DE3214252A1

DE3214252A1 - Verfahren und vorrichtung zum auffinden der position einer werkstueckflaeche oder dergleichen

Info

Publication number: DE3214252A1
Application number: DE19823214252
Authority: DE
Inventors: Joseph 08540 Princeton N.J. Wilder
Original assignee: Sangamo Weston Inc
Current assignee: Atos Origin IT Services Inc
Priority date: 1982-04-17
Filing date: 1982-04-17
Publication date: 1983-10-20

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Auffinden der
Position einer Werkstückfläche oder dergleichen Die Erfindung betrifft ein berührungslos arbeitendes Werkstück-Meßsystem.
Bei industriellen Montage- oder Rüstungsvorgängen ist es wünschenswert, die Position einer Fläche zu kennen, um beispielsweise zu entscheiden, ob die Werkstückgröße Spezifikationen innerhalb akzeptabler Toleranzen erfüllt. Ein derartiger Meßvorgang muß schnell und genau in einer Umgebung ausgeführt werden, wo es oft unerwünscht ist, einen körperlichen Kontakt mit dem Werkstück durchzuführen, insbesondere, wenn das Werkstück rauhe Oberflächen und/oder rauhe Kanten aufweist, die die Präzision und Wiederholbarkeit von Messungen reduzieren, die durch körperliches Berühren des Werkstücks vorgellommen werden. Zusätzlich ist es wünschenswert, ein derartiges Messen durch ein automatisiertes Gerät vorzunehmen, um die Meßgeschwindigkeit zu erhöhen und Fehler im Vergleich zu manuellem Messen zu minimalisieren.
Verschiedene Techniken wurden zur Durchführung von berührungslosen Messungen von Teilen im industriellen Bereich vorgeschlagen, vgl. beispielsweise Waters, J.P., "Gauging by Remote Image Tracking", Optical Engineering, Band 18, Nr. 5, S.473-477, sC,tember-Oktober 1979, wo eine optische Dreiecksmessungstechnik verwendet wird. Darin wird vorgeschlagen, einen Lichtpunkt von einem Meßkopf auf das zu messende Teil zu werfen. Ein Bild dieses Punktes wird auf.das Zentrum eines Nachiauffotodetektors fokussiert.
Wenn das Teil in einer Richtung senkrecht zu der Projektionsachse bewegt wird, wird sich der fokussierte Punkt auf der Oberfläche des Fotodetektors entsprechend der Änderung der Krümmung der Fläche des Teils bewegen. Verschiedene Signale werden am Fotodetektorausgang erhalten und verwendet, um das System in eine Nulleinstellung zu führen. Ein anderes Meßsystem wird in der US-PS 3,994,589 beschrieben, bei dem der Abschnitt einer beleuchteten Stelle auf einer Werkstückoberfläche gemessen wird, die durch eine vorbestimmte Öffnung erhalten wird, und bei dem dies als Anzeige für die Position der beleuchteten Fläche verwendet wird.
Obwohl solche Methoden in bestimmten Flächen zweckmäßig sein können, besteht trotzdem ein Bedürfnis für ein genau, schnell, zuverlässig arbeitendes und relativ billiges System zum Auffinden der Position eines Werkstücks relativ zu einem Bezug Allgemein ist es Auf gabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Auffinden der Position eines Werkstücks relativ zu einem Bezug zu schaffen.
Diese und weitere Aufyaben werden erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren zum Auffinden der Position einer Werkstückfläche oder dergleichen relativ zu einem Bezug bestehend aus folgenden Schritten: a. Beleuchten einer Stelle der Werkstückoberfläche mit einem Strahlungsenergiestrahl, b. Feststellen der Beleuchtung in jedem Bereich einer Vielzahl von kleinen Bereichen der Werkstückoberfläche aus Entfernung, c. Erzeugen entsprechender Ausgangssignale bezogen auf die festgestellten Beleuchtungswerte in den entsprechenden kleinen Bereichen der Werkstückoberfläche, d. Konvertieren dieser Ausgangssignale in ein Testsignal, das eine Funktion der Differenz der Gesamtbeleuchtung zwischen ausgewählten großen Bereichen der Werkstückoberfläche ist, wobei die geometrischen Beziehungen zwischen dem Strahlungsenergiestrahl und dem Werkstück derart sind, daß sich die beleuchtete Stelle längs der Werkstückoberfläche mit der Bewegung dieser Oberfläche relativ zum Bezug längs einer Meßrichtung bewegt und e. Erzeugen eines Bezugssignals und Kombinieren des Testsignals und des Bezugssignals zum Erzeugen eines Meßsignals, das die Position der Werkstückoberfläche relativ zum Bezug angibt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Auffinden der Position einer Werkstückoberfläche oder dergleichen relativ zu einem Bezug mit Mitteln zum Beleuchten einer Stelle der Werkstückoberfläche mit einem Strahlungsenergiestrahl, Mitteln zum Fernfeststellen der Beleuchtung jedes Bereichs einer Vielzahl von kleinen Bereichen der Werkstückoberfläche, Mitteln zum Erzeugen entsprechender Ausgangssignale, die zu den festgestellten Beleuchtungspegeln in den entsprechenden kleinen Bereichen der Werkstückoberfläche in Bezug stehen, Mittel zum Konvertieren der Ausgangssignale in ein Testsignal, das eine Funktion der Differenz der Gesamtbeleuchtung zwischen ausgewählten großen Bereichen der Werkstückoberfläche ist, wobei die geometrischen Beziehungen zwischen dem Strahlungsenergiestrahl und dem Werkstück derart sind, daß die beleuchtete Stelle sich entlang der Werkstückoberfläche mit der Bewegung dieser Oberfläche relativ zum Bezug längs einer Meßrichtung bewegt, und Mitteln zum Erzeugen eines Bezugssignals und Kombinieren des Testsignals und des Bezugssignals zum Erzeugen eines Meßsignals, das die Position der Werkstückoberfläche relativ zum Bezug anzeigt.
Weitere Aus gestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht und ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm, das die Arbeitsweise der Ausführungsform von Fig. 1 illustriert, Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise, Fig. 4 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm für eine Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise, Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens, Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Teils von Fig. 6.
