DE3831267A1 - Optischer messfuehler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Meßgeräte und insbesondere auf die Messung der Lage von Mittellinien von Rohren. In US-PS 39 44 798 ist ein Verfahren und ein Gerät zum Messen der Stellung und der Richtung der Mittellinie eines Rohres offenbart, wobei ein fünfachsiger gelenkiger Arm verwendet wird, der an dem freien Ende des äußersten Glieds einen V-förmigen Arbeitskopf oder Meßfühler trägt, der zu einer Anzahl verschiedener Stellungen und Richtungen bewegt werden kann, um mit einem Rohr in Berührung zu treten, an dem Messungen durchzuführen sind. Im allgemeinen ist es zum Messen gebogener Rohre und zum Biegen von Rohren wichtig, verschiedene Parameter zu kennen, die die Länge von geraden Rohrabschnitten oder Abstände zwischen Rohrbiegungen, den Biegewinkel oder Grad der Biegung und die Ebene des Biegewinkels oder die Biegeebene einschließen. Durch Lokalisierung von Vektoren, die längs der Mittellinien der geraden Rohrabschnitte liegen, können die erforderlichen Parameter leicht berechnet werden. Um die notwendigen Informationen oder Daten zur Definition eines gebogenen Rohres und seiner mehreren Biegungen zu erhalten, ist es somit nur nötig, Daten zu erhalten, die die Stellung und die Orientierung der Mittellinien der jeweiligen geraden Abschnitte des Rohres definieren. Die Stellung und die Richtung dieser Vektoren können er­ halten werden entweder durch Messung der Stellung zweier Punkte auf jedem Vektor und somit durch Definierung des Vektors, oder durch Verwendung eines Geräts nach US-PS 39 44 798, das die Messung der Richtung eines Vektors durch eine einzige Berührung zwischen dem V-förmigen Arbeitskopf und dem Äußeren des Rohres ermöglicht.

Der mit Berührung arbeitende Meßfühler oder Arbeitskopf zum Messen von Rohren nach US-PS 39 44 798 hat vier Berührungselemente, die so angeordnet sind, daß alle diese Elemente einen elektrischen Kontakt mit der äußeren Ober­ fläche des Rohres herstellen und damit den Erhalt des Wertes einer bestimm­ ten relativen Stellung und Orientierung der Mittellinie des Rohres in Bezug auf den Arbeitskopf ermöglichen. Alle diese elektrischen Kontaktelemente müssen das Rohr berühren, und somit sind Zeit und Mühe zur Handhabung des Arbeitskopfs nötig, um den geeigneten Kontakt und die geeignete Orientie­ rung des Arbeitskopfs sicherzustellen. Dies macht die Durchführung der vielen Messungen langsam, die nötig sind, um ausreichende Daten für einen vollständigen Satz gebogener Rohre zu gewinnen.

Ein anderes mit dem Kontaktfühler nach dem genannten Patent verbundenes Problem besteht darin, daß die erforderliche Berührung zwischen dem Meß­ fühler und einem schlanken flexiblen Rohr eine Verformung des Rohrs zur Folge haben kann und somit eine irrtümliche Ablesung entweder der Stellung oder der Richtung der Mittellinie des Rohrs schaffen kann. Daher muß bei der Durchführung von Messungen an schlanken und etwas flexiblen Rohren mit sehr kleinem Durchmesser der Berührungs-Meßfühler nach dem Stand der Tech­ nik noch langsamer und sorgfältiger benutzt werden, um Verformungen des Rohrs durch den notwendigen Kontakt zu vermeiden und um dadurch irrtümliche Ablesungen zu vermeiden.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Meßfühler für Rohre zu schaffen, bei dem die genannten Probleme vermieden oder auf ein Minimum herabgesetzt sind.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Arbeitskopf erste und zweite, mit gegenseitigen Abständen angeordnete Reihen lichtem­ pfindlicher Elemente auf, die einander überlappende Gesichtsfelder haben, sowie eine Lichtquelle, die von diesen Reihen mit Abstand angeordnet ist und die sich über wenigstens einen gemeinsamen Teil der Gesichtsfelder er­ streckt, um beide Reihen zu beleuchten. Ein Abschnitt der Gesichtsfelder beider Reihen ist durch die Anwesenheit eines abdeckenden Gegenstandes, beispielsweise eines Rohres, dessen Stellung zu messen ist, innerhalb der überlappenden Felder abgedeckt. Es sind Einrichtungen vorgesehen, die in Abhängigkeit von den Reihen der lichtempfindlichen Elemente arbeiten, um einen Satz von Signalen zu liefern, die gemeinsam die Stellung eines ab­ deckenden Objekts in Bezug auf die Gesichtsfelder und somit in Bezug auf den Arbeitskopf in einem Bezugssystem definieren, das in fester Beziehung zu dem Arbeitskopf steht. In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist der Arbeitskopf etwa U-förmig, er hat einen U-förmigen Schlitz oder ein Fenster zum Projizieren von Licht über einen Empfindlichkeitsbereich zwischen den Schenkeln des Arbeitskopfs auf erste und zweite Reihen licht­ empfindlicher Elemente zu, die so angeordnet sind, daß sie Licht empfangen, das zu den jeweiligen Enden des U-förmigen Arbeitskopfs hin gerichtet ist. Ein irgendwo innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des Arbeits­ kopfs zwischen den Schenkeln angeordnetes Rohr deckt Teile der Gesichts­ felder der beiden Reihen ab, wodurch die Stellungen der abgedeckten Be­ reiche der Gesichtsfelder die Stellung des Rohrs innerhalb des Empfind­ lichkeitsbereichs des Arbeitskopfs definieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeich­ nung beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines fünfachsigen Meßgeräts, das unter Benutzung des erfindungsgemäßen Prinzips aufgebaut ist;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Arbeitskopfs oder des opti­ schen Meßfühlers des Geräts von Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Arbeitskopf;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Arbeitskopfs von Fig. 3;

Fig. 5 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Arbeitskopfs, wobei die Abdeckplatte von dem Körper des Meßfühlers entfernt ist;

Fig. 6 veranschaulicht die geometrischen Verhältnisse als Hilfsmittel zum Verständnis der Wirkungsweise des Meßfühlers von Fig. 2;

Fig. 6a und 6b veranschaulichen die Abdeckung der lichtempfindlichen Anordnung;

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Auslesens der lichtempfindlichen Anordnung;

Fig. 8a und 8b veranschaulichen Impulsfolgen, die durch Abtasten der lichtem­ pfindlichen Anordnung erhalten werden;

Fig. 9 veranschaulicht schematisch eine Abwandlung, bei der der Arbeits­ kopf derart angeordnet ist, daß sich ein abgewinkelter optischer Pfad ergibt;

Fig. 10 veranschaulicht bildlich die Ausbildung des Meßfühlers unter Ver­ wendung des Konzepts von Fig. 9;

Fig. 11 ist eine Seitenansicht, die weitere Einzelheiten des Meßfühlers mit abgewinkeltem optischem Pfad gemäß Fig. 10 zeigt, wobei die Abdeckung entfernt ist;

Fig. 12 ist ein Schnitt nach der Linie 12-12 von Fig. 11.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das damit durchgeführte Verfahren sind anwendbar auf das Messen von Positionen verschiedener Arten von Gegenständen, wie es erforderlich sein kann zum Positionieren oder Feststellen von Teilen und Vorrichtungen, die in verschiedenen Anordnungen verwendet werden, um deren richtige Betriebsweise sicherzustellen. Beispielsweise kann eine Messung von Mustern gebogener Rohre vorgenommen werden, um digital arbei­ tende Biegemaschinen zu steuern, und die Messungen können an fertigen Rohren durchgeführt werden, um die Genauigkeit der an diesen ausgeführten Biege­ operationen festzustellen.

