Aldred
Original assignee: Brown and Sharpe Ltd
Current assignee: Hexagon Metrology Ltd
Priority date: 1991-04-04
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: DE69214340D1; EP0507566A3; GB9107037D0; EP0507566A2; EP0507566B1; US5296914A; ATE144043T1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Meßvorrichtung zum Messen von Abmessungen eines großen Bereichs von Komponenten.
Die US-Patentschrift Nr. 4,747,689 offenbart eine computergesteuerte optische Meßvorrichtung zum Bestimmen einer Mehrzahl von Abmessungen eines Objektes an linear beabstandeten Stellen auf dem Objekt, wobei die optische Meßvorrichtung umfaßt: eine Meßstation zum Messen einer linearen Abmessung des Objekts, ein Mittel zum Bewegen des Objekts durch die Meßstation, um die zu messenden Stellen eine nach der anderen zu präsentieren, eine Lichtquelle auf einer Seite der Meßstation, um einen Lichtstrahl an der Stelle des Objekts in der Meßstation quer zu der erforderlichen Meßlinie und zu dem Bewegungsweg des Objekts durch die Station zu richten, ein längliches fotoelektrisches Feldmittel, das auf der zu der Lichtquelle entgegengesetzten Seite der Meßstation angeordnet ist und ein Linsenmittel zum Fokussieren eines Bilds des zu messenden Teils des Objekts auf das fotoelektrische Feldmittel, um hierauf ein Bild des Teils des Objekts zu bilden. Es ist ein längliches Meßmaßstabsraster vorgesehen, auf dem eine Skala dargestellt ist, und es sind Mittel vorgesehen, um kollimiertes Licht durch das Maßstabsraster und damit in das Linsensystem zu richten, um auf das fotoelektrische Feldmittel fokussiert zu werden, unabhängig davon, ob ein Objekt in der Vorrichtung vorhanden ist oder nicht, um das Feldmittel vor oder während eines Meßzykluses eines Objekts zu kalibrieren. Der Computer kann mit einer visuellen Anzeigeeinheit versehen sein, auf dem ein Bild eines gemessenen Objekts erzeugt werden kann, um anzuzeigen, daß Messungen durchgeführt werden. Das auf der visuellen Anzeigeeinheit gezeigte Bild des Objekts ist beim Beurteilen, ob der Meßvorgang korrekt voranschreitet und daß kein fremder Körper auf dem Objekt vorhanden ist, der die korrekte Messung des Objekts beeinträchtigen könnte, von beschränktem Nutzen für die Bedienperson.
Diese Erfindung stellt eine elektrooptische Meßvorrichtung bereit, umfassend: eine Meßstation, eine Lichtquelle in der Form eines Kolbens mit einem länglichen Leuchtelement auf einer Seite der Meßstation, ein Mittel zum Richten kollimierten Lichts von der Lichtquelle entlang einer optischen Achse durch die Meßstation, ein im optischen Weg von der Meßstation angeordnetes Fotodetektorfeldmittel, ein Mittel zum Halten eines an der Meßstation zu messenden Objekts im optischen Weg, um einen Teil des Lichtstrahls von der Lichtquelle zu blockieren, wobei übertragene Teile des Strahls bleiben, um entsprechende Abschnitte des Feldmittels zu erreichen und zu aktivieren, ein Mittel zum Ableiten der Abmessung des Objekts im optischen Weg aus der sich ergebenden Aktivierung des Feldmittels, einen Schirm, und eine optische Einrichtung, auf die Licht von der Meßstation fällt, wobei die optische Einrichtung einen Bereich aufweist, der Licht zu dem Feldmittel richtet, sowie einen weiteren Bereich, der Licht zu dem Schirm richtet, wobei Mittel vorgesehen sind, um den Teil des