DE1813847A1 - Vorrichtung zum Messen des Abstandes zwischen parallelen Strahlen,insbesondere parallelen Lichtstrahlen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Messen des Abstandes zwischen parallelen Strahlen, insbesondere parallelen Lichtstrahlen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen des Abstandes zwischen nahezu parallelen Strahlen einer Strahlung, insbesondere einer Lichtstrahlung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung so auszubilden, daß sie auch verwendet werden kann, wenn die Strahlen, durch äußere Einflüsse bedingt, senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung begrenzt verschoben werden.
• Die Vorrichtung zum Messen des Abstandes zwischen nahezu parallelen Strahlen einer Strahlung, insbesondere einer Lichtstrahlung, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Bauteil, der aus einem gegenüber der Strahlung undurchlässigen Material besteht und einen Spalt zum freien Durchtritt der Strahlung aufweist, durch eine Einrichtung, mittels der eine Relativbewegung zwischen dem Spalt und den Strahlen herstellbar ist, durch welche der Spalt nacheinander an den Strahlen oder die Strahlen nacheinander am Spalt periodisch und mit konstanter Geschwindigkeit vorbeiführbar sind, wobei die Spaltbreite in Richtung der Relativbewegung kleiner als der Abstand zwischen den Strahlen in dieser Richtung ist, und durch eine strahlungsempfindliche Einrichtung, die bezüglich den Strahlen und dem Bauteil derart angeordnet ist, daß die durch den.Spalt tretende Strahlung auf sie auftrifft, und mit der ein elektrisches Signal erzeugbar ist, dessen einer Parameter sich mit der Intensitä.der auf die Einrichtung treffenden Strahlung ändert, so daß bei der.Vorbeiführung. jedes Strahls am Spalt ein elektrischer Impuls erzeugbar ist und der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen für den Abstand zwischen den Strahlen charakteristisch ist.
• Dadurch, daß die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen den Strahlen und dem Spalt größer als die Geschwindigkeit von irgendwelchen zufälligen, von außen her bedingten, in Richtung der Relativbewegung auftretenden Vsrschiebungen der Strahlen gemacht wird, kann man verhindern, daß durch derartige Verschiebungen der Strahlen die Betriebsweise der Vorrichtung ernsthaft beeinträchtigt wird. Zufällige Bewegungen oder Verschiebungen der Strahlen senkrecht zur Relativbewegung können dadurch ausgeglichen werden, daß die Spaltbreite in dieser Richtung geeignet gewählt wird.
• Bei einem bevorzugten Ausfahrungsbeispiel der Erfindung ist der Bauteil ein mit konstanter Drehzahl um seine Achse drehbarer Hohlzylinder, dessen Radius im Vergleich zum Abstand zwischen den Strahlen groß ist, in dessen gekrümmter Wand der Spalt ausgebildet ist und dessen Achse senkrecht zu der von den Strahlen gebildeten Ebene verläuft und im wesentlichen im Strahlenweg angeordnet ist.
• Die beschriebene Vorrichtung kann auch zum Messen der Dicke eines Gegenstandes verwendet werden. Hierfür enthält sie eine Strahlungsquelle, von der ein Strahl in einer solchen Richtung auf die Oberfläche des Gegenstandes projizierbar ist, daß durch Reflexion von seiner der Strahlungsquelle näher liegenden Oberfläche und durch Reflexion von seiner von der Strahlungsquelle weiter beabstandeten Oberfläche je ein Strahl gebildet wird und der Abstand zwischen den reflektierten Strahlen fUry-die Dicke des Gegenstandes im Bereich der Reflexionsstellen charakteristisch ist.
• Bei einer derartigen Vorrichtung muß die Strahlung derart be--schaffen sein, daß sie das Material, aus dem der Gegenstand besteht, durchdringen kann, an den Oberflächen dieses Materials aber auch teilweise reflektiert wird. Handelt es sich um durchsichtige Materialien wie beispielsweise Glas, dann kann als Strahlung sichtbares Licht verwendet werden.
• Die beschriebene Vorrichtung findet insbesondere dort Anwendung, wo die Dicke kontinuierlich bewegter länglicher Gegenstände, beispielsweise bei ihrer Warmbearbeitung, gemessen werden soll und wo eine häufige Messung der Dicke sofort nach Herstellung oder Bearbeitung der Gegenstände, d.h. zum Beispiel noch vor dem Abkühlen oder Zerschneiden, erwünscht ist.
• In derartigen Vorrichtungen sind die Gegenstände leicht apparelativ bedingten Verschiebungen in senkrecht zur Bewegungsrichtung liegenden Richtungen unterworfen, so daß die reflektierten Strahlen notwendigerweise ebenfalls verschoben werden.