In Fig. 1 ist ein Werkstück 1o mit einer Oberseite loa dargestellt, das sich auf einer Plattform 12 befindet, die in einer vertikalen Ebene, angedeutet durch Pfeile 12a, beweglich ist. Die Erfindung betrifft das Auffinden der Position der Fläche loa relativ zu einem Bezug, der ein Punkt, eine Fläche oder eine Ebene, wie durch 14 in Fig. 1 angedeutet,sein kann.
Insbesondere soll der Abstand der Fläche loa längs einer Meßrichtung, die in diesem Fall parallel zur Betrachtungsachse 22a verläuft, vom Bezug festgestellt werden. Eine Strahlungsenergiequelle 16 erzeugt einen Strahl 18, der eine Stelle 20 auf der Werkstückoberfläche loa beleuchtet. Die geometrische Beziehung zwischen dem Strahl 18 und Werkstückoberfläche loa ist derart, daß sich die Stelle 20 längs der Werkstückoberfläche loa mit der Auf- und Abwärtsbewegung dieser Fläche längs der Meßrichtung relativ zu der Bezugsebene 14 bewegt.
Ein Meßgerät 22 betrachtet die Oberfläche loa längs der Betrachtungsachse 22a. Das Sichtfeld des Meßgeräts 22 umfaßt typischerweise einen Bereich, der größer als die beleuchtete Stelle 20 ist, und kann auch die gesamte Fläche loa umfassen. Das Meßgerät 22 stellt die Beleuchtungsstärke an jedem einer Vielzahl von kleinen Bereichen der Oberfläche loa fest und erzeugt entsprechende elektrische Ausgangsignale, die zu den Beleuchtungsstärken dieser kleinen Bereiche in Bezug gesetzt sind. Diese Ausgangssignale werden entweder zu Referenzsignalkreisen 24 oder zu Testsignalkreisen 26 in Abhängigkeit davon gegeben, ob das System geeicht werden oder messen soll.
Wenn das System geeicht werden soll, wird die Plattform 12 in eine bekannte Position längs der Achse 12a bewegt. Beispielsweise kann die Plattform 12 über eine vertikale Welle 34 auf einen Hebeantrieb und Kodierer 36 montiert sein, der die Plattform 12 längs der Achse 12a auf- und abwärts bewegt und elektrische Signale erzeugt, die die Position der Plattform 12 anzeigen. Wenn die Plattform 12 sich in einer bekannten Position längs der Achse 12a befindet, wird ein Werkstück bekannter Stärke längs der Betrachtungsachse auf der Plattform 12 angeordnet und eine Stelle auf dem Werkstück durch die Quelle16 beleuchtet. Die elektrischen Ausgangssignale vom Meßgerät 22 werden auf die Bezugssignalkreise 24 gegeben, wo sie in ein erstes Eichsignal umgewandelt werden, das in bezug zu Differenzen in der Gesamtbeleuchtung von größeren Bereichen der beleuchteten Fläche gesetzt ist. Ein ensprechendes zweites Eichsignal wird erzielt, nachdem entweder das Bezugswerkstück bekannter Stärke durch ein anderes Bezugswerkstück einer zweiten bekannten Stärke ersetzt oder die Plattform 12 auf- oder abwärts um eine bekannte Strecke bewegt wird. Das erste und zweite Eichsignal werden miteinander kombiniert, um das gewünschte Bezugssignal zu erhalten.
Wenn das System bereits geeicht worden ist und messen soll, enthalten die Bezugssignalkreise 24 ein Bezugssignal,und die Ausgangssignale von dem Meßgerät 22 werden nur den Testsignalkreisen 26 zugeführt. Die Testsignalkreise 26 konvertieren die Ausgangssignale in ein Testsignal, das ein'e Funktion der Differenz in der Gesamtbeleuchtung zwischen Bereichen der Oberfläche loa ist, welche Bereiche wesentlich größer als die individuellen kleinen Bereiche sind, deren Beleuchtung individuell durch das Meßgerät 22 gemessen wird. Die elektrischen Testsignale der Kreise 26 und das vorher gespeicherte Bezugssignal von den Kreisen 24 werden in Kombinatorkreisen 28 kombiniert, um ein Meßsignal zu erzeugen, daß die Position der Werkstückoberfläche loa relativ zum Bezug 14 angibt. Das Meßsignal kann in einem Meßsignalkreis 30 zur weiteren Verwendung gespeichert werden und/oder kann auf eine Benutzungseinrichtung 32 zur Verwendung in Operationen gegeben werden, die in irgendeiner Weise von einem Signal abhängen, das repräsentativ für die Position der Werkstückoberfläche loa relativ zum Bezug 14 sind.
Gemäß Fig. 2 und 3 besitzt das Meßgerät 22 zum Messen der Beleuchtung beispielsweise ein rechteckiges Sichtfeld 22b (Fig. 3), wobei dieses Sichtfeld 22b in vier gleiche Quadranten get:eilt ist, die mit Ko bis K3 bezeichnet sind.
Die beleuchtete Stelle oder Fleck 20 ist typischerweise zwischen diesen vier Quadranten ungleich aufgeteilt. Der Zweck des Meßgeräts 22 zum Messen der Beleuchtung bei dieser Ausführungsform der Erfindung besteht darin, elektrische Ausgangssignale zu liefern, die die Beleuchtungspegel an entsprechenden Punkten oder Bildelementen repräsentieren, die den kleinen Bereichen innerhalb des Sichtfeldes 22b entsprechen. Diese Bildelemente können gleichförmig innerhalb des Sichtfeldes 22b verteilt und beispielsweise in Form eines 128 x 128-Feldes von solchen Bildelementen angeordnet sein. Nimmt man an, daß ein genügender Unterschied zwischen der Umgebungsstrahlungsenergie und dem Strahlungsenergiestrahl 18 (entweder in der Intensität oder in der Art der Strahlungsenergie) vorhanden ist, erzeugt das Meßgerät 22 eine Art von elektrischen Ausgangssignalen für Bildelemente, die sich in dem Sichtfeld 22b, jedoch außer- halb des beleuchteten Flecks 20 befinden, sowie eine andere Art von elektrischen Ausgangssignalen für Bildelemente, die innerhalb des beleuchteten Flecks 20 liegen.
Ein Beispiel für ein geeignetes Meßgerät 22 ist ein Festkörper-Feldabtaster, hergestellt von der General ElectricCorporation unter dem Namen G.E. 2200 Camera.
