DE1548361B2 - Meßeinrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Abmessungen von Körpern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Abmessungen von Körpern, insbesondere des Durchmessers, dei Länge oder des Querschnitts durchlaufender Werkstücke, mit zwei auf die Endbereiche der Objektabmessung gerichteten Lichtstrahlenbündeln, in denen das Meßobjekt einen der Abmessung entsprechenden Teil des Lichtbündelquerschnitts ausblendet, mit einer zwecks Abtastung der beiden Strahlenbündel relativ und parallel zu deren Strahlenbilder bewegten Spaltanordnung, mit hinter der Spaltanordnung angeordneten Strahlendetektoren, die bei der Abtastung je nach der Strahlenbildgröße mehr oder weniger lang bestrahlt werden, so daß elektrische Impulse entsprechender Dauer erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltanordnung 20 mindestens ein Paar diametral gegenüberliegender und synchron bewegter Spalten 28, 30 aufweist, von denen je ein Spalt einem Lichtbündelbild zugeordnet ist, und daß die Bewegung der beiden Spalte 28, 30 jedes Paares relativ zu den beiden Lichtbündelbilder bei beiden Lichtbündeln von der Hellzone 15 α bzw. 15 b nach der vom Meßobjekt ausgeblendeten Dunkelzone der Bildquerschnitte der Strahlenbündel oder umgekehrt gerichtet ist, und daß eine elektrische Auswerteschaltung 34 die Impulsdauer der Impulssignale ρ bzw q der je einem Spalt 28, 30 zugeordneten Strahlendetektoren 32 summiert.

Bei der meist weitgehend automatisierten Herstellung von Werkstücken, wie beispielsweise von gläsernen Behältern mit großer Stückzahl oder bei der Herstellung unendlich langer Werkstücke, wie beispielsweise Metallbändern oder Drähten, ist es notwendig, zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten oder nach dem letzten Bearbeitungsschritt bestimmte Abmessungen zu kontrollieren. Da diese Kontrollmessungen im allgemeinen am bewegten Gut durchgeführt werden und dieses bewegte Gut meistens außerdem heiß und manchmal sogar glühheiß sein kann, ist eine Messung mit mechanischen Meßfühlern praktisch nicht möglich. Es sind darum schon eine große Zahl optischer Meßeinrichtungen vorgeschlagen worden, welche eine berührungslose Bestimmung der Abmessungen solcher Werkstücke gestatten, die aber nicht alle für eine Messung an bewegten Werkstücken geeignet sind und oft auch für den Einsatz in einem Fabrikationsbetrieb zu störanfällig sind.

Bei einem solchen Verfahren zur berührungslosen Längen- oder Breitenmessung nach der deutschen Patentschrift 1016 945 wird das Meßobjekt über eine Unterlage geführt, mit der es einen Helligkeitskontrast bildet, und auf ein lichtelektrisches Element projiziert und zwischen dem Meßobjekt und dem lichtelektrischen Element eine Schlitzblende mit konstanter mit genau bestimmbarer Geschwindigkeit in der Richtung der zu bestimmenden Abmessung verschoben, so daß das lichtelektrische Element während einer Zeitspanne beleuchtet wird, die der zu bestimmenden Abmessung proportional ist. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, daß eine Bewegung des Meßobjektes in der Richtung oder gegen die Richtung der Verschiebung der Schlitzblende unvermeidlich zu falschen Messungen führt.

Eine andere in der deutschen Patentschrift 973 802 beschriebene Anordnung ist insbesondere zum Messen des Luftspalts zwischen Maschinenteilen vorgesehen. Bei dieser Anordnung wird der zu messende Spalt von einer Lichtquelle beleuchtet und das dem Luftspalt entsprechende Strahlenbild durch eine vorzugsweise als geschlitzte Scheibe ausgebildete Modulationsvorrichtung in Strahlenimpulse veränderlicher Dauer umgewandelt, wobei die Impulse dann in einem Meß- oder Registriergerät ausgewertet werden. Auch diese Anordnung ist nur zum Messen des Luftspalts zwischen während der Messung unbewegter Maschinenteile geeignet, weil deren Bewegung in der oder gegen die Bewegungsrichtung der Modulationsvorrichtung notwendigerweise fehlerhafte Resultate ergeben würde.