kollimierten Lichts von der Meßstation, der parallel zur optischen Achse ist, auf den Bereich der optischen Einrichtung zum Richten des Lichts auf das Feldmittel zu fokussieren, wobei das kollimierte Licht, das nicht zu der optischen Achse parallel ist, außerhalb dieses Bereiches auf die optische Einrichtung fokussiert wird, und wobei ein weiteres Fokussiermittel vorgesehen ist, um dieses Licht auf den Schirm zu fokussieren, um ein Bild des gemessenen Objekts in der Meßstation auf dem Schirm vor, während oder nach der Messung zu erzeugen.
Bei einer Anordnung gemäß der Erfindung kann die optische Einrichtung einen Spiegel zum Richten von Licht von der Meßstation, das nicht parallel zu der optischen Achse ist, zu dem weiteren Fokussiermittel umfassen, um das Licht auf den Schirm zu fokussieren, sowie eine Öffnung zum Richten von zu der optischen Achse parallelem Licht zu dem Feldmittel aufweisen.
Bei einer weiteren Anordnung gemäß der Erfindung kann die optische Einrichtung zu der optischen Achse nicht paralleles Licht von der Meßstation zu dem weiteren Fokussiermittel übertragen, um ein Bild des Objekts in der Meßstation auf den Schirm zu fokussieren, wobei die optische Einrichtung ein reflektierendes Blendenmittel aufweisen kann, auf das das erste Fokussiermittel das zur optischen Achse parallele Licht fokussiert, um das Licht auf das Feldmittel zu reflektieren.
Bei der letzten Anordnung kann die optische Einrichtung eine Glasplatte sein, die eine in dem optischen Weg von der Meßstation mit einem Winkel zu dem Weg angeordnete reflektierende Blende aufweist, um zu der optischen Achse paralleles und auf die Blende fokussiertes Licht auf das Feldmittel zu reflektieren und um nicht zu der optischen Achse paralleles Licht von der Meßstation zu dem weiteren Mittel zu übertragen, um das Licht auf den Schirm zu fokussieren.
Bei jeder der obigen Anordnungen umfaßt das fotoelektrische Feldmittel ein oder mehrere längliche Felder, die jeweils eine Mehrzahl von fotoelektrischen Einrichtungen umfassen und dazu eingerichtet sind, daß sie jeweils übertragene Teile des Lichtstrahls von der optischen Einrichtung empfangen.
Genauer: Es können zwei längliche Felder vorgesehen sein, von denen eines eingerichtet ist, einen Teil des Lichtstrahls direkt von der reflektierenden Blende zu empfangen, wobei ein weiterer Reflektor vorgesehen ist, um den Rest des Strahls auf das andere Feld zu reflektieren.
Bei einer bestimmten Anordnung gemäß der Erfindung können sich die länglichen Felder mit einem kleinen Winkel zu der Normalen zu der sich entlang der Felder ausgerichteten Komponentenachse erstrecken, um eine schnelle Kantenmessung vorzusehen.
Bei jeder der obigen Anordnungen kann das Mittel zum Fokussieren des Lichtstrahls auf den Schirm dazu eingerichtet sein, ein vergrößertes Bild des in der Meßstation gemessenen Objektabschnitts auf den Schirm zu fokussieren.
Bei einer bevorzugten Anordnung kann der Schirm mit einer Markierung oder mit Markierungen versehen sein, um zu ermöglichen, daß die Position des Objekts in der Meßstation gemäß der Ansicht auf dem Schirm hinsichtlich der Sauberkeit überprüft oder hinsichtlich des Fokus eingestellt werden kann.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Lichtquelle einen in einer einstellbaren Einstelleinrichtung angebrachten Kolben umfassen, die voreinstellbar ist, um den Kolben automatisch in der richtig fokussierten Position anzuordnen.