Ein weiteres Beispiel ist ein "Image Dissector"-Gerät, das eine gleichzeitige Abtastung mit wahlfreiem Zugriff seines Gesichtsfeldes in dem Sinne liefert, daß irgendein Punkt innerhalb des Gesichtsfeldes zu irgendeiner Zeit zugänglich ist. Ein weiteres Beispiel ist ein "Vidicon"-Gerät, das ein Bild seines Gesichtsfeldes mit einem Elektronenstrahl abtastet und eine vorbestimmte Abtastsequenz besitzt. Ein besonderes Beispiel ist ein optisches Gerät, das von Schlumberger/EMR Photoelectric unter der Bezeichnung Model 658/659 Series erhältlich ist. Ein solches Gerät kann beispielsweise ein elektrisches Ausgangssignal mit niedrigem Spannungspegel für ein Bildelement außerhalb des beleuchteten Flecks 20 und einen höheren Spannungspegel für ein Bildelement innerhalb des Flecks 20 liefern, um auf diese Weise ein elektrisches Ausgangssignal für jeden der abgetasteten Punkteoder kleinen Bereiche des 128 x 128-Feldee zu liefern.
Jedes elektrische Ausgangs signal liegt in Form eines elektrischen 8-bit-Signals vor, das 256 Helligheitsstufen repräsentiert, wobei die dezimale 0 minimale Helligkeit und die dezimale 255 maximale Helligkeit repräsentiert. Der Satz von 128 x 128 elektrischen Ausgangssignalen des Meßgeräts 22 kann, muß jedoch nicht mit einem Schwellenwert bei 38 (Fig. 2) verglichen werden, so daß beispielsweise die Signale vom Meßgerät 22, die unterhalb eines bestimmten Spannungspegelwertes liegen, als Signale betrachtet werden, während solche, die oberhalb eines bestimmten Spannungswertes liegen, als 1-Signale betrachtet werden. Alternativ können sie als 256-Werte-Signale verbleiben und als solche in nachfolgenden Verarbeitungsstufen behandelt werden. Al- ternativ kann weiterhin der Ausgang des Meßgeräts 22 (beispielsweise G.E. Camera 220), der ein Analogsignal ist, durch Vergleich mit einem Schwellenwert direkt in Signale umgewandelt werden, die eine 1 oder eine 0 für jeden Feldpunkt oder kleinen Bereich darstellen, ohne einen 8-bit-Analog-Digital-Konverter zu verwenden.
Bei 40 in Fig. 2 wird der Ausgang des Meßgeräts 22 über einen Bereich K summiert, so daß hier Signale erzeugt werden, von denen jedes zum Gesamtbeleuchtungspegel in einem entsprechenden der Bereiche oder Quadranten Kg bis K3 (Fig. 3) in Bezug gesetzt ist. Wie angegeben, können die vier Summen K in bezug auf den direkten 8-bit-Ausgang des Meßgerätes 22 oder in Form des dadurch Schwellwertvergleich erhaltenen Ausgangs von 38 ausgedrückt sein. Wenn die Oberfläche loa des Werkstücks 10 betrachtet wird, daß sie in oder parallel zur X-Y-Ebene ist und wenn, wie in Fig. 3 dargestellt ist, das Gesichtsfeld des Meßgeräts 22 betrachtet wird, als in ein Feld von 0 bis 127 sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung unterteilt zu sein, wie dargestellt, ist die Bereichssumme Ko die Summe der Intensitäten der Bildelemente mit Koordinaten X von 0 bis 63 und Y von 0 bis 63 , während die Summe K1 die Summe der Intensitäten der Bildpunkte mit Koordinaten X von 0 bis 63 und Y von 64 bis 127, die Summe K2 die Summe der Intensitäten der Bildpunkte für Koordinaten X von 64 bis 127 und Y von o bis 63 und die Summe K3 die Summe der Intensitäten der Bildpunkte mit Koordinaten X von 64 bis 127 und Y von 64 bis 127 ist. Bei 42 werden vorläufige Signale Rg und R1 als entsprechende Funktionen der Bereichssummen K erzeugt. Beispielsweise kann das vorläufige Signal Rg die Summe der vier Signale K sein, während das Signal R1 die Summe der Signale Kg und K1 minus der Summe der Signale K2 und K3 sein kann. Bei 64 wird das Verhältnis der vorläufigen Signale R1 und Rg er zeugt, um hierdurch das oben erwähnte elektrische Testsignal zu erzeugen, wobei bei 46 dieses elektrische Testsignal mit einem ersten Bezugssignal m aus einem Speicher 47 kombiniert tbeispielsweise multipliziert oder gewichtet) wird, um ein Meßsignal zu erzeugen. Dieses Meßsignal kann (muß jedoch nicht) auf 48 gegeben werden, wo es mit einem zweiten Bezugssignal aus einem Speicher 49 kombiniert (beispielsweise addiert) wird.
Dieses zweite Bezugssignal repräsentiert die Höhe der Plattform 12, wie sie beispielsweise den Hebeantrieb und Kodierer 36 geliefert wird. Das resultierende Meßsignal kann (muß jedoch nicht) bei 50 gespeichert werden. Es wird bei 52 verwendet.
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, die vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 diskutiert wurde, ist in Fig. 4 dargestellt. Ein Abtastfeld 54 besitzt 128 x 128 Zellen entsprechend den 128 x 128 Bildpunkten des Bildfeldes, das im Zusammenhang mit Fig. 3 diskutiert wurde.
Daher entspricht die Abtastfeldzelle, die mit 0,0 bezeichnet ist, dem Bildelement mit den X-,Y-Koordinaten 0,0, die Abtastfeldzelle, die mit 1,0 bezeichnet ist, dem Bildelement in Fig. 3 mit den X-,Y-Koordinaten 1,0 usw. Jede der Zellen des Abtastfeldes 54 speichert ein elektrisches Ausgangssignal, das zum Beleuchtungspegel an seinem entsprechenden Bildelementaif der Oberfläche des Werkstücks in Bezug gesetzt ist, wie es durch das Meßgerät 22 gemessen und gegebenenfalls in der Schwellenwerteinrichtung 38 mit einem Schwellenwert verglichen ist, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2 diskutiert wurde. Die Zellen des Abtastfeldes 54 können Speicherregister sein, oder das gesamte Abtastfeld kann ein 128 x 128 Random-Speicher sein, wobei jede Zelle beispielsweise eine Kapazität von 8-bit aufweist, und die Zellen geeignet vom Ausgang des Meßgeräts 22 (gegebenenfalls unter Zwischenschaltung des Schwellwertkreises) geladen werden.
