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Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Abmessung durchsichtiger
Gegenstände Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung
der Abmessung durchsichtiger Gegenstände mittels Wärmestrahlen durch Abbildung auf
einem mit wärmeempfindlichen Fotozellen versehenen Schirm, wobei der zu messende
Gegenstand für Wärmestrahlen undurchlässig ist.
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In der deutschen Auslegeschrift 1 153 541 ist eine Vorrichtung zum
Messen des Außendurchmessers von Glasrohren beschrieben, die mit Strahlen arbeitet,
für die Glas undurchlässig ist. Es sind dort keine Vorkehrungen getroffen, um die
auf eine Fotozelle einfallende Strahlungsmenge in irgendeiner Weise zu begrenzen.
Die bei dieser Vorrichtung verwendete UV-Strahlung gelangt über eine Linse, einen
Filter, dem zu vermessenden Gegenstand und eine weitere Linse zur Fotozelle, So
erfolgt also eine reine Schattenprojektion des zu vermessenden Gegenstandes, wobei
ein erheblicher Strahlungsanteil neben dem Schatten auf die Fotozelle auftritt.
Die Folge davon ist, daß mit der bekannten Vorrichtung eine genaue Vermessung unmöglich
ist, weil sich geringe Veränderungen des zu vermessenden Gegenstandes nur sehr gering
auf die gesamte einfallende Strahlungsmenge auswirken. Für Präzisionsmessungen ist
also die Vorrichtung und das Verfahren nach der Vorveröffentlichung praktisch nicht
geeignet.
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Es ist weiterhin bekannt, einen undurchsichtigen Körper dadurch zu
vermessen, daß man ihn zusammen mit einer vor oder hinter ihm angeordneten Sollschablone
auf einem Bildschirm abbildet. Dabei entwirft die Sollschablone ein helles Bild
des Körpers mit seinem Sollumriß. Entlang dieses Umrisses sind im Bildschirm Fotozellen
angeordnet. Hat der Körper die vorgeschriebenen Abmessungen, dann deckt sein Schatten
das von der Schablone entworfene Bild genau und vollkommen ab. Die Fotozellen bleiben
daher unbelichtet.
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Bei Minus-Abweichungen hingegen bleibt zwischen dem Körperschatten
und dem Schablonenbild ein belichteter Spalt frei. Infolgedessen werden die Fotozellen
belichtet und geben ein Signal ab, das zu weiteren Steuerungen ausgenutzt werden
kann. Will man mit einer derartigen Anordnung auch etwaige Plus-Abweichungen des
Gegenstandes messen, so muß man den Abbildungsmaßstab verändern, indem man beispielsweise
die Schablone so verschiebt, daß sie ein um die zulässige Plus-Abweichung größeres
Bild des Körpers entwirft. Die Plus-Abweichungen machen sich dann als Abdeckung
des an sich zwischen dem Körperschatten und dem neuen Schablonenbild verbleibenden
Soll-Lichtspaltes bemerkbar.
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Die bekannte optische Abtastung vereinigt ein berührungsloses Verfahren
mit großer Meßgeschwindigkeit, wenn man sich auf die Feststellung nur einer Abweichung,
d. h. Plus- oder Minus-Abweichung, beschränkt. Bei der Kontrolle der beiden möglichen
Abweichungen wird das Meßverfahren durch die notwendige Verschiebung der Schablone
bereits mit einer gewissen Trägheit belastet. Verwendet man zur Kontrolle der beiden
möglichen Abweichungen zwei verschiedene Abbildungssysteme, dann ist ein größerer
Aufwand erforderlich. Die bekannte optische Abtastung ist aber überhaupt nicht mehr
anwendbar, wenn durchsichtige Gegenstände aus Glas oder einem entsprechenden Kunststoff
gemessen werden sollen, da diese keine eindeutigen Schatten werfen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der durchsichtige Gegenstand mit solchen
Wärmestrahlen, für die er nur im geringen Maß oder gar nicht durchlässig ist, das
sind im wesentlichen Wärmestrahlen mit einer Wellenlänge ab etwa 2,5 ist, zusammen
mit einer Soll-Schablone auf einem Schirm abgebildet wird, wobei neben einer Minus-Abweichung
auch sofort eine Plus-Abweichung des Gegenstandes vom Sollwert festgestellt werden
kann, ohne daß die Schablone um einen ganz bestimmten Bereich verschoben werden
muß.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das von der
Strahlungsquelle ausgehende Strahlenbündel zwei unterschiedliche Spektralbereiche
aufweist und vor dem Gegenstand eine an sich bekannte Schablone zur Festlegung der
zulässigen Minimalgröße sowie hinter dem Gegenstand eine Schablone zur Festlegung
der zulässigen Maximalgröße des zu messenden Gegenstandes angeordnet ist, von denen
die eine Schablone nur für einen der beiden Spektralbereiche und die andere Schablone
nur
für den anderen Spektralbereich undurchlässig ist.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß durchsichtige
Gegenstände aus Glas oder Kunststoff in einwandfreier Weise berührungslos vermessen
werden können, wobei auf dem Bildschirm ein scharfkantiger Schatten erzeugt wird
und sowohl eine Minus-Abweichung als auch eine Plus-Abweichung des zu vermessenden
Gegenstandes vom Sollwert schnell und genau festgestellt werden kann, ohne daß eine
Veränderung an den Schablonen vorgenommen werden muß.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines schematischen Ausführungsbeispiels
veranschaulicht.