• Bei einer zum Messen der Wandstärke einer Röhre geeigneten Ausführungsform der Erfindung wird von der Strahlungsquelle längs einer Linie, die die Achse der Röhre unter einem spitzen Winkel schneidet, ein Strahl derart auf die Röhrenoberfläche projiziert, daß zwei parallele reflektierte Strahlen entstehen, deren Abstand für die Wandstärke charakteristisch ist.
• Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Strahlungsquelle derart angeordnet, daß durch Reflexion von den beiden Oberflächen der der Strahlungsquelle näher liegenden Röhrenwand und durch Reflexion von der von der Strahlungsquelle weiter beabstandeten Röhrenwand vier diskrete parallele, reflektierte Strahlen entstehen. Bei einer solchen Vorrichtung ist der Spalt erfindungsgemäß derart angeordnet, daß er,tweder der Spalt wiederholt und nacheinander an den vier rcflektierten Strahlen odcr die vier Strahlen wiederholt und nacheinander am Spalt vorbeigeführt werden, pro Periode und Strahl je ein Impuls erzeugt wird und die zeitlichen Abstand de zwischen verschiedenen Paaren jedes Satzes von Impulsen charakteristisch für verschiedene Querschnittsabrnessungen der Röhre sind.
• Bei den beschriebenen, zum Ausmessen verschiedener Abmessungen einer Röhre geeigneten Vorrichtungen sind die reflektierten Strahlen normalerweise Bestandteile von reflektierten Strahlungsbündeln mit bogenförmigem Querschnitt. Wenn dies der Fall ist, dann ist der Spalt vorzugsweise rechteckförmlg und derart angeordnet, daß er immer dann an den Strahlungsbündeln vorbeigeführt wird, wenn sein in Richtung der Relativ bewegung vorderer Rand parallel zu denjenigen Tangenten an die Strahlungsbündel ist, welche senkrecht zu der durch die Röhrenachse und die Ausbreitungsrichtung der Strahlungsbündel gebildeten Ebene verlaufen. Die Spalt breite senkrecht zur Richtung der Relativbewegung ist dabei so groß, daß der vom Spalt abgetastete Bereich einen Punkt in jedem Strahlungsbündel erfaßt, an dem eine derartige Tangente das Strahlungsbündel berührt, und zwar auch dann, wenn die Röhre senkrecht zu ihrer Achse geringfügig bewegt wird. Normalerweise wird der Spalt, wenn er an den reflektierten Strahlungsbündeln vorbeigeführt wird, im wesentlichen parallel zu Ebenen bewegt, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der reflektierten Strahlungsbündel angeordnet sind.
• Die Erfindung wird nun auch an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.
• Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Messen der Wandstärke einer Glasröhre, die kontinuierlich in Achsrichtung bewegt wird.
• Die Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1.
• Die Fig. 3 zeigt eine Schartungsanordnung zum Entschlüsselr.
• der in der Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugten elektrischen Signale.
• Die Fig. 4 zeigt die Formen der in der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 an verschiedenen Stellen erzeugten Signale.
• Die Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, mit der die Wandstärke und der Innendurchmesser der Glasröhre gleichzeitig gemessen werden können.
• Die Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 5.
• Gemäß Fig. 1 ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Achse einer Glasrohre 1 horizontal angeordnet. Ein von einer Lampe 2 abgeleitetes und mittels einer Sammellinse 3 und eines Kollimierungsschlitzes 4 erzeugtes flaches Lichtbündel ist auf die Unterseite der Röhre 1 gerichtet. Alle Strahlen des Bündels verlaufen parallel zu oder fallen zusammen mit einer Linie 5, die die Achse der Röhre 1 unter einem spitzen Winkel schneidet und in einer durch diese Achse und die Vertikale gebildeten Ebene liegt. Außerdem liegen alle Strahlen des Lichtbündels nahezu in einer weiteren Ebene, die senkrecht zur oben genannten ebene verläuft und die Linie 5 einschließt. Das Bündel ist in dieser zweiten Ebene nach den Seiten derart ausgebreitet, daß auch bei geringfügigen Horizontalverschlebungen der Röhre 1 ein Teil des auf sie treffenden Bündels mit der Linie 5 zusammenfällt.