Bei jeder der obigen Anordnungen kann das Mittel zum Halten einer in der Meßstation zu messenden Komponente einen Schlitten für die Komponente umfassen, der auf einem Verschiebeweg zum Bewegen des Schlittens quer zur optischen Achse von der Lichtquelle angebracht ist, und es sind Mittel zum Verschieben des Schlittens entlang des Verschiebewegs vorgesehen, um die zu messende Komponente durch die Meßstation zu bewegen, um zu ermöglichen, daß Messungen an einer Mehrzahl von Stellen entlang der Länge der Komponente durchgeführt werden.
Das Folgende ist eine Beschreibung einiger spezieller Ausführungsformen der Erfindung, wobei Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen wird, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer elektrooptischen Meßeinrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung ist, die besteht aus einer aufrechten Basisplatte mit einem vertikal beweglichen Komponenten-tragenden Schlitten auf der Vorderseite der Basisplatte, mit Vordergehäusen auf beiden Seiten davon, die Komponenten des Meßsystems einschließen, und einem auf der rückwärtigen Seite der Basisplatte angebrachten hinteren Gehäuse, das weitere Komponenten des Systems einschließt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Basisplatte von vorne ist, wobei die Vordergehäuse entfernt sind, um die darin eingeschlossenen Meßsystemkomponenten freizulegen;
Fig. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2 ist;
Fig. 4 ein Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2 ist;
Fig. 5 eine Ansicht der rückwärtigen Seite des Instruments ist, wobei das hintere Gehäuse entfernt ist, um die auf der rückwärtigen Seite der Basisplatte angebrachten Komponenten des Instruments freizulegen;
Fig. 6 und Fig. 7 Explosionsansichten des Komponentenschlittens und seines zugeordneten Antriebsmechanismus sind;
Fig. 8 eine detaillierte Ansicht einer Lichtquelle, ihrer Halterung auf der Rückseite der Basisplatte und der optischen Anordnung zum Richten eines von der Lichtquelle empfangenen Strahls aus kollimiertem Licht durch eine Meßstation über die Vorderseite der Basisplatte ist;
Fig. 9 eine detaillierte Ansicht einer Halterung für einen Spiegel auf der rückwärtigen Seite der Basisplatte zum Reflektieren eines Bilds des Teils der gemessenen Komponente nach vorne auf einen in der Vorderwand des Gehäuses angebrachten Rückprojektionsschirm ist; und
Fig. 10 bis 14 schematisch verschiedene in dem Instrument ausgeführte Lichtblendenanordnungen veranschaulichen.
Es wird als erstes auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, in der eine elektrooptische Meßeinrichtung in der Form eines programmierbaren, kontaktlosen Tischinstruments zum Messen von Komponenten gezeigt ist, die einen Durchmesser bis zu etwa 30 mm und eine Länge bis zu etwa 200 mm aufweisen können.
Das Instrument umfaßt eine aufrechte rechteckige Basisplatte 10, die entlang ihres Bodenrands 11 auf einem Paar beabstandeter länglicher Füße 12 (siehe Fig. 2) gehalten ist, die sich quer zur Platte auf ihren beiden Seiten erstrekken, um die Platte auf einer horizontalen Tragoberfläche aufrecht zu halten.