Wenn die elektrischen Ausgangssignale für das gesamte Feld von 128 x 128 Bildelementen in dem Abtastfeld 54 gespeichert sind, werden die In:zalte des Abtastfeldes in einer geeigneten Ordnung ausgelesen und auf einen Multiplexer 56 gegeben. Der Multiplexer 56 speist wahlweise Akkumulatoren 58, 60, 62 und 62, von denen jeder die ihm zugeführtendLektrischen Ausgangssignale akkumuliert (beispielsweise durch Addieren aller ihm zugeführten 8-bit-Signale). Insbesondere speist der Multiplexer 56 den Akkumulator 58 mit den Inhalten nur derjenigen Zellen des Abtastfeldes 54, die X-Koordinaten von 0 bis 63 und Y-Koordinaten von 0 bis 63 haben. Unter Berücksichtigung der Ausführungen im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 ist es ersichtlich, daß das akkumulierte Signal im Akkumulator 58 der Berichssumme für den Bereich K in Fig. 3 entspricht. Ähnlich wird der Akkumulator 60 von dem Multiplexer 56 mit den Inhalten nur derjenigen Zellen des Abtastfeldes 54 versorgt, die X-Y-Koordinaten entsprechend dem Bereich K1 aufweisen. Entsprechend versorgt der Multiplexer 56 die Akkumulatoren 62 und 64 mit den Inhalten der Zellen des Abtastfeldes 54, so daß die akkumulierten Signale der Bereichssumme K2 bzw.
K3 entsprechen.
Die Akkumulatoren 58 bis 64 sind mit Addierkreisen 68 und 70 in der dargestellten Weise verbunden. Insbesondere empfängt der Addierkreis 68 die direkten Ausgänge aller vier Akkumulatoren, um hierdurch an seinem Ausgang ein Signal, das mit Ro bezeichnet ist, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 ausgeführt wurde, während der Addierkreis 70 direkt mit dem Ausgang der Akkumulatoren 58 und 60, jedoch mit den Ausgängen der Akkumulatoren 62 und 64 über entsprechende Inverter 69 und 71 verbunden ist, um auf diese Weise an seinem Ausgang ein mit R1 bezeichnetes Signal zu erzeugen (vgl. Ausführungen im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3).
Ein Divisionskreis 72 teilt das Signal R1 durch das Signal Rot um an seinem Ausgang ein Signal X zu erzeugen, das das elektrische Testsignal darstellt, das im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 erwähnt ist. Das früher diskutierte elektrische Bezugssignal wird über einen Kreis 74, der eine Speichereinrichtung 74a für das Signal m und eine Speichereinrichtung 74b für ein Signal b aufweisen kann, das dasselbe wie das Höhenangabesignal ist, das im Zusammenhang mit Block 49 von Fig. 2 diskutiert wurde, zugeführt. Das elektrische Testsignal vom Ausgang des Dividierkreises 72 und das elektrische Bezugssignal vom Kreis 74 werden miteinander kombiniert, wie in Fig. 4 dargestellt ist, nämlich durch einen Multiplizerkreis 76, der das Testsignal X mit dem Bezugssignal m multipliziert, und das resultierende Produktsignal mX in einen Addierkreis 78 gibt, der den Inhalt der Speichereinrichtung 74b zu dem Produktsignal mX addiert.
Der Ausgang des Addierkreises 78 ist ein Signal Z, das das Meßsignal darstellt, das die Position der Werkstückoberfläche relativ zu einem Bezug angibt. Dieses Meßsignal wird auf eine Verwendungseinrichtung 80 gegeben, die gegebenenfalls geeignete Speichermöglichkeiten aufweisen kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 kann die Signifikanz des Bezugssignals m und seines Hubhöhenkomponentensignals b verstanden werden, indem die Beziehung zwischen dem Meßsignal Z und der Position des beleuchteten Flecks 20 längs der X-Achse als linear betrachtet und durch eine Linie 82 in einem Koordinatensystem veranschaulicht wird, indem die Vertikalachse der Abstand längs der Betrachtungsachse 22a (Fig. 1) und die Horizontalachse die Größe des Testsignals X am Ausgang des Dividierkreises 72 (Fig. 4)ist. Wenn die Steigung m der Linie 82 bekannt ist, besitzt irgendein beliebiger Punkt auf der Geraden 82 eine Z'-Koordinate, die das Produkt der Steigung m und der X-Koordinate dieses Punktes ist. Wenn die Koordinate Z' dieses Punktes als ein vertikaler Abstand von irgendeinem beliebigem horizontalen Bezug auszudrücken ist, der nicht ein Abstand vom Ursprung des Koordinatensystems ist, ist ein Höhensignal b zu addieren. Nimmt man aus Einfachheitsgründen an, daß die Achse Z' in Fig. 5 und der Ausgang des Addie rkreises 78 in Fig. 4 in gleichen Einheiten sind, besteht ein Weg zum Ableiten der notwendigen Werte der Signale m und b darin, eine Werkstückoberfläche in einer bekannten Höhe ZO' anzuordnen und ein Testsignal XO am Ausgang des Dividierkreises 72 zu erzeugen, wobei dieses Testsignal X0 in einer geeigneten Speichereinrichtung (nicht dargestellt) gespeichert wird. Die Werkstückoberfläche wird dann auf eine andere bekannte Höhe Z1' bewegt und ein anderes Testsignal X1 vom Ausgang des Dividierkreises 72 erhalten und geeignet gespeichert. Die Testsignalkomponenen m und b werden dann entsprechend folgender Gleichungen erhalten: m = (ZO - Z1 )/(XO - X1) (1) b = (Z11x0 - ZO x1)/(XO X1) (2) Die Signale X0 und X1 sind die entsprechenden Ausgänge des Dividierkreises 72 (Fig. 4) für zwei bekannte Positionen einer Werkstückoberfläche. Die Signale ZO' bzw. Z1' stellen diese beiden bekannten Positionen dar (in bezug auf eine gewählte Bezugshöhe). Die Bezugssignalkomponenten m und b werden in einer geeigneten Weise entsprechend den obigen Gleichungen erhalten und können durch geeignete Bemessungskonstanten gewichtet werden, um diese mit den Einheiten in Ubereinstimmung zu bringen, in denen das Meßsignal Z auszudrücken ist.