• Von dem Licht, das den mit der Linie 5 zusammenfallenden Strahl bildet, wird etwas an einer Stelle 6 der äußeren Oberfläche der Röhre 1 reflektiert. Dieser Teil bildet dann einen reflektierten Strahl 7. Ein anderer Teil des mit der Linie 5 zusammenfallenden Strahls, der in die Wand der Röhre 1 eingetreten ist, wird an einer Stelle B der inneren Oberfläche der Röhre reflektiert. Dieser Teil tritt an einer Stelle 9 auf der äußeren Oberfläche der Röhre aus und bildet dann einen reflcktierten Strahl 10. Wenn die inneren und äußeren Oberflächen der Röhre 1 zylindrisch und konzentrisch sind, dann verlaufen die reflektierten Strahlen 7 und 10 parallel zueinander und liegen In der durch die Vertikale und die Linie 5 gebildeten Ebene. Wenn weiterhin der Brechungsindex des Materials, aus dem die Röhre 1 besteht, und der Winkel zwischen der Linie 5 und der Röhrenachse konstant sind, dann ist der Abstand zwischen den reflektierten Strahlen 7 und 10 proportional zur wandstärke der Röhre 1.
• Die Strahlen 7 und 10 liegen zusammen mit den anderen (nicht gezeigten) reflektierten Strahlen, die aus dem von der Lampe abgeleiteten bündel stammen, in den Oberflächen zweier mit der Röhre 1 koaxialen Kegel. Das von der Lampe 2 projizierte Bündel führt der insgesamt zu zwei reflektierten Bündeln 11, die zueinander parallel liegen und entsprechend der Krümmung der Röhrenwand um einen Punkt auf der Achse der Rohre 1 gekrümmt sind' (vgl. Fig. 2).
• Wenn die Röhre 1 in vertikaler oder horizontaler Richtung bewegt wird, dann werden die reflektierten Bündel 11 gemeinsam in entsprechender Weise in eine Richtung parallel oder im rechten Winkel zur Achse der Röhre 1 bewegt. Gleichgültig jedoch, in welcher Weise die Röhre 1 bewegt wird, verlaufen die Strahlen 7 und 10 durch Punkte, an denen horizontale Tangenten an die Bündel die Bündel berühren.
• Gemäß Fig. 1 und 2 ist im Weg der bogenförmigen, reflektierten Bündel 11 ein Hohlzylinder 12 angeordnet, der aus einem dünnen, folienförmigen, gegenüber Licht undurchlässigen Naterial hergestellt ist und im Vergleich zum erwarteten Abstand zwischen den Strahlen 7 und 10 einen großen Radius aufweist. Die Achse des IIohlzylinders 12 ist senkrecht zu der durch die Vertikale und die Linie 5 gebildeten Ebene im Weg der roflektierten Bündel 11 angeordnet. Der Hohlzylinder ist außerdem mit Hilfe eines (nicht gezeigten Elektromotors) gemäß Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn und mit konstanter Drehzahl um selne Achse drehbar. In demjenigen Teil der gekrümmten Oberfläche des Hohlzylinders 12, der beim Drehen des Hohlzyllnders 12 durch die reflektierten 1 Bündel 11 asgetaset wird, sind vier rechteckige Spalte 13 aussebildet. die um den Umfang des Hohlzylinders 12 gleichförmIg beabstandet und 1it ihren längeren Seiten parallel zur Achse des Hohlzylinders 12 angeordnet sind. Die 3reite jedes Spaltes 13 ist im wesentlichen gleich der Breite jedes reflektierten Bündels 11 in der die Strahlen 7 und 10 enthaltenden Ebene und zußerdem wesentlich Kleiner als der mögliche Mindestabstand zwischen den Strahlen 7 und 10 in dieser Ebene. Die Länge der Spalte 13 ist derart gewählt, daß die Strahlen 7 und 10 innerhalb des Bereiches liegen, der durch die Spalte 13, ungeachtet irgendwelcher kleiner Verschieoungen der Röhre 1 in horizontaler Richtung, abgetastet wird.
• Im Hohlzylinder 12 ist eine Fotozelle 14 untergebracht, die derart angeordnet ist, daß auf sie das Licht der durch die Spalte 13 und eine Sammellinse 15 tretenden reflektierten Bündel fällt. Die Öffnung der Linse 15 ist etwa gleich der Länge der Spalte 13. Jedesmal wenn die Spalte 13 an den reflektierten Bilndeln 11 vorbeigeführt werden, werden durch die Fotozelle 14 zwei elektrische Impulse erzeugt. Da sich die Spalte 13 den reflektierten Bündeln 11 von ihren konvexen Seiten her nähern und die in Richtung der Bewegung vorderen Ränder der Spalte 13 horizontal verlaufen, werden die Vorderflanken der beiden Impulse jeweils durch diejenigen Strahlen erzeugt, die durch die Punkte treten, in denen horizontale Tangenten die Bündel 11 berühren, d.h. durch die Strahlen 7 und 10. Die Zeitintervalle zwischen den Vordorflanken der IID-pulsesind somit proportional zum Abstand zwischen den Strahlen 7 und 10 und folglich auch charakteristisch für die Dicke desjenigen Teils der Röhre 1, auf den :5 von der Lampe 2 stammende Bündel auftrifft. kieses Seitirtervall wird auch nicht durch begrenzte Horizontalbewegungen der Röhre 1 beeinflußt.