Eine vordere Seite 13 der Platte weist einen vertikal bewegbaren Schlitten 14 auf, der in einer vertikalen Richtung durch einen später zu beschreibenden Mechanismus verfahren wird. Der Schlitten 14 weist vertikal beabstandete Komponentenhalter 15, 16 auf, die hierauf einstellbar angebracht sind, um eine zu messende Komponente auf einer bei 9 angedeuteten Meßachse zentriert zu empfangen und zu halten. Die Komponente wird durch den Schlitten durch eine bei 17 gezeigte Meßstation verfahren. Man wird zu würdigen wissen, daß verschiedene Formen an Komponentenhalterungen gemäß der zu messenden Komponentenform und der benötigten Messung vorgesehen sein werden. Bei der veranschaulichten Anordnung weist der untere Halter 16 eine Zentrierung 16a auf, um ein Ende der Komponente zu halten und mit dieser in Eingriff zu stehen, wobei die Zentrierung in dem Halter drehbar und schrägstellbar durch eine durch einen in einem Seitengehäuse an dem Halter angeordneten elektrischen Motor angetriebene Schnecke- und -Rad-Anordnung (nicht gezeigt) angebracht ist. Zum Ergänzen des motorangetriebenen unteren Halters weist der obere Halter 15 eine (nicht gezeigte) federbelastete Zentrierung auf, um das obere Ende der Komponente zu halten und mit dieser in Eingriff zu stehen.
Auf einer Seite des Schlittens ist ein sich vertikal erstreckendes Gehäuse 18 vorgesehen, das Komponenten eines Systems zum Richten eines Strahls kollimierten Lichts durch die Meßstation 17 enthält, welcher Strahl durch die auf dem Schlitten gehaltene Komponente unterbrochen wird. Das Licht wird aus einer Öffnung 19 emittiert, die in einer den Schlitten flankierenden Seitenwand des Gehäuses 18 ausgebildet ist. Ein weiteres, sich vertikal erstreckendes Gehäuse 20 ist auf der Vorderwand der Platte auf der zu dem Gehäuse 18 entgegengesetzten Seite des Schlittens angebracht und weist eine Öffnung auf, um den übrigbleibenden Lichtstrahl aus der Meßstation zu empfangen. Das Gehäuse 20 schließt weitere optische Komponenten zum Aufspalten des von der Meßstation empfangenen Lichtstrahls auf, wobei ein Teil des Strahls zu Feldern von photoelektrischen Vorrichtungen gerichtet wird, aus dem das Meßergebnis des Bauteils an der Meßstation berechnet wird, und der übrigbleibende Teil des Strahls wird auf einen von hinten beleuchteten Projektionsschirm 21 fokussiert, der zu dem oberen Ende der Vorderseite des Gehäuses 20 hin angebracht ist, um ein visuelles Bild des gemessenen Teils der Komponente zu liefern. Der Schirm kann Markierungen wie x- und y-Achsen aufweisen, wobei die y-Achse der Meßachse 9 entspricht, auf der die Komponente gehalten ist.
Weitere Komponenten des Systems sind auf der rückwärtigen Seite der Basisplatte 10 angebracht und sind in einem einheitlichen Gehäuse 22 eingeschlossen, das sich über die gesamte Rückseite der Basisplatte erstreckt.
Der mechanische und optische Aufbau des Instruments ist derart, daß das Instrument mit vertikal angeordneter Meßachse, wie in Fig. 1 veranschaulicht, verwendet werden kann, oder mit horizontal angeordneter Meßachse, wobei das Instrument auf seiner Seite liegt. Um für das letztere zu sorgen, ist ein Seitenrand der Basisplatte 10 mit Buchsen versehen, um Zusatzfüße aufzunehmen, um das Instrument auf seiner Seite zu halten. Dies ermöglicht Objekte zu messen, die nicht geeignet zwischen Zentrierungen gehalten werden können. Als Beispiel kann der Schlitten mit einer Halterung versehen sein, auf der eine horizontale Glasplatte angebracht ist, um ein zu messendes Objekt zu empfangen und das Objekt durch die Meßstation zu tragen.
