Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung eines flächigen Elements mit zumindest teilweise direkt reflektierender Oberfläche, z.B. eines Glaselements, mit einer Meßauflage, auf der das zu vermessende Element positionierbar ist und mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Abstands-Meßsensoren, mit welchen jeweils der Abstand zwischen einer Bezugsfläche und der Oberfläche des flächigen Elements entlang einer Meßachse des Meßsensors bestimmbar ist.
Mit Vorrichtungen der vorgenannten Art kann der Verlauf von beliebigen flächigen Elementen, z.B. gewölbten Glasscheiben, wie Windschutzscheiben od. dgl. nach einem Produktionsschritt bestimmt werden.
Bei der Herstellung von Windschutzscheiben für Kraftfahrzeuge ist z.B. die Maßhaltigkeit von Glaslaminatschichten eine wichtige Bedingung für die spätere Endfertigung durch Verpressen mehrerer dieser Schichten zu einer Scheibe. Zu diesem Zweck wird das halbfertige flächige Glaselement einer Vermessung unterzogen, welche die Toleranzen der Krümmung feststellen hilft. Eine Anordnung aus z.B. fünfzig mechanischen Meßfühlern wird dabei pneumatisch gegen die Glasoberfläche angestellt und auf diese Weise der Abstand bestimmt. Aber auch die Maßkontrolle der fertigen, aus den Laminatschichten zusammengesetzten Windschutzscheibe stellt einen wichtigen Prüfschritt dar.
Nachteilig bei dieser Art der Messung sind die hohe Ausfallshäufigkeit der mechanisch bewegten Meßfühler und die relativ hohe Anstelizeit, die für einen Meßvorgang benötigt wird, da abgewartet werden muß, bis alle Meßfühler sich im eingeschwungenen Meßzustand befinden, um ein verläßliches Meßergebnis zu erzielen. Nicht zu unterschätzen ist die Beeinträchtigung des Meßobjekts selbst durch die mechanische Beaufschlagung. So ist festzustellen, daß selbst bei geringem Meßdruck es zu einer vorübergehenden Verbiegung des Glaselements kommen kann, was eine negative Auswirkung auf das Meßergebnis zur Folge hat.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die vorstehend genannten Nachteile vermeidet und eine Messung mit geringen Meßzeiten, geringstmöglicher Einwirkung auf das zu vermessende Element und mit vernachlässigbaren Ausfallsraten gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß die Abstands-Meßsensoren durch optische Meßsensoren, welche jeweils einen Lichtsender zur Aussendung eines gebündelten Lichtstrahls und zumindest einen Lichtempfänger umfassen, gebildet sind.
Eine optische Vermessung des flächigen Elements bietet den Vorteil einer berührungslosen, raschen und fehlersicheren Messung. Beruhigungszeiten aufgrund mechanischer Einstellvorgänge, wie sie bei Vorrichtungen gemäß Stand der Technik anfallen, sind dabei nicht einzuhalten. Da keine mechanisch bewegten Teile vorhanden sind, ergeben sich größere Wartungsintervalle.
Besonders bevorzugt ist die Messung mittels optischer Triangulation, bei der aufgrund des Einfalls des reflektierten Lichtes auf den Lichtempfänger der Abstand des reflektierenden Objekts bestimmt werden kann. In Weiterbildung der Erfindung kann daher die optische Achse des Lichtsenders jedes Meßsensors gegenüber seiner Meßachse um einen Winkel γ geneigt sein. Bei entsprechender Positionierung des Lichtempfängers kann der im Reflexionswinkel von der Oberfläche des Meßobjekts reflektierte Lichtstrahl zur Abstandsbestimmung herangezogen werden. Durch die eingenommene Reflexionsstellung kann der Abstand mit großer Meßsicherheit ermittelt werden. Besonders bei der Vermessung von stark reflektierenden, spiegelnden bzw. transparenten Meßobjekten erweist sich eine Meßanordnung mit geneigter optischer Achse des Lichtaustritts gegenüber der Oberflächennormale als vorteilhaft, da auf diese Weise Meßfehler vermieden werden können.