Eine wichtige Anwendung der Erfindung liegt in der Messung von Mustern ge­ bogener Rohre zum Zwecke des Erhalts oder der Korrektur von Daten, um hiernach anschließend das Biegen anderer Rohre zu ermöglichen, die dem Muster entsprechen. Obwohl der hier beschriebene optische Meßfühler für viele verschiedene Arten und Anordnungen von Meßgeräten verwendet werden kann, sei es bei der Anwendung linearer Bewegungen, bei Drehbewegungen oder bei Kombinationen von linearen und Drehbewegungen, wird der Meßfühler hier nur beispielsweise beschrieben, wie er von einem fünfachsigen Meßgerät der Art getragen ist, die in US-PS 39 44 798 dargestellt ist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Muster eines gebogenen Rohres 10 fest an einer Abstützung oder einem Werktisch 12 mittels eines Paares von Klammern 14, 16 befestigt, die fest, aber lösbar an gewünschten geeigneten Punkten des Werktischs 12 angebracht sind. Auf diese Weise kann das Rohr 10 fest an dem Tisch montiert werden in irgendeiner beliebigen Vielzahl von gewünschten Positionen oder Orientierungen. Für viele Zwecke, einschließlich der In­ spektion und der Herstellung, ist es erwünscht, wesentliche Parameter des Rohrs 10 zu messen. Diese Parameter enthalten die Länge jedes geraden Rohrabschnitts (Abstand zwischen Biegungen), den Winkel zwischen benachbar­ ten geraden Abschnitten (Grad der Biegung), die Ebene jeder der Biegungen (Biegungsebene), sowie die gesamte Länge des Rohrs von einem Ende zum anderen. Diese Parameter können, nach einer Korrektur für Rückfederungseigenschaften und andere Faktoren, verwendet werden, um Steuerbefehle für eine automati­ sche Rohrbiegemaschine zu berechnen, wie sie beispielsweise in den US-Pa­ tenten 40 63 041, 42 01 073 und 44 95 788 dargestellt sind, oder die Para­ meter können einem Computer zugeführt werden, um die Genauigkeit herge­ stellter Teile oder Vorrichtungen zu prüfen.

Gemäß der Erfindung können die für diese Berechnungen und Messungen not­ wendigen Informationen genau, schnell und einfach und ohne Kontakt zwischen dem Meßgerät und dem Rohr mittels des fünfachsigen Meßgeräts gewonnen wer­ den, das in Fig. 1 dargestellt ist und das den in mehreren Zeichnungen dar­ gestellten optischen Meßfühler trägt. Mit Ausnahme des optischen Arbeits­ kopfs kann das in Fig. 1 gezeigte Gerät identisch mit dem in US-PS 39 44 798 dargestellten Gerät sein.

Das Meßgerät von Fig. 1 weist ein erstes Glied 20 auf, das auf dem Arbeits­ tisch 12 zur Drehung um eine erste Achse A gelagert ist. Ein zweites Glied 22 ist gelenkig mit dem ersten Glied 20 zur Drehung um eine zweite Achse B verbunden, die senkrecht zu der Achse A ist. Ein drittes Glied 24 ist ge­ lenkig mit dem zweiten Glied 22 zur Drehung um eine dritte Achse C verbun­ den. Drehbar innerhalb des dritten Glieds 24 zur Drehung um eine vierte Achse D, die senkrecht zu der Achse C ist und die mit der Achse des dritten Glieds 24 zusammenfällt, ist ein viertes Glied 26 angeordnet. Das vierte Glied 26 trägt ein fünftes Glied 28 zur Drehung um eine fünfte Achse E, die senkrecht zu der vierten Achse D ist. Jedes der zweiten, dritten und fünften Glieder kann eine Drehung von fast 360 Grad in Bezug auf sein benachbartes Glied ausführen. Das erste Glied 20 kann eine volle Drehung von 360 Grad in Bezug auf den Arbeitstisch 12 ausführen, und das vierte Glied 26 kann eben­ falls eine volle 360 Grad-Drehung im Bezug auf das dritte Glied ausführen, wodurch ein Gerät von relativ kleinen Abmessungen in der Lage ist, Messungen an Gegenständen von beträchtlich größeren Abmessungen durchzuführen.

Winkelmeßeinrichtungen 22 B, 24 C, 24 D, 28 E und eine fünfte, nicht darge­ stellte Winkelmeßeinrichtung an der Achse A sind an den gelenkigen Gliedern an der jeweils zugehörigen der fünf Achsen B, C, D, E und A montiert, um Meßsignale zu liefern, die die Winkelstellungen der verschiedenen Glieder des Meßarms in Bezug auf ihre jeweiligen Achsen darstellen.

In einer festen Orientierung in Bezug auf das fünfte Glied 28 ist von diesem der optische Arbeitskopf 30 getragen. Wie Fig. 2 zeigt, ist der Arbeitskopf 30 durch ein im wesentlichen U-förmiges Gehäuse gebildet, das einen Haupt­ teil 32 und eine Abdeckung 34 aufweist. Der Hauptteil 32 ist mit einem Scheitelabschnitt 36 ausgebildet, der mit ersten und zweiten, mit gegensei­ tigen Abständen angeordneten Schenkeln 38, 40 verbunden sowie mit einer Befestigungsmuffe 42 versehen ist, um den Arbeitskopf fest mit dem fünften Glied 28 zu verbinden.

Allgemein ist der hier beschriebene Arbeitskopf des optischen Meßfühlers mit einem Licht aussendenden Teil und einem Licht empfangenden Teil ver­ sehen, der von dem Licht aussendenden Teil mit Abstand angeordnet ist, um zwischen diesen beiden Teilen einen lichtempfindlichen Bereich zu schaffen, der das zu messende Rohr aufnimmt. An dem Licht empfangenden Teil sind erste und zweite, mit gegenseitigen Abständen angeordnete Lichtfühler mon­ tiert, die gegenseitig überlappende Gesichtsfelder haben, die über den lichtempfindlichen Bereich zu dem lichtaussendenden Teil hin gerichtet sind. An dem lichtaussendenden Teil ist eine Lichtquelle angeordnet, um Licht über den lichtempfindlichen Bereich hinweg gegen den lichtempfangenden Teil auszusenden. Insbesondere weisen die Lichtfühler jeweils eine lineare Reihenanordnung lichtempfindlicher Dioden auf, um Licht von der Lichtquelle aufzunehmen, und sie sind so angeordnet, daß Teile der Reihenanordnungen der Dioden durch ein in dem lichtempfindlichen Bereich angeordnetes Rohr abgedeckt werden. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Reihenanordnungen abzutasten, um Signale zu erzeugen, die die Stellungen der abgedeckten Teile der Reihenanordnungen innerhalb der Reihenanordnungen darstellen.

Wie die Fig. 3, 4 und 5 zeigen, weist der Hauptteil 32 des Meßfühlers bzw. des Arbeitskopfs 30 eine flache äußere rückwärtige Platte 50 auf, die eine vorragende U-förmige äußere Umfangswand 52 und eine vorragende, etwa U- förmige innere Umfangswand 54 hat. Mit Abstand innerhalb der inneren Wand 54 ist eine vorragende U-förmige Zwischenwand 56 angeordnet, die ebenfalls an der rückwärtigen Platte 50 befestigt ist und die sich um die innere Wand 54 herum und im wesentlichen parallel, aber mit Abstand zu dieser erstreckt, um einen Befestigungsbereich für Lampen zu schaffen. Fest an der rückwär­ tigen Platte 50 und an der Zwischenwand 56 zwischen dieser und der Innen­ wand 54 ist eine Anzahl länglicher Glühlampen 62 mit kleinem Durchmesser befestigt. Eine ähnliche Gruppe von Glühlampen ist an der rückwärtigen Platte 50 befestigt. An der vorragenden Zwischenwand 56 ist ein Licht dif­ fundierender reflektierender Streifen 60 aus leicht eingefärbtem Material befestigt (Fig. 3 und 4), der sich im wesentlichen längs der gesamten Länge der Zwischenwand 56 von deren einem Ende bis zu deren anderem Ende zwischen den beiden Reihen der Glühlampen erstreckt. Die vorderen Enden der inneren Wand 54 und der Zwischenwand 56, die am nächsten zu den freien Enden des Meßfühlers liegen, sind durch einstückig damit verbundene Linsen­ haltewände 64, 65 an jedem Schenkel des Meßfühlers überbrückt, und in diesen Wänden sind zylindrische Linsenträger 66, 67 gelagert, die jeweils innen eine Linse 68, 69 tragen. Die Linsenhaltewände 64, 65 wirken mit den inneren und äußeren Wänden 52 und 54 zusammen, die an den freien Enden 70, 72 der Schenkel des Hauptteils zusammenlaufen, um Aufnahmeräume 74, 76 für licht­ empfindliche Bereiche zu schaffen. In den Aufnahmeräumen 74 und 76 sind lichtempfindliche Bereiche untergebracht, die durch lineare Reihenanord­ nungen von lichtempfindlichen Dioden gebildet sind. Jeder dieser Lichtfüh­ ler ist eine Standardvorrichtung wie beispielsweise das EG Reticon Modell RLO512G, das eine Reihenanordnung von 1 zu 512 lichtempfindlichen Dioden darstellt, die eng beieinander angeordnet sind, um eine Gesamtlänge von etwa 12 bis 13 mm (etwa 1/2 Zoll) zu ergeben. Jede Linse ist eine konven­ tionelle Vorrichtung, die das empfangene Licht auf die zugehörige Reihe von Dioden fokussiert.