In der USA.-Patentschrift 3 094 623 ist eine Meßvorrichtung beschrieben, bei der der zu messende Gegenstand im Schattenbild auf einem Strichgitter abgebildet wird. Das Schattenbild wird weiter auf einem Fotoelement abgebildet und im Lichtweg zwischen dem Strichgitter und dem Fotoelement ist eine geschlitzte Scheibe drehbar angeordnet. Der Abstand der Schlitze auf der Scheibe ist größer als die Breite des Strichgiters. Bei jedem Vorbeilauf eines Schlitzes der Scheibe vor dem Strichgiter werden dann nacheinander alle von dem zu messenden Gegenstand nicht abgeschalteten Intervalle zwischen den Gitterlinien auf dem Fotoelement abgebildet und in elektrische Impulse umgewandelt, wobei die Differenz zwischen den möglichen Impulsen bei voll ausgeleuchtetem Gitter und den tatsächlich gezählten Impulsen ein Maß für die Größe des zu messenden Gegenstandes liefert. Die mit dieser Vorrichtung erreichbare Meßgenauigkeit ist nicht sehr groß und insbesondere von der Teilung des Strichgitters abhängig. Weiter gestattet diese Vorrichtung nur das Messen von Gegenständen, deren Kanten parallel zu den Gitterstrichen liegen, und schließlich ist für die Messung das genaue Einhalten des Abstands zwischen dem zu messenden Gegenstand und dem Strichgitter notwendig, weil jede Veränderung der Gegenstandsweite auch die Größe des auf dem Strichgitter produzierten Bilds verändert.

Eine sehr ähnliche Vorrichtung ist in der belgischen Patentschrift 659 920 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird jeder der beiden Ränder des zu messenden Gegenstands durch ein besonderes optisches System auf einem anderen Strichgitter abgebildet. Jedes Strichgitter wird von einer Fernsehkamera, deren Abtastelektronenstrahl quer zur Richtung des Strichgitters ausgelenkt wird, beobachtet. Auf diese Weise erscheinen die nicht beschatteten Teile des Strichgitters als Spannungsimpulse im Videosignal der Fernsehkamera und können durch eine geeignete Einrichtung ausgezählt werden. Abgesehen davon, daß diese Vorrichtung, bei der zwei Fernsehkameras verwendet werden, ungewöhnlich aufwendig ist, weist sie die gleichen Nachteile wie die oben beschriebene Vorrichtung auf.

In der deutschen Auslegeschrift 1099 184 ist ein Gerät zum Messen der Querabmessung eines der Länge nach durchlaufenden Gegenstands beschrieben, das als Vergleichsmeßgerät aufgebaut ist. Bei diesem Gerät wird das Licht einer Lichtquelle in zwei getrennte, aber parallel zueinander verlaufende Lichtbündel geteilt, und es wird der zu messende Gegenstand durch das eine Lichtbündel bewegt und ein als Normalmaß dienender Gegenstand im anderen Lichtbündel angeordnet. Beide Lichtbündel werden dann durch eine rotierende Lochscheibe und bei einer Ausführungsform, bei der für die beiden Lichtbündel verschieden polarisiertes Licht verwendet wird, durch

einen rotierenden Analysator in zeitlich abwechselnder Reihenfolge auf eine Fotozelle gerichtet. Die
Differenz der Amplituden der von der Fotozelle gelieferten Impulse ist dann ein Maß für die Abweichung der Querabmessung des zu messenden
Gegenstands von der Querabmessung des Normalmaßes. Die Verwendung dieses Geräts ist auf Gegenstände mit relativ kleinen Querabmessungen, wie
Drähte oder Rohre, beschränkt. Die Abbildung