Es kann in jedem optischen Meßsensor eine Austrittsöffnung ausgebildet sein, durch die der vom Lichtsender entlang seiner optischen Achse abgegebene Lichtstrahl austritt und
der von der reflektierenden Oberfläche des zu vermessenden Elements reflektierte Lichtstrahl eintritt. Damit kann sowohl der Lichtaustritt als auch der Lichteintritt durch eine einzige Öffnung eines Gehäuses erfolgen.
Eine besonders hohe Auflösung und eine sehr hohe Meßgenauigkeit lassen sich erzielen, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Lichtsender durch eine Laserdiode und der Lichtempfänger durch mindestens ein ortsauflösendes CCD-Zeilenelement gebildet sind. Alternativ dazu kann beispielsweise ein homogenes, analoges PSD(position sensitive device)-Element als Lichtempfänger Anwendung finden.
Da sich bei Einhaltung der Reflexionsbedingung naturgemäß eine relativ hohe Meßsensorbreite ergibt, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß in jedem optischen Meßsensor ein erstes optisches Umlenkelement zum Umlenken des vom Lichtsender ausgesandten Lichtstrahls vorgesehen ist. Auf diese Weise kann der Lichtsender so angeordnet werden, daß eine kleinere Bauweise des Meßsensors ermöglicht wird.
Noch höhere Kompaktheit des Meßsensors läßt sich erzielen, wenn in jedem optischen Meßsensor ein zweites optisches Umlenkelement zum Umlenken des vom zu vermessenden Element reflektierten Lichtstrahls vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine sehr hohe Anzahl von derartig kompakten Meßsensoren sehr dicht in der erfindungsgemäßen Vorrichtung positioniert werden und damit ein vollwertiger Ersatz der bekannten mechanischen Meßsensoren geschaffen werden.
Eine weitere vorteilhafte Platzeinsparung unter den für die Realisierung des Meßsensors erforderlichen Bauteilen läßt sich erreichen, wenn das erste und das zweite optische Umlenkelement durch einen ersten und einen zweiten Spiegel gebildet sind.
Weiters kann vorgesehen sein, daß der erste Spiegel normal zu der durch die optische Achse des Lichtsenders und der Meßachse gebildeten Ebene angeordnet ist und einen
Winkel α mit der Meßachse einschließt, wobei der Winkel α in einem Bereich von 5° bis 1 5° liegt, vorzugsweise 10° beträgt.
Eine für eine geringe Baugröße einerseits und für eine hohe Meßsicherheit andererseits vorteilhafte Anordnung kann dadurch erreicht werden, daß der Winkel γ zwischen der Meßachse und der optischen Achse des Lichtsenders 40° beträgt.
Auch der zweite Spiegel kann so eingerichtet werden, daß sich die Kompaktheit des Meßsensors erhöht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann daher vorgesehen sein, daß der zweite Spiegel normal zu der durch die optische Achse des Lichtsenders und der Meßachse gebildeten Ebene angeordnet ist und einen Winkel ß mit der Meßachse einschließt, wobei der Winkel ß in einem Bereich von 2° bis 7° liegt, vorzugsweise 5° beträgt.
Meßfehler entstehen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung z.B. durch eine Fehlorientierung der Oberfläche des zu vermessenden Elements, da sich dann aus der optischen Triangulation falsche Abstandswerte gegenüber einem Referenz-Element ergeben.
Dieser Meßfehler kann kompensiert werden, wenn der Auftreffpunkt des vom zu vermessenden Element reflektierten Strahls nicht nur in einer sondern in zwei oder mehreren Ebenen, d.h. Abständen vom Element bestimmt wird.
So kann der im Strahlengang des reflektierten Strahls angeordnete zweite Spiegel durch eine halb-durchlässige und reflektierende Platte, z.B. aus Glas, mit großer Dicke gebildet sein, die den reflektierten Strahl einmal an der Vorderseite und einmal an der Rückseite reflektiert. Zwischen diesen beiden Reflexionspunkten liegt der Abstand in der Größe der Plattendicke und entlang dieses Abstands ändert sich der Ort des Auftreffens auch in Abhängigkeit von der Orientierung des reflektierten Strahls, sodaß über die zwei unterschiedlichen Reflexionspunkte auf der Vorder- und Rückseite der
Platte eine ausreichende Information zur Kompensation einer Fehlorientierung gewonnen werden kann.