• Da außerdem der Radius des Hohlzylinders 12 groß im Vergleich zu irgendeiner resultierenden gemeinsamen Verschiebung der Strahlen 7 und 10 ist, so daß die Spalte 13 effektiv in einer Ebene senkrecht zu den Strahlen 7 und 10 liegen, während sie an den reflektierten Bündeln 11 vorbeigeführt werden, wird dieses Zeitintervall auch nicht merklich durch begrenzte Vertikalbewegungen der Röhre 1 beeinflußt.
• Der Hohlzylinder 12 und die dazugehörigen Sinrichtungen sind mittels eines Schirms 16 von der möglicherweise heißen Röhre 1 abgeschirmt. Durch eine zylindrische Abschirmung 17, die die reflektierten Bündel 11 umhüllt, werden außerdem unerwünschte Lichtstrahlen weitestgehend von der Fotozelle 14 abgehalten.
• Die durch die Fotozelle 14 erzeugten Impulse werden mit Hilfe einer Schaltungsanordnung, die in Pig. 3 dargestellt ist, in geeignet geformte Signale entschlüsselt. Zur Unterstützung dieser Rntschlüsselung ist im Hohlzylinder 12 eine zweite Potozelle 18 untergebracht. Diese ist in der Nähe einer Lampe 19 angeordnet, die außerhalb des Hohlzylinders an einer derartigen Stelle vorgesehen ist, daß kurz vor der Vorbeiführung eines der Spalte 13 an den reflektierten Bündeln 11 ein anderer Spalt 13 durch den Lichtweg zwischen Fotozelle 18 und Lampe 19 tritt, wodurch mittels der Potozelle 18 ein elektrischer Impuls erzeugt wird. Dieser Impuls wird ebenfalls der Schaltungsanordnung zugeführt, um ihr anzuzeigen, daß der nächste ihr zugeführte Impuls der erste zweier Impulse ist, deren zeitlicher Abstand für die gewünschte Dimension charakteristisch ist.
• Gemäß den Fig. 3 und 4 werden die in den Fotozellen 14 und 18 erzeugten Impulse den Eingängen zweier Verstärker 20 und 21 zugeführt, deren Ausgangssignale in Fig. 4 mit b und a bezeichnet sind. Das Ausgangssignal des Verstärkers 20, das aus einer Anzahl von Impulspaaren (vL b in Fig. 4), und zwar einem Impulspaar für jede Vorbeiführung eines Spaltes 13 an den Bündeln 11 besteht, wird einem Pulslängenformer 22 zugeführt, durch den jeder mit der Wellenform b ankommende Impuls in einen Impuls vorgegebener Länge umgeformt wird, dessen Vorderflanke zeitlich mit der Vorderflanke des entsprechenden Impulses mit der Wellenform b zusammenfällt. Das Ausgangssignal des Pulslängenformers 22, dessen Form in g. 4 mit c bezeichnct ist, wird über zwei Umkehrstufen 23 und 24 einer bistabilen Schaltung 25 zugeführt, die zwei komplementäre Ausgangssignale abgibt. Die Form der Ausgangssignale der UDkehrstufen 23 und 24 ist in Fig. 4 mit d und e bezeichnet.
• Dic bistabile Schaltung 25 ändert ihren Zustand in Abhängigkeit von der Hinterflanke der von der Umkehrstufe 24 zugeführten Impulse. Am einen Ausgang der bistabilen Schaltung erscheint ein negativer Impuls, dessen Dauer gleich dem Zeitintervall zwischen den Vorderflanken der beiden entsprechenden Impulse der Form b ist. Dagegen erscheint am anderen Ausgang der bistabilen Schaltung ein dazu komplementärer Impuls. Die Formen der beiden Ausgangsimpulse der bistabilen Schaltung sind in Fig. 4 mit f und g bezeichnet.
• Um sicherzustellen, daß die Polaritäten der Ausgangsimpuise der bistabilen Schaltung 25 während des Betriebs gleich bleiben, wird der bistabilen Schaltung 25 auch das Ausgangssignal der Verstärkers 21 zugeführt. Dieses Signal besteht aus einer Reihe von Impulsen, die jeweils kurz vor dem Zeitpurilct erscheinen, zu dem das zugehörige Impulspaar der rorm b erscheint. Diese Impulse sind in Fig. 4 mit a bezeichnet. Durch jeden der Impulse der Form a wird sichergestellt, daß sich die bistabile Schaltung 25 immer dann in einem besonderen der beiden möglichen Zustände befindet, wenn das Eintreffen des ersten der beiden von der Umkehrstufe 24 kommenden Impulse des zugehörigen mpulspaares unmittelbar bevorsteht.
• Die negativen Ausgangs Impulse der bistabilen Schaltung 25 und die Ausgangsimpulse der Umkehrstufe 24 werden der beiden Singängen eines NAND-Gliedes 26 (iNicht-Und) zugeführt, von dem ein Signal der Form h (FIg. 4) abgegeben wird, das aus einer Reihe von negativen Impulsen besteht, die jeweils dann auftreten, wenn der erste Impuls des zugehörigen Impulspaares am Ausgang der Umkehrstufe 24 erscheint.
• Die positiven Ausgangsimpulse der bistabilen Schaltung 25 und die Ausgangsimpulse der Umkehrstufe 23 erden den beiden Singängen eines NAND-Gliedes 27 zugeführt, von dem ein Signal der Form k (Fig. 4) abgegeben wird, das aus einer Reihe von positiven Impulsen besteht, die sich jeweils von der Vorderflanke des ersten bis zur Hinterflanke des zweiten Impulses eines am Ausgang der Umkehrstufe 23 erscheinenden Impulspaares erstrekken.
• Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 26 wird mittels eines Kondensators 28 differenziert, so daß ein Signal der Form i entsteht, das zum Steuern eines Thyristors 29 einem üblichen Steuerschaltkreis 50 zugeführt wird. Der Thyristor 29 liegt huber einen Widerstand 32 und eine Induktivität 32 mit einer Kapazität 31 in Serie, die zwischen dem Eingang und de Ausgang eines Operationsverstärkers 34 liegt. Der negative Impuls des Signals der Form i dient zum Zünden des Thyristors 29 und zum damit verbundenen schnellen Entladen der Kapazität 31. Der Operationsverstärker 34 verbleibt während dieser Zeit im linearen Bereich seiner Kennlinie, so daß seine Eingangsspannung virtuell Null ist.
• Die Länge der im Pulslängenformer 22 erzeugten Impulse ist derart gewählt, daß die Kapazität entladen werden kann und der Thyristor 29 ausgeschaltet wird, bevor die Vorderflanke des Impulses in den Signal der Form g erscheint.
• Das Signal der Form g wird dem Eingang eines zweistufigen Transistorverstärkers 35 zugeführt, dessen Ausgang über einen Widerstand 36 mit dem Eingang des Operationsverstärkers 34 verbunden ist, so daß während des positiven Impulses aus de Signal der Form g ein konstanter Strom in die Kapazität 31 fließt. Die Folge davon ist, daß am Ende- dieses Impulses die Kapazität 31 äuf eine Spannung aufgeladen ist, die proportional dem Zeitintervall zwischen der Vorderkante der Impulse im Signal der Perin b, d.h. dem Zeitintervall zwischen den Vorderflanken des unmittelbar verausgehonden, in der Foto zelle 14 erzeugten Impulspaares ist. Am Ende jedes positiven Impulses im Signal der Form g ist somit die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 34 (vgl. Wellenform i in Fig. 4) proportional zum Zeitintervall zwischen den Vorderflanken des unmitteibar vorausgehenden, durch die Fotozelle 14 erzeugten Impulspaares.
• Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 34 wird über einen Widerstand 37 und den Hauptsignalweg eines Feldeffekttransistors 38 dem Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 39 zugeführt, dessen Ausgang über einen Kondensator 40 mit seinem Eingang und über einen Widerstand 41 mit der Verbindungsstelle zwischen Widerstand 37 und Drain des Transistors 38 verbunden ist. Das Signal der Form k wird über eine PNP-Transistor-Umkehr- und Verstärkerstufe 42 dem Gate des Transistors 38 zugeführt, so daß der Transistor 38 während der positiven Impulse des Signals der Porm k gesperrt ist.
• Wenn der Transistor 38 gesperrt ist, verbleibt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 39 auf demjenigen Wert, den sie unmittelbar vor dem positiven Impuls des Signals der Form k aufgewiesen hat. Wenn der Transistor 38 am Ende des positiven Impulses des Signals der Form k eingeschaltet wird, welcher Zeitpunkt mit dem Ende des positiven Impuls es des Signals der Porm G übereinstimmt, dann ändert sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 39 (vgl. Porm m in Fig. 4) schnell auf einen Wert, der im Verhältnis der Widerstände 37 und 41 gleich einem Teil des Wertes der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 34 ist. Die Ausgangsspaunung des Operationsverstärkers 59 ist somit eine positive Gleichspannung, deren Wert zu irgendeinem Zeitpunkt proportional der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 34 am Ende des vorangehenden positiven Impulses des Signals der Form E ist. Der Wert der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 39 ist somit auch proportional dem Zeitintervall zwischen den Vorderflanken des letzten in der Foto zelle 14 ereugten Impulspaares und damit auch charakteristisch für die Wandstärke desjenigen Teils der Röhre 1, auf welchen das von der Lampe 2 stammende Lichtbündel zu der Zeit aufgetroffen ist, zu der dieses Impulspaar erzeugt worden ist.
• Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 39 kann zweckmäßigerweise einem geeignet geeichten Voltmeter zugeführt werden, um ein.direktes Ablesen der Wandstärke der Röhre 1 zu ermöglichen.
• Bei einer Weiterbildung des an Hand der.Fig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels wird gemäß Fig. 5 aus einem von einer Lichtquelle 43 stammenden, mittels eines linearen Glühfadens erzeugten Lichtbündel mit Hilfe eines engen Spaltes in einer Platte 44 und einer Linse 45 hoher Qualität ein-flaches Lichtbündel mit relativ hoher Intensität hergestellt, das auf die Unterseite einer Röhre 1 gelenkt wird. Das Lichtbündel nimmt bezüglich der Linie 5 die gleiche Richtung wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein.
• Von dem mit der Linie 5 zusammenfallenden Strahl des Lichtbündels wird ein Teil an einen Punkt 46 auf der näheren äußeren Oberfläche der Röhre 1 reflektiert, wodurch ein reflektierter Strahl 47 entsteht. Ein anderer Teil wird bei einem Punkt 48 auf der näher liegenden inneren Oberfläche der Röhre 1 reflektiert, wodurch ein reflektierter Strahl 49 entsteht. Ein weiterer Weil des mit der Linie 5 zusammenfallenden Lichtstrahls wird bei einem Punkt 50 auf der entfernter liegenden Innenfläche der Röhre zu einem reflektierten Strahl 51 und noch ein weiterer eil schließlich an einer Stelle 52 auf der entfernter liegenden äußeren Oberfläche der Röhre 1 zu einem refleztierten Strahl 53 reflektiert. Wenn man annimmt, daß die inneren und äußeren Oberflächen der Röhre 1 zylindrisch und konzentrisch sind, dann verlaufen die reflektierten Strahl 47, 49, 51 und 53 parallel zueinander und liegen in einer durch die Vertikale und die Linie 5 gebildeten Ebene. Unter der weiteren Annahme, daß der Brechungsindex des Materials, aus dem die Röhre 1 besteht, und der Winkel zwischen der Linie 5 und der Röhrenachse konstant sind, ist der Abstand zwischen den reflektierten Strahlen 47 und 49 proportional zur Wandstärke des näher liegenden Teils der Röhrenwand, während der Abstand zwischen den reflektierten Strahlen 51 und 52 proportional zur Wandstärke des anderen Teils der Röhrenwand ist. Der Abstand zwischen den reflektierten Strahlen 49 und 51 ist schließlich proportional zum Innendurchmesser der Röhre 1.
• Die Strahlen 47, 49, 51 und 53 ergeben zusammen mit den anderen reflektierten (nicht dargestellten) Strahlen, die von dem gleichen durch die Lichtquelle 43 erzeugten Bündel stammen, zu vier reflettierten Bündeln 54, die auf Grund der Krümmung der Wand der Röhre 1 einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen (vgl. Fig. 6).
• Wenn die Röhre 1 geringfügig in vertikaler oder norizontaler Richtung verschoben wird, dann werden die reflektierten Bündel 54 gemeinsam in entsprechender Weise in eier Richtung bewegt, die parallel oder senkrecht zur Röhrenachse verläuft. -Unabhängig davon, in welcher Weise die Röhre 1 geringfügig verschaben wird, verlaufen die Strahlen 47, 49) 51 und 53 jedoch durch diejenigen 2uiiictc, an denen die horizontalen Tangenten an die reflektieiten Bündel 54 diese Bündel berühren.
• Elektrische Impulse, deren Zeitabstände charakteristisch für die Abstände zwischen den reflektierten Strahlen 47, 49, 51 und 53 sind, werden mit Hilfe der Vorrichtung erzeugt, die an Hand der Fig. 1 beschrieben ist. Dabei ist der Teil der gekrümmten Oberfläche des Hohlzylinders 12, in dem die Spalte 13 ausgebildet sind, derart angeordnet, daß er bei einer Drehung des Hohlzylinders 12 durch die vier reflektierten Bündel 54 abgetastet wird. Immer wenn ein Spalt 13 an den reflektierten Bündeln 54 vorbeigeführt wird, werden durch die Fotozelle 14.