Es wird nun auf die Fig. 2 bis 7 der Zeichnungen Bezug genommen, die die mechanischen und optischen Merkmale des Instruments in genaueren Einzelheiten zeigen. Als erstes wird die Lagerung des Schlittens 14 und der Mechanismus zum Anheben und Absenken des Schlittens beschrieben. Der Schlitten ist auf einem sich vertikal erstreckenden Kanalabschnittgußteil 26 angebracht, der einen an der Basis des Kanals ausgebildeten hohlen, kreisförmigen Vorsprung 26a aufweist, der in einer entsprechenden kreisförmigen Öffnung 25 in der Basisplatte 10 angebracht ist, um zu ermöglichen, daß der Kanal um eine horizontale Achse eingestellt wird. Ein oberes und ein unteres Paar von Gleitblöcken 27 sind an der Mündung des Kanals auf dessen beiden Seiten angebracht, und der Schlitten 14 weist längliche Gleitbahnen 28 auf seinen beiden Seiten auf, die mit den jeweiligen Gleitblökken in Eingriff stehen, um den Schlitten für eine vertikale Verschiebebewegung auf der Basisplatte zu halten.
Eine sich vertikal erstreckende Leitspindel 30 ist auf der Innenseite des Schlittens 14 angebracht, wobei das untere Ende der Leitspindel in einer Lagerung 31 am Boden des Schlittens gehalten ist. Das obere Ende der Leitspindel steht mit einer Mutter 32 mit Innengewinde in Eingriff, die in dem unteren Ende einer hohlen Antriebswelle 33 angebracht ist, die in oberen und unteren Lagern 34 in einem Gehäuse 35 gehalten ist, das an dem Gußteil 26 in dem hohlen Vorsprung 26a befestigt ist.
Die Welle 33 erstreckt sind über dem Lagergehäuse, und an dem oberen Ende der Welle ist eine Zahnriemenscheibe 36 befestigt, die mit einem Zahnriemen 37 in Eingriff steht, der sich durch eine Öffnung 38 in dem Gußteil 26 zu einer Zahnriemenscheibe 39 erstreckt, die an der Ausgangswelle 40 eines elektrischen Antriebsmotors 41 angebracht ist, der auf der Außenseite des Vorsprungs 26a angebracht ist. Man wird zu würdigen wissen, daß eine Rotation des Motors in beiden Richtungen die Mutter 32 dreht, was zur Folge hat, daß der Schlitten 14, auf dem die zu messende Komponente angebracht ist, bezüglich der Basisplatte ansteigt und abfällt.
Das Gußteil 26 wird in seinem Sitz mittels eines sich nach unten erstreckenden Hebelarms 45 um eine Horizontalachse eingestellt, der an dem Vorsprung 26a angebracht ist und einen Nockenfolger 46 an seinem unteren Ende aufweist, der mit einer durch einen weiteren, an der Rückseite der Basisplatte 10 angebrachten Antriebsmotor 48 drehbar angetriebenen Spiralnocke 47 in Eingriff steht, um den Hebelarm 45 zu drehen und hierdurch die Ausrichtung des Gußteils in der Öffnung in der Basisplatte insbesondere für eine Gewindemessung einzustellen, um eine Ausrichtung der Schraubenlinie nach der optischen Achse zu ermöglichen.
Um die Vertikalposition des Schlittens 14 genau zu bestimmen, kann ein linearer Meßwandler vorgesehen sein, umfassend zum Beispiel eine an einer Seite des Schlittens zwischen der oberen und der unteren Lagerung 51, 52 befestigte längliche Stange 50, die mit einem Wandler 53 in Eingriff steht, der auf die Bewegung des Elements durch den Wandler anspricht, um ein Signal zum Anzeigen der Position des Schlittens zu liefern.