ben. Diese Einrichtung ist zum Messen der Breite von Stahlstreifen vorgesehen, die glühend, d. h. selbstleuchtend aus einem Walzwerk austreten. Die Einrichtung enthält zwei Fotozellen, die senkrecht 5 über den beiden Rändern des zu messenden Stahlbands angeordnet sind, wobei auf den Fotozellen durch ein optisches System der zugeordnete Rand des Stahlbands abgebildet wird. Bei fester Einstellung des Abstands der beiden Fotozellen entspricht der größerer Gegenstände würde aufwendige optische 10 von den Fotozellen abgegebene Strom der jeweiligen Systeme verlangen. Außerdem ist auch bei diesem Breite des in das Bildfeld hineinragenden Randes des Gerät die Meßgenauigkeit davon abhängig, daß die Streifens. Zum einfacheren Auswerten des Fotozu vergleichenden Gegenstände nicht aus der opti- zellenstroms ist vor jeder Fotozelle noch eine Lochschen Gegenstandsebene verschoben werden, was die scheibe angeordnet, die das Lichtbündel zerhackt, so Verwendung des Geräts für eine laufende Produk- 15 daß die Fotozellen Impulse abgeben, deren Amplitionsüberwachung praktisch unmöglich macht. tude der Breite des in das Bildfeld hineinragenden

Eine weitere Vorrichtung, bei der zwei Licht- Randes entspricht. Die beiden Fotozellen sind gegenbündel verwendet werden, von denen jedes einem einander und in Richtung der zu überwachenden der Endpunkte der zu messenden Strecke ist, ist in Breite des Stahlstreifens verschiebbar angeordnet, A b b. 3 der deutschen Patentschrift 964 272 gezeigt. 20 und es ist eine elektronische Steuerung vorgesehen, Dieser Anordnung ist zur Überwachung der Breite von welche die Fotozellen so lange verschiebt, bis diese Blechstreifen vorgesehen und weist über jedem der Impulse gleicher Amplitude abgeben, Diese Stellung beiden Ränder des Blechstreifens eine um eine verti- entspricht dann der Breite des zu messenden Stahlkale Achse rotierende Lichtquelle und unter jedem Streifens. Die beschriebene Einrichtung ist unge-Rand eine im gleichen Sinn rotierende Fotozelle auf. 25 wohnlich aufwendig und sowohl mechanisch als auch Vorzugsweise sind jedem Rand des Blechstreifens elektronisch sehr kompliziert und darum für den benachbart noch eine ortsfeste Lichtschranke zu- praktischen Einsatz in einem Fabrikationsbetrieb geordnet. Für die Messung der Breite des Blech- wenig geeignet. Außerdem erlaubt die mechanisch Streifens werden dann die Hellseiten, während der nachlaufende Einrichtung nur die Überwachung die Fotozelle beleuchtet wird, mit den Dunkelseiten 30 relativ langsamer Änderungen der zu messenden für eine oder mehrere Drehungen von Lichtquelle Größe.

und Fotozelle verglichen. Der Nachteil dieser Anord- Schließlich ist noch in der deutschen Patent-

nung ist die Verwendung rotierender Lichtquellen schrift 1 005 741 eine Vorrichtung zum Messen des und Fotozellen, deren elektrische Anschlüsse über Abstands zweier Punkte und insbesondere zur Brei-Schleifkontakte geführt werden müssen, die bekannt- 35 tenmessung von kontinuierlich durchlaufendem bandlich bei Strömen von der Größenordnung der Foto- förmigem Gut beschrieben. Bei dieser Vorrichtung zellenströme nicht mit der erforderlichen Zuverlässig- werden die Begrenzungen des Meßgutes auf Fernsehkeit arbeiten. kameras, deren Abtastelektronenstrahlen synchroni-

