DE1810188B2

DE1810188B2 - Vorrichtung zur abstandsmessung

Info

Publication number: DE1810188B2
Application number: DE19681810188
Authority: DE
Inventors: Robert-Alfred Angleur Pirlet (Belgien)
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1967-11-24
Filing date: 1968-11-21
Publication date: 1977-08-18
Also published as: FR1592779A; GB1225000A; DE1810188C3; BE707075A; DE1810188A1; US3610754A

Description

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Eigenstrahlung der zu messenden Oberfläche ausschaltendes Interferenzfilter in den Strahlengang zur Fernsehkamera (K^ eingeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Impulslasers als Ernissionsquelle Mittel für die synchrone Auslösung des Impulses relativ zur Vorderflanke der Zeile vorgesehen sind, auf der die Zeitzählung zur Ortung der Stellung des Bildes erfolgt.

45 D hanhtune voraus und führt bei unscharfen L^c PÄS wie sie sich auf Grund de. sich Spaltabb.ldungen wie _{Werkstückobe}rfläche von ändernden Abstendslage ^ ^ ^

der genannten Emricniu B β _von

^ÄÄMÄn freie Aussage zu erzielen, r reflektierte Lichtstrahl weiterhin in zwei einen ?E SSh Ah bildende Strahlengänge

erte Lichtstrahl weiterhin in zwei einen

SSchen Achse bildende Strahlengänge p«scnen ^ _fotoe,_ektri.

M_cf_aerSs 6 82 292 ist auch bei einer VoStung der eingangs beschriebenen Art die Vorricniung _FernSehkamera im Zusammenhang

^V-,^rWHem Ob ektiv bekannt. Der Steradiant der Fe nsehkamera erfaßt dabei die gesamte zu beobach-SSFläheWenn nun nach einer vorgegebenen

SiSS SLS

Erffssung dieses Bildes ist bei Aufnahme beisp mines fines Fernsehschirms möglich, indem man ™nprLf eine Zählung von Bildzeilen und andererseits nr/ählune auf eder einzelnen Bildzeile vornimmt, Γο aus !chdan^U: £ Winkel und der Abstand für die Stellung eines jeden Bildpunktes ermitteln laßt. Eine fi elektronische Zählung ist nicht nur durch die Verwendung zweier Zähler, sondern auch durch die Aulwertung der von den beiden Zählern ermittelten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abstandsmessung, insbesondere für die Ermittlung des Profils einer Oberfläche; mit einem eine elektromagnet!- sehe Strahlung auf die Oberfläche, deren Profil zu bestimmen ist, aussendenden Strahler und einem relativ zum Strahler ortsfest angeordneten Objektiv, das die an der Oberfläche zurückgeworfenen Strahlen empfängt und als Bildsignal auf einem Bildschirm abbildet.

Eine Einrichtung dieser Art ist nach dem DT-Gbm 17 59 198 bekannt Dabei wird ein Lichtspalt auf der Oberfläche eines Werkstückes, dessen Dicke mittels einer Werkzeugmaschine abgetragen werden soll, abgebildet und dieses liiild mittels der Optik über eine Strahlenteilungsplatte auf den mit einer Teilung versehenen Bildschirm! geworfen, so daß man aus der Stellung des abgebildeten Spaltes auf dem Bildschirm ermitteln kann, wie weit sich die Oberfläche des Werkstückes jeweils von dem aus Strahler und Objektiv bestehenden Teil der !Einrichtung befindet. Man kann also durch Ablesen das jeweilige Maß der Oberfläche des Werkstückes ermiüeln. Dies setzt eine konzentrier zur optischen Abstandsbenach der FR-PS 15 04 539 bekannt. Dabei finden zwei enge Strahlenbündel in paralleler Lage zueinander Verwendung, die von zwei Stellen eines GeSandes, dessen Maße überwacht werden müssen. SStiert werden. Die Entfernung der beiden Stellen des GegenLndes ergibt sich aus einer D.fferenzmessung Es ist also zumindest auf der Senderseite ein doppelter Aufwand gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik erforderlich.

Vom einleitend genannten Stand der Technik hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei Ausschaltung Sekt ver Beobachtungsfehler die Verwendung einer doppelten optoelektronischen Messung im Hinblick auf den dafür erheblichen Aufwand ebenso wie: die Verwendung einer doppelten elektronischen Zählung ^EMeTw'wTbeim einleitend beschriebenen Stand der Technik erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die aus dem Strahler und einer mit dem Objektiv versehenen Fernsehkamera bestehende Gruppe um ihre Verbindungslinie als Achse verschwenkbar ist, und daß eine Zeitzählanordnung für die Abtastzeit zwischen dem empfangenen Bildsignal und einem festen Bezugspunkt des Bildschirms vorgesehen ist, die ein dem zu messenden Abstand entsprechendes Digitalsignal er-

"somit kommt man bei Verwendung nur emes einzigen ausgesendeten Strahls durch jeweils nur einen einzigen Zählvorgang zu der gewünschten Aussage über das Profil der Oberfläche des Werkstücks. Das durch die Zeitzählanordnung erzeugte Ausgangs-

signal ist ein Digitalsignal. Man kann je nach der vorgesehenen Signalverarbeitung selbstverständlich auch zu einem kontinuierlichen Analogsignal kommen, wenn an die Zeitzählanordnung ein Analogrechner angeschlossen ist, der aus der Zeitzählung ein dem zu S messenden Abstand entsprechendes Analogsignal erzeugt.