Alternativ dazu kann der zweite Spiegel durch einen halbdurchlässigen Spiegel oder durch eine Strahlteilerplatte gebildet sein, durch den das vom zu vermessenden Element reflektierte Licht hindurchtritt und zugleich auch reflektiert wird, wobei der nochmals reflektierte Strahl auf den ersten Lichtempfänger auftrifft und der durchgelassene Strahl von einem weiteren Lichtempfänger aufgenommen wird, der im Strahlengang des vom zu vermessenden Element reflektierten Lichtstrahls und zum Lichtempfänger beabstandet angeordnet ist. Dieser weitere optische Lichtempfänger kann somit - in Richtung des reflektierten Strahls gesehen - hinter dem halbdurchlässigen Spiegel oder der Strahlteilerplatte angeordnet sein. Die auf dem Lichtempfänger und dem weiteren Lichtempfänger auftreffenden Lichtstrahlen ergeben wieder sowohl Aufschluß über die Abweichungen des zu vermessenden Elements von einem Referenzelement als auch über dessen Fehlorientierung, sodaß die aus dieser Fehlorientierung entstehenden Meßfehler kompensiert werden können.
Der weitere Lichtempfänger kann wieder durch ein ortsauflösendes CCD-Zeilenelement oder durch ein anderes ortsauflösendes optisches Element, z.B. PSD-Element gebildet sein.
Bei der Reflexion des vom Lichtsender ausgesandten Lichtstrahls auf dem zu vermessenden Element ergibt sich eine Aufweitung des Lichtstrahls, die für eine Verschlechterung der Auflösung im Lichtempfänger verantwortlich ist. Eine weitere negative Beeinflussung des Meßergebnisses ergibt sich, wenn der Bereich des zu vermessenden Elements, auf den der Lichtstrahl auftrifft nicht genau normal zur Meßachse orientiert ist sondern seine Orientierung mehr oder wenig davon abweicht.
Um einerseits eine scharfe Abbildung des reflektierten Strahls auf dem Lichtempfänger des Meßsensors zu bewirken und andererseits Fehlorientierungen des vom Lichtstrahl
erfaßten Bereiches auszugleichen, kann daher in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß eine Sammellinse im Strahlengang des vom zu vermessenden Element reflektierten Lichtstrahls angeordnet ist, wobei der entlang des Strahlenganges des vom zu vermessenden Element reflektierten Lichtstrahls gemessene Abstand zwischen der Sammellinse und dem Lichtempfänger vorzugsweise ungefähr gleich der zweifachen Brennweite 2f beträgt, und das zu vermessende Element während des Meßvorganges vorzugsweise ungefähr im Abstand der zweifachen Brennweite 2f zur Sammellinse positioniert wird.
Vorzugsweise im Abstand der zweifachen Brennweite 2f bedeutet in diesem Zusammenhang, daß auch Abweichungen von dieser Beabstandung zugelassen sind. Beträgt der Abstand zwischen der Sammellinse und dem Lichtempfänger etwa 2f + Δ so ist eine scharfe Abbildung auf dem Lichtempfänger wiederum dann gegeben, wenn der Abstand zwischen der Sammellinse und dem zu vermessenden Element, jeweils entlang des Lichtweges gemessen, 2f - Δ beträgt.
Die Sammellinse kann dabei - in Strahlrichtung gesehen - vor oder nach dem Umlenkelement, das im Strahlengang vorgesehen ist, angeordnet sein.
Eine genaue Ausrichtung des Meßsensors gegenüber dem zu vermessenden flächigen Element kann dadurch erreicht werden, daß jeder optische Meßsensor in einem Gehäuse angeordnet ist, welches an einer Seite eine Positionierungshalterung aufweist, über welche das Gehäuse in einer Referenz-Grundplatte der Vorrichtung fixierbar ist.
Eine weitere Maßnahme zur genauen und reproduzierbaren Ausrichtung des Meßsensors kann darin bestehen, daß die Mittelachse der Positionierungshalterung in der Meßachse des Meßsensors verläuft.
