DD261832A1

DD261832A1 - Einrichtung zur begrenzung des richtwinkelbereiches

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Publication number: DD261832A1
Authority: DD
Publication date: 1992-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der Dicke transparenter Koerper mittels eines Lasers. Die Erfindung ist zum beruehrungslosen Messen der Dicke transparenter Koerper anwendbar, insbesondere zur Messung der Wandstaerke von Glasrohren. Die Erfindung besteht darin, dass ein Laser als Strahlungsquelle verwendet wird, dessen Strahlrichtung gegenueber der Oberflaechennormalen an der Messstelle geneigt liegt und, dass die Messanordnung weiterhin aus zwei zeilenfoermigen fotoelektrischen Empfaengern, wobei der erste Empfaenger im Strahlengang des an der Oberflaeche des Koerpers reflektrierten Messstrahls und der zweite Empfaenger im Strahlengang des an der Rueckflaeche des Koerpers reflektierten Messstrahls angeordnet ist und die Empfaenger mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, besteht. Im Strahlengang des an der Oberflaeche des Koerpers reflektierten Messstrahls ist ein dritter zeilenfoermiger Empfaenger angeordnet, dessen optische Weglaenge, gemessen vom Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Oberflaeche, um einen definierten Basisabstand gegenueber der Weglaenge des ersten Empfaengers groesser ist, wobei der dritte Empfaenger ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist. Als Empfaenger lassen sich vorteilhaft CCD-Zeilen einsetzen. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist zum berührungslosen Messen der Dicke transparenter Körper anwendbar, insbesondere zur Messung der Wandstärke von Glasrohren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In DD 19703 ist ein Gerät zur berührungsfreien Feinstmessung von Abstandsänderungen eines nahen Gegenstandes beschrieben, dessen prinzipielle Wirkungsweise zur Dickenmessung transparenter Körper modifizierbar ist. Gemäß dieser Lösung wird das Licht eines im Durchmesser klein gehaltenen, von der Oberfläche des Gegenstandes ausgehenden Leuchtflecks fotoelektrisch ausgewertet. Bei Lageänderung des Leuchtflecks bzw. bei Auswertung des auf der Rückfläche eines transparenten Gegenstandes um die Dicke des Gegenstandes in der Intensität veränderten Leuchtflecks treten Signaländerungen in der fotoelektrischen Auswerteeinrichtung ein, die ein Maß für die Lageänderung bzw. für die Dicke des transparenten Gegenstandes

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß zur Abbildung des Leuchtflecks auf die fotoelektrische Auswerteeinrichtung eine Aufweitungsoptik verwendet wird, die bei der Messung der Dicke zur Erhaltung der Meßwerte für die Oberfläche und für die Rückfläche auf die jeweilige Fläche fokussiert werden muß. Das bringt Nachteile hinsichtlich der Produktivität, vor allem dann, wenn bei ausgedehnten Meßobjekten an einer Vielzahl von Meßstellen die Dicke ermittelt werden soll.

Des weiteren ist es bei dieser Lösung notwendig, das Meßobjekt an der Meßstelle exakt zur Aufweitungsoptik auszurichten. Die dazu notwendigen Anlageelemente für das Meßobjekt weisen einen gewissen Abstand symmetrisch senkrecht zur optischen Achse auf, so daß Meßfehler entstehen können, wenn das Meßobjekt innerhalb des Abstandes Ebenheitsabweichungen, z. B.

durch Verbiegung des Meßobjektes, aufweist.

Bei einer weiteren Lösung zurinterferometrischen Abstands- und Dickenmessung (DD-WP G01 B / 2930313) wurde bereits vorgeschlagen, mit Hilfe eines Lasers, dessen konvergierender Meßstrahl geneigt gegenüber der Oberflächennormalen des Meßobjektes angeordnet ist und dessen Durchmesser kleiner als die Dicke des Meßobjektes ist, durch Auswertung der Interferenzen aus den an der Oberfläche bzw. Rückfläche des Meßobjektes reflektierten Strahlen die Dicke von transparenten Körpern zu ermitteln.