Nachdem die wichtigsten mechanischen Aspekte des Instruments beschrieben wurden, werden nun die optischen Komponenten des Instruments beschrieben.
Auf einem Teil der Basisplatte 10 hinter dem Gehäuse 18 ist eine Halterungsanordnung 60 für einen Kolben (Glühlampe) 61 vorgesehen, umfassend eine separate Einstelleinrichtung 62, in die der Kolben anfänglich außerhalb des Instruments geladen wird und die dann nachfolgend in der Halterung 60 installiert wird. Die Basisplatte 10 ist mit einer Öffnung 66 versehen, durch die Licht von dem Kolben nach vorne hindurchgeht und mittels einer in einem Linsenhalter 64 angebrachten Doppellinseneinheit 63 zu einem parallelen Strahl kollimiert wird. Der Strahl kollimierten Lichts ist auf einen auf der Vorderwand des Gehäuses mit einem Winkel von 45º angebrachten Spiegel 65 gerichtet, um einen Lichtstrahl horizontal über die Vorderwand des Gehäuses aus der vorerwähnten Öffnung 19 des Gehäuses und durch die Meßstation 17 zu richten.
Licht von dem Kolben 61 wird durch den Spiegel 65 entlang einer optischen Hauptachse 70 des Instruments durch die Meßstation gerichtet, in der ein Abschnitt der zu messenden Komponente durch die Plattform gehalten ist, und dann durch ein Fenster 20a in der Seitenwand des Gehäuses 20 und durch einen Projektionslinsenaufbau 71 gerichtet, um Bilder des beleuchteten Teils der Komponente auf dem fotoelektrischen Feldmittel bzw. auf dem Schirm zu bilden, wie vorstehend angegeben.
Die nächste Komponente entlang der optischen Achse 70 von der Projektionslinse 71 ist eine im Winkel angeordnete Glasplatte 72, die eine zentrale reflektierende Blende aufweist und in einem Halter 73 angebracht ist. Die Glasplatte 72 ist in Fig. 10 der Zeichnungen veranschaulicht und weist, wie gesehen werden kann, eine kreisförmige Form mit einer kleinen rechteckigen reflektierenden Blende an ihrem Zentrum auf. Die Projektionslinse 71 fokussiert kollimiertes Licht von der Meßstation, das parallel zu der optischen Achse ist, auf die reflektierende Blende 74, wie in Fig. 11 veranschaulicht, um den sich ergebenden Strahl nach unten zu den CCD-Feldern zu reflektieren. Kollimiertes Licht von der Meßstation, das nicht parallel zu der optischen Achse ist (das ist Licht, das nicht von dem zentralen Abschnitt des Glühfadens des Kolbens ausgeht), wird durch die Linse 71 durch die Glasplatte 72 außerhalb des Bereichs der reflektierenden Blende 74 hindurch fokussiert, wie in Fig. 12 gezeigt. Dieses Licht geht über einen Spiegel 75, eine Linse 76 und einen Spiegel 77, der ein fokussiertes Bild durch eine kreisförmige Öffnung 10a in der Basisplatte 10 reflektiert, zu einem auf der Rückseite der Basisplatte 10 angebrachten Spiegel 78. Der Spiegel 78 reflektiert das Bild durch die Öffnung 10a zurück auf den Rückprojektionsschirm 21a auf der Vorderseite des Gehäuses 20. Die Spiegel sind derart ausgerichtet, daß ein nicht invertiertes Bild der Komponente, wie sie in der Meßstation beleuchtet und auf den Schirm reflektiert wird, durch den Benutzer des Instruments gesehen werden kann. Der Spiegel 78 ist auf der Rückseite der Basisplatte 10 einstellbar angebracht, um zu ermöglichen, daß das Bild auf dem Schirm bezüglich den darauf befindlichen Markierungen zentriert wird.