Bereits bekannte Vorrichtungen zur Vermessung von flächigen Elementen mit reflektierender Oberfläche umfassen sehr dicht angeordnete mechanische Meßfühler, die in
Bohrungen der Vorrichtung eingesetzt sind. Um diese Fühler durch optische Sensoren auf einfache Weise ersetzen zu können, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Positionierungshalterung eine zylindrische Form aufweist, und daß mehrere Bohrungen in der Referenz-Grundplatte vorgesehen sind, die mit der zylindrischen Positionierungshalterung eine Passung bilden.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß der Lichtsender im Bereich der Austrittsseite des ausgesandten Lichtstrahls bzw. der Eintrittsseite des reflektierten Lichtstrahls angeordnet ist, und daß der Lichtempfänger in dem von der Austritts- bzw. Eintrittsseite entfernten Bereich des Gehäuseinneren angeordnet ist. Dadurch ist eine platzsparende Anordnung dieser Bauteile gewährleistet.
Schließlich kann der ortsauflösende lineare Bereich des Lichtempfängers in der durch die optische Achse des Lichtsenders und der Meßachse gebildeten Ebene angeordnet sein und einen Winkel ε mit der Meßachse einschließen, der von 90° verschieden ist. Auf diese Weise können die reflektierten Strahlen mit ansteigender Entfernung des zu vermessenden Objekts dennoch scharf auf dem Lichtempfänger abgebildet werden.
Weiters betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke eines flächigen, transparenten Elements mit reflektierenden Oberflächen, z.B. eines Glaselements. Dies geschieht durch Auswertung der an der Vorderseite und Rückseite reflektierten Lichtstrahlen im Lichtempfänger.
Weiters betrifft die Erfindung einen Meßsensor zum Einbau in eine Vorrichtung zur Vermessung eines flächigen Elements, mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, wobei die optische Achse des Lichtsenders gegenüber der Meßachse des Meßsensors geneigt ist.
Derartige bekannte Meßsensoren auf Basis des Triangulationsprinzips beanspruchen für ihre Realisierung einen relativ großen Raum und sind daher für eine dichte Anordnung
in einer aus dem Stand der Technik bekannten Vermessungsvorrichtung für flächige Elemente nicht geeignet, weshalb bisher mechanischen Meßsensoren der Vorzug gegeben worden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Meßsensor anzugeben, der einerseits die optische Vermessung von flächigen Elementen ermöglicht und andererseits so kompakt aufgebaut werden kann, daß er auch in einer ausreichend hohen Dichte in großer Anzahl eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Lichtweg zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger zumindest ein Umlenkelement angeordnet ist.
Auf diese Weise kann der Lichtsender und der Lichtempfänger so angeordnet werden, daß sich ein kompakter Meßsensor ergibt, der entsprechend dicht in einer Vermessungsvorrichtung angeordnet werden kann.
Um eine bereits bestehende Vorrichtung mit mechanischen Abstandssensoren auf erfindungsgemäße optische Meßsensoren umrüsten zu können ist erfindungsgemäß bei einem vorgenannten Meßsensor vorgesehen, daß er von einem Gehäuse zumindest teilweise umgeben ist, welches an einer Seite eine, vorzugsweise zylindrische, Positionierungshalterung zur Anbringung des Meßsensors in der Vermessungsvorrichtung aufweist, deren Mittelachse in der Meßachse des Meßsensors verläuft.