Zur Erzielung einer größtmöglichen Ausstrahlungsstärke des Strahlers mit sehr hoher Richtungsgenauigkeit wird bevorzugt als Strahler ein Laser vorgesehen, und zwar zweckmäßig ein auf Impulsbasis arbeitender Laser. Gegenüber der Erzeugung von Bildpunkten auf der zu messenden Fläche mittels Linsen hat die Verwendung des Laserstrahls noch den Vorteil, daß unabhängig vom Abstand der zu messenden Fläche der Bildpunkt stets von gleichbleibender Schärfe ist.

Um die Eigenstrahlung der zu messenden Oberfläche zu eliminieren, wird zweckmäßig noch ein diese Eigenstrahlung ausschaltender Interferenzfilter in den Strahlengang zur Fernsehkamera eingeschaltet.

Bei Verwendung eines Impulslasers als Emissionsquelle sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Mittel für die synchrone Auslösung des Impulses relativ zur Vorderflanke der Zeile vorgesehen, auf der die Zeitzählung zur Ortung der Stellung des Bildes erfolgt. Diese Methode ist deshalb vorteilhaft, weil hierbei das Maximum der während der Zeilenabtastzeit ausgestrahlten Energie ausgenutzt und die Emission während der Abtastung der anderen Zeilen unterbrochen werden kann.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigen, jeweils in schematischer Darstellung

F i g. 1 die geometrische und elektronische Gesamtanordnung, wohingegen

Fig.2 den für den Empfang des Bildpunktes vorgesehenen Bildschirm eines Fernsehgerätes wiedergibt.

Wie sich aus F i g. 1 erkennen läßt, wird ein Strahl EP vom Strahler E auf die Oberfläche des Profils geworfen. Dieser Strahl trifft die Oberfläche im Punkt P. Ein zurückgeworfener Strahl PR wird von der Fernsehkameras R erfaßt, die bezüglich des Strahlers fortsfest ist. Die optische Achse der Fernsehkamera R ist mithin bezüglich der Linie Ei? und des Strahls EPfixiert, jedoch muß sie nicht unbedingt zu EP koplanar sein. Das Bild des Punktes P wird, wie F i g. 2 erkennen läßt, in der Ebene η an der Stelle P' aufgefangen und kann mithin auf einer zwischen den Punkten A und B verlaufenden Geraden geortet werden. In der Regel befindet sich die Gerade AB im wesentlichen in der Mitte des Bildschirms.

Die aus Strahler und Fernsehkamera bestehende Gruppe ist um die Achse ER verschwenkbar, wodurch sich die Stellung des Punktes P auf der Oberfläche des Profils und mithin auch die Stellung des Punktes P' auf dem Bildschirm verändert. In jeder Stellung des Punktes P gestattet eine einzige Zählung der zwischen P' und B abgelaufenen Zeit Δ t die Bestimmung des Abstandes EP. Das Verhältnis zwischen At und EP wird durch At=f(EP) ausgedrückt, wobei der Wert von EP numerisch durch ein Digitalsignal SD in einer Zeitzählanordnung Z oder durch ein Analogsignal SA auf Grund einer kontinuierlichen Umwandlung der Zeit Δ t in eine stets meßbare Spannung Δ ν durch einen an die Zeitzählanordnung Z angeschlossenen Analogrechner Vausgedrückt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abstandsmessung, insbesondere für die Ermittlung' des Profils einer Oberfläche, mit einem eine elektromagnetische Strahlung auf die Oberfläche, deren Profil zu bestimmen ist, aussendenden Strahler und einem relativ zum Strahler ortsfest angeordneten Objektiv, das die an der Oberfläche zurückgeworfenen Strahlen empfängt und als Bildsignal auf einem Bildschirm abbildet, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Strahler (E) und einer mit dem Objektiv versehenen Fernsehkamera (R) bestehende Gruppe um ihre Verbindungslinie als Achse (ER) verschwenkbar ist, und daß eine Zeitzählanordnung (Z) für die Abtastzeit zwischen dem empfangenen Bildsignal von einem festen Bezugspunkt des Bildschirms vorgesehen ist, die ein dem zu messenden Abstand (EP)entsprechendes Digitalsignal (SD)erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zeitzählanordnung (Z) ein Analogrechner (V) angeschlossen ist, der aus der Zeitzählung ein dem zu messenden Abstand entsprechendes Analogsignal (SA) erzeugt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahler (E) ein Laser vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Las sr als Impulslaser ausgeführt