Die Abdeckung 34 des Gehäuses ist im wesentlichen eine allgemein U-förmige flache Platte 90, die Öffnungen zur Aufnahme von Befestigungselementen aufweist, durch die die Abdeckung an dem Hauptteil befestigt wird, und die eine innere, im wesentlichen U-förmige durchgehende Wand 92 aufweist, die von der Platte 90 vorragt und die sich von einem Endabschnitt 94 der Wand der Abdeckplatte benachbart dem Aufnahmeraum für die lichtempfindlichen Bereiche an einem der Schenkel des Hauptteils des Gehäuses zu einem zwei­ ten Endabschnitt 96 am anderen Ende der Wand 92 benachbart dem Ende des anderen Schenkels des Hauptteils des Gehäuses erstreckt. Wenn die Abdeck­ platte 34 an dem Hauptteil 32 montiert und befestigt ist, ergibt sich ein durchgehender, im wesentlichen U-förmiger Schlitz oder ein Fenster 100 (Fig. 2 und 4), der bzw. das in dem Gehäuse des Meßfühlers ausgebildet ist, und der kontinuierlich von dem Endabschnitt eines der Schenkel des Gehäuses über den Scheitel des Gehäuses und auf der anderen Seite zu einem Bereich benachbart dem Ende des anderen Gehäuseschenkels verläuft. Der Schlitz 100 endet an jedem Ende des Gehäuses benachbart zu den jeweiligen Aufnahme­ räumen für die lichtempfindlichen Bereiche in einem abgewinkelten Abschnitt 101, durch den die Linsen Licht von den zugehörigen Gesichtsfeldern em­ pfangen. Wie in Fig. 4 ersichtlich, ist der Schlitz 100 in der Ebene der Mittellinie des reflektierenden Streifens 60 angeordnet und damit versetzt gegenüber den Ebenen der beiden Reihen von Glühbirnen im Hauptteil des Ge­ häuses und zwischen diesen angeordnet.

Wenn die Abdeckung 34 am Hauptteil 32 des Gehäuses befestigt ist, beispiels­ weise durch geeignete Befestigungsmittel, um den in Fig. 2 und 4 gezeigten zusammengefügten Meßfühler zu bilden, erhält man eine abgeschlossene opti­ sche Meßeinheit, die ein Paar linearer Reihenanordnungen von lichtempfind­ lichen Elementen und eine gegenüberliegende lineare Lichtquelle aufweist, die einen breiten Projektionsstrahl bietet, der sich vollständig in einer oder dicht an einer gemeinsamen Ebene erstreckt, die im wesentlichen die Symmetrieebene des Meßfühlers darstellt. Diese Symmetrieebene des Meßfühlers ist eine Ebene, die das Gehäuse des Meßfühlers in zwei Teile schneidet oder halbiert und die sich im wesentlichen parallel zu den flachen Hauptflächen der rückwärtigen Platte 50 des Gehäuseteils und der Abdeckplatte 90 er­ streckt. Die Wände 54 des Hauptteils des Gehäuses und 92 der Abdeckplatte schirmen die Diodenanordnung gegenüber direkt von den Glühlampen ausgestrahl­ tem Licht ab, so daß ein diffuser, gleichförmiger verteilter breiter Licht­ strahl über das Gesichtsfeld der beiden Diodenanordnungen hinweg sicherge­ stellt ist.

Innerhalb des Gehäuses des Hauptteils 32 sind zwischen dem Hauptteil 32 und der Abdeckung 34 nicht dargestellte elektrische Stromkreise angeordnet, die Eingangs-Taktkreise zum Abtasten der Diodenanordnungen zu deren Auslesung sowie Ausgangs-Konditionier- und impulsformende Schaltkreise aufweisen.

Fig. 6 ist eine Skizze, die die Geometrie zur Veranschaulichung der Wirkungs­ weise des Meßfühlers darstellt. Die linearen lichtempfindlichen Bereiche 78 und 80 sind unter einem festen gegenseitigen Abstand angeordnet und durch eine Linie verbunden, die sich längs der oder parallel zu der Y-Achse eines X-Y-Bezugssystems erstreckt, das dem Meßfühler fest zugeordnet ist. Die X-Achse des Bezugssystems kann als senkrechte mittlere Schnittlinie zu der­ jenigen Linie angenommen werden, die sich längs der Y-Achse zwischen den Mittellinien der Reihenanordnungen 78, 80 erstreckt. Jede Dioden-Reihenanord­ nung hat ein Gesichtsfeld, gesehen durch die zugehörige Linse, das längs einer der zugehörigen optischen Achsen 110, 112 zentriert ist. In einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel schneiden sich die Achsen 110, 112 in einem Schnittpunkt 114 unter einem Winkel von etwa 80 Grad. Das Ge­ sichtsfeld jeder der Diodenanordnungen 78, 80 ist etwa 45 Grad und zen­ triert zu der entsprechenden optischen Achse. Der eingeschlossene Winkel der linearen Diodenanordnungen und die Beziehungen ihrer optischen Achsen und Gesichtsfelder sind derart gewählt, daß sich ein maximaler Betrag der Überlappung der beiden Gesichtsfelder ergibt. Fig. 6 veranschaulicht die etwa hufeisenförmig gestaltete lineare Lichtquelle als eine hufeisenförmig gestaltete Linie diffusen Lichts 120, das aus dem Schlitz 100 in dem Gehäuse austritt und Licht zu den entsprechenden Diodenanordnungen 78, 80 aussendet. Die lineare Lichtquelle 120 ist fest angeordnet und hat einen festen Ab­ stand von den Diodenanordnungen, um den Empfindlichkeitsbereich zwischen dem lichtaussendenden Teil des Arbeitskopfs und seinem lichtempfangenden Teil zu definieren.

In Fig. 6 ist auch ein Schnitt des Rohres oder der Stange 10 gezeigt, das bzw. die sich zwischen den Schenkeln des Meßfühlers hindurch erstreckt. Eine Linie zwischen der Mittellinie des Rohres 10 und der Mittellinie der Dioden­ anordnung 78 erstreckt sich unter einem Winkel A 1 zu der optischen Achse 110 des Gesichtsfelds der Anordnung 78. Eine Linie zwischen der Mittellinie des Rohrs 10 und der Mittellinie der Anordnung 80 erstreckt sich unter einem Winkel A 2 zu der optischen Achse 112 des Gesichtsfelds dieser linearen An­ ordnung. Wenn man die Winkel A 1 und A 2 und die Länge der Linie zwischen den Mittelpunkten der Linsen, die Stellung der Linsen relativ zu der Y-Achse und die Stellungen der Diodenanordnungen kennt, läßt sich die Stellung der Mittellinie des Rohres 10 in dem X-Y-Koordinatensystem, das dem Arbeitskopf fest zugeordnet ist, leicht berechnen.