Eine weitere Einrichtung zum berührungslosen siert sind, abgebildet. Die Abtastspannung wird dann Breitemessen ist in dem deutschen Patent 1 056 842 40 gemessen und die durch die Begrenzungen des Gutes beschrieben. Bei dieser Einrichtung sind unter jedem gebildeten Schwarz-Weiß-Sprünge des Bildes als seitlichen Rand eines bandförmigen Materials je eine elektrische Impulse verwendet, deren Impulsbreite Lichtquelle angeordnet und über dem Rand je ein ein Maß für den zu bestimmenden Abstand bildet, mehrteiliger um eine parallel zum Rand liegende Obwohl diese Vorrichtung keine mechanisch beAchse rotierender Spiegel. Seitlich jedes Spiegels ist 45 wegten Teile aufweist, ist die Verwendung empfmdein optisches System vorgesehen, das das ent- licher Fernsehkameras und genauer optischer Absprechende rotierende Bild des Materialbands durch bildungssysteme sowie die aufwendige elektronische eine Blende auf einer Fotozelle abbildet. Außerdem Schaltung für die Fernsehkameras und die Auswersind Mittel vorgesehen, um die beiden Spiegel syn- tung derer Signale für eine Fabrikationsmessung zu chron miteinander zu rotieren, wobei die Spiegel 50 störanfällig.

so gegeneinander verdreht sind, daß die Abbildun- Es ist auch schon bekannt, für die optische Abbiigen der beleuchteten Materialränder auf den Foto- dung von Gegenständen und insbesondere zum zellen mit zeitlichem Abstand erfolgen. Der zeitliche Weiterleiten optischer Signale aus Glasfasern be-Abstand der bei der kurzzeitigen Beleuchtung der stehende Lichtleiter zu verwenden. Die Verwendung Fotozellen erzeugten elektrischen Impulse wird dann 55 von Glasfaserbündeln als optische Bildübertrager ist elektronisch gemessen und liefert zusammen mit der beispielsweise in der Zeitschrift »Techn. Rundschau« elektronischen Auswertung der Rotationsgeschwin- vom 27. Juli 1962 und ein Längenmeßgerät zum bedigkeit der Spiegel ein Maß für die Breite und ins- rührungslosen Messen, bei dem Glasfaserbündel verbesondere für die Änderung der Breite des Material- wendet werden, in der »VDI-Zeitschrift«, 107, Juli bands. Diese Einrichtung ist für den Einsatz in der 60 1965, beschrieben.

Fabrikation nicht sehr geeignet. Die Genauigkeit der Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung,

Messung ist von der Genauigkeit der synchronen eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu Rotation der beiden Spiegel abhängig, und diese ist schaffen, die unter Vermeidung der Nachteile der besonders in einer staubigen Umgebung und bei oben beschriebenen bekannten Vorrichtungen auch äußeren Erschütterungen nicht ausreichend gewähr- 65 dann eine große Meßgenauigkeit gewährleistet, wenn leistet. der zu messende Körper unregelmäßige und unkon-

Eine weitere Breitenmeß-Einrichtung ist in der trollierbare Querbewegungen ausführt oder wenn er Zeitschrift »Elektronics« vom März 1953 beschrie- in der Richtung der zu bestimmenden Abmessung

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selbst, ζ. B. auf einem Förderband quer zu den Strah- also zwei um 90° gegeneinander versetzte Spaltpaare

lenbündeln durch die Meßeinrichtung transportiert 28, 30 vorhanden.

wird. Die verbleibenden, nicht ausgeblendeten Teile 15 a,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 15 b der Lichtbündelquerschnitte 14a, 14 b werden

löst, daß die Spaltanordnung mindestens ein Paar 5 auf der Spaltscheibe 22 abgebildet, und zwar im

diametral gegenüberliegender und synchron bewegter Radialbereich der Spalte 28, 30 an feststehenden,

Spalten aufweist, von denen je ein Spalt einem diametral gegenüberliegenden Stellen. An diesen