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Zwischen einem Schirm 1 und einer Strahlungsquelle 2 für Wärmestrahlen
sind eine Schablone 3 und eine Schablone 4 angeordnet, wobei zwischen den beiden
Schablonen 3 und 4 ein zu venuessender, durchsichtiger Gegenstand 5 vorgesehen ist.
Der Schirm 1 weist mindestens im Bereich des Umfangs der zu erwartenden Abbildung
des Gegenstandes wärmeempfindliche Fotozellen 14 auf.
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Zum besseren Verständnis der dargestellten Vorrichtung sei vorausgesetzt,
daß der zu vermessende Gegenstand 5 und dementsprechend auch die Öffnungen der Schablonen
3 und 4 kreisrund sind. Weiterhin sei erwähnt, daß die beiden Schablonen 3 und 4
nach ihrer Justierung ortsfest angeordnet sind und daß die zu vermessenden Gegenstände
5 immer an der gleichen Stelle 10 zwischen der Strahlungsquelle 2 und dem Schirm
1 in den Strahlengang eingebracht werden. Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist
dann wie folgt: Die Schablone 3 dient zur Bestimmung der zulässigen Minimalgröße
des zu vermessenden durchsichtigen Gegenstandes 5. Sie läßt auf den Schirm 1 ein
Wärmestrahlenbündel 6 auftreffen. Wird nun an der Stelle 10 der durchsichtige Gegenstand
5 in das Wärmestrahlenbündel 6 eingebracht, so darf keine Wärmestrahlung auf den
Schirm 1 auftreffen. Dies ist der Fall, wenn der Gegenstand 5 eine Kontur 7 oder
eine größere Kontur, z. B. eine Kontur 8, aufweist. Ist der Gegenstand 5 jedoch
kleiner, d. h. wenn er z. B. eine Kontur 9 aufweist, so gelangt auf einer kreisringförmigen
Fläche 11 Wärmestrahlung auf den Schirm 1 und läßt in den Fotozellen 14 einen Strom
fließen, welcher anzeigt, daß der vermessene Gegenstand 5 zu klein ausgefallen ist
und daß es sich mithin um Ausschuß handelt.
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Ist nun festgestellt worden, daß der Gegenstand 5 die zulässige Minimalgröße
nicht unterschritten hat, muß noch überprüft werden, ob er eine zulässige Maximalgröße
nicht überschreitet. Dazu wird von der Lichtquelle 2 eine zweite Wärmestrahlung
ausgesendet, für die die Schablone 3 durchlässig, die Schablone 4 zur Bestimmung
der zulässigen Maximalgröße des Gegenstandes 5 jedoch undurchlässig ist.
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Aus diese Weise trifft ein Strahlenbündel 12 auf den Schirm 1 auf,
welches die zulässige Maximalgröße des zu vermessenden Gegenstandes 5 angibt. Bewegt
sich demnach der Umfang des Gegenstandes 5 in der zulässigen Größe zwischen den
Konturen 7 und 8, so trifft Wärmestrahlung auf einer kreisringförmigen Fläche 13
auf dem Schirm 1 auf. Der dadurch in den
Fotozellen 14 fließende Strom zeigt dann
an, daß der Gegenstand 5 die zulässige Maximalgröße nicht überschreitet. Ist er
jedoch größer, als dies durch die Kontur 8 angedeutet ist, so gelangt keine Wärmestrahlung
auf den Schirm, Der deshalb fehlende Stromfluß in den Fotozellen 14 zeigt an, daß
der Gegenstand 5 die zulässige Maximalgröße überschreitet und aus der weiteren Produktion
ausgeschieden werden muß.
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Die Schablonen 3 und 4 erzeugen zusammen mit dem Gegenstand 5 lediglich
sehr schmale Strahlungsringe auf dem mit wärmeempfindlichen Fotozellen belegten
Schirm 1, so daß eine Abweichung des Gegenstandes von seinem Sollmaß bereits eine
ganz erhebliche Abweichung der einfallenden Strahlungsmenge auf dem Schirm bewirkt
und dadurch eine exakte Messung möglich ist.
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Es können beispielsweise aus dem Strahlungsspektrum der Lichtquelle2
durch Vorschalten verschiedener Filter jeweils zwei unterschiedliche Spektralbereiche
ausgefiltert werden und für die vor dem Gegenstand 5 angeordnete Schablone 3 ein
solcher Werkstoff gewählt werden, daß die Schablone 3 nur für einen der beiden ausgefilterten
Spektralbereiche durchlässig, für den anderen aber undurchlässig ist.
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In den modernen Kunststoffen hat man derartige Werkstoffe mit relativ
schmalen, scharfen Absorptionsbanden durchaus zur Verfügung.
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An Stelle einer Wärmequelle mit zwei verschiedenen Filtern kann man
natürlich auch zwei Wärmequellen mit einem unterschiedlichen Emissionsspektrum verwenden.