Ein Bild der in ihrer Wirkung linearen Lichtquelle 120 wird durch die zuge­ hörigen Linsen auf alle Elemente jeder der Dioden-Reihenanordnungen 78, 80 projiziert. Auf diese Weise wird Licht durch alle Diodenelemente empfangen, ausgenommen diejenigen Elemente, die durch die Anwesenheit des zu messenden Rohres abgedeckt sind. Dies ist in den Fig. 6a und 6b veranschaulicht, die schematisch Bilder zeigen, die durch die Linsen auf den Reihen 122 und 124 der lichtempfindlichen Dioden projiziert werden. Gruppen lichtempfindlicher Elemente 126 und 128 werden durch die dunklen Abschnitte des Bildes der Lichtquelle abgedeckt. Die Mittellinien der abgedeckten Gruppen sind unter den Abständen 130 und 132 von den jeweiligen Mittellinien der Reihenanord­ nungen 122 und 124 angeordnet. Die Abstände 130 und 132 zwischen den Mit­ tellinien der abgedeckten Abschnitte und den Mittellinien der Diodenanord­ nung sind proportional den Winkeln A 1 und A 2 zugeordnet. Auf diese Weise können durch herkömmliche Abtasttechniken, mit denen sequentiell indivi­ duelle Signale der lichtempfindlichen Dioden ausgelesen werden, die Posi­ tionen der Mittellinien einer Gruppe von abgedeckten Diodenelementen leicht bestimmt werden, und sie können dazu verwendet werden, die Mittellinie des Rohres 10 in dem Koordinatensystem X-Y zu berechnen.

In Fig. 7 ist ein funktionelles Blockdiagramm dargestellt, das allgemein die elektronischen Bauteile zeigt, die in dem beschriebenen Meßfühler vor­ handen sind. Die von jeder der Dioden der jeweiligen Reihenanordnungen 78 und 80 ausgesandten Signale werden sequentiell einzeln unter der Steue­ rung der Taktsignale eines Abtast-Steuerkreises 140 ausgelesen und über Signal-Konditionierverstärker 142, 144 Schwellenwert-Detektoren 146 und 148 zugeführt, die somit eine Reihe gleichmäßig beabstandeter Impulse liefern, wie es in Fig. 8a und 8b gezeigt ist. Die Reihe der Impulse hat jeweils eine Fehlstelle 150 und 156, die durch die Anwesenheit des abdecken­ den Rohrs verursacht ist. Die Ausgangssignale von denjenigen Dioden der Reihenanordnung, die in einem dunklen Bereich des Bildes angeordnet sind, sind zu klein, um durch die Schwellenwert-Detektoren hindurchzugehen, die somit Impulsfolgen liefern, in denen Impulse an denjenigen Positionen fehlen, die direkt den abgedeckten Bereichen des Bildes entsprechen. Die Impulsfolgen der Schwellenwert-Detektoren 146 und 148 werden einem Computer 160 zugeführt, der auch gemeinsame Winkelinformationen 162 von den mehreren Winkelmeßeinrichtungen empfängt, die an dem gelenkigen Arm von Fig. 1 ange­ ordnet sind, um somit Ausgangssignale zu liefern, die jeweils der Drehung der einzelnen Elemente oder Glieder des gelenkigen Arms um die jeweiligen Achsen A, B, C, D und E entsprechen. Die Winkelstellungsinformation von den Winkelmeßeinrichtungen zusammen mit der Impulsfolge von den Diodenan­ ordnungen wird verwendet, um die Position der Mittellinie des abdeckenden Rohres 10 in Bezug auf ein Koordinatensystem X′, Y′, Z′ (Fig. 1) zu berech­ nen, das dem Arbeitstisch 12 fest zugeordnet ist. Das Ausgangssignal des Computers 160 wird einem geeigneten Darstellungs-, Verarbeitungs-oder Auf­ zeichnungsgerät 164 zur Verwendung bei der Entwicklung oder Korrektur von Biegesteuerprogrammen oder einfach nur zur Aufzeichnung der durchgeführten Messungen zugeführt. Berechnungen, die auf den fünf Winkelauslesungen be­ ruhen, sind in US-PS 39 44 798 beschrieben.

Teile des funktionsmäßig in Fig. 7 dargestellten Schaltkreises, einschließ­ lich der Abtaststeuerung 140, der Konditionierverstärker 142 und 144 und einschließlich der Schwellenwert-Detektoren 146, 148 können zusammen mit nicht dargestellten weiteren, der Steuerung dienenden Teilen von Stromkrei­ sen innerhalb des Gehäuses des Meßfühlers, z. B. auf der Platte 50, ange­ ordnet sein, um von dort Signalsätze dem Computer 160 zuzuführen. Diese Sig­ nale, zusammen mit den denjenigen Signalen, die die Schwenkwinkel der ver­ schiedenen Glieder 20, 22, 24, 26, 28 darstellen, definieren gemeinsam die Stellung eines Punkts auf der Mittellinie des Rohres in Bezug auf das ge­ wählte Koordinatensystem auf dem Arbeitstisch. Energie für die Glühlampen und für den Fühler-Abtastkreis sowie für die Signale von den Fühler-Dioden­ anordnungen und von den Konditionierkreisen wird dem Inneren des Fühlerge­ häuses zugeführt und aus diesem empfangen mittels eines nicht dargestellten Mehrleiterkabels, das sich von dem bzw. zu dem Hauptteil des Fühlers er­ streckt.

Ein Paar lotrechter zylindrischer Stangen 168 ist auf dem Arbeitstisch 12 (Fig. 1) in bekannter Stellung benachbart einer zur Eichung des Fühlers dienenden Stütze 170, die ebenfalls am Arbeitstisch angebracht ist, befes­ tigt, womit eine Eichung des Meßfühlers bzw. seiner Ausgangssignale mög­ lich ist.

Bei Verwendung des Meßfühlers wird der Arbeitskopf 30 zuerst derart bewegt, daß die Kalibrierstangen 168 innerhalb des empfindlichen Bereichs des Meß­ fühlers zu liegen kommen. Der empfindliche Bereich des Meßfühlers ist im allgemeinen ein kreisförmiger Bereich, der einen Durchmesser hat, der gleich oder im wesentlichen gleich dem Durchmesser des gekrümmten Scheitels des Gehäuses des Meßfühlers ist und der innerhalb seines Umfangs an­ schließend an die innere Oberfläche der Gehäuseabschnitte des Meßfühlers liegt. Mit anderen Worten, unter der Annahme, daß der Scheitel des Meßfüh­ lers ein Kreisbogen ist, ist der empfindliche Bereich des Meßfühlers ein kurzer gerader kreiszylindrischer Abschnitt, der eine Achse senkrecht zu der Symmetrieebene des Meßfühlers und der einen kreisförmigen Querschnitt hat, von dem ein Teil des Umfangs mit der kreisförmigen Oberfläche des Scheitels des U-förmigen Meßfühlers zusammenfällt. Das zu messende Rohr kann irgendwo innerhalb dieses Empfindlichkeitsbereichs angeordnet sein. Ein an irgendeiner Stelle innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs angeordne­ tes Rohr deckt einen Teil des Bildes des Gesichtsfelds beider Fühleranord­ nungen oder Diodenanordnungen ab, und auf diese Weise können die Winkel A 1 und A 2 für ein Rohr gemessen werden, das irgendwo innerhalb des Empfind­ lichkeitsbereichs des Meßfühlers liegt.