Dann werden elektrische Signale als Funktion der abgeleiteten Werte von m und b erzeugt und in den Speichereinrichtungen 74a bzw. 74b in Form von elektrischen Signale gespeichert.
Als Alternative zu der im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 diskutierten Ausführungsform kann die Erfindung als Spezialmaschine ausgeführt werden, die bei der Konfiguration von Fig. 1 einen speziell programmierten Digitalcomputer anstelle der Schaltkreise 24 bis 30 aufweist. Irgendein geeigneter Computer kann verwendet werden, beispielswiese geeignete Anordnungen der Nova- oder Eclipse-Familien von Systemen der Data General Corporation.
Das Verfahren zum Auffinden der Position einer Werkstückoberfläche relativ zu einem Bezug, wenn das Bezugssignal bestehend aus seinen Komponenten m und b bekannt ist, ist in Fig. 6 dargestellt. Es wird angenommen, daß die elektrischen Ausgangssignale, die durch das Meßgerät 22 geliefert werden, zugänglich sind, und jedes durch die Indices i und j identifiziert sind, von denen jeder von 1 bis 128 läuft.
Anfänglich wird ein Schritt 150 normalerweise durchgeführt, in dem das System in den Zustand versetzt wird, eine Messung basierend auf der Bewegung des beleuchteten Flecks 20 längs der X-Richtung oder längs einer anderen Richtung auszuführen.
Zur Vereinfachung wird hier nur eine Bewegung längs der X-Richtung diskutiert, jedoch ist es ebenso möglich, daß das System alternativ mit einer Bewegung des Flecks 20 längs der Y-Richtung arbeiten kann. Für eine solche Bewegung längs der Y-Richtung ist R1 gleich (K0+K2)-(K1+K3). Auch ist es möglich, daß das System mit einer Bewegung längs der Diagonalrichtung arbeiten kann, in welchem Fall R1 gleich (Ko+K3) .(K1+K2) ist. Beim Schritt 152 des Verfahrens wird jede der Variablen K(O) bis K(3) auf 0 und ebenfalls jeder der Indices i und j auf 0 gesetzt.In der gleichen Stufe werden Werte für die Bezugssignalkomponenten m und b vorgesehen. In den Stufen 154 und 156 werden die Indices j bzw. i um 1 vergrößert, um so die elektrischen Ausgangssignale für das Bildelement der X-Y-Koordinanten 0,0 einzustellen. In der Stufe 160 wird die Variable X(O) gleich der Summe ihres vorherigen Wertes und des elektrischen Ausgangssignals des Abtastfeldes identifiziert durch die laufenden Werte der Indices i und j gesetzt. Entsprechend werden die Variablen K(1), K(2) und K(3) wie angegeben gesetzt. In der Stufe 162 wird ein Test durchgeführt, um festzustellen, ob der Indix i den Wert 64 erreicht hat. Wenn die Antwort nein ist, bedeutet dies, daß das System Bildelemente betrachtet, die sich links (in Fig. 3) der entsprechenden rechten Ränder der entsprechenden Quadranten befinden, und der Index i wird in Stufe 156 um 1 vergrößert und Stufe 160 wiederholt. Wenn die Antwort auf die Abfrage in Stufe 16.2 ja ist, wird eine Abfrage in Stufe 164 durchgeführt, um festzustellen, ob der Indix j den Wert 64 erreicht hat, d.h. um festzustellen, ob das System den Unterrand der entsprechenden Quadranten von Fig, 3 erreicht hat.
Wenn die Antwort nein ist, wird der Indix i in 166 auf 0 gesetzt, um zu den linken Rändern der entsprechenden Quadranten von Fig. 3 zurückzukehren, während der Indix j in Stufe 154 um 1 erhöht wird und das System erneut beginnt, die Stufen 156, 160, 162 und 164 zu durchlaufen. Wenn die Antwort auf die Abfrage in Stufe 164 positiv ist, vollzieht das System den Schritt 168, wo die Variablen Rg und R1 auf die entsprechend angegebenen Größen gesetzt werden. Im Schritt 170 wird das Testsignal X wie angegeben abgeleitet und Schritt 172 das Meßsignal Z wie angegeben erzielt. Das Meßsignal aus dem Schritt 172 wird bei 174 auf eine Verwendungseinrichtung gegeben. Das System schreitet dann bei 176 zur nächsten Werkstückoberfläche fort, um deren Posi.tion relativ zu einem Bezug aufzufinden. Das System ist so ausgebildet, daß es sich aelbst abschaltet, wenn keine zu behandelnden Oberflächen mehr vorhanden sind.
Die im Zusammenhang mit Fig. 6 diskutierte Spezialmaschine kann verwendet werden, um die Komponenten m und b des Bezugssignals, die der Stufe 152 zugeführt werden, abzuleiten. Dies erfolgt nach einer mit Kalibrieren bezeichneten Methode, die in Fig. 7 dargestellt ist. Ein Weg, diese Methode auszuführen, besteht in dem Anordnen einer Bezugswerkstückfläche in einer bekannten Position, in der der beleuchtete Fleck sich im Zentrum des Gesichtsfeldes des Meßgerätes 22 befindet. In dieser Position ist der elliptische Fleck 20, der in Fig. 3 dargestellt ist, auf den Schnittpunkt der gestrichelten Linien zentriert, die die vier Quadranten Ko bis K3 trennen. Die Methode beginnt minim Schritt loo, der ähnlich zum Schritt 150 ist, der im Zusammenhang mit Fig. 6 diskutiert wurde. AUb Einfachheitsgründen sei angenommen, daß die Eichung vorzunehmen ist, bei der sich der Fleck 20 längs der X-Achse bewegt, d.h. CALH in Block loo, wonach der Schritt 1o2 folgt, in dem ein Index n auf Null gesetzt wird, um anzuzeigen, daß dieser Ablauf dem Fall entspricht, wo sich der beleuchtete Fleck im Zentrum des Gesichtsfeldes des Meßgerätes 22 befindet. Im Schritt 104 wird jede der Variablen K(O) bis K(3) auf Null gesetzt und ebenso die Indices i und j. Beim Schritt 1o6 wird der Index j um 1 erhöht und beim Schritt 1o8 der Index i um 1 erhöht.