Die bevorzugte Geometrie für die Blende 74 ist eine rechteckige Form, die relativ zu dem beleuchtenden Lampenleuchtfaden orientiert ist, wie in den begleitenden Figuren 13 und 14 gezeigt.
Die absoluten Werte für die Länge (L) und Breite (W) der Blende hängen von der detaillierten Konstruktion des Systems ab, die Kriterien für die Wahl sind aber:
LANGE: Der Maximalwert für die Länge ist durch die Anforderung festgelegt, daß die Blende, anstatt anderer Komponenten wie etwa Linsen, die Öffnung des optischen Systems definieren sollte, um Variationen in der Bildgröße bei Variationen der Komponentenposition zu minimieren. Die Blende ist gewählt, um nahe an jenem Wert zu sein, der das Maximum an gebeugtem Licht durchläßt, um die bestmögliche Kantendefinition in dem Bild radialer Komponentenoberflächen zu haben und auch die Anforderungen bei der Ausrichtung des Beleuchtungsglühfadens zu reduzieren.
BREITE: Die Breite ist ein Gleichgewicht zwischen der Wahl eines großen Wertes, der die Beleuchtung auf den CCD-Feldern verstärkt (was wiederum die Meßgeschwindigkeit vergrößert) und eines kleinen Werts, der die Beleuchtung auf dem Projektionsschirm verstärkt und eine größere Toleranz bei der Winkelausrichtung der Komponente ermöglicht, ohne Fehler bei der Messung von Komponentenflächen zu verursachen.
Alternativ kann die Blende 74 ein lichtdurchlassender Abschnitt eines kreisförmigen Spiegels sein, um alternative Anordnungen des Projektionsschirms und der CCD-Felder zu ermöglichen.
Zu dem unteren Ende der Vorderplatte 10, unterhalb der Glasplatte 73, sind zwei längliche Felder 80 von Fotodetektoren in der Form von CCDs vorgesehen, die auf Leiterplattenplatinen 81 in sich quer erstreckenden Ebenen angebracht sind, wobei ein Strahlteiler 82 mit 45º zwischen den Feldern angebracht ist. Die Felder sind einen kurzen Abstand von einem Ende ihrer jeweiligen Platine angeordnet und erstrecken sich über die volle Breite der Platinen.
Man wird zu würdigen wissen, daß das Vorhandensein einer Komponente an der Meßstation den Weg des Lichtstrahls entlang der optischen Achse blockieren wird, was einen Teil des Strahls läßt, der entlang der optischen Achse passiert. Dieser Teil des Lichtstrahls wird durch die Projektionslinse 71 auf die reflektierende Blende 74 fokussiert, wobei ein Teil des Strahls direkt auf ein Feld reflektiert wird und der andere Teil des Strahls durch einen 45º Strahlteiler auf das andere Feld reflektiert wird.
Die Ausgaben von den CCD-Feldern werden durch einen Mikroprozessor oder ein Computersystem analysiert, um eine Abmessung für den entsprechenden Teil der Komponente in der Meßstation abzuleiten.
Die CCD- oder fotoelektrischen Felder sind mit einem Winkel (ungefähr 5º) zu der Normalen zu der Komponentenachse angeordnet, um eine hochauflösende Kantenmessung zu ermöglichen, ohne eine Abstufung der Axialposition mit hoher Auflösung zu benötigen. Die Ausgaben von den Feldern werden analysiert, um die Auflösung auf besser als einen Pixel zu vergrößern. Diese Anordnung ergibt ein besseres Bereichs/Auflösungsverhältnis und ein schnelleres Abtasten der Felder.
Man wird zu würdigen wissen, daß die Anordnung eines Paars von Feldern, die sich quer zueinander erstrecken, mit einem Strahlteiler dazwischen, eine zweckmäßig kompakte Anordnung liefert. Es ist allerdings möglich, ein einzelnes langes Feld zu haben, auf den der Strahl fokussiert wird.