Wenn der Meßfühler durch Einstellung der Beziehung zwischen den gemessenen Winkeln A 1 und A 2 und der bekannten Stellung der Bezugsstangen 168 oder der Bezugsstütze 170 geeicht worden ist, wird der Meßfühler nunmehr zu einem freien Ende eines Rohres bewegt, das an dem Werktisch 12 mittels der Klam­ mern 14 und 16 festgeklemmt ist. Der Meßfühler wird derart bewegt, daß ein erster gerader Abschnitt, beispielsweise der gerade Abschnitt S 1 des Rohres 10, die Symmetrieebene des Meßfühlers schneidet, die sich durch den Empfindlichkeitsbereich des Meßfühlers hindurch erstreckt. Ein manuell be­ tätigter, nicht dargestellter Schalter, der durch einen Knopf 172 am Haupt­ teil des Meßfühlers betätigt werden kann, kann durch die Bedienungsperson niedergedrückt werden, um das Abtasten der Dioden-Reihenanordnung zur Aus­ lesung von Impulsen einzuleiten oder auszulösen, die die Position der ab­ gedeckten Diodenbereiche definieren, sowie zum gleichzeitigen Auslesen der Winkelstellungssignale von den Winkelmeßeinrichtungen. Die Signale von den mehreren Winkelmeßeinrichtungen definieren gemeinsam die Stellung des Meß­ fühlers in Bezug auf den Arbeitstisch in einem diesem gegenüber festen Be­ zugs-Koordinatensystem. Signale von den Abtastkreisen des Meßfühlers defi­ nieren gemeinsam die Stellung eines Punktes auf der Mittellinie in Bezug auf den Meßfühler. Die Auslesung wird eingeleitet, wenn der Meßfühler über zwei mit gegenseitigen Abständen angeordnete Punkte längs des geraden Rohrstücks S 1 positioniert wird, wodurch die dreidimensionalen Koordinaten X, Y, Z jedes von zwei Punkten auf der Mittellinie des geraden Rohrstücks S 1 definiert werden und wodurch Sätze elektrischer Signale erzeugt werden, die gemeinsam den Vektor der Mittellinie definieren. Der Meßfühler wird dann derart bewegt, daß zwei verschiedene Abschnitte eines zweiten geraden Rohrabschnitts S 2 sich durch den Empfindlichkeitsbereich des Meßfühlers hin­ durch erstrecken, und Messungen der abgedeckten Bereiche der Diodenanord­ nungen des Meßfühlers und der Winkelstellungen der gelenkigen Glieder werden an jedem dieser beiden Punkte durchgeführt. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, indem jeweils zwei Messungen an jedem der folgenden geraden Abschnitte S 3, S 4, S 5, S 6 und S 7 durchgeführt werden, so daß die Mittellinien aller gera­ den Abschnitte gemessen werden, und die Vektoren dieser Mittellinien in dem gewünschten Koordinatensystem werden berechnet.

Dieser berührungsfrei arbeitende optische Meßfühler, der keine Berührung zwischen irgendeinem Teil des Meßfühlers und dem zu messenden Rohrabschnitt benötigt, erfordert auch keine besondere Positionierung oder Orientierung des Rohres in Bezug auf den Meßfühler oder in Bezug auf die Symmetrieebene des Meßfühlers, und zwar innerhalb eines weiten Bereichs relativer Lagen und Orientierungen. Natürlich muß der Meßfühler grob ausgerichtet werden, um das zu messende Rohr zu übergreifen. So kann das Rohr 10 an irgendeinem Punkt innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des Meßfühlers angeordnet sein, wobei diese Stelle nur dadurch begrenzt ist, daß das Rohr einige der Ele­ mente beider Diodenanordnungen abdecken muß. Darüber hinaus sind die Er­ streckung der Lichtquelle und der gemeinsamen Blickfelder der Diodenanord­ nungen derart, daß der Empfindlichkeitsbereich eine maximale Größe erhält, wodurch es möglich ist, das zu messende Rohr im wesentlichen überall inner­ halb des Meßfühlers zwischen dessen Schenkeln, und zwar innerhalb der Enden der Schenkel, anzuordnen, um eine wirksame Messung anzustellen. Ferner muß die Richtung der Mittellinie des geraden zu messenden Rohrstücks nicht senkrecht zu der Symmetrieebene sein ( das ist die Ebene parallel zu und zwischen beiden Platten 50 und 90 des Gehäuses des Meßfühlers). Die Mittel­ linie des Rohres kann sich unter praktisch jedem Winkel in Bezug auf diese Ebene erstrecken, solange das Rohr die gemeinsame Ebene durchdringt, die die Achsen 110 und 112 der Gesichtsfelder und die linienförmige Lichtquelle 120 enthält, die durch den Schlitz 100 des Meßfühlers projiziert wird.

Bei einem praktisch konstruierten Meßfühler beträgt der Abstand zwischen den Mittellinien der beiden Dioden-Reihenanordnungen etwa 80 mm (3,2 Zoll), und der Abstand von der Linie zwischen den Mittellinien der Diodenanord­ nungen und dem Schnittpunkt ihrer optischen Achsen ist etwa 58 mm (2,3 Zoll). Ein Meßfühler mit diesen allgemeinen Abmessungen hat einen Empfind­ lichkeitsbereich von etwa 63,5 mm (2,5 Zoll) Durchmesser und kann zum Mes­ sen von Rohren mit Durchmessern von etwa 3,0 mm (1/8 Zoll) bis zu einem Maximum von etwa 65 mm (2,5 Zoll) verwendet werden. Zum Messen von Rohren mit größeren Durchmessern kann ein Meßfühler mit größeren Abmessungen kon­ struiert werden.

Der beschriebene Meßfühler verwendet eine Linse mit 10 mm Brennweite für jede der Diodenreihen. Die Brennweite der Linse ist begrenzt durch die be­ grenzte Länge des optischen Pfades zwischen der Reihenanordnung der Dioden und dem verdeckenden Rohr innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des Meß­ fühlers. Um die Verwendung verbesserter Optiken zu ermöglichen, die eine größere Brennweite haben, und um somit ein optisches System zu erhalten, das weniger anfällig gegen Fehler an den Kanten seines Gesichtsfelds ist, kann die optische Bahnlänge zwischen dem zu messenden Rohr und der licht­ empfindlichen Diodenanordnung in der in Fig. 9 veranschaulichten Weise be­ trächtlich erhöht werden. Wie Fig. 9 zeigt, ist eine optische Anordnung vorgesehen, die einen abgewinkelten Lichtpfad zwischen einem Gegenstand, wie beispielsweise einem Rohr 10′, das in dem Empfindlichkeitsbereich des Meßfühlers angeordnet ist, und den Diodenanordnungen 78′ und 80′ bildet, die in diesem Fall an den Schenkeln des Gehäuses des Meßfühlers mit einem Abstand von den Schenkelenden angeordnet sind. An den Enden der Schenkel sind Spiegel 170′ und 172′ befestigt, die Licht von der linearen Lichtquelle 120 (die die gleiche ist wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 8) zu den jeweiligen Diodenreihen 78′ und 80′ reflektieren. -Bei dieser Anordnung kann ein verbessertes Linsensystem mit größerer Brennweite, wie beispielsweise die Linsen 68′ und 69′, an dem Gehäuse zwischen den Spiegeln und den Diodenreihen in den längeren optischen Pfaden angeordnet sein, die bei dieser Anordnung vorgesehen sind. Die Linse mit längerer Brennweite er­ gibt eine bessere Linearität über die Länge der Diodenreihe, sie hat weniger Verzeichnung an den Enden der Diodenreihe, und sie liefert auch ein brei­ teres Gesichtsfeld.

In den Fig. 10, 11 und 12 ist ein Beispiel für einen Meßfühler mit einem abgewinkelten optischen Pfad dargestellt, wie er im Prinzip in Fig. 9 ge­ zeigt ist. Der Meßfühler mit abgewinkeltem optischem Pfad gemäß Fig. 10 ist im wesentlichen U-förmig und weist einen Hauptteil 232 und eine Abdeckung 234 auf. Der Hauptteil und die Abdeckung sind mit Schenkeln 238 und 240 aus­ gebildet, die an ihren hintersten Enden durch einen rechtwinkligen Block oder einen Scheitelabschnitt 236 miteinander verbunden sind. Wie aus den Fig. 10 und 12 ersichtlich, ist dieser Scheitelabschnitt dicker als die Dicke der Schenkel des Fühlers, und er erstreckt sich von der Ebene der Schenkel nach außen, um vergrößerten Innenraum zur Unterbringung elektroni­ scher Schaltkreise zu bieten, die für den Betrieb des Meßfühlers erforder­ lich sind. Ein Befestigungsbund 242 ist fest an dem Scheitelabschnitt ange­ bracht, um den Meßfühler an dem gelenkigen Arm zu montieren, wie es zuvor in Verbindung mit dem Meßfühler von Fig. 1-4 beschrieben wurde.

Die Schenkel des Meßfühlers weisen Bodenplatten 244 und vorragende äußere Wände 247, 248 auf, die in vorderen Wandabschnitten 250, 252 enden, die ge­ neigte Oberflächen 254, 260 haben, auf denen reflektierende Spiegel 262, 264 angeordnet sind.

Jeder Schenkel hat eine relativ niedrige vorragende innere Wand 270, 272, die seitlich von einem sich nach innen erstreckenden Vorsprung beabstandet ist, wie beispielsweise dem Vorsprung 274 an der Abdeckung 234. Der Vorsprung 274 ragt zu der Wand 270 hin vor, aber ist von dieser beabstandet, um ein breites, längliches, rechteckiges Lichtaufnahmefenster 276 an der Innenseite jedes Schenkels des Meßfühlers zu bilden, das sich über einen größeren Teil der Länge des Schenkels erstreckt.

Linsengehäuse 280, 282 sind fest an den Schenkeln des Hauptteils zwischen den vorderen und den hinteren Schenkelteilen angeordnet und tragen Linsen 284, 286 in einstellbaren Schraubfassungen 288, 290. Fühlerkörper 292, 294 sind von einer Elektroniktafel 296 getragen, die fest im Inneren des recht­ eckigen Scheitelabschnitts 236 montiert ist. Die Fühlerkörper weisen line­ are Reihen von Dioden 300, 302 auf, die zentral in Ausrichtung mit der optischen Achse der Linsen 284, 286 angeordnet sind, um Licht aufzunehmen, das durch die Linsen von den Spiegeln 262, 264 her reflektiert wird, die fest auf den geneigten Oberflächen 254, 260 an den freien Enden der Schen­ kelteile angeordnet sind.

Die Abdeckung 234 weist einen flachen Zwischenabschnitt 310 auf, der sich bis zu dem Scheitelabschnitt erstreckt und der sich dort nach außen über einen Verbindungsabschnitt 312 zu einem rückwärtigen Abschnitt 314 der Ab­ deckung erstreckt, der sich seinerseits längs des Scheitelabschnitts und an der Rückseite über diesen erstreckt, um das Innere des Scheitelabschnitts abzuschließen. Die Abdeckung 234 ist an dem Hauptteil 232 durch geeignete Mittel befestigt, beispielsweise durch Schrauben oder Bolzen 304.

Längs eines Zwischenabschnitts des Scheitelabschnitts des Körpers des Meß­ fühlers und längs rückwärtiger Abschnitte der inneren Seiten der Schenkel erstreckt sich eine vorragende, im wesentlichen U-förmige innere Wand 316, die eine Elektronikkammer 306 innerhalb des Scheitelabschnitts 236 von einer Lichtquellenkammer 322 trennt, die in einem vorderen Abschnitt des Scheitel­ abschnitts 236 ausgebildet und zwischen den rückwärtigen Teilen der Schenkel angeordnet ist. Eine durchscheinende Diffusorplatte 320 schließt den vorderen Abschnitt der Lichtquellenkammer 322 ab. Die letztere ist zwischen der Ab­ deckplatte, der U-förmigen inneren Wand 316, der Bodenplatte 244 des Gehäuse­ teils und der Diffusorplatte 320 selbst gebildet. Innerhalb der Lichtquellen­ kammer 322 ist eine Vielzahl von Glühlampen 326 auf einer gekrümmten Bahn längs der Krümmung der Diffusorplatte aufgereiht.

Die vorderen Enden 315, 317 der inneren Wand 316 sind gekrümmt und erstrec­ ken sich nach innen und nach hinten, wie bei 318 und 319 gezeigt, um Abstüt­ zungen zu bilden, an denen die vorderen Enden 321, 323 der Diffusorplatte 320 befestigt sind.

Die in den Fig. 10, 11 und 12 veranschaulichte Anordnung bildet einen kom­ pakten Meßfühler mit einer stark verlängerten optischen Pfadlänge, wobei der optische Pfad durch die Spiegel 262, 264 abgelenkt ist, und diese Anord­ nung ermöglicht die Verwendung von Linsen mit größerer Brennweite mit den damit verbundenen Vorteilen. Der Meßfühler von Fig. 10 bis 12 wird in der­ selben Weise benutzt wie der zuvor beschriebene Meßfühler.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen des Meßfüh­ lers derart, daß der Abstand zwischen den inneren Oberflächen der freien Enden der Schenkel etwa 57 mm (2 1/4 Zoll) beträgt, und der Abstand von einer Linie, die die Mittelpunkte der Spiegel 262, 264 verbindet, zu einer Linie als Tangente an den gekrümmten Mittelabschnitt der Diffusorplatte 320 ist etwa 54 mm (2 1/8 Zoll). Die linearen Diodenreihen 300, 302 sind zueinander ausgerichtet und liegen in derselben Ebene. Sie sind von Mittel­ punkt zu Mittelpunkt unter einem Abstand von etwa 75 mm (3 Zoll) bei dem beispielsweise in Fig. 10 bis 12 dargestellten Meßkopf angeordnet. Dieser Meßkopf bietet einen Empfindlichkeitsbereich, der ein kreisförmiger Bereich ist, der im wesentlichen konzentrisch zu einem Kreis ist, von dem ein Teil mit dem mittleren Abschnitt der Diffusorplatte 320 zusammenfällt. Bei einem Meßfühler mit diesen Abmessungen kann der Empfindlichkeitsbereich einen Durchmesser von etwa 28,6 mm (1 1/8 Zoll) haben. Die Anordnung ist so ge­ troffen, daß ein breiter Lichtstrahl mit einer durch die Linien 340, 342 an­ gedeuteten Breite durch den Spiegel 262 von der Lichtquelle innerhalb der Lichtkammer 322 her aufgenommen und durch die Linse 284 reflektiert wird, um den Lichtstrahl auf die Diodenreihe 300 zu fokussieren. In ähnlicher Weise wird ein breiter, durch die Linien 348, 350 angedeuteter Lichtstrahl von der Lichtquelle her durch den Spiegel 264 aufgenommen und durch die Linse 286 reflektiert, die den Strahl auf die Ebene der Diodenreihe 302 fokussiert. Diese breiten Lichtstrahlen werden durch die relativ breiten Fenster 276 in den Schenkelabschnitten aufgenommen, wobei jedes Fenster sich im wesentlichen von einem freien Ende des Schenkelabschnitts über einen größeren Teil der Länge dieses Schenkelabschnitts erstreckt. Das vergrößerte Aufnahmefenster gestattet die Verwendung eines großen Empfindlichkeitsbe­ reichs und eine vergrößerte Länge des optischen Pfades. Ein Meßfühler mit diesen generellen Abmessungen hat einen Empfindlichkeitsbereich mit einem Durchmesser von etwa 28,6 mm (1 1/8 Zoll) und kann zum Messen von Rohren mit Durchmessern von etwa 1,2 mm (0,05 Zoll) bis zu einem Maximum von etwa 25 mm (1 Zoll) verwendet werden.

Wenn es notwendig oder wünschenswert erscheint, z.B. um die Genauigkeit der Anordnung der Mittellinie des Rohrs innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des hier beschriebenen Meßfühlers zu erhöhen, können zusätzliche Fühleran­ ordnungen in geeigneter Weise vorgesehen sein, wie beispielsweise dritte und vierte oder weitere Diodenreihen (nicht gezeigt), um im wesentlichen redun­ dante Lagemessungen der Mittellinie des Rohres zu liefern. So kann beispiels­ weise bei der Verwendung von drei Fühlerreihen eine dieser Reihen mit jeder der beiden anderen gepaart werden, um zwei redundante Meßsätze zu erzielen. Bei Verwendung von vier Diodenreihen kann jede Diodenreihe mit jeder der drei anderen Reihen gepaart werden, wodurch sich eine Gesamtzahl von sechs Messungen ergibt, die unabhängig voneinander durchgeführt werden können und deren Mittelwert gebildet werden kann, um ein genaueres End-Meßergebnis zu erzielen.