Beim Schritt 11o werden die Variablen K(O) bis K(3) entsprechend den entsprechenden Quadranten Kg bis K3 wie angegeben zahlenmäßig ausgedrückt und in Stufe 112 eine Abfrage aus geführt, um herauszufinden, ob der Index i einen Wert von 64 erreicht hat, d.h. herauszufinden, ob der rechte Rand der relevanten Quadranten erreicht ist. Wenn die Antwort negativ ist, erfolgt Rückkehr zum Schritt 108, um den Index i um 1 zu erhöhen, wonach erneut die Schritte 110 und 112 durchlaufen werden. Wenn die Antwort bei 112 positiv ist, folgt der Schritt 114, um herauszufinden, ob der Index j den Wert von 64 erreicht, d.h. herauszufinden, ob der Unterrand der relevanten Quadranten erreicht worden ist.
Wenn die Antwort negativ ist, wird der Index i im Schritt 116 auf Null zurückgesetzt, und es erfolgt Rückkehr zum Schritt 106, um den Index j um 1 zu erhöhen und erneut die Schritte 1o8 bis 114 durchzuführen. Wenn die Antwort beim Schritt 114 positiv ist, geht es bei 118 weiter, um die Variablen R(O) und R(1) basierend auf den angegebenen Beziehungen zu den Variablen K(O) bis K(3) zu bestimmen. Im Schritt 120 wird eine Abfrage durchgeführt, um aufzufinden, ob der Index n 0 ist. Wenn die Antwort positiv ist, bedeutet dies, daß der Fall behandelt wird, bei dem der beleuchtete Fleck sich im Zentrum des Sichtfeldes des Meßgerätes 22 befindet, wonach zu Schritt 122 übergegangen wird, wo die Variable X(O) basierend auf der angegebenen Beziehung bestimmt und der Index n um 1 erhöht wird. Danach erfolgt Schritt 124, wo eine Abfrage durchgeführt wird, um festzustellen, ob der vorher bestimmte Wert der Variablen X(O) innerhalb eines bestimmten schmalen Bereiches um 0 liegt.
X(O) sollte gleich 0 sein (innerhalb von Systemtoleranzen), da der beleuchtete Fleck 20 im Zentrum des Sichtfeldes sein sollte, während die Differenz zwischen der Beleuchtung seiner linken Hälfte und derjenigen seiner rechten Hälfte 0 sein sollte. Wenn die Antwort im Schritt 124 negativ ist, wird die Höhe der Bezugswerkstückoberfläche erneut justiert, um zu versuchen, den Fleck 20 besser zu zentrieren, und das System kehrt zu Schritt 1o2 zurück. Wenn die Antwort beim Schritt 124 positiv ist, kehrt das System zum Schritt 104 zurück (jedoch hat der Index n nunmehr den Wert 1, um anzugeben, daß die Bezugswerkstückoberfläche sich in eine andere bekannte Position begeben hat.) Das System vollführt dann Schritt 120, wie oben diskutiert, jedoch um Zusammenhang mit der neuen Position der Bezugswerkstückoberfläche. Da der Wert des Index n nun 1 ist, ist die Antwort beim Schritt 120 negativ, und das System vollführt Schritt 126, wo die Größen Z(O) und Z(1) zugeführt werden. Die Größen Z(O) und Z(1) sind entsprechend die bekannten Positionen der Bezugswerkstückoberfläche, wenn der Index n 0 war und wenn der Index n 1 war. Beim Schritt 128 werden die Größen X(1), m und b basierend auf den angegebenen Beziehungen bestimmt und der Eichvorgang endet, da die Werte für die beiden Komponenten m und b des elektrischen Bezugssignals erhalten wurden. Die Komponenten m und b des Bezugssignals werden beim Schritt 152 von Fig. 6 verwendet oder als elektrische Signale in Speichereinrichtungen 74a bzw. 74b des Systems von Fig. 4 gespeichert.
Der Fleck 20 braucht nicht im Zentrum des Gesichtsfeldes des Meßgerätes 22 zu liegen, um das Signal m im Schritt 120 genau zu erhalten; es ist jedoch wünschenswert, daß der Fleck 20 etwa im Zentrum des Gesichtsfeldes liegt, wenn das Signal b (Schritt 128) abgeleitet wird. Es ist ferner wünschenswert, daß der Fleck 20 gänzlich innerhalb des Gesichtsfeldes des Meßgerätes 22 zu jeder Zeit liegt, zu der das Meßgerät 22 Beleuchtungsmessungen vornimmt. Ein Test hierfür kann in das im Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebene Verfahren ebenso wie in das im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebene Verfahren eingebaut werden. Beispielsweise umfaßt dieser Test ein Überprüfen der Ränder des Gesichtsflides des Meßgerätes 22 in bezug auf die Anwesenheit von Punkten oder kleinen Bereichen mit hoher Intensität (d.h.
beleuchtet). Ein solcher Test umfaßt das Überprüfen aller Bildelemente mit den X-Koordinaten von 0 und 127 (siehe Fig.3) und aller Bildelemente mit Y-Koordinaten von 0 und 127.
Wenn eine bestimmte Anzahl, beispielsweise 5, von benachbarten Bildelementen als beleuchtet gefunden werden, bedeutet dies, daß der Fleck 20 sich möglicherweise bis auf die Außenseite des Gesichtsfeldes des Gerätes 22 erstreckt. (Es ist wünschenswert, dies nur dann zu schließen, wenn eine bestimmte Anzahl von benachbarten Bildelementen beleuchtet werden, um auf diese Weise Fehler aufgrund von gelegentlicher sporadischer Anzeige eines beleuchteten Bildelementes zu vermeiden.) Wenn diese Tests herausfinden, daß in der Tat der beleuchtete Fleck 20 sich aus dem Gesichtsfeld des Meßgeräts 22 herauserstreckt, wird ein Fehlerzustand in geeigneter Weise angezeigt, so daß eine Justierung des Systems entsprechend vorgenommen werden kann, beispielsweise indem der beleuchtete Fleck 20 kleiner gemacht und/oder horizontal verschoben wird.
Die Komponente b des Bezugssignals kann als Darstellung einer Nominalhöhe, d.h. der Höhe der Plattform 12, betrachtet werden und kann in anderer Weise als oben diskutiert abgeleitet werden. Das System kann ferner so ausgebildet werden, daß es mit mehr als einem Wert für die Komponente b arbeitet. Beispielsweise können;wei Werte für die Komponente b in geeigneten Speicherkreisen gespeichert werden, wobei einer eine untere Höhe der Plattform und der andere eine höhere Höhe repräsentiert. Das Signal b, das die untere Höhe repräsentiert, kann im Zusammenhang mit dickeren Werkstücken verwendet werden, wenn sch die Plattform 12 in ihrer unteren öhe befindet, während die andere Komponente b im Zusammenhang mit dünneren Werkstücken verwendet werden kann, wenn sich die Plattform 12 in ihrer höheren Höhenlage befindet. Natürlich kann dies auch auf mehr als zwei Werte für die Komponente b ausgedehnt werden.
