**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zurBestimmung der Entfernung eines Zielobjekts von einem Referenzpunkt, wobei das Zielobjekt von einem gebündelten Strahl elektromagnetischer Wellen angestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines in vorgegebener Distanz (a) vom Referenzpunkt (0) angeordneten Abbildungsobjektivs (3). dessen optische Achse in einem spitzen Beobachtungswinkel zur Anstrahlrichtung orientiert ist, ein Bild der Strahlaufprallstelle auf dem Zielobjekt erzeugt wird, dass die örtliche Lage dieses Bildes relativ zu einem Bezugspunkt ermittelt wird, und dass aus dieser örtlichen Lage als Variable und den relevanten Daten (f) des Abbildungsobjekts (3), der Distanz (a) des Objektivs vom Referenzpunkt (0) und dem Beobachtungswinkel (a) als Systemparameter die Entfernung (D I) des Zielobjekts errechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung Licht im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Laserlicht verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet. dass die örtliche Lage des Bildes fotoelektrisch ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Zielentfernung vollautomatisch erfolgt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer das Zielobjekt (2) mit einem gebündelten Lichtstrahl anstrahlenden Lichtquelle (1), gekennzeichnet durch ein Abbildungsobjektiv (3) und einen Fotodetektor (5), welches Objektiv die möglichen Auftreffstellen des Lichtstrahls auf dem Zielobjekt innerhalb des in Frage kommenden Entfernungsmessbereichs auf den Fotodetektor abbildet, und durch eine elektronische Rechenschaltung (7, 8), welche die örtliche Lage des jeweiligen Bildes der Auftreffstelle auf dem Fotodetektor ermittelt und darausin Verbindung mit den Systemparametern die Zielentfernung errechnet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor eine Fotodiodenzeile ist.
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Vermessung von Hohlräumen.
9. Anwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zwei Vorrichtungen nach Patentanspruch 6 eingesetzt werden, wobei die die Zielobjekte anstrahlenden Lichtbündel in derselben Ebene gelegt werden.
10. Anwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach Patentanspruch 6 verwendet wird, welche um eine zum anstrahlenden Lichtstrahl senkrechte Achse gedreht wird und die Zielentfernungen bei verschiedenen Drehstellungen gemessen werden.
II. Anwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vermessung von langgestreckten Hohlräumen die Vorrichtung in Längsrichtung des Hohlraumes bewegt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6. Die Erfindung betrifft ferner auch eine Anwendung des Verfahrens.
Die Messung von Entfernungen mittels eines Lichtstrahles hat seit der Erfindung des Lasers grossen Aufschwung genommen. Hohe Strahldichte. kleine Winkeldivergenz und Monochromasie sind die Eigenschaften des Lasers, welche diese Lichtquelle auszeichnen, obwohl, je nach Anwendungszweck.
auch von klassischen Lichtquellen abgeleitete Strahlenbündel eingesetzt werden können. Die heute übliche Art der Entfernungsmessung mittels Lichtstrahl besteht in der Anstrahlung des Zieles und in der Sammlung des von ihm reflektierten Lichtes von demselben Standort aus, sowie in der darauf folgenden BestimmungderLaufzeitdifferenzzwischen hin- und rückkehrender Strahlung.
Nachteilig dabei ist, dass die hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes prinzipiell zu sehr kurzen Laufzeitunterschieden führt (1 cm entspricht 30 psec), deren Messung technologische Grenzen gesetzt sind. Hohe relative Messgenauigkeit lässt sich also nur bei der Messung grösserer Entfernungen praktisch erreichen.
Andere Anordnungen, welche den Lichtstrahl hochfrequent modulieren und die Phasenverschiebung zwischen hin- und rückkehrender Strahlung bestimmen, leiden prinzipiell unter der gleichen Beschränkung, da die Messung der Phasendifferenz mit entsprechend hoher Genauigkeit erfolgen muss.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtun zur Entfernungsmessung zu schaffen, welche auch bei kleineren Distanzen noch hohe Messgenauigkeit aufweisen und einen bescheidenen technischen Aufwand verlangen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren und die im Patentanspruch 6 beschriebene Vorrichtung gelöst.
Imfolgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnungen die Erfindung beispielsweise näher erörtert. Es zeigen:
Fig. 1 die grundlegende Anordnung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 2 die dem Verfahren und der Vorrichtung zugrundeliegenden geometrischen Verhältnisse;
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung einer prinzipiellen Art der photoelektronischen Lagebestimmung:
Fig. 4-6 Skizzen zur Erläuterung bevorzugter Anwendungen, und
Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
In Fig. 1 ist die grundlegende Anordnung angegeben. Von Lichtquelle 1 wird Strahl S t ausgesendet, welcher ein in Abstand D1 entferntes Ziel 2 in Punkt T1 trifft. Das von T1 reflektierte Licht wird unter einem Winkel ss von Objektiv 3 teilweise gesammelt und damit Bild T2 der Aufprallstelle T1 erstellt. Liegt das Ziel in näherer (PTI ') oder weiterer (T1") Entfernung, dann werden dementsprechend verschobene Bilder entstehen, welche eine Gerade, das Bild 4 aller möglichen Aufprallstellen, bilden.
Mittels einer zur Lichtquelle in einem bekannten Abstand A2 liegenden Vorrichtung 5 wird Bild 4 photoelektronisch abgetastet. Daraus wird in Rechner 7 in an sich bekannter Weise die jeweilige Lage von T2 innerhalb von Bild 4 (also Abstand d2) ermittelt und anschliessend in Rechner 8, in einer noch zu erleuchtenden Weise, D1 errechnet.
Die Berechnungsgrundlagen zum erfindungsgemässen Verfahren sind in Fig. 2 angegeben. Aus geometrisch-optischen Gründen verlangt bekanntlich die scharfe Abbildung T1 zu T2, dass Objektachse OT1, Objektivnormale OL und Bildachse OT2 sich in Punkt 0 schneiden. Punkte T1, T2, L, 0 liegen dann in einer Ebene, welche die Systemebene darstellt. Wenn Objektiv 3 in Abstand a von Punkt 0 sowie Winkel a gegenüber Objektachse OT1 sich befindet und ferner fund B 1LB2 Objektivbrennweite resp.
Objektivachse sind, dann aus der Ähnlichkeit der Dreiecke TIAlL und LZ,T2 folgt: dl b2 ¯=¯ 1) d. h. d1d2 b1b2 2) bl d2
Aber D1 = dl + bl und D2 = d2 + b2 woraus: b, bl
D1 = bl (1 + ) 3) D2 = b2 (1 +-) 4) d, d, oder D1 = b1 D2 D b2 D1
5) 5) D2 = 6)
D2-b2 D1-b1
Die Parameter bl und b entsprechen den Segmenten LZ und AIL. Aus Dreieck AXHO folgt: bl = f/sin a 7) und aus Dreieck AIHL
EMI2.1
Systemparameter b Ib2 lassen sich also bei Wahl von a,a,f für das System festlegen. Wird Abstand d2 (von Rechner 7) ermittelt, dann lässt sich Abstand D1 (von Rechner 8) mittels Formel 3 berechnen.
Es sei bemerkt, dass Punkt A, die untere Messbereichgrenze im Objektraum (das Bild von Al liegt im Unendlichen) und Punkt Z2 die an Lichtquelle 0 näheste Lage des Zielbildes (Ziel ist unendlich entfernt) darstellen. Die Wahl von a und a bestimmt die physischen Dimensionen der Messanordnung. Sie sind in weiten Grenzen frei wählbar. Lediglich muss man verhindern, dass dabei Winkel ss die Werte 0 und 90" annimmt. Im ersten Falle reduziert sich nämlich Bild 4 (Fig. 1) auf einen Punkt, im zweiten Falle gelangt praktisch kein Licht auf Objektiv 3.