Obwohl hier ein U-förmiger Meßfühler beschrieben wurde, wie er auch in einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel verwirklicht wurde, ist klar, daß andere Formen des Meßfühlers benutzt werden können, um einen in sich abgeschlossenen Meßfühler zu bilden, der eine eingebaute Lichtquelle hat, die einen breiten Lichtbereich liefert, der die Gesichtsfelder zweier unter gegenseitigen Winkeln angeordneter Diodenreihen überstreicht, die an dem Meßfühler angeordnet sind und die zwischen sich einen Empfindlichkeitsbe­ reich bilden, in dem ein abdeckendes, zu messendes Rohr angeordnet werden kann.

Bei der beschriebenen Anordnung sind die Diodenreihen nach innen gegen die an dem Meßfühler angeordnete Lichtquelle gerichtet bzw. schauen die Dioden­ anordnungen in Richtung auf die Lichtquelle. Es ist jedoch auch eine Kon­ struktion möglich, bei der die Diodenreihen an dem Fühler derart angeordnet sein können, daß sie von dem Fühler nach außen zu einer entfernten, brei­ teren und intensiveren Lichtquelle hin gerichtet sind, die in irgendeiner Beziehung zu dem Arbeitstisch fest angeordnet ist oder die in anderer Weise an einem anderen Bauteil als dem Meßfühler montiert ist. Eine solche Licht­ quelle würde ein breites Lichtfeld zu dem zu messenden Rohr, über dieses und an diesem vorbei zu den lichtempfindlichen Anordnungen des Meßfühlers schicken. Die Meßfühleranordnungen würden dann an der Seite des zu messenden Rohres angeordnet sein können, und zwar entgegengesetzt zu der Lichtquelle, so daß das Rohr Abschnitte beider Fühleranordnungen abdecken würde, genauso wie es vorstehend beschrieben wurde.

Ein bedeutender Vorteil der in dem Meßfühler selbst enthaltenen Lichtquelle, die so angeordnet ist, daß sie beide Diodenreihen beleuchtet, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist, ist der Umstand, daß unabhängig von der Art der Handhabung des Meßfühlers und unabhängig von seiner Stellung oder seiner Orientierung, die Lichtquelle immer beide Diodenreihen anstrahlt.

Claims (16)

1. Optischer Meßfühler, gekennzeichnet durch

• - einen Arbeitskopf (30),
• - erste und zweite, mit gegenseitigen Abständen angeordnete Lichtfühler (78, 80), die an dem Arbeitskopf (30) angeordnet sind und einander überlappende Gesichtsfelder haben,
• - eine von beiden Lichtfühlern (78, 80) mit Abstand angeordnete Licht­ quelle (62), die sich über wenigstens einen gemeinsamen Teil der über­ lappenden Gesichtsfelder erstreckt und so angeordnet ist, daß sie beide Lichtfühler (78, 80) über wenigstens diesen gemeinsamen Ab­ schnitt der Gesichtsfelder anstrahlt,
• - wobei ein Abschnitt der Gesichtsfelder beider Lichtfühler (78, 80) durch die Anwesenheit eines abdeckenden Gegenstands (10) in den über­ lappenden Gesichtsfeldern, dessen Stellung zu messen ist, abgedeckt ist,
• - sowie auf die Lichtfühler (78, 80) ansprechende Mittel zum Erzeugen eines Satzes von Signalen, die gemeinsam die Stellung eines abdecken­ den Gegenstands (10) in Bezug auf den Arbeitskopf (30) in einem dem Arbeitskopf (30) fest zugeordneten Bezugssystem definieren.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfühler (78, 80) optische Achsen (110, 112) haben, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, und wobei die Lichtquelle (62, 120) einen breiten Licht­ strahl liefert, der in der gemeinsamen Ebene liegt.

3. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­ fühler (78, 80) erste und zweite lineare Reihen (122, 124) von licht­ empfindlichen Elementen aufweisen, daß die Abdeckung von Abschnitten der Gesichtsfelder der Lichtfühler (78, 80) Licht von der Lichtquelle (62, 120) daran hindert, erste und zweite Gruppen (126, 128) der lichtempfindlichen Elemente der ersten und zweiten Reihen (122, 124) zu beleuchten, und daß die Einrichtung zum Erzeugen des Signalsatzes Einrichtungen zum Abtasten der lichtempfindlichen Elemente der Reihen (122, 124) sowie Einrichtungen aufweist, die auf die Abtasteinrich­ tungen ansprechen, um Signale zu erzeugen, die die Stellungen der Gruppen (126, 128) der Elemente in Bezug auf die jeweiligen Reihen (122, 124) darstellen.

4. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf (30) einen Hauptteil (32) aufweist, der erste und zweite Endabschnitte (38, 40) und einen Verbindungsabschnitt (36) aufweist, daß die Licht­ fühler (78, 80) an den ersten und zweiten Endabschnitten (38, 40) ange­ ordnet und gegen den Verbindungsabschnitt (36) gerichtet sind, daß der Hauptteil (32) ein Fenster (100) aufweist, das sich um den Verbin­ dungsabschnitt (36) herum zu den Endabschnitten (38, 40) erstreckt, daß die Lichtquelle (62, 120) innerhalb des Hauptteils (32) angeord­ net ist und derart gestaltet ist, daß sie Licht durch das Fenster (100) gegen die Lichtfühler (78, 80) aussendet.

5. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf einen Hauptteil (232) mit ersten und zweiten Endabschnitten (238, 240) hat sowie einen inneren Verbindungsabschnitt (236), daß die Licht­ fühler (292, 294) jeweils an dem inneren Verbindungsabschnitt (236) angeordnet sind, daß erste und zweite Spiegel (262, 264) an den Endab­ schnitten (238, 240) angeordnet sind, um Licht zu den Lichtfühlern (292, 294) zu reflektieren, daß der Hauptteil (232) in sich ein Fenster (276) aufweist, das sich um seinen inneren Abschnitt herum erstreckt und zu den Endabschnitten (238, 240) hin gerichtet ist, daß die Licht­ quelle (326) innerhalb des Hauptteils (232) angeordnet ist und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um Licht durch das Fenster (276) gegen die Spiegel (262, 264) auszusenden.

6. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits­ kopf einen Hauptteil (32) aufweist, der Endabschnitte (38, 40) und einen inneren Verbindungsabschnitt (36) aufweist, daß die Lichtquelle (62) innerhalb des Hauptteils (32) angeordnet ist, daß ein Fenster (100) in dem Hauptteil (32) vorgesehen ist, um Licht von der Licht­ quelle (62) zu den Endabschnitten (38, 40) durch einen Empfindlich­ keitsbereich hindurch passieren zu lassen, der sich zwischen den End­ abschnitten (38, 40) und dem inneren Verbindungsabschnitt (36) er­ streckt, daß die Lichtfühler (78, 80) an dem Gehäuse des Hauptteils (32) an verschiedenen Stellen angeordnet sind, und daß erste und zweite optische Einrichtungen (68, 69) vorgesehen sind, um erste und zweite optische Pfade von der Lichtquelle (62) zu den ersten und zweiten Lichtfühlern (78, 80) zu schaffen und auf den Lichtfühlern erste und zweite Bilder der Lichtquelle (62) zu bilden.

7. Meßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung erste und zweite Spiegel (262, 264) aufweist, die in den optischen Pfaden angeordnet sind, um Licht von der Lichtquelle (62; 326) zu den Lichtfühlern (78, 80; 292, 294) zu reflektieren, sowie erste und zweite Linsen (68, 69; 284, 286), die jeweils in einem der optischen Pfade angeordnet sind.

8. Meßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (326) innerhalb des inneren Verbindungsabschnitts (236) angeordnet ist, daß die Lichtfühler (292, 294) in dem Verbindungsabschnitt (236) an entgegengesetzten Seiten der Lichtquelle (326) angeordnet sind, daß die optische Einrichtung erste und zweite Spiegel (262, 264) aufweist, die in den optischen Pfaden angeordnet sind, um Licht von der Licht­ quelle (326), das zu den Spiegeln (262, 264) gelangt, zu reflektieren, sowie erste und zweite Linsen (284, 286), die jeweils in einem der optischen Pfade angeordnet sind.

9. Optisches Meßgerät zum Messen gebogener Rohre mit folgenden Teilen:

• - eine Abstützung (12),
• - einen Arbeitskopf (30),
• - einen gelenkigen Arm (20, 22, 24, 26, 28), der den Arbeitskopf (30) an der Abstützung (12) zur Bewegung um eine Vielzahl von gegensei­ tig winkelversetzten Achsen in verschiedene Stellungen lagert,
• - Einrichtungen, die in Abhängigkeit der Verschwenkung des Arms einen Satz von Signalen erzeugen, die gemeinsam die Stellung des Arbeits­ kopfs definieren, dadurch gekennzeichnet,
• - daß der Arbeitskopf (30) ein Gehäuse oder Hauptteil (32) aufweist, das einen Zwischenabschnitt (36) und erste und zweite Endabschnitte (38, 40) aufweist,
• - daß die Endabschnitte (38, 40) und der Zwischenabschnitt (36) einen Empfindlichkeitsbereich zwischen den Endabschnitten benachbart zu dem Zwischenabschnitt begrenzen,
• - daß eine Beleuchtungseinrichtung (62) an dem Hauptteil (32) ange­ ordnet ist, um Licht über den Empfindlichkeitsbereich hinweg zu den Endabschnitten (38, 40) hin zu projizieren,
• - daß erste und zweite Lichtfühler (78, 80) an dem Arbeitskopf (30) angeordnet sind,
• - und daß optische Einrichtungen vorgesehen sind, um erste und zweite optische Pfade zu bilden, die sich von der Lichtquelle (62) über den Empfindlichkeitsbereich zu den Endabschnitten (38, 40) und zu den Lichtfühlern (78, 80) erstrecken.

10. Meßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfühler (78, 80) an den Enden der jeweiligen Endabschnitte (38, 40) angeord­ net sind und Reihen (122, 124) von lichtempfindlichen Elementen auf­ weisen, und daß die optische Einrichtung Linsen (68, 69) aufweist, die an dem Arbeitskopf (30) zwischen den Reihen (122, 124) und dem Em­ pfindlichkeitsbereich angeordnet sind.

11. Meßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung Mittel zur Bildung eines abgewinkelten optischen Pfades von der Lichtquelle (326) über den Empfindlichkeitsbereich hinweg zu den Lichtfühlern (292, 294) aufweist, daß diese Mittel zur Bildung des abgewinkelten optischen Pfades erste und zweite Spiegel (262, 264) aufweisen, die an den jeweiligen Enden der Endabschnitte (238, 240) angeordnet sind, um Licht von der Lichtquelle (326) zu den zugehörigen Lichtfühlern (292, 294) zu reflektieren.

12. Meßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (326) an dem Zwischenabschnitt (236) angeordnet ist und daß die Licht­ fühler (292, 294) an dem Zwischenabschnitt (236) an entgegengesetzten Seiten der Lichtquelle (326) angeordnet sind.

13. Optisches Meßgerät zum Messen gebogener Rohre mit folgenden Teilen:

• - eine Abstützung (12),
• - einen Arbeitskopf (30),
• - einen gelenkigen Arm (20, 22, 24, 26, 28), der den Arbeitskopf (30) an der Abstützung (12) zur Bewegung um eine Vielzahl von gegensei­ tig winkelversetzten Achsen in verschiedene Stellungen lagert,
• - Einrichtungen, die in Abhängigkeit der Verschwenkung des Arms einen Satz von Signalen erzeugen, die gemeinsam die Stellung des Arbeits­ kopfs definieren, dadurch gekennzeichnet,
• - daß der Arbeitskopf (30) erste und zweite mit gegenseitigen Ab­ ständen angeordnete Lichtfühler (78, 80) aufweist, die an dem Arbeitskopf (30) gelagert sind und die überlappende Gesichtsfelder haben,
• - daß eine Lichtquelle (62) mit Abstand von beiden Lichtfühlern (78, 80) angeordnet ist und Licht über wenigstens einen gemeinsamen Ab­ schnitt der sich überlappenden Gesichtsfelder abstrahlt und so an­ geordnet ist, daß sie beide Lichtfühler (78, 80) über wenigstens diesen gemeinsamen Abschnitt der Gesichtsfelder hinweg beleuchtet,
• - daß durch Anwesenheit in den überlappenden Gesichtsfeldbereichen eines abdeckenden Rohrs (10), dessen Position zu messen ist, ein Abschnitt der Gesichtsfelder beider Lichtfühler (78, 80) abgedeckt ist,
• - und daß eine auf die Lichtfühler (78, 80) ansprechende Einrichtung zum Erzeugen eines Satzes von Signalen vorgesehen ist, die gemein­ sam die Stellung eines abdeckenden Rohres (10) in Bezug auf den Arbeitskopf (30) in einem dem Arbeitskopf (30) fest zugeordneten Bezugssystem definieren.

14. Optisches Meßgerät zum Messen langer schlanker Gegenstände mit fol­ genden Teilen:

• - eine Abstützung (12),
• - ein Arbeitskopf (30),
• - ein gelenkiger Arm (20, 22, 24, 26, 28), der den Arbeitskopf (30) an der Abstützung (12) zur Bewegung um eine Vielzahl von unter gegenseitigen Winkeln angeordneten Achsen in verschiedene Stel­ lungen lagert,
• - und eine Einrichtung, die auf die Winkelbewegungen des Arms an­ spricht, um einen Satz von Signalen zu liefern, die gemeinsam die Stellung des Arbeitskopfs (30) definieren, dadurch gekennzeichnet,
• - daß der Arbeitskopf ein Gehäuse (Hauptteil 232) aufweist, das einen Zwischenabschnitt (236) und erste und zweite Endabschnitte (238, 240) aufweist,
• - daß die Endabschnitte (238, 240) und der Zwischenabschnitt (236) einen Empfindlichkeitsbereich zwischen den Endabschnitten (238, 240) benachbart zu dem Zwischenabschnitt (236) begrenzen,
• - daß eine Lichtquelle (326) an dem Gehäuse (Hauptteil 232) in dem Zwischenabschnitt (236) angeordnet ist, um Licht über den Empfind­ lichkeitsbereich hinweg zu den Endabschnitten (238, 240) zu proji­ zieren,
• - daß erste und zweite Lichtfühler (292, 294) an dem Arbeitskopf (30) in dem Zwischenabschnitt (236) an entgegengesetzten Seiten der Lichtquelle (326) angeordnet sind,
• - daß erste und zweite Reflektoreinrichtungen (262, 264) an den End­ abschnitten (238, 240) angeordnet sind, um Licht von der Licht­ quelle (326) aufzunehmen und Licht zu den Lichtfühlern (292, 294) zu reflektieren,
• - und daß Linsen (284, 286) in dem Gehäuse (Hauptteil 232) zwischen den Reflektoreinrichtungen (262, 264) und den Lichtfühlern (292, 294) angeordnet sind.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenab­ schnitt (236) Einrichtungen aufweist, die eine Elektronikkammer (306) begrenzen, sowie Einrichtungen, die eine Lichtquellenkammer (322) in einem Bereich vor der Elektronikkammer (306) begrenzen, daß die Licht­ fühler (292, 294) innerhalb der Elektronikkammer (306) an entgegenge­ setzten Seiten der Lichtquellenkammer (322) angeordnet sind, daß die Lichtquellenkammer (322) eine Öffnung aufweist, die nach vorn in Rich­ tung auf die Endabschnitte (238, 240) weist, und daß eine Lichtdiffu­ sorplatte (320) diese Öffnung abschließt.

16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (Haupt­ teil 232) im wesentlichen U-förmig ist und erste und zweite Schenkel­ abschnitte (238, 240) aufweist, die durch den Zwischenabschnitt (236) miteinander verbunden sind, daß die ersten und zweiten Endabschnitte freie Enden der Schenkelabschnitte (238, 240) bilden, und daß jeder Schenkelabschnitt (238, 240) ein Lichtaufnahmefenster (276) hat, das sich von einem freien Ende des jeweiligen Schenkelabschnitts (238, 240) über einen größeren Teil der Länge desselben erstreckt.