Claims

1. Elektrooptische Meßvorrichtung, umfassend:

eine Meßstation (17)

eine Lichtquelle (61) in der Form eines Kolbens mit einem länglichen Leuchtelement auf einer Seite der Meßstation,

ein Mittel (63, 65) zum Richten kollimierten Lichts von der Lichtquelle entlang einer optischen Achse (70) durch die Meßstation,

ein im optischen Weg von der Meßstation angeordnetes Fotodetektorfeldmittel (80),

ein Mittel (14, 15, 16) zum Halten eines an der Meßstation zu messenden Objekts im optischen Weg, um einen Teil des Lichtstrahls von der Lichtquelle zu blockieren, wobei übertragene Teile des Strahls bleiben, um entsprechende Abschnitte des Feldmittels zu erreichen und zu aktivieren,

ein Mittel zum Ableiten der Abmessung des Objekts im optischen Weg aus der sich ergebenden Aktivierung des Feldmittels,

einen Schirm (21), und

eine optische Einrichtung (72), auf die Licht von der Meßstation fällt, wobei die optische Einrichtung einen Bereich (74) aufweist, der Licht zu dem Feldmittel richtet, sowie einen weiteren Bereich, der Licht zu dem Schirm richtet, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (71) vorgesehen sind, um den Teil des kollimierten Lichts von der Meßstation, der parallel zur optischen Achse ist, auf den Bereich der optischen Einrichtung zum Richten des Lichts auf das Feldmittel (80) zu fokussieren, wobei das kollimierte Licht, das nicht zu der optischen Achse parallel ist, außerhalb dieses Bereiches auf die optische Einrichtung fokussiert wird, und wobei ein weiteres Fokussiermittel (75, 76, 77, 78) vorgesehen ist, um dieses Licht auf den Schirm (21) zu fokussieren, um ein Bild des gemessenen Objekts in der Meßstation auf dem Schirm vor, während oder nach der Messung zu erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (72) einen Spiegel (72) zum Richten von Licht von der Meßstation, das nicht parallel zu der optischen Achse ist, zu dem weiteren Fokussiermittel umfaßt, um das Licht auf den Schirm zu fokussieren, und dadurch, daß die optische Einrichtung (72) eine Öffnung zum Richten von zu der optischen Achse parallelem Licht zu dem Feldmittel aufweist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (72) zu der optischen Achse nicht paralleles Licht von der Meßstation zu dem weiteren Fokussiermittel (75-77) überträgt, um ein Bild des Objekts in der Meßstation auf den Schirm (21) zu fokussieren, wobei die optische Einrichtung (72) ein reflektierendes Blendenmittel (74) aufweist, auf das das erste Fokussiermittel das zur optischen Achse parallele Licht fokussiert, um das Licht auf das Feldmittel zu reflektieren.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (72) eine Glasplatte ist, die eine in dem optischen Weg von der Meßstation mit einem Winkel zu dem Weg angeordnete reflektierende Blende (74) aufweist, um zu der optischen Achse paralleles und auf die Blende fokussiertes Licht auf das Feldmittel (80) zu reflektieren und um nicht zu der optischen Achse paralleles Licht von der Meßstation zu dem weiteren Mittel (75-77) zu übertragen, um das Licht auf den Schirm (21) zu fokussieren.

5. Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoelektrische Feldmittel ein oder mehrere längliche Felder (80) umfaßt, die jeweils eine Mehrzahl von fotoelektrischen Einrichtungen umfassen und dazu eingerichtet sind, daß sie jeweils übertragene Teile des Lichtstrahls von der optischen Einrichtung (72) empfangen.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Felder (80) vorgesehen sind, wobei eines dieser Felder dazu eingerichtet ist, einen Teil des Lichtstrahls direkt von der optischen Einrichtung zu empfangen und wobei ein weiterer Reflektor (82) vorgesehen ist, um den Rest des Strahls auf das andere Feld zu reflektieren.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Felder (80) sich mit einem kleinen Winkel zu der Normalen zu der sich entlang der Felder ausgerichteten Komponentenachse erstrecken, um eine schnelle Kantenmessung vorzusehen.

8. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (75-78) zum Fokussieren des Lichtstrahls auf den Schirm (21) dazu eingerichtet ist, ein vergrößertes Bild des in der Meßstation gemessenen Objektabschnitts auf den Schirm zu fokussieren.

9. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (21) mit einer Markierung (21a) versehen ist, die in der Position einer fiktiven, durch die Meßstation gezogenen Zentrumslinie entspricht, um zu ermöglichen, daß die Position des Objekts in der Meßstation gemäß der Ansicht auf dem Schirm hinsichtlich der Sauberkeit überprüft und hinsichtlich des Fokus eingestellt werden kann.

10. Optische Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine in einer einstellbaren Einstelleinrichtung (62) angebrachten Kolben (61) umfaßt, die voreinstellbar ist, um den Kolben automatisch in der richtig fokussierten Position anzuordnen.

11. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Halten einer in der Meßstation zu messenden Komponente einen Schlitten (14) für die Komponente umfaßt, der auf einem Verschiebeweg (26) zum Bewegen des Schlittens quer zur optischen Achse von der Lichtquelle angebracht ist,

und dadurch, daß Mittel (30-41) zum Verschieben des Schlittens entlang des Verschiebewegs vorgesehen sind, um die zu messende Komponente durch die Meßstation zu bewegen, um zu ermöglichen, daß Messungen an einer Mehrzahl von Stellen entlang der Länge der Komponente durchgeführt werden.