Lichtbündelbild zugeordnet ist, und daß die Bewe- Stellen, jedoch hinter der Scheibe 22 sind zwei

gung der beiden Spalte jedes Paares relativ zu den Strahlendetektoren 32, z. B. zwei fotoelektrische

beiden Lichtbündelbildern bei beiden Lichtbündeln io Wandler, angeordnet (F i g. 2). Beim Vorbeilauf eines

von der Hellzone nach der vom Meßobjekt ausge- Spaltes, z. B. des Spaltes 28, an einer dieser Abbil-

blendeten Dunkelzone der Bildquerschnitte der dungsstellen tritt Licht aus dem verbleibenden Quer-

Strahlenbündel oder umgekehrt gerichtet ist und schnittsteil 15 a, 15 b des betreffenden Lichtbündels

daß eine elektrische Auswerteschaltung die Impuls- auf den zugeordneten Strahlendetektor 32, welcher

dauer der Impulssignale der je einem Spalt zugeord- 15 dadurch einen elektrischen Impuls abgibt. Die Dauer

neten Strahlendetektoren summiert. dieses Impulses entspricht bei vorgegebener Durch-

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung weist keine laufgeschwindigkeit des Spaltes 28 bzw. 30 der Breite

in der eigentlichen Meßzone angeordneten mecha- des betreffenden Teils 15 a bzw. ISb des Licht-

nisch bewegten Teile auf, und das optische System bündeis.

ist sehr einfach ausgebildet. Der Abbildungsmaßstab 20 Bezeichnet man die Impulsdauer entsprechend wird auch bei einer Verschiebung des Meßobjekts in dem einen Teil 15 α des Lichtbündels mit p, die Imder Richtung des Strahlenbündels oder quer zur pulsdauer entsprechend dem anderen Teil 15 b des Richtung des Strahlenbündels nicht verändert, was Lichtbündels mit q und die Zeitdauer, welche der für Messungen am bewegten Objekt besonders wich- GesamtbreiteD (Fig. 1) über beide Strahlenbündel tig ist. Schließlich ist der elektronische Teil der Ein- 25 entspricht, mit T, so ergibt sich gemäß dem Diarichtung aus einfachsten konventionellen Bauele- gramm nach Fig. 4 der gesuchte, der Objekt-Abmenten zusammengesetzt. Die Meßeinrichtung ist messung d entsprechende Wert / aus der Beziehung platzsparend, kann auch an bestehende Fabrikations- t = T — (p + q) + K. Der konstante Wert K bevorrichtungen nachträglich angebaut werden und er- rücksichtigt dabei den Umstand, daß die Messung füllt praktisch alle Forderungen, die bezüglich Zu- 30 sich räumlich und zeitlich nicht über den gesamten verlässigkeit erwartet werden. Durchmesser des Meßobjekts 10 erstreckt, sondern

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen nur über dessen Endbereiche. Die Summierung der

Meßeinrichtung ist nachstehend an Hand der Zeich- Impulse ρ und q und die weitere Auswertung gemäß

nung erläutert. Es zeigt der obigen Beziehung erfolgt in einer elektrischen

F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Meß- 35 Auswerteschaltung 34. Die Berücksichtigung der Ab-

einrichtung in schematischer Darstellung, tastgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Spalt-

F i g. 2 eine Ansicht der verwendeten Spaltanord- scheibe 22 ist in F i g. 1 durch die punktierte Linie 36

nüng mit den beiden Lichtbündelquerschnitten, angedeutet.

F i g. 3 einen Teilschnitt durch ein lichtleitendes Je nach Bedarf kann das Meßerergebnis direkt in

Faserbündel in stark vergrößertem Maßstab und 40 Längeneinheiten in einer Anzeigeeinrichtung 38 wie-

F i g. 4 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung des dergegeben werden. Es kann aber auch weiterver-Prinzips der Impulsauswertung. arbeitet werden, etwa in einer logischen Auswertein F i g. 1 ist ein zylindrisches Meßobjekt 10 ge- schaltung 40, welche auf Grund wählbarer Toleranzzeigt, dessen Durchmesser bestimmt werden soll. Auf eingaben über »Gut« oder »Ausschuß« entscheidet die Endbereiche des zu bestimmenden Durchmessers 45 und entsprechende Steuervorgänge beim Weitertranssind zwei vorzugsweise parallele Lichtstrahlenbündel port des Prüflings auslöst.

