DD240258A1 - Vorrichtung zur optoelektronischen flaechenmessung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur optoelektronischen Flaechenmessung, mit dem Ziel, schnell und mit geringem mechanischem Aufwand sowohl alle Arten von Haertemesseindruecken als auch groessere Flaechen ausmessen zu koennen. Die Aufgabe, eine exakte Ausmessung beliebig liegender Flaechen ohne zusaetzlich waehrend des Messvorganges erforderliche Relativbewegung zwischen einem Messwertgeber und der auszumessenden Flaeche zu ermoeglichen, wird dadurch geloest, dass ein aus einer grossen Anzahl radial verlaufend linear angeordneter strahlungsempfindlicher Elemente bestehender selbstabtastender optoelektronischer Messwertgeber rotatorisch angeordnet und mit einem rotatorischen Messsystem oder einem Antriebssystem mit definierter Drehbewegung gekoppelt ist, wobei Rotationsmittelpunkt und Messbezugspunkt zusammenfallen und deren Lage unabhaengig von Lage und Form der abzutastenden Flaeche ist. Der Messwertgeber ist radial verschiebbar und liegt vorzugsweise mit einem Teil seiner strahlungsempfindlichen Elemente ueber einem Teil der abzutastenden Flaeche. Die Bewegungsbahn kann spiralfoermig und/oder durch Endpunkte begrenzt sein. Die Ausgangssignale einer Signalspeicher- und -verarbeitungseinrichtung sind Aussagen ueber Abmessungen, Kontur und/oder Inhalt der Flaeche, unabhaengig von deren Lage. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich auf die Ausmessung von Flächen. Als spezielles Anwendungsgebiet kommt die Ausmessung von Härtemeßeindrücken in Betracht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus WP 140589 ist es bekannt, die Projektion eines Härtemeßeindruckes mit Hilfe bekannter optoelektronischer Nachweismittel auszumessen. Die hier offenbarte Lösung stellt zwar einen Fortschritt gegenüber den herkömmlichen Auswerteeinrichtungen für Härtemeßeindrücke dar, hat aber den Nachteil, daß sie sowohl verhältnismäßig zeitaufwendig ist als auch einen relativ hohen mechanischen Aufwand erfordert. Zum anderen ist diese Lösung nur zum Ausmessen von in Form und Lage exakt definierten Vickerseindrücken geeignet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur optoelektronischen Flächenmessung, die schnell und mit geringem mechanischem Aufwand die Ausmessung sowohl aller Arten von Härtemeßeindrücken als auch größerer Flächen gestattet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Nachteile lassen sich auf folgende Ursachen zurückführen. Bei der Lösung nach WP 140589 befindet sich ein optoelektronischer Meßwertgeber zu Beginn des Meßvorganges stets außerhalb der auszumessenden Fläche an einem Ausgangspunkt. Um verarbeitbare Meßsignale erhalten zu können, wird der Meßwertgeber translatorisch über eine stets gleichbleibende Strecke bewegt, um dabei die auszumessende Fläche zu erfassen. Der gleiche Vorgang wiederholt sich um 90° versetzt. Dabei entsteht insbesondere bei kleinsten auszumessenden Flächen ein zeitlicher Leerlauf. Der mechanische Aufwand ist begründet durch die zusätzlich erforderliche Schwenkung der Einrichtung um 90°. Da speziell bei Vickerseindrücken die genauen Abmessungen der Eindruckdiagonalen benötigt werden, muß beim Meßvorgang stets eine Diagonale parallel zur Bewegungsrichtung des Meßwertgebers liegen. Unregelmäßige oder an den Diagonalendpunkten nicht einwandfreie Eindrücke können bei der beschriebenen Lösung zu Meßwertverfälschungen führen.

Um diese Ursachen zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optoelektronischen Flächenmessung mit mindestens einem über der auszumessenden Fläche befindlichen selbstabtastenden optoelektronischen Meßwertgeber, der eine große Anzahl strahlungsempfindlicher Elemente aufweist, wobei die abzutastende Fläche die durch entsprechende Strahlung erzeugte Projektion der auszumessenden Fläche darstellt und sich in ihrer Helligkeit von ihrem Umfeld unterscheidet, mit einer Schaltung zur Hell-Dunkel-Differenzierung sowie einer Signalspeicher- und -Verarbeitungseinrichtung zu schaffen, die ohne zusätzlich während des Meßvorganges erforderliche Relativbewegung zwischen abzutastender Fläche und Meßwertgeber die exakte Ausmessung beliebig liegender Flächen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßwertgeber rotatorisch angeordnet und mit einem bekannten rotatorischen Meßsystem oder einem Antriebssystem mit definierter Drehbewegung gekoppelt ist, wobei der Rotationsmittelpunkt der Meßbezugspunkt für den Meßwertgeber ist und die strahlungsempfindlichen Elemente des Meßwertgebers radial verlaufend angeordnet sind. Die Lage des Rotationsmittelpunktes ist unabhängig von Lage und Form der abzutastenden Fläche. Der Meßwertgeber ist radial verschiebbar und liegt vorzugsweise mit einem Teil seiner

strahlungsempfindlichen Elemente über einem Teil der abzutastenden Fläche. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewegungsbahn des Meßwertgebers spiralförmig und/oder durch Endpunkte begrenzt. Der Meßwertgeber ist derart gestaltet, daß seine strahlungsempfindlichen Elemente gegen unerwünschte Einstrahlung geschützt sind. Die Ausgangssignale der Signalspeicher- und -Verarbeitungseinrichtung sind Aussagen über Abmessungen, Kontur und/oder Inhalt der auszumessenden Fläche, unabhängig von deren Lage.

Ausführungsbeispiel

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine prinzipmäßige Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Fig. 2 eine prinzipmäßige Darstellung eines rotatorisch über einer abzutastenden Fläche angeordneten optoelektronischen

Meßwertgebers, dessen Rotationsmittelpunkt innerhalb der abzutastenden Fläche liegt Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 2, wobei der Meßwertgeber radial verschiebbar ist Fig.4 eine Darstellung gemäß Fig. 2, wobei die abzutastende Fläche eine geometrisch Undefinierte Form hat Fig. 5 eine prinzipmäßige Darstellung eines rotatorisch über einer abzutastenden Fläche angeordneten optoelektronischen

Meßwertgebers, dessen Rotationsmittelpunkt außerhalb der abzutastenden Fläche liegt Fig.6 eine Darstellung gemäß Fig.2 mit spiralförmiger Rotationsbahn des Meßwertgebers.

Es wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben, die zum Ausmessen von Vickerseindrücken in einem Härtemeßgerät vorgesehen ist.

Wie in Fig. 1 dargestellt befindet sich in der Oberfläche 1 eines Prüfkörpers 2 ein Vickerseindruck 3. Über dem Vickerseindruck 3 ist ein optisches System mit einer Auflichteinrichtung 4 und einer bekannten Einrichtung zur visuellen Beobachtung sowie zur Projektion des Vickerseindruckes 3 auf eine gedachte Projektionsebene 5 angebracht. Auf einem hochpräzis gelagerten Rotationsmechanismus 6 ist ein selbstabtastender optoelektronischer Meßwertgeber 7 radial verschiebbar montiert, wobei die Rotationsachse des Rotationsmechanismus 6 den Meßbezugspunkt der Vorrichtung darstellt. Der Rotationsmechanismus 6 steht mit einem Antriebssystem 8 mit definierter Drehbewegung, in einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem rotatorischen Meßsystem 9, in Funktionszusammenhang. Der Meßwertgeber 7 besteht aus einer Vielzahl linear angeordneter strahlungsempfindlieher Elemente, deren erstes in der Ausgangsstellung des Meßwertgebers 7 mit der Rotationsachse zusammenfällt, und ist durch eine Spaltblende gegen unerwünschte Einstrahlung geschützt. Die strahlungsempfindliche Seite des Meßwertgebers 7 befindet sich auf dem Niveau der gedachten Projektionsebene 5. Die Funktion der Vorrichtung ist wie folgt.

Als Ausgangsposition wird angenommen, daß in der Oberfläche 1 des Prüfkörpers 2 mit Hilfe eines Eindringkörpers ein Vickerseindruck 3 erzeugt, der Eindringkörper weggeschwenkt wurde und die Meßvorrichtung sich über dem Vickerseindruck 3 befindet. Der Rotationsmittelpunkt liegt innerhalb der auf die Projektionsebene 5 projizierten Fläche. Alle Bauteile befinden sich im Ruhezustand.

Soll nun der Vickerseindruck bzw. dessen Projektionsfläche auf der Projektionsebene 5 ausgemessen werden, wird zunächst mittels einer elektronischen Schaltung (nicht dargestellt) überprüft, ob sich, wie erforderlich, nur ein Teil der strahlungsempfindlichen Elemente des Meßwertgebers 7 innerhalb der Projektionsfläche befindet. Ist das nicht der Fall, wird der Meßwertgeber 7 automatisch so weit radial nach außen verschoben, daß die gesamte Kontur der Projektionsfläche erfaßbar ist. Für das Ausmessen kleiner Flächen ist eine derartige Verschiebung nicht erforderlich (Fig.2). Sollen größere Flächen mit gleicher Genauigkeit ausgemessen werden (Fig. 3), ist diese Verschiebung unumgänglich. Um jeden Punkt der Kontur der Projektionsfläche erfassen zu können, wird der Meßwertgeber über den Rotationsmechanismus 6 um die Rotationsachse geschwenkt. Der Schwenkwinkel beträgt im Normalfall 360°. Eine Ausgestaltung der Erfindung erlaubt die gleichzeitige Rotations-und Auswärtsverschiebebewegung des Meßwertgebers 7, der dabei eine spiralförmige Bahn durchläuft (Fig. 6). Die Lage der Rotationsachse zur geometrischen Lage der.Projektionsfläche ist in beiden Fällen belanglos. Das trifft auch zu für die Darstellung in Fig. 5, wobei sich Rotationsachse und Meßwertgeber 7 außerhalb der Projektionsfläche befinden und die Schwenkbahn durch Endpunkte begrenzt ist. Infolge des Helligkeitsunterschiedes zwischen der Projektionsfläche und deren Umfeld nimmt der Meßwertgeber 7 während seiner Schwenkbewegung Signale auf, die er einer Signalspeicher- und -Verarbeitungseinrichtung zuführt. Infolge der linearen Anordnung der strahlungsempfindlichen Elemente des Meßwertgebers 7 wird auf diese Weise die Entfernung von der Rotationsachse als Meßbezugspunkt bis zum jeweiligen Punkt der überstrichenen Kontur der Projektionsfläche bestimmt. Die Anzahl der der Rotationsachse am nächsten liegenden, mit gleicher Intensität betrahlten strahlungsempfindlichen Elemente zuzüglich des Abstandes von der Rotationsachse bis zum ersten derartigen Element ist dabei das zu verarbeitende Maß. Unter Berücksichtigung der jeweiligen durch das rotatorische Meßsystem bzw. das Antriebssystem definierten Winkelstellung des Meßwertgebers 7 kann somit die Projektionsfläche mathematisch ausgewertet werden.

Bei der Vickershärtemessung werden auf diese Weise die Diagonalen der entsprechenden Projektionsfläche bestimmt. Die Signalspeicher- und -Verarbeitungseinrichtung reduziert die erhaltenen Werte um den Vergrößerungsfaktor des optischen Systems auf die realen Dimensionen der Diagonalen des Vickerseindruckes 3, die ein Maß für die Vickershärte des Prüfkörpers 2 sind.

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik hat die erfindungsgemäße Lösung folgende Vorteile.

Sie bietet die Möglichkeit, schnell und mit geringem mechanischem Aufwand, ohne zusätzlich während des Meßvorganges erforderliche Relativbewegung zwischen abzutastender Fläche und Meßwertgeber beliebig liegende Flächen exakt auszumessen.

Insbesondere bei der Vickershärtemessung ist die Bestimmung beider Diagonalen des Härtemeßeindruckes mit einer einzigen Meßbewegung möglich. Selbst an den Diagonalendpunkten nicht völlig einwandfreie Eindrücke lassen sich rechnerisch auswerten. Der Verschiebemechanismus gestattet die Simulation eines beliebig großen Meßwertaufnehmers.

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Vorrichtung zur optoelektronischen Flächenmessung mit mindestens einem über der auszumessenden Fläche befindlichen selbstabtastenden optoelektronischen Meßwertgeber, der eine große Anzahl strahlungsempfindlicher Elemente aufweist, wobei die abzutastende Fläche die durch entsprechende Strahlung erzeugte Projektion der auszumessenden Fläche darstellt und sich in ihrer Helligkeit von ihrem Umfeld unterscheidet, mit einer Schaltung zur Hell-Dunkel-Differenzierung sowie einer Signalspeicher- und -Verarbeitungseinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß der Meßwertgeber (7) rotatorisch angeordnet und mit einem bekannten rotatorischen Meßsystem (9) oder einem Antriebssystem (8) mit definierter Drehbewegung . gekoppelt ist, wobei der Rotationsmittelpunkt der Meßbezugspunkt für den Meßwertgeber (7) ist und die strahlungsempfindlichen Elemente des Meßwertgebers (7) radial verlaufend linear angeordnet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Lage des Rotationsmittelpunktes unabhängig ist von der Lage und Form der abzutastenden Fläche.
3. 3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Meßwertgeber (7) radial verschiebbar ist und vorzugsweise mit einem Teil seiner strahlungsempfindlichen Elemente über einem Teil der abzutastenden Fläche liegt.
4. 4. Vorrichtung nach den Punkten 1,2 und/oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Bewegungsbahn des Meßwertgebers (7) spiralförmig und/oder durch Endpunkte begrenzt ist.
5. 5. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die strahlungsempfindlichen Elemente des Meßwertgebers (7) gegen unerwünschte Einstrahlung geschützt sind.
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Signalspeicher- und Verarbeitungseinrichtung Aussagen sind über Abmessungen, Kontur und/oder Inhalt der auszumessenden Fläche, unabhängig von deren Lage.