• vier Impulse erzeugt. Jeder dieser Impulse weist eine relativ steile, von der konvexz Seite des entsprechenden Bündels 54 erzeugte Flanke auf. Die steileren Flanken des Impulse werden jeweils von den Strahlen 47, 49, 51 bzw. 53 erzeugt, welche durch diejenigen Punkte verlaufen, an welchen die Bündel 54 von den horizontaler. Tangenten berührt werden. Die Zeltintervalle zwischen den steileren Flanken des jeweils ersten Impulspaares sind dem senkrechten Abstand zwischen den Strahlen 47 und 49 proportional und damit charakteristisch für die Dicke des näher liegenden Teils der Wand der Röhre 1, auf den das von der Lichtquelle 43 abgeleitete Bündel auftrifft. In ähnlicher Weise sind die Zeitabstände zwischen dén steileren Flanken der jeweils zweiten und dritten bzw. der dritten und vierten Impulse charakteristlsch für den Innendurchmesser der Röhre bzw. für die Dicke des entfernter liegenden Teils der Röhrenwand. Diese Zeltintervalle werden ersichtlich durch. irgendwelche geringfügige Horizontalbewegungen der Röhre 1 nicht beeinflußt. Da außerdem der Radius des Hohlzylinders 12 gro3 im Vergleich mit irgendeiner resultierenden gemeinsamen Bewegung der Strahlen 47, 49, 51 und 53 ist, so aaß die Spalte 13 wirksam in einer Ebene senkrecht zu den Strahlen liegen, während sie an den reflektierten Bündeln 54 vorbeigeführt werden, wird dieses Zeitintervall auch durch irgendwelche begrenzten Vertikalbewegungen der Röhre 1 nicht wesentlich beeinflußt.
• Gleichspannungen, deren Amplituden proportional zu den Zeitintervallen zwischen den steileren Flanken der durch die Sotozelle 14 erzeugten Impulse sind, werden mittles einer (nicht gezeigten) Schaltungsanordnung erzeugt, die zum Entschlüsseln der Impulse und zum Messen der Abstände zwischen den Impulsen geeignet ist. Die Ausgangssignale dieser Schaltungsanordnung werden vorzugsweise geeignet geeichten Voltmetern zugeführt, damit man die Wandstärke und den Innendurchmesser der Röhre 1 direkt ablesen kann.
• Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann man auch, anstatt die Spalte an normalerweise ortsfesten Bündeln vorbeizuführen, die Spalte ortsfest halten und die Bündel an ihnen vorbeibewcgen. Bei einer Ausführungsform hierzu kann man das auf die Unterseite der Röhre 1 gerichtete Strahlungsbündel um eine Mittellage in einer vertikalen Ebene in einer Richtung senlcrecht zur Linie 5 schwingen lassen und die Fotozelle 14 in einem ortsfesten Gehäuse anordnen, welches an geeigneter Stelle einen Spalt aufweist, so daß die reflektierten, hin-und herschwingenden Strahlungsbündel nacheinander und w;ederholt an diesem Spalt vorbeigeführt werden und dadurch nacheinander auf die Potozelle auftreffen.

Claims (10)

Patentansprüche

1) Vorrichtung zum Messen des Abstands zwischen nahezu parallelen Strahlen einer Strahlung, z.B. einer Lichtstrahlung, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einet Bauteil (12), der aus einem gegenüber der Strahlung undurchlassigen Material besteht und einen Spalt (13) zum freien Durchtritt der Strahlung aufweist, durch eine Einrichtung, mittels der eine Relativbewegung zwischen dem Spalt und den Strahlen herstellbar ist, durch welche der Spalt- nacheinander an den Strahlen oder die Strahlen nacheinander am Spalt periodisch und mit konstanter Geschwindigkeit vorbeiführbar sind, wobei die Spultbreite in Richtung der Relativbewegung kleiner als der Abstand zwischen den Strahlen in dieser Richtung ist, und durch eine -strahlungs ernpfindliche Einrichtung (14), die bezüglich den Strahlen und dem Bauteil derart angeordnet ist, daß die durch den Spalt tretende Strahlung auf sie auftrifft, und mit der ein elektrisches Signal erzeugbar ist, dessen einer Parameter sich mit der Intensität der auf die Sinrichtung treffenden Strahlung ändert, so daß bei der Vorbeiführung jedes Strahls am Spalt ein elektrischer Impuls erzeugbar ist und der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen für den Abstand zwischen den Strahlen charakteristisch ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Geschwindigkeit der Relativbewegung wesentlich größer als die Geschwindigkeit von irgendwelchen zufälligen, von außen her bedingten, in Richtung der- Relativbewegung auStretenden Verschiebungen der Strahlen ist.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h ne t, daß die Spaltbreite senkrecht zur Relativbewegung zur Verhinderung der in dieser Richtung auftretenden, von außen her bedingten Verschiebungen der Strahlen ausreichend groß ist.

4) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r ca g e k e n n z e ic h n e t, daß der Bauteil (12) ein mit konstanter Drehzuhl um seine Achse drehbarer Hohlzylinder Rist, dessen Radius im Vergleich zum abstand zwischen den Strahlen groß ist, in dessen gekrümmter Wand der Spalt (13) ausgebildet ist und dessen Achse senkrecht zu der von den Strahlen gebildeten Ebene verläuft und in Strahlenweg angeordnet ist.

5) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, g e k e n nz e i c h ne t d u r c h eine Einrichtung (18, 19) mittels der kurz vor der Vorbeiführung des Spaltes an den Strahlen bzw. der Strahlen an dem Spalt ein weiterer elektrischer Impuls erzeugbar ist, der anzeigt, daß der nächste von der strahlungsempfindlichen Einrichtung (14) erzeugte Impuls der erste von zwei Impulsen ist, deren zeitlicher Abstand den Abstand zwischen zwei Lichtstrahlen darstellt.

6) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Strahlung sichtbares Licht verwendet ist.

7) Vorrichtung zum Messen der Dicke eines Gegenstandes mit einer Strahlungsquuelle, von der ein Strahl in einer solchen Richtung auf die Oberfläche des Gegenstandes projizierbar ist, daß durch Reflexion von seiner der Strahlungsquelle näher liegenden Oberfläche una durch Reflexion von seiner von der Strahlungsquelle weiter beabstandeten Oberfläche je ein Strahl gebildet wird und aer Abstand zwischen den beiden reflektierten Strahlen für die Dicke des Gegenstandes im reich der Reflexionen charakteristisch' ist, d a d u r c h g e k e n n z e l c h n e t, daß zum Messen des Abstandes zwischen den reflektierten Strahlen eine Vorrichtung nach einem oder mehreren «er Ansprüche 1 bis Or verwendet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 zur Bestimmung verschiedener Abmessungen einer Rohre, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß von der Strahlungsquelle (43) längs einer Linie (5), di die Achse a Röhre (1) unter einem spitzen Winkel schneidet, ein Strahl derart auf die Röhre oberfläche projizierbar ist, daß durch Reflexion von den beiden Oberflächen der der Strahlungsquelle näher liegenden oz.

von den beiden Oberflächen der von der Strahlungsquelle weiter beabstanueten Röhrenwand vier diskrete, parallele, reflektierte Strahlen (47, 49 51, 53) entstehen, und da3 zum messen des Abstandes zwischen den reflektierten Strahlen entweder der Spalt (13) an den vier reflektierten Strahlen oder die Strahlen an Spalt periodisch nacheinander unter Erzeugung je eines Impulses pro Strahl und Periode vorbeiführbar sind, so daß die zeitlichen Abstände zwischen je zwei Impulsen eines Satzes von vier Impulsen charakteristisch für die verschiedenen Querschnittsabmessunsen der Röhre sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n nz e 1 c h r e t , daß die reflektierten Strahlen Bestand; teile von Strahlungsbündeln mit bogenförmigem Querschnitt sind, daß der Spalt (13) rechteckförmig und derart angeordnet ist, daß er immer dann an den Strahlungsbündeln vorbeiführbar ist, wenn sein in Richtung der Relativbewegung vorderer Rand parallei zu denjenigen Tangenten an die Strahlungsbündel ist, die senkrecht zu der durch die Röhrenachse und die Ausbreitungsrichtung gebildeten Ebene verlaufen, und daß die Spaltbreite senkrecht zur Richtung der Relativbewegung so groß ist, daß der vom Spalt abgetastete Bereich einen Punkt in jedem Strahlungsbündel erfaßt, an dem eine derartige Tangente das Strahlungsbündel berührt, und zwar auch dann, wenn die Röhre senkrecht zu ihrer Achse geringfügig bewegt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n nz c i c h n e t, 6 der Spalt, wenn er an @en reflektierten Strahlungsbündeln vorbeigeführt wird, parallel zu Ebenen bewegbar ist, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Bündel angeordnet sind.