14 a, 14 b aus den Strahlenquellen 12 a, 126 gerich- Außer sichtbarem Licht sind grundsätzlich auch tet. Bei der gezeigten Ausführungsform wird das andere Strahlenarten anwendbar, wie z.B. elektro-Meßobjekt durch die beiden Bündel 14 a, 146 aus magnetische Strahlung, Partikelstrahlen usw., wobei entgegengesetzten Richtungen beaufschlagt. Ent- 50 selbstverständlich die Art der Detektoren 32 sich sprechend der zu bestimmenden Abmessung blendet nach der gewählten Strahlenart zu richten hat.
das Meßobjekt in jedem Strahlenbündel einen Teil Bei der beschriebenen erfindungsgemäßen Meßdes Bündelquerschnittes aus, und an Hand der ver- einrichtung erfolgt die Abtastung der beiden Strahlenbleibenden Teile 15 a, 15 b der Strahlenbündel wird bündel jeweils paarweise gleichzeitig durch zwei mittels einer Spaltanordnung 20 und zugeordneten 55 einander zugeordnete, synchron bewegte Spalte 28 Strahlendetektoren 32 in weiter unten erläuterter bzw. 30. Dabei ist die Bewegung der Spalte relativ Weise der Durchmesser des Meßobjekts 10 ermittelt. zu den Lichtbündeln gegensinnig, d. h. bei beiden Vorzugsweise werden die Strahlenbündel in Richtung Lichtbündeln z.B. von der Hellzone 15a bzw. ISb der Zylinderachse (senkrecht zur Zeichnungsebene) zu der durch den ausblendenden Teil des Meßobjekts auf eine geringe Ausdehnung begrenzt, um den 60 gebildeten Dunkelzone. Diese Anordnung geht aus Durchmesser des Meßobjekts auf einer definierten der F i g. 2 klar hervor. Beim angegebenen Drehsinn Höhenlage abzutasten. treffen beide Spalte des Paares 28 gleichzeitig am

Die Spaltanordnung 20 weist eine rotierende äußeren Rand der Hellzone 15 α bzw. 15 b ein, durchScheibe 22 auf, die auf einer Achse 26 sitzt und von kufen hierauf die Hellzone und anschließend die einem Motor 24 mit konstanter Drehzahl angetrieben 65 ausgeblendete Dunkelzone.

wird. Die Scheibe 22 weist eine Anzahl radialer Es sei nun angenommen, daß während dieses Ab-

Spalte 28, 30 auf, die paarweise diametral gegenüber- tastvorganges das Meßobjekt 10 sich in Richtung des

liegend angeordnet sind. Gemäß Fig. 2 sind z.B. Pfeiles quer zur Lichtbündelrichtung, d. h. in Fig. 1

von oben nach unten bewegt. Dabei wird die Hellzone 15 α breiter, d. h., in F i g. 2 gesehen verschiebt sich die Grenze der Zone 15 α (rechts) nach oben. Gleichzeitig wird die Hellzone 15 b um den gleichen Betrag schmaler, und in F i g. 2 verschiebt sich die Grenze der Zone 15 b (links) entsprechend ebenfalls nach oben. Die erwähnte Verschiebung der Grenze nach oben läuft aber im Fall der Zone 15 a im gleichen Sinne wie die Bewegung des Spaltes 28 (rechts), während sie bei der Zone 15 b der Bewegung des Spaltes 28 (links) entgegenläuft. Dies bedeutet, daß bei der beschriebenen Anordnung die Eigenbewegung des Meßobjekts 10 quer zur Lichtbündelrichtung kompensiert wird. Die Kompensation ist vollständig, wenn beide Spalte des Paares die betreffende Zonengrenze gleichzeitig überschreiten, d. h., wenn der Prüfling in diesem Augenblick gleiche Teile in beiden Bündeln ausblendet. Die analoge Wirkung ergibt sich natürlich, wenn der Körper sich in F i g. 1 von unten nach oben bewegt oder wenn der Drehsinn der Scheibe 22 gegenüber F i g. 2 umgekehrt ist, wenn also beide Spalte von der Dunkelzone in die Hellzone des betreffenden Bündels übertreten.

