DE4415582A1 - Vorrichtung zur optischen Abstandsmessung an Innenwänden durch Einführung eines Meßkopfes - Google Patents

Vorrichtung zur optischen Abstandsmessung an Innenwänden durch Einführung eines Meßkopfes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Abstandsbestimmung oder Messung. Diese Messung erfolgt prinzipiell durch Triangulation.
Insbesondere die Messung von Wandstärken bei Rohren ist ein Problem, das aufgrund des geringen Durchmessers bisher nicht gelöst werden konnte. Es ist notwendig einen geeigneten Meßkopf mit geringen Außenabmessungen zu konstruieren, um in einem Objekt (z. B. einem Rohr) oder einer Objektöffnung (z. B. einer Bohrung mit oder ohne Gewinde) eine Messung durchführen zu können. Vorzugsweise wird der Meßkopf als zylindrisches Rohr ausgebildet, das in einem Inspektionsmeßplatz z. B. in ein Rohr, einen Fitting, oder sonstige Objekte eingeführt wird.
Das System erzeugt ein Signal, das in geeigneter Weise dem Bedienpersonal oder der Produktionslinie zugänglich gemacht, beziehungsweise zur Verfügung gestellt wird.
Die Aufgabe wird prinzipiell durch ein Triangulationssystem gelöst. Dabei bezieht sich die Erfindung auf die Möglichkeit mit einer Kombination aus Endoskopiesystem und Triangulationssensorik nicht nur eine Betrachtung von unzugänglichen Stellen, sondern auch eine Abstandsmessung der innen oder außen liegenden Oberflächen dieser Ob­ jektbereiche durchzuführen. Dabei besteht die Senderanordnung aus geeigneten opto­ elektronischen Komponenten, die über eine ein- oder mehrfach gefaltete Optik eine Strahlumlenkung vorzugsweise senkrecht zur Einschubrichtung ermöglicht. Der Meßbe­ reich befindet sich außerhalb der Meßkopfes. Die von der Oberfläche reemittierte In­ tensität entspricht dem Empfängerstrahlengang eines normalen Triangulationssensors. Dieser Strahlengang wird ebenfalls geeignet gefaltet, so daß seine Strahlrichtung inner­ halb des Meßkopfes liegt. Abgebildet wird dieser Strahl über eine geeignete Optik auf ein optolektronisches Empfängerbauteil, das die Möglichkeit der positionsempfindli­ chen Signalauswertung ermöglicht. Die vorhandene Elektronik erzeugt die notwendigen Signale zur Sendersteuerung ebenso wie sie für die Auswertung der Empfängersignale zuständig ist.
Der angedachte Einsatz bezieht sich z. B. auf die Wandstärkemessung von Rohren mit und ohne Profil oder Gewinden an den Objektenden, die Messung von Bohrungen, Löchern oder sonstigen Hohlräumen. Auch die Vollständigkeitskontrolle eines Profils oder Gewindes läßt sich mit dieser Messung durchführen. Ebenso können alle Werkstücke, die aufgrund ihres Innendurchmessers andere Meßverfahren ausschließen, vermessen werden.
Die Anordnung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Meßsystem nach der oben genannten Beschreibung mit einer speziellen Anordnung der gefalteten Strahlengänge;
Fig. 2 Ausschnittsvergrößerung von Fig. 1; Abgesetzter Meßkopf und Meßbereich.
In Kombination mit einem weiteren Abstandssensor vorzugsweise einem Triangulationsensor können auch direkt Wandstärken von Rohren oder Bohrungen oder ähnlichen oben beschriebenen Objekten in einem Differenzmeßverfahren gemessen werden.

Claims (12)

1. Optisches Verfahren zur Durchführung und Anzeige einer Abstandsmessung an Innenwänden nach dem Triangulationsprinzip durch Faltung der Strahlengänge, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sender (a) ein optisches Signal (b) emittiert,
der Strahlengang (b) des Senders (a) ein- oder mehrfach in geeigneter Weise (c, d, g) gefaltet wird,
der eigentliche Meßkopf (f) eine von Sensor (o) abgesetzte optische Anordnung ist,
der Sendestrahl (b) vorzugsweise senkrecht vom Meßkopf (f) radial nach außen abgelenkt wird,
der Meßkopf vorzugsweise aus einem zylindrischen Rohr (e) besteht,
die Strahlung bis zum Meßbereich (i) geführt wird,
die Strahlung (k) an den Meßpunkt (j) reemittiert wird,
der Strahlengang der reemittierten Strahlung (k) wiederum ein- oder mehrfach geeignet gefaltet (l) wird,
diese Strahlung (k) von einer geeigneten Optik (m) abgebildet wird,
die Abbildung auf einem optoelektronischen Empfänger (n), vorzugsweise CCD (n) oder PSD (n) positionsselektiv auftrifft,
durch die Strahlung ein elektrisches Signal hervorgerufen wird,
dieses Signal nach dem Triangulationsprinzip einem Meßwert (2) im Meßbereich (i) entspricht,
dieser Meßwert durch die Verarbeitungseinheit (p) in geeigneter Form zur Anzeige gebracht wird oder der Produktionslinie über eine beliebige Schnittstelle zur Verfügung gestellt wird,
der abgesetzte Sensorkopf in das Meßobjekt eingeführt wird,
der Sensor aufgrund seiner Baugröße vorzugsweise bei der Messung von Innenwänden, Bohrungen, Löchern, Sacklöchern, Innengewinden, sonstigen Hohlräumen eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionswellenlänge des Senders (a) nicht festliegt. Sie kann in geeigneter Weise für den Anwendungsfall gewählt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionswellenlänge des Senders (a) und die Empfindlichkeitscharakteristik des Empfängers (n) aufeinander angepaßt sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (a) seine optische Leistung kontinuierlich oder moduliert oder gepulst emittiert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (a) aus einem Laser oder aus einer Leuchtdiode (LED) oder aus einer anderen Lichtquelle bestehen kann.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Leistung des Senders (a) über einen gefalteten Strahlengang (b) oder über eine Glasfaser oder über ein Glasfaserbündel in den Meßkopf (f) geführt werden kann.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser oder die LED oder eine geeignete andere Beleuchtungsquelle sich auch direkt im abgesetzten Meßkopf (f) befinden kann.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von LED′s oder Lasern oder Glasfaseranordnungen direkt im Meßkopf (f) noch eine abbildende Optik ebenfalls im Meßkopf (f) notwendig sein kann.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltung der Strahlengänge durch Spiegel (c, d, g, l) oder Prismen (c, d, g, l) oder andere optische Bauelemente erfolgen kann.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (p) sowohl den Sender (a) als auch den optoelektronischen Empfänger (n) ansteuert und die Daten auswertet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (p) auch den Meßwert in geeigneter Form zur Anzeige bringt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentraleinheit (p) ein Signal zur Regelung des Produktionsprozesses zur Verfügung gestellt werden kann.
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