Das Signal R1 (siehe Fig. 6, Schritt 168 und Fig. 7, Schritt 118) kann betrachtet werden als die ungerade Komponente niedrigster Ordnung einer Walsh-Hadamard-Reihe, die das Gesichtsfeld des Meßgerätes 22 repräsentiert, während ungerade Komponenten höherer Ordnung dieser Reihe anstelle von oder zusätzlich zu der ungeraden Komponenten niedrigster Ordnung, die im einzelnen in der vorstehenden Beschreibung diskutiert wurde, verwendet werden können. Anstelle eines Bildelementfeldes von 128 x 128 kann auch irgendeine andere niedrigere oder höhere Anzahl von Bildelementen verwendet werden, wobei das Feld auch nicht quadratisch sein muß.
Das Meßsignal am Ausgang des Addierkreises 78 in der Ausführungsform der Fig. 4 oder erhalten bei Schritt 172 des Verfahrens gemäß Fig. 6 kann verwendet werden, zum eine geeignete Schirmbild- (und/oder Aufzeichnungs-) Einrichtung zu betreiben, etwa einen CRT-Bildschirm oder einen Analog-oder Digitalsignal-Recorder. Natürlich kann das Meßsignal auf das Format entsprechend der Bildschirm- oder Aufzeichnungseinrichtung in bekannter Weise konvertiert werden. Typischerweise wird das Meßsignal als Steuersignal durch eine Verwendungseinrichtung verwendet, die bespielsweise einen Schwellenwertkreis umfaßt, der das Meßsignal empfängt und ein Zurück weisungs"-Signal erzeugt, wenn die Messung sich unterhalb eines bestimmten Wertes befindet, und ein "Annahme"-Signal erzeugt, wenn das Meßsignal sich oberhalb dieses Schwellenwertes befindet. Die Verwendungseinrichtung kann ferner einen elektromechanischen Arm umfassen, der auf ein "Zurückweisungssignal anspricht, um das entsprechende Werkstück in einen Behälter zu fördern, während er bei einem "Annahme"-Signal das entsprechende Werkstück in einen anderen Behälter befördert.
Alternativ wird die Verwendungseinrichtung als Sortiereinrichtung verwendet, die das Meßsignal empfängt und die Werkstücke in verschiedene Kategorien entsprechend verschiedenen unterschiedlichen Bereichen des Meßsignals sortiert. Natürlich sind andere Anordnungen möglich und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Claims

A n s p r ü c h e Verfahren zum Auffinden der Position einer Werkstückoberfläche oder dergleichen relativ zu einem Bezug, gekennzeichnet durch die Schritte: a. Beleuchten einer Stelle der Werkstückoberfläche mit einem Strahlungsenergiestrahl, b. Fernbestimmung der Beleuchtung eines jeden einer Vielzahl von kleinen Bereichen der Werkstückoberfläche, c. Erzeugen entsprechender Ausgangssignale, die zu den festgestellten Beleuchtungspegeln der entsprechenden kleinen Bereiche der Werkstückoberfläche in Bezug stehen, c. Konvertieren der Ausgangssignale in ein Testsignal, das eine Funktion der Differenz der Gesamtbeleuchtung zwischen ausgewählten großen Bereichen der Werkstückoberfläche ist, wobei die geometrischen Beziehungen zwischen dem Strahlungsenergiestrahl und dem Werkstück derart sind, daß die beleuchtete Stelle sich entlang der Werkstückoberfläche mit Bewegung dieser Oberfläche relativ zum Bezug längs einer Meßrichtung bewegt, und e. Erzeugen eines Bezugssignals und Kombinieren des Testsignals und des Bezugssignals, um ein Meßsignal zu erzeugen, daß die Position der Werkstückoberfläche relativ zum Bezug angibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (d) das Konvertieren der Ausgangssignale in ein Testsignal umfaßt, das eine Funktion sowohl der Differenz in der Gesamtbeleuchtung zwischen den ausgewählten größeren Bereichen der Werkstückoberfläche und der Gesamtbeleuchtung des Gesamtbereichs aus den ausgewählten Bereichen ist, so daß die Testsignale im wesentlichen unabhängig von der Gesamtbeleuchtung des Gesamtbereichs sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stufe (d) ferner das Auffinden der Differenz in der Gesamtbeleuchtung zwischen den ausgewählten größeren Bereichen der Werkstückoberfläche und das Normalisieren dieser Differenz durch Dividieren durch die Gesamtbeleuchtung des Gesamtbereichs aus den ausgewählten größeren Bereichen umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei größere Bereiche verwendet werden, von denen einer die Hälfte der kleinen Bereiche und der andere die verbleibende Hälfte der kleinen Bereiche umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Testsignal eine Funktion der Differenz zwischen der Gesamtbeleuchtung der beiden größeren Bereiche normalisiert um die Summe der Gesamtbeleuchtung der beiden größeren Bereiche ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der größeren Bereiche eine entsprechende Vielzahl von kleinen Bereichen umfaßt, wobei die Gesamtbeleuchtung jedes der entsprechenden größeren Bereiche durch Akkumulieren der Ausgangssignale bezüglich der entsprechenden kleinen Bereiche, die in dem größeren Bereich cnthalten sind, abgeleitet wird, während die Differenz in der Gesamtbeleuchtung durch Akkumulieren der Gesamtbeleuchtung einer ersten Untergruppe und einer zweiten Untergruppe von größeren Bereichen und Reduzieren von einer der beiden letzteren genannten Akkumulationen durch die andere abgeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (e) das Positionieren einer Bezugswerkstückoberfläche in jeweils einer von zwei verschiedenen bekannten Positionen relativ zum Bezug umfaßt und in jeder dieser bekannten Positionen eine Stelle der Werkstückoberfläche mit dem Strahlungsenergiestrahl beleuchtet, die'Beleuchtung an jedem einer Vielzahl von kleinen Bereichen der Bezugswerkstückoberfläche fernbe stimrrt wird, um entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen, die zu den Beleuchtungspegeln an den entsprechenden kleinen Bereichen in Bezug stehen, und in dem die Ausgangssignale, die in jeder der bekannten Positionen erhalten werden, in ein Bezugssignal konvertiert werden, daß eine Funktion der Differenz der Gesamtbeleuchtung zwischen ausgewählten größeren Bereichen der Bezugswerkstückoberfläche in jeder der beiden bekannten Positionen ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (e) das Erzeugen eines Bezugssignals umfaßt, das wenigstens eine Komponente aufweist, die indikativ für die Änderungsrate in. der Gesamtbeleuchtung zwischen den ausgewählten größeren Bereichen der Bezugswerkstückoberfläche mit der Bewegung der Oberfläche längs der Meßrichtung zwischen den beiden bekannten Positionen ist, und wenigstens zwei Komponenten umfaßt, die indikativ für zwei verschiedene Nominalhöhen des Bezugs sind, wobei die Stufe des Kombinierens des Testsignals und des Bezugssignals zum Erzeugen eines Meßsignals indikativ für die Position der Werkstückoberfläche relativ zum Bezug das Auswählen eines der wenigstens zwei Komponenten und Verwendung der ausgewählten Komponenten zum Ausschluß der nicht ausgewählten einen oder mehreren Komponenten der wenigstens zwei Komponenten zum Erzeugen des Meßsignals umfaßt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Meßsignal linear mit der Bewegung der Werkstückoberfläche relativ zum Bezug längs der Meßrichtung ändert und das Bezugssignal eine Komponente umfaßt, die zu der Änderungsrate in bezug steht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal als Kontrollsignal verwendet wird, das für die gesuchte Position der Werkstück- oberfläche repräsentativ ist.