Wird das Meßobjekt, entgegen der Darstellung in F i g. 1 in herkömmlicher Weise mit beiden Lichtbündeln von der gleichen Seite her angestrahlt, so kann bei unbestimmter Lage des Meßobjekts in Richtung der Lichtbündel, d. h. in Richtung des Pfeiles B in Fig. 1, ein weiterer Fehler auftreten. Der Grund dafür ist, daß mit üblichen Mitteln erzeugte Lichtbündel nicht ideal parallel sind, sondern immer eine Divergenz aufweisen. Diese Meßunsicherheit ließe sich allenfalls durch Anwendung der Lasertechnik mit entsprechendem Aufwand klein genug halten.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung bietet jedoch eine vorteilhafte Möglichkeit, um bei nicht genauer Parallelität der Lichtbündel den genannten dadurch entstehenden Meßfehler praktisch auszuschalten. Es werden nämlich in diesem Fall die Lichtquellen 12 a, 12 b so aufgestellt, daß ihre Lichtbündel

14 a, 14 & aus entgegengesetzten Richtungen auf das Meßobjekt 10 gerichtet sind. Unter der Voraussetzung, daß die Achsen der beiden Lichtbündel parallel liegen, wird nun die Messung unabhängig von der Lage des Meßpbjekts in bezug auf die Lichtquellen. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich, indem man, wie in F i g. 1 schematisch angedeutet, in beiden Strahlengängen Abbildungsoptiken 16 α, 16 b verwendet. Dann kann ebenfalls auf die Parallelität der Lichtbündel verzichtet werden, da bei Verschiebung des Körpers 10 in Richtung B die Summe der Bildgrößen konstant bleibt.

Zur Abtastung der beiden Lichtbündel-Hellzonen

15 a, 15 & werden zweckmäßig zwei lichtleitende Glasfaserbündel 18 a, 18 b verwendet, deren eine Stirnfläche je von einem Strahlenbündel beaufschlagt wird und deren andere Stirnfläche der Spaltscheibe 22 gegenüberliegt. F i g. 3 zeigt schematisch im stark vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt aus der Glasfaser-Stirnfläche. Die Verwendung solcher lichtleitender Faserbündel macht die Aufstellung der Spaltanordnung praktisch unabhängig von der Lage der Strahlenquellen und vom Durchlauf des Meßobjekts 10. In jedem Fall ist natürlich darauf zu achten, daß der eine Lichtbündelquerschnitt, bezogen auf die Drehrichtung der Spaltscheibe, gegenüber dem anderen Lichtbündelquerschnitt um 180° verdreht auf der Scheibe abgebildet wird.

Für die elektrische Signalauswertung kann eine örtliche oder zeitliche Rasterung der beiden den Prüfling streifenden Lichtbündel 14 α, 14 & vorteilhaft sein. Die Impulssignale der Strahlendetektoren 32 bestehen dann aus Impulsfolgen mit bestimmter Wiederholungsfrequenz und variabler Impulszahl, und das Meßresultat ergibt sich durch Auszählen

ίο der Impulszahlen bzw. der »Rasterelemente«.

Eine örtliche Rasterung kann man z. B. erreichen, indem an geeigneter Stelle eine Strichplatte (Gitter) in den Lichtweg eingefügt wird. Bei Verwendung von Lichtleitern 18 a, 18 b können deren einzelne Fasern direkt die Rasterelemente bilden, falls sie mit regelmäßiger Teilung innerhalb des Leiterquerschnitts angeordnet sind. Im Fall dieser örtlichen Rasterung ist die Auszählung der Rasterelemente nicht an einen bestimmten zeitlichen Ablauf gebunden. Damit erübrigt sich die durch die Linie 36 in F i g. 1 angedeutete Beeinflussung der Auswertemittel in Abhängigkeit von der Spaltbewegung.