Damit können bereits in Verwendung befindliche mechanische Meßsensoren, die mittels einer Positionierungshalterung in einer Vermessungsvorrichtung eingebaut sind, gegen die erfindungsgemäßen Meßsensoren auf einfache Weise ausgetauscht werden, ohne daß sonstige kontruktive Änderungen vorgenommen werden müssen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Es zeigt dabei
Fig.1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig.2 eine Prinzipskizze mit einer Darstellung des Meßprinzips einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig.3 eine Prinzipskizze mit einer Darstellung des Strahlengangs einer weiteren Ausführungsform des Meßsensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig.4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Meßsensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig.5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Meßsensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig.6 eine weitere Prinzipskizze mit einer Darstellung des Meßprinzips einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig.7 eine Prinzipskizze mit einer Darstellung des Strahlengangs der Ausführungsform gemäß Fig.5;
Fig.8 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Meßsensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig.1 zeigt eine Vorrichtung zur Vermessung eines flächigen Elements 6, die eine Meßauflage 3, auf der das zu vermessende Element 6 aufliegt, eine Referenz- Grundplatte 20 und eine Vielzahl voneinander beabstandeter Abstands-Meßsensoren 1 aufweist, mit welchen jeweils der Abstand zwischen einer Bezugsfläche und der Oberfläche des flächigen Elements 6 entlang der Meßachsen 40 der Meßsensoren 1 bestimmt werden kann. Bevorzugt sind die Abstands-Meßsensoren 1 so auf der Referenz-Grundplatte 20 verteilt angeordnet, daß z.B. in Bereichen, wo Krümmungen des zu vermessenden Elementes zu erwarten sind, die Abstands-Meßsensoren 1 dichter angeordnet sind als in Bereichen, in denen ein ebener Verlauf gegeben ist. Die Referenz-Grundplatte 20 ist vorzugsweise dem Verlauf des zu vermessenden Elements 6 angepaßt, sodaß die Abstands-Meßsensoren 1 auch in den gekrümmten Bereichen des zu vermessenden Elements 6 mit ihrer Meßachse 40 normal auf dessen Oberfläche ausgerichtet sind.
Das gezeigte zu vermessende flächige Element 6, z.B. ein Glaselement, hat eine reflektierende Oberfläche, welche bereichsweise gekrümmt ist. Beispielsweise können auf diese Weise gebogene Gläser, Laminatelemente von Fahrzeug-Windschutzscheiben, fertige Windschutzscheiben nach der Laminierung, nicht-laminierte Gläser, wie etwa Seitenfenster, od. dgl. auf ihre Maßhaltigkeit überprüft werden. Die Art oder das Material des zu vermessenden Elements unterliegt dabei keiner Einschränkung. Insbesondere ist es bei der Herstellung von Windschutzscheiben von großer Wichtigkeit, daß die Krümmung der Laminatelemente oder auch der fertigen Scheibe innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt. Dies kann durch Vermessung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung sichergestellt werden, die aber auch für beliebig anders geformte, auch ebene Elemente mit reflektierender Oberfläche verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß sind anstelle von bisher bekannten mechanischen Taststiften die Abstands-Meßsensoren durch optische Meßsensoren 1 , welche jeweils einen Lichtsender 2 zur Aussendung eines gebündelten Lichtstrahls 12 und einen Lichtempfänger 9 umfassen, gebildet.
Fig.2 zeigt das Funktionsprinzip der Meßsensoren 1 eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem optische Triangulation mit schräg auf die zu vermessende Oberfläche einfallendem Lichtstrahl 12 angewandt wird. Die optische Achse 13 des Lichtsenders 2 jedes Meßsensors 1 ist dabei gegenüber seiner Meßachse 40 um den Winkel γ geneigt. Nach Reflexion des ausgesandten Lichtstrahls 12 an der reflektierenden Oberfläche des zu vermessenden Elements 6 trifft ein reflektierter Lichtstrahl 14 auf dem Lichtempfänger 9 mit ortsauflösender Funktion, z.B. einem CCD-Zeilenelement oder einem analogen optischen Element (PSD) auf. Bei einem weiter entfernten, zu vermessenden Element 6' verschiebt sich der Punkt, an dem der reflektierte Lichtstrahl 14' auf dem Lichtempfänger 9 auftrifft, um eine bestimmte Distanz d, die mit Hilfe des Lichtempfängers 9 gemessen werden kann. Aus dieser Distanz d bestimmt sich der Abstand t zwischen den beiden Elementbereichen 6 und 6'.
Auf diese Weise können Abstands- oder Krümmungsabweichungen gegenüber einem Sollmaß bestimmt werden.
Die Meßachse 40 bezieht sich dabei auf einen Punkt P auf der Oberfläche des flächigen Elements 6, der in einem Referenzabstand, z.B. 20mm von einer Bezugsfläche des Meßsensors 1 entfernt ist.
Um Fremdlichtbeeinflussung zu eliminieren, kann der Lichtempfänger 9 mit einem geeigneten Filter versehen sein, der nur im Bereich der Wellenlänge des Lichtsenders 2 durchlässig ist.
In der Praxis wird nicht nur ein reflektierter Lichtstrahl auf dem Lichtempfänger auftreffen sondern zwei, ein von der Vorderseite und ein von der Rückseite des Glaselements 6 reflektierter Lichtstrahl. Aus dem Abstand d der beiden auf dem Lichtempfänger 9 entstehenden Lichtpunkte kann zusätzlich die Glasdicke bzw. die Dicke t des flächigen Elements 6 bestimmt werden.
Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die räumliche Ausdehnung der Meßsensoren 1 gegenüber jener in Fig.2 gezeigten Ausführungsform deutlich verkleinert ist. Dazu ist in jedem optischen Meßsensor 1 ein erstes optisches Umlenkelement 4 zum Umlenken des vom Lichtsender 2 ausgesandten Lichtstrahls 12 vorgesehen sowie ein zweites optisches Umlenkelement 8 zum Umlenken des vom zu vermessenden Element 6 reflektierten Lichtstrahls 14 vorgesehen, wobei auch nur das erste oder nur das zweite optische Umlenkelement 4, 8 ausgebildet sein können. Bevorzugt sind das erste und das zweite optische Umlenkelement durch einen ersten und einen zweiten Spiegel 4, 8 gebildet, wenngleich auch an deren Stelle Prismen oder andere Strahlumlenkelemente Verwendung finden können.
Fig. 4 zeigt einen der Meßsensoren 1 einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der ein Gehäuse 30 die Bestandteile des Meßsensors 1 zumindest teilweise
schützend umgibt, das z.B. als Parallelepiped aus Blech gebogen sein kann. Durch eine Austrittsöffnung 20, die mit einem transparenten Schutzglas 5 verschlossen ist, tritt der vom Lichtsender 2 entlang seiner optischen Achse 1 3 abgegebene und mittels einer Sammellinse 31 fokussierte Lichtstrahl 1 2 aus und der von der reflektierenden Oberfläche des zu vermessenden Elements 6 reflektierte Lichtstrahl 14 ein.
Als ausgesandter Lichtstrahl dient ein gebündelter Laserstrahl, z.B. im sichtbaren Bereich, der von einer als Lichtsender ausgebildeten Laserdiode 2 erzeugt wird.
Die um den Winkel γ gegenüber der Meßachse 40 geneigte optische Achse 13 des Lichtsenders bildet mit der Meßachse eine Ebene (in Fig.4 die Papierebene), auf die der erste Spiegel 4 normal steht. Zugleich schließt der erste Spiegel 4 einen Winkel α mit der Meßachse 40 ein. Dieser liegt in einem Bereich von 5° bis 15° und beträgt vorzugsweise 10°, andere Winkelwerte liegen aber im Rahmen der Erfindung.
Weiters beträgt der Winkel γ zwischen der Meßachse 40 und der optischen Achse 13 des Lichtsenders 2 ohne Einschränkung der möglichen Werte 40°.
Der zweite Spiegel 8 ist normal zu der durch die optische Achse 13 des Lichtsenders 2 und der Meßachse 40 gebildeten Ebene (Papierebene) angeordnet und schließt einen Winkel ß mit der Meßachse 40 ein, wobei der Winkel ß in einem Bereich von 2° bis 7° liegt, vorzugsweise 5° beträgt. Auch diese Winkelwerte können einer anderen konstruktiven Anordnung angepaßt werden, ohne dabei den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Weiters ist eine Sammellinse 7 im Strahlengang des vom zu vermessenden Element 6 reflektierten Lichtstrahls 14 angeordnet. Der entlang des Strahlenganges bzw. Lichtweges des reflektierten Lichtstrahls 14 gemessene Abstand zwischen der Sammellinse 7 und dem Lichtempfänger 9 beträgt ungefähr gleich der zweifachen Brennweite 2f,
wobei dieser Abstand entlang des durch den zweiten Spiegel 8 reflektierten Strahls 14 zu messen ist (Strecke b + c).
Das zu vermessende Element 6 wird während des Meßvorganges ebenfalls ungefähr im Abstand der zweifachen Brennweite 2f zur Sammellinse 7 positioniert (Strecke a), woraus sich eine scharfe Abbildung des vom Lichtsender 2 auf dem zu vermessenden Element 6 erzeugten Lichtpunkt auf dem Lichtempfänger 9 ergibt. Sofern der Betrag von Δ sehr viel kleiner als 2f ist, läßt sich für folgende Abstände ebenfalls eine scharfe Abbildung auf dem Lichtempfänger erreichen: a = 2f + Δ und b + c = 2f - Δ.
An der der Austrittsöffnung gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 30 weist dieses eine Positionierungshalterung 1 1 auf, über welche das Gehäuse 30 in der Referenz-Grundplatte 20 der Vorrichtung (Fig.1 ) fixierbar ist. Damit kann der Meßsensor 1 auch in bereits bestehende Bohrungen einer bekannten Vorrichtung angebracht werden. Eine innerhalb der Positionierungshalterung 1 1 verlaufende Bohrung 32 ist als Durchlaß und Zugentlastung für die ins Gehäuse 30 führenden elektrischen Leitungen (nicht dargestellt) ausgebildet.
Um eine genaue Ausrichtung des Meßsensors 1 zu gewährleisten, verläuft die Mittelachse der Positionierungshalterung 1 1 in der Meßachse 40 des Meßsensors 1 . Die Positionierungshalterung 1 1 weist eine zylindrische Form auf, und es sind mehrere Bohrungen in der Referenz-Grundplatte 20 (Fig.1 ) vorgesehen, die mit der zylindrischen Positionierungshalterung 1 1 eine Passung bilden. Der Einbau bzw. die Fixierung des Meßsensors in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch auf eine andere Art realisiert werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Der Lichtsender 2 ist im Bereich der Austrittsseite des ausgesandten Lichtstrahls 12 bzw. der Eintrittsseite des reflektierten Lichtstrahls 14 angeordnet ist, während der Lichtempfänger 9 in dem von der Austritts- bzw. Eintrittsseite entfernten Bereich des Gehäuseinneren vorgesehen ist.
Um bei unterschiedlicher Entfernung des zu vermessenden Elements 6 vom Meßsensor 1 immer eine möglichst scharfe Abbildung des reflektierten Strahls 14 auf dem Lichtempfänger 9 zu erhalten, ist dessen ortsauflösender lineare Bereich, die CCD-Zeile, in der durch die optische Achse 13 des Lichtsenders 2 und der Meßachse 40 gebildeten Ebene angeordnet und schließt einen Winkel ε mit der Meßachse 40 ein, der von 90° verschieden ist.
Verschiedene elektronische Schaltkreise, insbesondere ein Prozessor, innerhalb des Meßsensors 1 , auf die nicht eingegangen wird, weil sie zum Stand der Technik zu zählen sind, werten die Sensorsignale des Lichtempfängers 9 aus und ermitteln während des Meßvorganges den Abstand entlang der Meßachse 40 zwischen einer Bezugsfläche und der Oberfläche des zu vermessenden Elements 6 bzw. können auch nur Abstandsdifferenzen ermittelt werden. Sobald die Meßwerte aller Meßsensoren der in Fig.1 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung vorliegen, kann der Verlauf bzw. die Krümmung des zu vermessenden Elements 6, z.B. eines Windschutzscheiben- Laminatglases od. dgl. ermittelt und mit Standardwerten verglichen werden. Mit etwa fünfzig Meßsensoren 1 kann für diese Aufgabe das Auslangen gefunden werden, es können im Rahmen der Erfindung aber beliebig viele Meßsensoren für die Vermessung von flächigen Elementen mit reflektierender Oberfläche herangezogen werden.
In der Praxis tritt manchmal aufgrund einer schlechten Meßobjektpositionierung eine geringe Fehlorientierung des zu vermessenden Elements auf, wie sie in Fig.6 anhand des weiter entfernten Elements 6' dargestellt ist. Dadurch wird gegenüber dem näheren Element 6 ein anderer als der wahre Abstand bestimmt, da nicht der Wert d sondern ein Wert d' zwischen den auf dem Lichtempfänger 9 gemessenen Punkten, an denen die reflektierten Lichtstrahlen 14 und 14' auftreffen, mit dem CCD-Zeilenelement 9 gemessen wird. Um dennoch ein richtiges Ergebnis zu erhalten, wird ein weiterer Lichtempfänger 90 (Fig.7) angeordnet, der im Strahlengang des vom zu vermessenden
Element 6 reflektierten Lichtstrahls 14 und zum Lichtempfänger 9 beabstandet angeordnet ist.
Zu diesem Zweck ist der zweite Spiegel durch einen halbdurchlässigen Spiegel 80 oder durch eine Strahlteilerplatte gebildet, wie in Fig.7 dargestellt.
Ein Teil des reflektierten Strahles 14 wird weiterhin am halbdurchlässigen Spiegel 80 reflektiert und erzeugt einen Lichtpunkt auf dem Lichtempfänger 9. Der andere Teil des resflektierten Strahles 14 wird durch den halbdurchlässigen Spiegel 80 (oder durch die Strahlteilerplatte) hindurchgelassen und trifft auf den weiteren Lichtempfänger 90, der z.B. durch ein ortsauflösendes CCD-Zeilenelement gebildet ist und der in Richtung des reflektierten Strahles 14 gesehen hinter dem halbdurchlässigen Spiegel 80 angeordnet ist. Seine Orientierung wird so gewählt, daß der Auftreffpunkt des durchgelassenen refelktierten Strahls nicht einen schleifenden Schnitt ergibt.
Aus den zwei Auftreffpunkten, die auf dem weiteren Lichtempfänger 90 und dem Lichtempfänger 9 entstehen, kann nun der Abstand zu jeweils einem Referenzpunkt auf den beiden Lichtempfängern 90 und 9 bestimmt werden, woraus nicht nur die Versetzung des Auftreffpunktes des reflektierten Lichtstrahls auf dem zu vermessenen Element gegenüber einem im kalibrierten Abstand angeordneten Element sondern auch die Orientierung des reflektierten Strahles ermitteln, sodaß Fehlorientierungen des zu vermessenden Elements 6 berücksichtigt werden können.
In Fig. 5 ist eine entsprechende Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der ein halbdurchlässiger Spiegel 80 vorgesehen ist, der durch Reflexion des reflektierten Strahls 14 am Punkt 26 einerseits einen Auftreffpunkt 25 auf dem ortsauflösenden Lichtempfänger 9 erzeugt und andererseits den reflektierten Strahl 14 durchläßt, und dieser auf dem weiteren ortsauflösenden Lichtempfänger 90 einen Auftreffpunkt 27 hervorruft. Durch geeignete Kalibrierung kann aus beiden Punkten 25 und 27 bzw. aus deren Abständen zu Referenzpunkten auf den Lichtempfängern 9, 90 der wahre Verlauf
der Oberfläche des zu vermessenden Elements 6 bestimmt werden, auch wenn dieses gegenüber einer Referenzorientierung leicht fehlorientiert ist.
Eine weitere Möglichkeit, die Fehlorientierung im Meßergebnis zu berücksichtigen, besteht darin, den zweiten Spiegel durch eine halb-durchlässige und reflektierende Platte 81 , z.B. aus Glas, mit großer Dicke auszubilden. Wie in der entsprechenden Ausführungsform der Erfindung in Fig.8 gezeigt, wird der reflektierte Strahl 14 an der Vorderseite der Platte 81 reflektiert und erzeugt einen Auftreffpunkt 25 auf dem ortsauflösenden CCD-Element 9, er wird aber auch an der Rückseite der Platte 81 reflektiert, wobei diese Reflexion durch eine auf der Rückseite der Platte 81 aufgebrachte Verspiegelungsschicht verstärkt werden kann, und bewirkt einen weiteren Auftreffpunkt 28 auf ein und demselben CCD-Element 9. Aus den beiden Auftreffpunkten 25 und 28 ergibt sich neben der Versetzungsinformation auch eine Information über die Fehlorientierung des zu vermessenden Elements 6, sodaß wieder über geeignete Kalibrierung der tatsächliche Oberflächenverlauf des zu vermessenden Elements 6 gegenüber einem Referenz-Oberflächenverlauf bestimmt werden kann.