Die photoelektronische Bestimmung der Lage des Aufprallstellenbildes sei anhand von Fig. 1 und 3 erläutert, wobei als Photodetektor eine Kameraröhre (z. B. Vidicon) angenommen wird. Bild 4 besteht, wie bemerkt, aus einer punktweise beleuchteten Geraden. Diese wird auf die Photokathode von Kamera 5 abgebildet. Ablenkgenerator 6 und Ablenkspule 10 bewirken eine linienformige Abtastung von Bild 4, wobei der zeitlich lineare Anstieg von Ablenkstrom J (bekanntlich mit der jeweiligen örtlichen Lage des Abtastfleckes direkt verknüpft) über Widerstand 9 als Sägezahnspannung U2 (proportional zu d2) abgenommen wird (Fig. 3). Trifft der Abtaststrahl auf den beleuchteten Punkt T2, dann wird über Kameralastwiderstand 11 ein Impuls U1 erzeugt.
Rechner7 (im wesentlichen eine Koinzidenzstufe) stellt anhand von Sägezahn U2 die Zeit t fest, welche bezogen auf t2m und dlm, die Ermittlung von d2 gestattet.
d2m dn t2 9) t2m t2n, und dlm sind Systemparameter und entsprechen der unteren Entfernungsgrenze des Messbereiches.
Die Berechnung von D1 aus D2 erfolgt in Rechner 8 entsprechend Formel 5, wobei
D2 = A2 + d2 10) gilt. A2 ist Systemparameter und d2 wird, wie bemerkt, von Rechner 7 errechnet.
Durch die Erfindung wird also eine einfache Entfernungsmessung erreicht, welche elektronisch den Einsatz langsamer Schaltungstechnik sowie elementarer Rechentechnik erlaubt und in der Messgenauigkeit nur durch die räumliche Aufösung der photoelektronischen Abtastvorrichtung begrenzt ist.
Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung werden zur Messung mindestens zwei Systeme simultan eingesetzt, deren anstrahlende Lichtbündel in der gleichen Ebene 71 liegen. Diese in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist speziell zur Messung von Lochprofilen geeignet. Beim Einsatz von zwei diametral liegenden Systemen D11 -D13 lässt sich der Lochdurchmesser bestim mein, beim Einsatz mehrerer in Ebene 21 liegenden Systemen lassen sich Entfernungen DI I. . D12, Dl3. D14 usw. messen, woraus durch Interpolation, das Lochprofil errechnet werden kann.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein erfindungsgemässes System um eine Achse 15 rotiert, welche senkrecht zum anstrahlenden Lichtbündel steht. Diese in Fig. 5 dargestellte Anordnung ist besonders zur Messung von Lochprofilen geeignet. welche sequentiell und mit beliebig hoher Auflösung abgetastet werden können.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die in den zwei vorhergehenden Ausgestaltungen beschriebenen Systeme translatorisch bewegt. Diese in Fig. 4 und 5 dargestellten Anordnungen eignen sich speziell für die durchlaufende Messung vonBohrlöchern, wenn die Translation 15 parallel zur Lochachse geschieht. Das Bohrloch wird dann bei der rotierenden Anordnung von Fig. 5 sequentiell in Form einer Spirale 18 und im Falle der simultanen Anordnung von Fig. 4 entlang den Mantellinien 17 abgetastet.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die in der vorletzten und zweitletzten Ausgestaltung beschriebenen Systeme 1800 um eine Achse 16 rotiert, welche in der Messebene 21 liegt und durch das Messzentrum 0 geht. Diese in Fig. 6 dargestellte Anordnung eignet sich speziell zur Messung von Hohlräumen, welche sequentiell durch eine Anzahl von Meridianen 20 abgetastet werden.
Gemäss einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird als ausstrahlendes Lichtbündel ein Laser Strahl verwendet. Diese Anordnung bietet den Vorteil der hohen Leuchtdiode und ist gerätetechnisch einfach.
Gemäss einer weiteren speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird zur fotoelektronischen Abtastung des Aufprallstellenbildes eine lineare Anordnung von Fotodioden, eine sog. Photodiodenzeile verwendet. Diese Anordnung weist die Vorteile hoher geometrischer Genauigkeit und Stabilität sowie kleinster Dimensionen auf.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung ist in Fig. 7 angegeben. Dabei handelt es sich um die Messung von Entfernungen zwischen 3500 und 6000 mm, welche typisch als Profilradien im Tunnelbau vorkommen. Eine simultane oder sequentielle Abtastung des Profils nach Unteransprüchen 9 resp. 10 kommt zur Anwendung. Die von Laser 1 emittierte Strahlung wird an Ziel 2 teilweise reflektiert, durch Objektiv 3 teilweise gesammelt und auf Photodetektor 5 abgebildet, welcher als Photodiodenzeile ausgebildet ist. Von einem Taktgenerator 12 wird ein Takt-Signal abgeleitet, welches mittels des in Photodiodenzeile 5 eingebauten Schieberegisters den Ladezustand des jeder Photodiode zugeordneten Kondensators nacheinander abfrägt. Das Resultat dieser Abtastung wird synchron zum Takt-Signal am Video-Ausgang abgenommen. Ist z. B.
Diode Nr. 10 beleuchtet, dann wird beim 10ten Takt Impuls ein Signalimpuls am Video-Ausgang erscheinen. Dieser Impuls wird in Komparator 13 detektiert und zum STOP von Zähler 14 verwendet, wo die Anzahl der bis dann abgegebenen Takt-Impulse aufgezählt worden ist. Der Stand d2' von Zähler 14 ist also ein Mass für die örtliche Lage d2 des Aufprallstellenbildes innerhalb der Diodenzeile. Es gilt also d2 = kl d2 11) wo kl der Abstand (z. B. mm) zwischen den einzelnen Photodioden darstellt. Wertd2,wirdvon Rechner 8 übernommen, wo zunächst d2 (nach Formel 11) berechnet wird. Anschliessend wird die absolute Lage D2 durch die Operation
D2 = D2 min + d2 12) ermittelt, wo D2min (für die jeweils geltenden Werte der optischen Anordnung) aus Dlmjn mittels Formel 6 berechnet wird.
Schliesslich wird die Zielentfernung D1 mittels Formel 5 berechnet. In der Zwischenzeit ist der Abfragevorgang an Photodiodenzeile 5 weitergegangen. Nachdem die letzte Photodiode in derZeile abgefragt wurde, wird ein Rückstell-Impuls abgegeben, welcher Zähler 14 auf Null stellt. Automatisch, oder auf Befehl, wird dann ein neuer Messzyklus eingeleitet.
Die numerischen Werte des aufgeführten Beispiels lauten:
F = 180mm:a = 80";a = 1000mm:Dlm"x = 6000mm; DImt0 = 3500 mm; woraus sich abieiten lässt b1 = 182,8 mm (Formel 7); b2 = 984.9mm(Forme18); D-,ll"l = 1015.8 mm (Formel 6): D2max = 1039,1 mm (Formel 6)
Das Bild 4 der Messstrecke weist eine Länge von D2max-D2m@@ = 23.3 mm auf und wird mit einer Photodiodenzeile. bestehend aus 1728 Dioden im Abstand von 13 m abgetastet. Danach gilt also k1 = 0,013. Die mit der Vorrichtung erzielte Messgenauigkeit beträgt im Mittel (6000-3500)/ 1728 = 1.5 mm. Ferner:
Objektiv: Rodagon 180 mm/1:5,6 (Rodenstock Werke, München. Deutschland).
Photodetektor: Fairchild CCD 121H (Fair child Inc. Mounta Vicw, Calif. USA). Laser: Siemens LGR 7622 (Siemens AG, München, Deutschland).
In der vorliegenden Beschreibung wurde durchwegs von Lichtquelle, Lichtbündel usw, gesprochen. Es ist selbstverständlich, dassjedeandereStrahlungsart(z. B. Infrarot, Ultraviolett) sinngemäss eingesetzt werden kann. Ihre Wahl wird hauptsächlich durch die Anpassung an die spektralen Remissionseigenschaften des Zieles bestimmt werden.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. A method for determining the distance of a target object from a reference point, the target object being illuminated by a concentrated beam of electromagnetic waves, characterized in that by means of an imaging lens (3) arranged at a predetermined distance (a) from the reference point (0). whose optical axis is oriented at an acute observation angle to the beam direction, an image of the beam impact point is generated on the target object, that the local position of this image is determined relative to a reference point, and that this local position as a variable and the relevant data (f) of the imaging object (3), the distance (a) of the objective from the reference point (0) and the observation angle (a) as a system parameter, the distance (DI) of the target object is calculated.
2. The method according to claim 1, characterized in that light in the infrared, visible or ultraviolet range is used as electromagnetic radiation.
3. The method according to claim 2, characterized in that laser light is used.
4. The method according to claim 2 or 3, characterized. that the local position of the image is determined photoelectrically.
5. The method according to claim 4, characterized in that the calculation of the target distance is carried out fully automatically.
6. Device for performing the method according to claim 1 with a target object (2) with a bundled light beam illuminating light source (1), characterized by an imaging lens (3) and a photodetector (5), which lens the possible impingement of the light beam on the Maps the target object within the distance measuring range in question onto the photodetector, and by means of an electronic arithmetic circuit (7, 8), which determines the local position of the respective image of the point of impact on the photodetector and calculates the target distance in conjunction with the system parameters.
7. The device according to claim 6, characterized in that the photodetector is a photodiode array.
8. Application of the method according to claim 1 for the measurement of cavities.
9. Use according to claim 8, characterized in that two devices according to claim 6 are used at the same time, the light beams illuminating the target objects being placed in the same plane.
10. Application according to claim 8, characterized in that a device according to claim 6 is used, which is rotated about an axis perpendicular to the incident light beam and the target distances are measured at different rotational positions.
II. Application according to claim 10, characterized in that for the measurement of elongated cavities, the device is moved in the longitudinal direction of the cavity.
The invention relates to a method and a device according to the preambles of claims 1 and 6. The invention also relates to an application of the method.
The measurement of distances using a light beam has boomed since the invention of the laser. High radiance. Small angular divergence and monochromaticity are the properties of the laser that distinguish this light source, although, depending on the application.
beams derived from classic light sources can also be used. The current way of measuring distance by means of a light beam consists of illuminating the target and collecting the light reflected by it from the same location, as well as subsequently determining the transit time difference between returning and returning radiation.
The disadvantage here is that the high propagation speed of the light leads in principle to very short transit time differences (1 cm corresponds to 30 psec), the measurement of which is subject to technological limits. High relative measurement accuracy can therefore only be achieved practically when measuring larger distances.
Other arrangements, which modulate the light beam with high frequency and determine the phase shift between the returning and returning radiation, suffer in principle from the same limitation, since the measurement of the phase difference must be carried out with a correspondingly high degree of accuracy.
The object of the invention is to provide a method and a device for distance measurement which still have high measuring accuracy even at shorter distances and which require a modest technical outlay.
This object is achieved according to the invention by the method described in claim 1 and the device described in claim 6.
In the following, the invention will be discussed in more detail with reference to the accompanying drawings, for example. Show it:
Figure 1 shows the basic arrangement of an embodiment of the inventive device.
2 shows the geometric relationships on which the method and the device are based;
3 shows a diagram for explaining a basic type of photoelectronic position determination:
Fig. 4-6 sketches to explain preferred applications, and
Fig. 7 shows a second embodiment of the device.
1 shows the basic arrangement. Beam S t is emitted by light source 1, which hits target 2 at a distance D1 at point T1. The light reflected by T1 is partially collected by lens 3 at an angle ss and thus image T2 of the impact point T1 is created. If the target is closer (PTI ') or further (T1 "), then correspondingly shifted images will result, which form a straight line, image 4 of all possible impact points.
Image 4 is scanned photoelectronically by means of a device 5 lying at a known distance A2 from the light source. From this, the respective position of T2 within image 4 (ie distance d2) is determined in computer 7 in a manner known per se and then calculated in computer 8, in a manner still to be illuminated, D1.
The calculation bases for the method according to the invention are given in FIG. 2. For geometrical-optical reasons, it is well known that the sharp image T1 to T2 requires that the object axis OT1, objective normal OL and image axis OT2 intersect at point 0. Points T1, T2, L, 0 then lie in a plane which represents the system level. If lens 3 is at a distance a from point 0 and angle a with respect to object axis OT1 and furthermore B 1LB2 lens focal length or
Objective axis, then follows from the similarity of the triangles TIAlL and LZ, T2: dl b2 ¯ = ¯ 1) d. H. d1d2 b1b2 2) bl d2
But D1 = dl + bl and D2 = d2 + b2 from which: b, bl
D1 = bl (1 +) 3) D2 = b2 (1 + -) 4) d, d, or D1 = b1 D2 D b2 D1
5) 5) D2 = 6)
D2-b2 D1-b1
The parameters bl and b correspond to the segments LZ and AIL. From the triangle AXHO follows: bl = f / sin a 7) and from the triangle AIHL
EMI2.1
System parameters b Ib2 can therefore be defined for the system by choosing a, a, f. If distance d2 (from computer 7) is determined, then distance D1 (from computer 8) can be calculated using formula 3.
It should be noted that point A, the lower limit of the measuring range in the object space (the image of Al is infinite) and point Z2 represent the position of the target image closest to light source 0 (target is infinitely distant). The choice of a and a determines the physical dimensions of the measurement arrangement. They can be freely selected within wide limits. It is only necessary to prevent the angle ss from assuming the values 0 and 90 ". In the first case, image 4 (FIG. 1) is reduced to one point, in the second case practically no light reaches lens 3.
The photoelectronic determination of the position of the impact point image will be explained with reference to FIGS. 1 and 3, a camera tube (for example Vidicon) being assumed as the photodetector. As noted, Figure 4 consists of a straight line illuminated at certain points. This is imaged on the photocathode of camera 5. Deflection generator 6 and deflection coil 10 effect a line-shaped scanning of Figure 4, the linear increase in time of deflection current J (known to be directly linked to the respective local position of the scanning spot) via resistor 9 as sawtooth voltage U2 (proportional to d2) (Fig. 3 ). If the scanning beam hits the illuminated point T2, then a pulse U1 is generated via camera load resistor 11.
Computer 7 (essentially a coincidence level) uses sawtooth U2 to determine the time t, which, based on t2m and dlm, allows the determination of d2.
d2m dn t2 9) t2m t2n, and dlm are system parameters and correspond to the lower distance limit of the measuring range.
D1 is calculated from D2 in computer 8 according to formula 5, where
D2 = A2 + d2 10) applies. A2 is system parameter and, as noted, computer 2 calculates d2.
A simple distance measurement is thus achieved by the invention, which electronically permits the use of slow circuit technology and elementary computing technology and is limited in measurement accuracy only by the spatial resolution of the photoelectronic scanning device.
According to one embodiment of the invention, at least two systems are used simultaneously for measurement, the illuminating light bundles of which lie in the same plane 71. This arrangement shown in Fig. 4 is particularly suitable for measuring perforated profiles. When using two diametrically located systems D11-D13, the hole diameter can be determined, when using several systems lying in level 21, distances DI I.. D12, Dl3. Measure D14 etc., from which the hole profile can be calculated by interpolation.
According to a further embodiment of the invention, a system according to the invention is rotated about an axis 15, which is perpendicular to the beam of light that shines on it. This arrangement shown in FIG. 5 is particularly suitable for measuring perforated profiles. which can be scanned sequentially and with any resolution.
According to a further embodiment of the invention, the systems described in the two previous embodiments are moved in translation. These arrangements shown in Figs. 4 and 5 are particularly suitable for the continuous measurement of boreholes when the translation 15 takes place parallel to the axis of the hole. The borehole is then scanned sequentially in the form of a spiral 18 in the rotating arrangement of FIG. 5 and along the surface lines 17 in the case of the simultaneous arrangement of FIG. 4.
According to a further embodiment of the invention, the systems 1800 described in the penultimate and second-last embodiment are rotated about an axis 16 which lies in the measurement plane 21 and passes through the measurement center 0. This arrangement shown in FIG. 6 is particularly suitable for measuring cavities which are scanned sequentially by a number of meridians 20.
According to a special embodiment of the device according to the invention, a laser beam is used as the emitting light beam. This arrangement offers the advantage of the high light emitting diode and is simple in terms of device technology.
According to a further special embodiment of the device according to the invention, a linear arrangement of photodiodes, a so-called photodiode array, is used for the photoelectronic scanning of the impact point image. This arrangement has the advantages of high geometric accuracy and stability as well as smallest dimensions.
An embodiment of the device according to the invention is given in FIG. 7. This is the measurement of distances between 3500 and 6000 mm, which typically occur as profile radii in tunnel construction. A simultaneous or sequential scanning of the profile according to subclaims 9 respectively. 10 is used. The radiation emitted by laser 1 is partially reflected at target 2, partially collected by objective 3 and imaged on photodetector 5, which is designed as a photodiode array. A clock signal is derived from a clock generator 12, which successively interrogates the state of charge of the capacitor assigned to each photodiode by means of the shift register installed in photodiode row 5. The result of this scan is taken in synchronism with the clock signal at the video output. Is z. B.
Diode No. 10 illuminated, then at the 10th clock pulse a signal pulse will appear at the video output. This pulse is detected in comparator 13 and used to stop counter 14, where the number of clock pulses delivered until then has been counted. The level d2 'of counter 14 is therefore a measure of the local position d2 of the impact point image within the diode row. So d2 = kl d2 11) where kl represents the distance (e.g. mm) between the individual photodiodes. Value d2 is taken over by computer 8, where first d2 (according to formula 11) is calculated. Then the absolute position D2 becomes by the operation
D2 = D2 min + d2 12) determines where D2min (for the respectively valid values of the optical arrangement) is calculated from Dlmjn using formula 6.
Finally, the target distance D1 is calculated using Formula 5. In the meantime, the interrogation process has continued on photodiode row 5. After the last photodiode in the line has been scanned, a reset pulse is emitted, which sets counter 14 to zero. A new measuring cycle is then initiated automatically or on command.
The numerical values of the example given are:
F = 180mm: a = 80 "; a = 1000mm: Dlm" x = 6000mm; DImt0 = 3500 mm; from which can be derived b1 = 182.8 mm (formula 7); b2 = 984.9mm (Forme18); D-, ll "l = 1015.8 mm (Formula 6): D2max = 1039.1 mm (Formula 6)
Image 4 of the measuring section has a length of D2max-D2m @@ = 23.3 mm and is shown with a photodiode array. consisting of 1728 diodes sampled at a distance of 13 m. Then k1 = 0.013. The measuring accuracy achieved with the device is on average (6000-3500) / 1728 = 1.5 mm. Further:
Objective: Rodagon 180 mm / 1: 5.6 (Rodenstock Werke, Munich. Germany).
Photo detector: Fairchild CCD 121H (Fair child Inc. Mounta Vicw, Calif. USA). Laser: Siemens LGR 7622 (Siemens AG, Munich, Germany).
In the present description, light source, light bundle, etc. have been spoken of throughout. It goes without saying that any other type of radiation (e.g. infrared, ultraviolet) can be used analogously. Your choice will be determined primarily by the adaptation to the spectral reflectance properties of the target.