Zur zeitlichen Rasterung, die ebenfalls Impulsfolgen entsprechend der Breite der Hellzonen 15 α, 15 b ergibt, können impulsmodulierte Lichtquellen verwendet werden, oder es können die Lichtwege periodisch, z.B. durch rotierende Blendenscheiben, unterbrochen werden. In diesen Fällen ist der Einheitswert der Rasterelemente bzw. der ausgezählten Impulse durch eine eindeutige zeitliche Abhängigkeit zwischen der Modulationsfrequenz und der Spaltbewegung bestimmt, d. h., es ist eine gegenseitige Synchronisierung erforderlich.

Die Scheibe 22 kann natürlich auch eine andere als die in F i g. 2 gezeigte Zahl von Spaltpaaren 28, 30 aufweisen. Auch ist eine Abtastung mit gleichförmit geradlinig bewegten Spaltpaaren an Stelle der rotierenden Scheibe möglich. Da es nur auf eine Relativbewegung zwischen den Hellzonen und der Spaltanordnung ankommt, können auch die Hellbzw. Dunkelzonen gegenüber einem stillstehenden Spaltpaar bewegt werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Abmessungen von Körpern, insbesondere des Durchmessers, der Länge oder des Querschnitts durchlaufender Werkstücke, mit zwei auf die Endbereiche der Objektabmessung gerichteten Lichstrahlenbündeln, in denen das Meßobjekt einen der Abmessung entsprechenden Teil des Lichtbündelquerschnitts ausblendet, mit einer zwecks Abtastung der beiden Strahlenbündel relativ und parallel zu deren Strahlenbilder bewegten Spaltanordnung, mit hinter der Spaltanordnung angeordneten Strahlendetektoren, die bei der Abtastung je nach der Strahlenbildgröße mehr oder weniger lang bestrahlt werden, so daß elektrische Impulse entsprechender Dauer erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltanordnung (20) mindestens ein paar diametral gegenüberliegender und synchron bewegter Spalten (28, 30) aufweist, vor denen je ein Spalt einem Lichtbündelbild zugeordnet ist, und daß die Bewegung der beider Spalte (28, 30) jedes Paares relativ zu den bei

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den Lichtbündelbilder bei beiden Lichtbündeln von der Hellzone (15 a bzw. 15 δ) nach der vom Meßobjekt ausgeblendeten Dunkelzone der BiIdquerschnitte der Strahlenbündel oder umgekehrt gerichtet ist, und daß eine elektrische Auswerteschaltung (34) die Impulsdauer der Impulssignale (p bzw. q) der je einem Spalt (28, 30) zugeordneten Strahlendetektoren (32) summiert.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltpaare (28, 30) durch diametral gegenüberliegende, radiale Schlitze in einer rotierenden Abtastscheibe (22) gebildet sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtbündel (14 α, 14 b) das Meßobjekt (10) aus entgegengesetzten Richtungen beaufschlagen.

4. Meßeinrichaung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abbildung der Lichtbündelquerschnitte (15 a, 15 b) auf der Spaltanordnung (20) lichtleitende Glasfaserbündel (18 a, 18 b) verwendet sind.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Mittel zur örtlichen oder zeitlichen Rasterung der beiden Lichtbündel (14 a, 14 b), wobei die Breite der Hellzone (15 a, 15 b) des Lichtbündelquerschnittes durch Auszählen der Rasterelemente ermitelt wird.

6. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fasern der lichtleitenden Glasfaserbündel (18 a, 18 b) direkt als Rasterelemente verwendet sind.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Strichplatten oder Gitter als Rastermittel verwendet sind.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß impulsmodulierte Lichtquellen (12 a, 12 b) zur Erzeugung zeitlich gerasteter Strahlenbündel (14 a, 14 b) verwendet sind.

9. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenbündel (14 a, 14 b) durch Laserstrahlen gebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen