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Verfahren zum berührungslos optischen Messen
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von Abständen und entsprechende Vorrichtung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum berührungslos optischen Messen von Abständen und entsprechende
Vorrichtungen nach dem Oberbegriff von Anspruch 2 oder dem von Anspruch 3. Das Verfahren
kann nämlich nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 nach zweierlei unterschiedlichen
Methoden, dem Fokussierungsmeßverfahren und dem Triangulationsmeßverfahren verwirklicht
werden.
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Beispielsweise aus der Dissertation von F. Ertl, Aufbau und Untersuchung
eines berührungslos optisch arbeitenden Längenmeßverfahrens für den Einsatz in der
Fertigung, Darmstadt, 1978, geht das Fokussierungsmeßverfahren als bekannt hervor.
In einer vorgewählten Richtung auf eine zu vermessende Oberfläche, vorzugsweise
senkrecht zur anzutastenden Oberfläche, wird ein Primärlichtbündel abgestrahlt und
zur Abstandsbestimmung die Intensität des von der Oberfläche rückgestreuten Lichts
gemessen.
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In einem Ausführungsbeispiel dient eine Fokussierungseinrichtung dazu,
das von einer Lichtquelle abgesandte Lichtbündel in einen Brennpunkt im Bereich
der Oberfläche zu fokussieren. Die Intensität des in der Beleuchtungsoptik zurückfallenden
Sekundärlichts hat ein Maximum,
wenn der Brennpunkt genau in der
Objektoberfläche liegt.
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Durch Zuordnung von augenblicklichen Einstellungen der Abstandsmeßvorrichtung
und deren optischen Bauteile (beispielsweise Linsenbrennweite) zu dem ausgezeichneten
Zustand, wenn ein Intensitätsmaximum auftritt, kann eine Abstandsrelation eines
Bezugspunkts der Meßvorrichtung zum Meßpunkt auf der Oberfläche des Meßobjekts gefunden
werden. Die notwendige Brennpunktsverschiebung erfolgt beispielsweise durch Durchstrahlen
einer periodischfin Anstrahlrichtung verschiebbaren Linse oder nacheinander in den
Strahlengang geschobenen Linsen mit unterschiedlichen Brennweitene Die Intensitätsmessung
erfolgt mittels einer Fotodiode, auf welche das von der Oberfläche in der Bleuchtungsoptik
rückgestreute und über einen Strahlteiler ausgekoppelte Sekundärlicht fällt. Sofern
die Fotodiode eine entsprechende Empfindlichkeit aufweist, kann bei ebenen, glatten
Oberflächen die Anstrahlrichtung ohne wesentliche Beeinflussung der Meßgenauigkeit
von der orthogonalen Lage in gewissen Grenzen abweichend-au.sgerichtet sein. Nachteilig
ist jedoch, daß die Intensität des in der Beleuchtungsoptik zurückgestreuten Lichtanteils
bei schrägem Auftreffen eines Lichtbündels auf eine Oberfläche geringer ist als
beitsenkrechtem Auftreffen, und damit die Meßgenauigkeit sinkt, da bei schwach ausgeprägtem
Maximum die Bestimmung des absoluten Maximums schwieriger ist. Eine stärkere Lichtquelle
oder hochempfindliche Fotodioden können nur teilweise Abhilfe schaffen. Insbesondere
bei spiegelnden Oberflächen ist der Streukegelwinkel des rückgestreuten Lichts recht
klein,
so daß schon bei kleineren Schrägstellungen des Meßgeräts kein ausreichender Lichtanteil
in die Beleuchtungsoptik zurückfallen kann. Sind die Oberflächen gekrümmt, also
beispielsweise konkav oder konvex ausgebildet, treten deutliche Meßfehler auf, wenn
die Antastung schräg zur Oberflächennormalen erfolgt, da das Rückstreuverhalten
auch eine Funktion der Oberflächenkrümmung ist. Ist die Oberfläche mit Riefen versehen,
die außerdem in eine Richtung bevorzugt verlaufen, so ändeit sich das Rückstreuverhalten
bei schräger Anstrahlung mit der Anstrahlrichtung, woraus sich bei von Meßpunkt
zu Meßpunkt ändernder Anstrahlrichtung Meßfehler ergeben können.
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Eine Meßeinrichtung, der das Triangulationsverfahren zugrundeliegt,
geht beispielsweise aus dem VDI-Bericht, 448, Dimensionelles Messen und Prüfen in
der Fertigung, 1982, Seite 29 bis 30, als bekannt hervor. Bei diesen Meßverfahren
wird ein Lichtbündel, vorzugsweise ein Laserstrahl, senkrebht auf die Werkstückoberfläche
gerichtet und eine Empfängeroptik in einem festen Winkel dazu angeordnet. Verschiebt
sich beispielsweise die Oberfläche in Richtung des Beleuchtungsstrahls, so ändert
sich auch die Intensität und Verteilung des Streulichts und die Lage dessen Maximum
auf einer flächenhaft auflösenden Fotodiode. Diese Ablenkung kann gemessen werden
und daraus eine Abstandsrelation des Meßgeräts zur Oberfläche gewonnen werden. Nachteilig
ist auch hier, daß Abweichungen der Anstrahlrichtung von der Orthogonalen zur Meßobjektoberfläche
die Meßgenauigkeit beeinträchtigen, da dadurch die Lage der Streukeule (Linien gleicher
Intensität) beeinflußt wird. Bei schräger An-
strahlung rauher Oberflächen
mit einer Vorzugsrichtung von Unebenheiten, beispielsweise Riefen, kann die Streukeule
in mehrere diskrete Streukeulen zerfallen, das heißt also, für verschiedene Winkel
und Abstandseinstellungen des Meßgeräts kann kein Streulicht er¢pfangen werden und
es ist deshalb keine Messung möglich Bei unbekannten Oberflächen ist also ohne weitere
Maßnahmen keine sichere Betriebsweise möglich.
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Aus der CH-PS 447 631 geht eine berührungslos optisch arbeitende Abstandsmeßvorrichtung
als bekannt hervor, der ein Triangulationsmeßverfahren zugrundeliegt, nach dem die
Oberfläche eines zu vermessenden Objekts in einem definierten schrägen Winkel angestrahlt
wird. In Anwendung dieses Verfahrens soll die Winkelhalbierende aus optischer Achse
einer Empfängeroptik und des Beleuchtungslichtbündels, deren optische Achsen in
einem festen Winkel zueinander angeordnet sind, für eine Messung senkrecht zu einer
Werkstückoberfläche im Meßpunkt voreingestellt sein. Dazu ist die Meßeinheit auf
einen Meßschlitten montiert, der in der Ebene der beiden Achsen schwenkbar um deren
Schnittpunkt angeordnet ist. Eine Nachführsteuerung sorgt für eine translatorische
Verschiebung des Meßgeräts, und zwar so lange, bis der mittels eines Laserstrahls
auf dem Meßobjekt erzeugte, eng begrenzte Lichtfleck durch eine Linse auf einer
Differentialfotozelle der Empfängeroptik abgebildet wird. Die aus wenigstens zwei
Einzeldioden aufgebaute Fotozelle übernimmt nunmehr die Steuerung der translatorischen
Verschiebung*Dis die Einzeldioden symmetrisch ausgeleuchtet sind. Dann liegt der
Schnittpunkt der optischen Achsen von Beleuchtungslichtbündel und Empfängeroptik
genau in der Werkstückoberfläche.-
Für diese ausgezeichnete Position
des Meßgeräts zur Obejektoberfläche läßt sich in einfacher Weise eine Abstandsrelation
ermitteln.
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Bei dieser Vorrichtung nach dem Triangulationsmeßverfahren mit schräger
Antastung ist es für die Meßgenauigkeit besonders wichtig, die definierte Winkellage
der Anstrahlrichtung zur Oberfläche genau voreinzustellen, In der Schrift wird jedoch
keine Angabe gemacht, in welcher Art und Weise die exakte Ausrichtung des Meßgeräts
erfolgen kann. Die jeweilige Ausrichtung von Hand wäre ungenau und äußerst zeitraubend.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abstandsmessung auch
bei ein- und zweidimensional gekrümmten und in ihrer Normalen-Richtung unbekanntem
Oberflächenverlauf und unbekannter Oberflächenstruktur schnell und mit größtmöglicher
Meßgenauigkeit zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch in einem Meßpunkt jeweils automatisches Ausrichten der Anstrahlrichtung
in eine frthogonale oder sonstige bevorzugte Winkellage, werden ständig optimale
Meßbedingungen geschaffen. Bei entsprechender Ausrichtung des Antaststrahls ist
die Intensität des Sekundärlichts maximal und, sofern die Oberflächenbeschaffenheit
von Meßpunkt zu Meßpunkt unverändert ist, auch gleichbleibend.
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Daraus ergibt sich eine Steigerung der Meßgenauigkeit ins-
besondere
für gekrümmte Oberflächen. Vorrichtungsseitig lösen flächenhaft auflösende optoelektronische
Wandler, die die Intensitätsverteilung des rückgestreuten Lichts messen, Steuersignale
für Verschwenkantriebe aus.
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Bei senkrechter Anstrahlung der Oberfläche liegt der optoelektronische
Wandler beispielsweise um die optische Achse des Primärlichtbündels herum.
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Vorteilhaft ist, daß eventuell auch weniger empfindliche, d.h. billigere
optoelektronische Wandler zur Anwendung kommen können. Durch automatisches Ausrichten
der definierten Meßtastkopfachse in die bevorzugte Lage kann wesentlich schneller,
da ohne manuelles Eingreifen, eine Vielzahl von Meßpunkten mit hoher Meßgeschwindigkeit
angetastet und vermessen werden. Versagen des Meßgeräts bei Abweichen der Strahlrichtung
aus der bevorzugten Lage wird gänzlich vermieden. Ferner kann bei Meßverfahren,
bei denen das Antastlichtbündel senkrecht auf der Oberfläche stehen SOlli ein Einfluß
der Oberflächenbeschaffenheit auf die Meßergebnisse weitgehend reduziert werden.
Bei. Schräganstrahlung einer Oberfläche können auf unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit
beruhende Meßfehler erkannt werden, da bei immer gleichbleibender Antastrichtung
fehlerhafte Messungen aufgrund von Falschausrichtung des Tastlichtbündes ausgeschlossen
werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben;
Es zeigen: Figur 1 den
Bereich der Pinole eines Koordinatenmeßgeräts, an dem räumlich schwenkbar der Meßtastkopf
einer Abstandsmeßvorrichtung aufgehängt ist, Figur 2 die Anordnung der optischen
Bauelemente im Meßtastkopf und die Geometrie des Strahlengangs, für ein nah dem
Fokussierungsmeßverfahren arbeitendes Meßgerät, mit einer seitlich des Primärlichtbündels
angeordneten Fotozelle, Figur 3 eine Anordnung der wesentlichen Bauelemente eines
nach dem Fokussierungsmeßverfahren arbeitenden Meßgerats nach Figur 2, jedoch mit
seitlich über einen Umlenkspiegel eingeblendetem Primärlichtbündel und hinter dem
Umlenkspiegel um die optische Achse des Primärlichtbündels angeordneter Fotozelle,
Figur 4 eine Anordnung der wesentlichen optischen Baulmente eines nach dem Triangulationsverfahren
arbeitenden Meßgeräts, mit einer um die optische Achse des Primärlichtbündels angeordneten
durchbohrten Fotodiode, Figur 5 eine Frontalansicht der flächenhaft auflösenden
Fotodiode der Figur 2, mit einer einer
Schrägstellung des Meßtastkopfs
entsprechenden Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts, Intensitäsmaximum
außermittig, Figur 6 eine Ansicht der Fotozelle nach Figur 2, mit einer einem orthogonal
zu einer Werkstückoberfläche ausgerichteten Meßtastkopf entsprechender Intensitätsverteilung
des rückgestreuten Lichts, Intensitätsmaximum mittig.
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Der Meßtastkopf 1 der berührungslos optischen Abstandsmeßvorrichtung
ist, wie aus Figur 1 ersichtlich, am Ende der Pinole eines Koordinaten-Meßgeräts
an einer Halterung 2 angebracht, wobei lediglich deren Endabschnitt dargestellt
ist.
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Zwei Gelenke 3, 4 im Verlauf der Halterung 2, mit zueinander senkrecht
ausgerichteten Drehachsen, erlauben räumliche Verschwenkbewegungen des Meßtastkopfs
1 zur Ausrichtung einer gemeinsamen optischen Achse der optischen Bauelemente des
Meßtastkopfs in eine bevorzugte., hier orthogonale Lage zu einer zu vermessenden
Objektoberfläche 5. Den Gelenken 3, 4 sind nicht dargestellte Verschwenkantriebe
zugeordnet, die durch Ausgangssignale eines in Figur 2 dargestellten im Meßtastkopf
1 integrierten flächenhaft auflösenden optoelektronischen Wandlers 6 gesteuert werden,
der beispielsweise eine Vier-Quadranten-Fotodiode sein kann. Die Größe der relativen
Verdrehungen der Gelenke 3,4 der Halterung 2 sind beispielsweise über Winkelschrittgeber
meßbar. Die Halterung 2 ist samt Meßtastkopf 1 über geeignete, nicht dargestellte
Antriebe in allen drei Raumrichtungen translatorisch bewegbar. Im Raum zwischen
Meß-
tastkopf 1 und der im Abstand A dazu befindlichen Objektoberfläche
5, ist die Geometrie des Strahlengangs außerhalb des Meßtastkopfs eingezeichnet.
Im Schnittpunkt des konvergenten Lichtbündels 7 befindet sich der Brennpunkt 8 in
der Objektoberfläche 5. Um den Meßtastkopf 1 im Bauvolumen klein zu halten, kann
das Primär- oder Beleuchtungslicht über Lichtleitfasern dem Meßtastkopf 1 zugeleitet
werden.
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Figur 2 zeigt die wesentlichen optischen Bauelemente im Meßtastkopf
1 eines nach dem Fokussierungsmeßverfahren arbeitenden Meßgeräts und die zugehörige
Geometrie des Strahlengangs. Eine Lichtquelle 9, die auch eine Laserlichtquelle
oder als Ende einer Lichtleitfaser ausgebildet sein kann, sendet Beleuchtungslicht
aus, das in einer ersten Konvexlinse 10 parallel gerichtet wird. Diese kann aus
Platzersparnis-/Gewichtsersparnisgründen auch kleiner als die zweite Konvexlinse
12 ausgeführt sein. Nach Durchstrahlen eines halbdurchlässigen Strahlteilers. 11,
der beispielsweise eine Planspiegel ist, wird das parallel gerichtete Licht auf
eine weitere Konvexlinse 12 fokussiert. Die Objektoberfläche 5 liegt genau im Brennpunkt
8, wenn zuvor der richtige Abstand A, beispielsweise durch Verfahren der Pinole;
veingestellt wurde. Die optische Achse 13 des Primärlichtbündels ist als strichpunktierte
Linie eingetragen. In der dargestellten Lage des Meßtastkopfs 1 steht die optische
Achse nicht orthogonal auf der Werkstückoberfläche 5. Die Form und Lage der Streukeule
14 des rückgestreuten Lichts ist abhängig von der Schrägstellung des Meßtastkopfs
und Beschaffenheit der Oberfläche. Bei Schräganstrahlung liegt der vom Brennpunkt
ausgehende, durch das Maximum der Streukeule verlaufende Lichtstrahl 15 nicht in
der
optischen Achse 13) sondern in einen Winkel dazu geneigt. Der rückgestreute Lichtanteil
fällt zurück auf die Konvexlinse 12, die das rückgestreute Licht parallel ausrichtet.
Der halbdurchlässige Spiegel lenkt das Licht auf den optoelektronischen Wandler
6, der seitlich außerhalb des Primärlichtbündels angeordnet ist. Der Lichtstrahl
15 durch das Intensitätsmaximum der Streukeule verdeutlicht repräsentativ einen
Strahlenverlauf von der Werkstückoberfläche zum optoelektronischen Wandler 6.
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Figur 3 zeigt ebenfalls wie Figur 2 eine Vorrichtung, die nach dem
Fokussierungsmeßverfahren arbeitet. Im Unterschied zu Figur 2 ist die Lichtquelle
9 ebenso wie die Konvexlinse 10 zur Flächennormalen in einem Meßpunkt quer abstrahlend
angeordnet. Über einen kleinen, im Durchmesser dem Primärlichtbündel entsprechenden
Umlenkspiegel 11 t wird das Primärlichtbündel in Richtung auf die Oberfläche gelenkt.
Der optoelektronische Wandler 6' ist hinter dem Umlenkspiegel 11' angeordnet. Da
der Primärstrahl nur dünn entsprechend dem gewünschten Lichtfleckdurchmesser zu
sein braucht, reicht ein kleiner Umlenkspiegel von ca. 2 mm Durchmesser aus. Er
kann beispielsweise an radial angeordneten, dünnen Stiften fixiert sein oder es
wird eine Planglasplatte verwendet, bei der nur im mittleren Bereich eine elliptische
Fläche als Spiegel durch Bedampfung ausgeführt ist. Durch die umgelenkte Primärstrahlführung
wird erreicht, daß das meist nur schwache rückgestreute Streulicht möglichst vollständig,
d.h. ohne Umlenkverluste auf die großflächige lageempeindliche Diode gelangt, und
es kann stets eine ungelochte Diode verwendet werden. Weiterhin kann dadurch der
Gehäuseumriß gegebenenfalls günstiger gestaltet werden.
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Figur 4 zeigt die wesentlichen optischen Bauteile einer optischen
Abstandsmeßeinrichtung nach dem Triangulationsverfahren. Die besten Abstandsmeßergebnisse
werden hierbei erreicht, wenn das Primärlichtbündel orthogonal auf der Objektoberfläche
5 steht. Dieser Fall ist in Figur 4 schon eingestellt worden durch entsprechendes
Schwenken des Meßtastkopfes um zwei Achsen. Der Meßtastkopf enthält eine Lichtquelle
9, die ein Primärlichtbündel aussendet. Ferner die dazu in einem festen Winkel von
ca. 45 Grad stehende Empfängeroptik 20, mit einer lageempfindlichen Flächen-oder
Zeilendiode.21, die die Lage und Form des Streulicht-Intensitätsverteilungs-Anteils
zu ermitteln gestattet. Der für die orthogonale Ausrichtung erforderliche zusätzliche
lageempfindliche optoelektronische Wandler 6" ist koaxial zum Primärlichtbündel
angeordnet und besitzt eine Aussparung zum Durchlaß des Primärlichtbündels.
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Selbstverständlich könnte auch der rückgestreute Lichtanteil über
einen teildurchlässigen Umlenkspiegel auf die seitlich außerhalb des Primärstrahls
angebrachte lageempfindliche Fotozelle umgelenkt werden, wie es etwa in Figur 2
für das Fokussierungsmeßverfahren dargestellt ist.
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Statt eines teildurchlässigen Umlenkspiegels könnte im übrigen auch
ein durchbohrter Vollspiegel verwendet werden. Ebenfalls auf das Triangulationsmeßverfahren
angewendet, könnte Lichtquelle und Umlenkspiegel quer zur Normalen im Meßpunkt abstrahlend
angeordnet sein und die Fotodiode in Richtung des Sekundärlichts hinter dem Umlenkspiegel.
Die Zeilendiode 21 liefert lediglich das Signal zur Abstandsmessung und ist vollkommen
von der Steuerung für die Schwenkbewegung entkoppelt.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Ansicht auf die angestrahlte Seite
des optoelektronischen Wandlers 6, 6' oder 6".
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Das in der Oberfläche der Fotozelle anfallende Licht ist zur Darstellung
in Linien gleicher Intensität aufgetragen.
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In Figur 5 liegt das Maximum der Intensitätsverteilung exzentrisch
zum Fotodiodenmittelpunkt angeordnet. Die exzentrische Lage des Intensitätsmaximums
würde etwa einer schrägen Anstrahlung der Obejektoberfläche nach Figur 2 entsprechen.
Eine konzentrische Anordnung im Mittelpunkt der Fotodiode nach Figur 6 würde eine
orthogonal zur Objektoberfläche ausgerichtete Meßtastkopfachse bedeuten.
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Berührungslos optisch arbeitende Abstandsmeßvorrichtungen nach dem
Triangulations- und dem Fokussierungsmeßverfahren können beispielsweise als eindimensionale
Meßtaster an Koordinatenmeßgeräten mit kartesischen Verfahrmöglichkeiten oder in
Knickarmbauweise, wie beispielsweise bei Meßrobotern eingesetzt werden, um die Koordinatenwerte
eines Bauteils Kontur-, punkt- oder linienweise zu be.stimmen.Dazu soll der Meßtaster
den Abstand zwischen dem gerade angetasteten Oberflächenpunkt und einem Bezugspunkt
an einem koordinatenmäßig bewegten Maschinenteil, insbesondere die Pinole eines
Koordinatenmeßgeräts oder die Hand eines Roboters, ermitteln. Ist die Richtung der
Abstandsmessung bekannt, so können zusammenfassend durch Koordinatentransformation
die absoluten Koordinaten des Oberflächenpunktes erreicht werden -Bei Abstandsmessungen
nach dem Fokussierungsmeßverfahren wird der Fokus durch Meßgeräteverschiebung oder
Brennweitenänderung in der Antastrichtung relativ zur Werkstück-
oberfläche
periodisch oder kontinuierlich bewegt. Sofern die Winkellage der optischen Achse
13 des Meßtastkopfs 1 während eines Meßvorgangs konstant beibehalten wird, ist die
Änderung der Intensität des von der Werkstückoberfläche rückgestreuten Lichts hauptsächlich
eine Funktion des Brennpunktsabstands zur Werkstückoberfläche. Die Messung der Intensität
ergibt ein relatives Maximum, wenn der Brennpunkt 8 genau in der Oberfläche liegt.
Zwar ist es zumeist nicht unbedingt erforderlich, daß die optische Achse 13 des
Meßtastkopfs 1 orthogonal zur Meßobjektoberfläche ausgerichtet ist, jedoch sind
bei orthogonaler Ausrichtung höhere Meßgenauigkeiten erzielbar, da das in der Beleuchtungsoptik
zurückfallende Licht gemessen wird, das dann eine Maximum ist. Der Intensitätsverlauf
als Funktion der Brennpunktsverschiebung weist dann auch ein ausgeprägtes Maximum
auf, wodurch die Maximumfindung wesentlich erleichtert wird. Bei konvex gekrümmten
Oberflächen treten bei schräger Antastung Meßfehler auf, die darin begründet sind,
daß sich je nach Brennpunktsabstand zur Objektoberfläche die Winkellage des Intensitätsmaximums
des Streukegels des rückgestreuten Lichts ändert.
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Zur orthogonalen Ausrichtung der optischen Achse 13 des Meßtastkopfs
1 auf der«Objektoberfläche 5,ist eine weitere Fotodiode im r)ückgestrehten- :Lic-angordnet,
die aus einer Anzahl von.inzeldiodn aufgebaut ist, die über -eine Fläche verteilt.
angeordnet'sind. Eine solche flächenhaft auflösende Fotodiode.läßt sich dazu verwenden,
Steuersignale für Verschwenkbewegungen der Drehantriebe an den Gelenken zu erzeugen,
wenn eine von einer vorgegebenen Intensitätsverteilung abweichende Helligkeitsverteilung
über der Oberfläche der Fotodiode vorliegt. Im Ausführungsbeispiel sind Ausrichtbewegungen
abgeschlossen,
wenn eine zum Fotodiodenmittelpunkt symmetrische
Helligkeitsverteilung vorliegt. Selbstverständlich kann, wie im Ausführungsbeispiel
vorgesehen, eine einzige flächenhaft ausgebildete Fotodiode auch zur Messung der
Intensität für die Abstandsbestimmung verwendet werden, die von der Brennpunktslage
zur Werkstückoberfläche abhängt. Anstatt einer seitlich angeordneten Fotodiode kann
eine Fotodiode beispielsweise auch im Strahlengang vor der Objektoberfläche angebracht
sein, die zum Durchtritt des Primärlichtbündels, speziell wenn dieses wie in Figur
2 nur dünn ausgebildet ist, eine entsprechende Uffnung besitzt. Ferner kann die
Diode hinter einem Umlenkspiegel angeordnet sein, wie im Ausführungsbeispiel nach
Figur 3 dargestellt. Steuersignale für Verschwenkbewegungen werden dann erzeugt,
wenn das außerhalb des Strahlengangs der Beleuchtungsoptik rückgestreute Licht eine
unsymmetrische Verteilung besitzt. Die Anordnung der Einzeldioden auf der Fotodiode
kann beliebig geschehen, vorzugsweise ist die Anordnung mittelpunktssymmetrisch.
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Die Dioden können dann radial in Zeilen oder auch in Umfangslinien
konstanter Teilung angeordnet sein. Sofern die Ausrichtung des Meßtastkopfs 1 allein
durch Schwenkbewegungen der Gestängeabschnitte erfolgt, kann der anfangs angetastete
Meßpunkt nicht beibehalten werden.
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Soll dies dennoch erwünscht sein, so müssen mit jeder Schwenkbewegung
der Winkeländerung entsprechend translatorische Bewegungen des Meßtastkopfs 1 und
der Halterung einhergehen, die beispielsweise mittels eines Mikroprozessors aus
dem Steuersignal der Fotodiode ermittelt werden. Alternativ können die Dreh- und
Schwenkbewegungen auch mechanisch als Kugelkulissenführung aus-
geführt
sein konzentrisch zum Brennpunkt bzw. Nenn-Abstandspunkt der Abstandsmeßeinrichtung.
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Die Ausführungen zum Fokussierungsmeßverfahren gelten hinsichtlich
der Anordnungen für Umlenkspiegel und Fotodioden in gleicher Weise für das Triangulationsverfahren,
insbesondere wenn das Primärlichtbündel orthogonal die Oberfläche anstrahlen soll.
Zur Abstandsbestimmung dient jedoch eine im Winkel zur optischen Achse des Primärlichtbündels
angeordnete Empfängeroptik. Die Empfängeroptik ist mit einer zeilenförmig oder auch
flächenhaft auflösenden Fotodiode zur Abstandsbestimmung ausgestattet.
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Sie dient der Feststellung der Streulicht-Intensitätsverteilung, die
bei einer definierten Verteilung einem bestimmten Abstand des Meßgeräts von der
Objektoberfläche entspricht. Zur Lageausrichtung ist jedoch der lageempfindliche
optoelektronische Wandler 6" vorgesehen, der mittelbar oder unmittelbar die Intensitätsverteilung
um die optische Achse des Primärlichtbündels mißt.
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Wenn für ein Triangulatiosnmeßverfahren ein Primärlichtbündel eine
Oberfläche in einer bevorzugten Lage schräg anstrahlen soll, so ist der optoelektronische
Wandler im Bereich derjenigen Lage der Streulichtkeulenachse anzuordnen, die der
bevorzugten Relativlage zwischen Primärlichtbündel und zu vermessender Oberfläche
entspricht.