Nachteilig hierbei ist, daß zur Vermeidung von Meßfehlern die Neigung des Meßstrahls zur Oberfläche des Meßobjektes stets konstant gehalten werden muß. Das bringt zusätzlich Justier- und Führungsaufwand mit sich, insbesondere dann, wenn die o.g.

Abweichungen der Objektoberfläche von der Ebenheit zu erwarten sind.

Des weiteren ist eine Glasdickenmeßeinrichtung bekannt, bei der ebenfalls ein Laserstrahl geneigt auf die Oberfläche des Meßobjektes trifft. Zur Dickenmessung werden die an der Oberfläche und an der Rückfläche des Meßobjektes entstehenden reflektierten Strahlen über ein Linsensystem auf die Empfängerfläche einer Fotodiodenzeile abgebildet.

Durch Mehrfachabtastung der durch die beiden Strahlen beleuchteten Elemente der Fotodiodenzeile wird die Glasdicke mittels eines angeschlossenen Rechners ermittelt.

Auch bei dieser Lösung verursachen schwankende Einfallswinkel des Meßstrahls auf die Oberfläche des Meßobjektes Meßfehler bei der Glasdickenbestimmung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Meßgenauigkeit bei der Dickenmessung transparenter Körper.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Messen der Dicke transparenter Körper mittels eines Lasers zu entwickeln, bei der Schwankungen des Neigungswinkels des Meßstrahls keine Meßfehler verursachen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zusätzlich zu den vorhandenen zellenförmigen fotoelektrischen Empfängern im Strahlengang des an der Oberfläche bzw. Rückfläche des Körpers reflektierten Meßstrahls ein weiterer zellenförmiger Empfänger im Strahlengang des an der Oberfläche des Körpers reflektierten Meßstrahls angeordnet ist. Die optische Weglänge des weiteren Empfängers, gemessen vom Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Oberfläche, ist um einen definierten Basisabstand größer als die Weglänge des ersten Empfängers für den an der Oberfläche des Körpers reflektierten Meßstrahl. Der weitere Empfänger ist, wie die anderen Empfänger auch, mit einer Auswerteeinrichtung verbunden, die einen Rechner beinhalten kann.

Die Anordnung gestattet es, mit einfachen Hilfsmitteln durch Winkelfehler auftretende Meßfehler zu korrigieren. Das wird dadurch erreicht, daß der weitere zellenförmige fotoelektrische Empfänger mittels der Auswerteeinrichtung auf Synchronität zum ersten Empfänger abgefragt wird. Besteht keine Synchronität, dann liegt der Prüfling zur Meßanordnung außerhalb der SOLL-Neigung, und es wird mit Hilfe der Auswerteeinrichtung eine Winkelkorrektur durchgeführt, die am einfachsten rechentechnisch erfolgen kann, aber auch mittels einer mechanischen Justierung der Lage des Prüflings bzw. der Meßanordnung möglich ist.

Als Empfänger eignen sich vorzugsweise CCD-Bauelemente. Die um den definierten Basisabstand vergrößerte optische Weglänge des ersten und des weiteren Empfängers erreicht man zweckmäßig durch Einbringen eines Strahlenteilers in den an der Oberfläche des Körpers reflektierten Strahlengang.

Ausführungsbeispiel

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und zwar zeigen

Fig. 1: ein Schema der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.2: eine Darstellung verschiedener auf die Empfänger einfallende reflektierte Strahlen

Die Anordnung besteht nach Fig. 1 aus einem Laser 1 als Strahlungsquelle, dessen Strahl 2 mit geringem Durchmesser um den Einfallswinkel α geneigt bezüglich der Normalen 3 der Oberfläche 4 des Prüflings 5 auf diesen auftrifft. Im Strahlengang 6 des an der Oberfläche 4 reflektierten Strahls 2 ist ein Teilerwürfel 7 eingebracht, in dessen ersten Teilstrahl 8 eine CCD-Zeile 9 und in dessen zweiten Teilstrahl 10 eine weitere CCD-Zeile 11 angeordnet ist. Die optische Weglänge der CCD-Zeilen 9 und 11 unterscheiden sich um den Basisabstand B. Im Strahlengang 12 des an der Rückfläche 13 reflektierten Strahls 2 ist eine CCD-Zeile 14 angeordnet, die im wesentlichen mit der CCD-Zeile 9 in einer gemeinsamen Ebene liegt. Die CCD-Zeilen 9,11,14 sind mit einer Auswerteeinrichtung 15 verbunden.

Die Funktionsweise der Anordnung nach Fig. 1 soll anhand Fig. 2 näher erläutert werden. Gemäß Fig. 2 sind die CCD-Zeilen 9,11 und 14 schematisch mit den fortlaufend nummerierten Pixeln 16 dargestellt. Danach sind die Pixel 16 der CCD-Zeilen 9 und 11 mit gleichen Nummern fluchtend im Abstand B hintereinander angeordnet.

Wenn der Prüfling 5 exakt zur Meßanordnung nach Fig. 1 ausgerichtet ist, dann erzeugt der Meßstrahl 2 die reflektierten Strahlen 8.1,10.1 und 12.1, die senkrecht auf die CCD-Zeilen 9,11 und 14 auftreffen. Das Meßergebnis für die Dicke des Prüflings 5 ergibt sich aus der Differenz der Pixelnummern der CCD-Zeilen 9 und 14:

/12-88/ = 76. Eine Abstandsänderung zwischen Meßanordnung und Prüfling 5 bewirkt lediglich einen Parallelversatz der reflektierten Strahlen, wie dies durch die Strahlen 8.2,10.2 und 12.2 gezeigt wird. Eine Änderung der Dicke des Prüflings erzeugt ebenfalls lediglich parallelversetzte Strahlen 8.3,10.3 und 12.3. Die Dicke des Prüflings 5 wird durch die Differenz der jeweiligen Pixelnummern 16 (/12-88/ = /7-83/ = /11-87/ = 76) immer dann als richtig ermittelt, wenn die Strahlen 8 und 10 im reflektierten Strahlengang 6 auf den CCD-Zeilen 9 und 11 in Richtung der Pixel 16 mit gleichen Nummern liegen.

In dem Fall, wo der Prüfling 5 schiefwinklig zur Meßanordnung steht, fallen die reflektierten Strahlen 8.4,10.4 und 12.4 nicht senkrecht auf die CCD-Zeilen 9,11 und 14 ein, d.h. es besteht keine Synchronität zwischen den Pixelnummern 16 der CCD-Zeilen 9(Picel-Nr. 11) und CCD-Zeile 11 (Pixel-Nr.15). Das Meßergebnis für die Dicke des Prüflings 5 (/11-92/ = 81) wird dann von der Auswerteeinrichtung als falsch erkannt.

Claims

1. Anordnung zum Messen der Dicke transparenter Körper mittels eines Lasers, bestehend aus einem Laser als Strahlungsquelle, dessen Strahlrichtung gegenüber der Oberflächennormalen an der Meßstelle geneigt liegt, und bestehend aus zwei zellenförmigen fotoelektrischen Empfängern, wobei der erste Empfänger im Strahlengang des an der Oberfläche des Körpers reflektierten Meßstrahls und der zweite Empfänger im Strahlengang des an der Rückfläche des Körpers reflektierten Meßstrahls angeordnet ist und die Empfänger mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang (6) des an der Oberfläche des Körpers reflektierten Meßstrahls (2) ein dritter zellenförmiger Empfänger (11) angeordnet ist, dessen optische Weglänge, gemessen vom Auftreffpunkt des Laserstrahls, auf der Oberfläche (4) um einen definierten Basisabstand (8) gegenüber der Weglänge des ersten Empfängers (9) größer ist, wobei der dritte Empfänger (11) ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung (15) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfänger (9,11,14) CCD-Bauelemente vorgesehen sind.