11. Vorrichtung zum Auffinden der Position einer Werkstückoberfläche oder dergleichen relativ zu einem Bezug, gekennzeichnet durch - Mittel zum Beleuchten einer Stelle der Werkstückoberfläche mit einem Strahlungsenergiestrahl, - Mittel zum Fernbestimmen der Beleuchtung an jedem einer Vielzahl von kleinen Bereichen der Werkstückoberfläche, - Mittel zum Erzeugen entsprechender Ausgangssignale, die zu den festgestellten Beleuchtungspegeln an den entsprechenden kleinen Bereichen der Werkstückoberfläche in Bezug stehen, - Mittel zum Konvertieren der Ausgangssignale in ein Testsignal, das eine Funktion der Differenz in der Gesamtbeleuchtung zwischen ausgewählten großen Bereichen der Werkstückoberfläche ist, wobei die geometrischen Beziehungen zwischen dem Strahlungsenergiestrahl und dem Werkstück derart sind, daß sich die beleuchtete Stelle längs der Werkstückoberfläche mit der Bewegung von dieser Oberfläche relativ zum Bezug längs einer Meßrichtung bewegt, und - Mittel zum Erzeugen eines Meßsignals und Mitteln zum Kombinieren des Testsignals und des Bezugssignals zum Erzeugen eines Meßsignals, das die Position der Werkstückoberfläche repräsentativ zum Bezug anzeigt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel zum Konvertieren der Ausgangssignale in ein Testsignal, das eine Funktion sowohl der Differenzen der Gesamtbeleuchtung zwischen den ausgewählten größeren Bereichen der Werkstückoberfläche und der Gesamtbeleuchtung der Gesamtfläche aus den ausgewählten Bereichen bestehend ist, so daß die Testsignale im wesentlichen unabhängig von der Gesamtbeleuchtung des Gesamtbereichs sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Konvertieren der Ausgangssignale zu einem elektrischen Testsignal ferner Mittel zum Auffinden der Differenz in der Gesamtbeleuchtung zwischen den ausgewählten größeren Bereichen der Werkstückoberfläche und Mittel zum Normalisieren dieser Distanz durch Dividieren hiervon durch die Gesamtbeleuchtung des Gesamtbereichs bestehend aus den ausgewählten größeren Bereichen umfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei größere Bereiche vorgesehen sind, von denen einer eine Hälfte der kleinen Bereiche und der andere die verbleibende Hälfte der kleinen Bereiche umfaßt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Testsignal eine Funktion der Differenz zwischen der Gesamtbeleuchtung der beiden größeren Bereiche normalisiert hinsichtlich der Summe der Gesamtbeleuchtung der beiden größeren Bereiche ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der größeren Bereiche eine entsprechende Vielzahl von kleinen Bereichen umfaßt, wobei ferner Mittel zum Ableiten eines Signals vorgesehen sind, das die Gesamtbeleuchtung jedes der entsprechenden größeren Bereiche repräsentiert, die Mittel zum Akkumulieren der Ausgangssignale, die in Relation zu den entsprechenden kleinen Bereichen stehen, die sich in dem größeren Bereich befinden, sowie Mittel zum Akkumulieren der Signale, die die Gesamtbeleuchtungen einer ersten und einer zweiten Untergruppe von größeren Bereichen darstellen, und zum Reduzieren eines der beiden letztgenannten Signale durch das andere umfassen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Bezugssignals folgendes umfassen: Mittel zum Positionieren einer Bezugswerkstückoberfläche in jeder von zwei verschiedenen bekannten Positionen relativ zum Bezug, Mittel zum Beleuchten einer Stelle der Werkstückoberfläche mit dem Strahlungsenergiestrahl in jeder der bekannten Positionen, Mittel zum Feststellen der Beleuchtung in jedem von einer Vielzahl von kleinen Bereichen der Bezugs- werkstückoberfläche zum Erzeugen entsprechender Ausgangssignale, die zu den Beleuchtungspegeln in den entsprechenden kleinen Bereichen in Bezug stehen, und Mittel zum Konvertieren der Ausgangssignale, die für jede der beiden bekannten Positionen erzeugt wurden, in ein Bezugssignal, das eine Funktion der Differenz der Gesamtbeleuchtung zwischen ausgewählten größeren Bereichen der Bezugswerkstückoberfläche in jeder der beiden bekannten Positionen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal sich linear mit der Bewegung der Werkstückoberfläche relativ zum Bezug längs der Meßrichtung ändert und das Bezugssignal eine Komponente umfaßt, die zur Änderungsrate in Bezug steht.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, gekenneichnet durch Mittel zum Verwenden des Meßsignals als Steuersignal, das repräsentativ für die gesuchte Position der Werkstückoberfläche ist.