DE19726967C1 - Vorrichtung zum optischen Abbilden der umlaufenden Seitenfläche eines Gegenstandes, insbesondere eines 0-Rings - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Abbilden der umlaufenden Seitenfläche eines auf einer Aufnahmefläche angeordneten Gegenstandes auf eine Bildebene eines lichtempfindlichen Empfängers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 30 35 082 A1 bekannt. Dort wird eine Vorrichtung zum optischen Abbilden der Außenseite eines Flaschenmundes einer stehenden Flasche auf einen lichtempfindlichen Empfänger beschrieben.

Weiterhin ist es aus der DE 31 09 270 A1 bekannt, die umlaufende Seitenfläche eines Flaschenmundes mit einem innenverspiegelten Rohr zu erfassen. In der DE 42 09 417 C2 wird eine optische Prüfvorrichtung für Innengewinde beschrieben, bei der ein spitzwinkliger kegelförmiger Spiegel in die Gewindebohrung eingeführt wird, um die Innenflächen auf eine koaxial dazu angeordnete Kamera zu projizieren. Die DE-OS 25 05 063 offenbart die Verwendung eines pyramidenförmigen Spiegels zur Prüfung von Fotomaskendefekten. Durch die einzelnen Spiegelsegmente werden mehrere lichtempfindliche Empfänger gleichzeitig belichtet.

Im Zuge der immer größer werdenden Anforderungen an die Qualität von Produkten ist es erforderlich, eine umfassende Prüfung auch der Einzelteile vor deren Einbau durchzuführen. Eine derartige Prüfung schließt neben der Kontrolle der Abmessungen häufig auch eine Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit ein. Insbesondere bei Dichtringen, beispielsweise O-Ringen, kommt es wesentlich auf die Beschaffenheit der Oberfläche an, da Fehlstellen auch bei exakten Abmessungen zu einem Versagen der Dichtung führen können.

Es ist offensichtlich, daß ein Erfassen der gesamten Oberfläche eines Gegenstandes Probleme bereitet, da der Gegenstand von allen Seiten betrachtet werden muß. Insbesondere bei der automatischen Kontrolle von Massenprodukten ist es dabei erforderlich, daß die Handhabung und die Prüfung selbst in sehr kurzer Zeit erfolgen, um wirtschaftlich sinnvoll zu sein. Aus diesem Grund sind solche Prüfungsverfahren nachteilig, bei denen eine aufwendige Handhabung des Gegenstandes erforderlich ist. Grundsätzlich wäre es zweckmäßig und wünschenswert, wenn der Gegenstand auf der Aufnahmefläche liegend optisch erfaßt werden könnte.

Es ist beispielsweise aus der US 4,634,273 bekannt, einen O-Ring auf einer durchsichtigen Aufnahmefläche relativ zu einer Kamera zu bewegen, um die gesamte Umfangsfläche abtasten zu können. Es ist offensichtlich, daß hierbei eine sehr lange Zeit benötigt wird, die bei der 100%-Prüfung eines solchen Massenproduktes grundsätzlich nicht zur Verfügung steht.

Selbstverständlich ist es auch möglich, daß eine Vielzahl von lichtempfindlichen Empfängern vorgesehen wird, die den Gegenstand aus unterschiedlichen Blickwinkeln erfassen. Auf den einzelnen lichtempfindlichen Empfängern werden dann beispielsweise jeweils die obere Oberfläche und Abschnitte der seitlichen Oberflächen abgebildet. Es ist jedoch offensichtlich, daß eine derartige Vorrichtung sehr aufwendig ist. Weiterhin benötigt die Vielzahl der lichtempfindlichen Empfänger einen relativ hohen Platzbedarf, so daß der Einbau einer Prüfvorrichtung in Produktionsanlagen oder dergleichen nur sehr schwer oder überhaupt nicht möglich ist. Ein anderer Nachteil ist darin zu sehen, daß die Auswertung von mehreren Bildern auch bei schnell arbeitenden Datenverarbeitungsanlagen relativ zeitaufwendig ist. Auch ist es möglich, die umlaufende Seitenfläche durch nur einen Spiegel auf die Bildebene zu projizieren. Hierdurch wird das Objekt jedoch vergrößert, so daß ein entsprechend großer Sensor erforderlich wird. Damit sind jedoch Einschränkungen in dem Auflösevermögen verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine optische Vorrichtung der eingangs geschilderten Art derart anders auszubilden, daß die Seitenfläche auch eines auf einer Aufnahmefläche liegenden Gegenstandes im wesentlichen verzerrungsfrei erfaßt werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Gegenstand auf der Aufnahmefläche liegt, daß die außenliegende Reflexionsfläche ein länglicher Hohlkörper mit rundem oder polygonalem Querschnitt ist und daß der Winkel an der innenliegenden Reflexionsfläche spitz ist. Es hat sich gezeigt, daß es durch eine derartige Lichtstrahlumlenkeinrichtung möglich ist, die umlaufende Seitenfläche des auf der Aufnahmefläche liegenden Gegenstandes gut zu erfassen und auf die Bildebene des lichtempfindlichen Empfängers im wesentlichen verzerrungsfrei abzubilden.

Es kann beispielsweise vorgesehen werden, daß die außenliegende Reflexionsfläche einer Mantelfläche eines koaxial zur optischen Achse verlaufenden Zylinders und die innenliegende Reflexionsfläche einer Mantelfläche eines Kegels oder eines Kegelstumpfes entspricht. Dies ist insbesondere für die Abbildung eines runden Gegenstandes, wie eines O-Ringes, vorteilhaft. Die Seitenfläche des O- Ringes erscheint als geschlossene kreisringförmige Abbildung auf der Bildebene. Bei einer derartigen runden Ausbildung der Reflexionsflächen ist lediglich darauf zu achten, daß in bestimmten Bereichen ein Astigmatismus auftritt.

Es kann aber auch vorgesehen werden, daß die außenliegende Reflexionsfläche einer Mantelfläche eines koaxial und parallel zur optischen Achse verlaufenden länglichen Hohlkörpers mit polygonalem Querschnitt und die innenliegende Reflexionsfläche einer Mantelfläche einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes entspricht, deren bzw. dessen Grundfläche dem Querschnitt der außenliegenden Reflexionsfläche entspricht. Durch das Vorsehen eines polygonalen Querschnittes, beispielsweise eines Achtecks oder Sechsecks, kann ein Gegenstand mit einer runden Kontur ebenfalls annähernd gut abgebildet werden. Es erscheinen dann einige Bereiche des Seitenfläche mehrfach auf der Bildebene. Dies stört jedoch das Prüf- und Auswerteverfahren nicht, da hier nur die Oberflächenbeschaffenheit zu kontrollieren ist.

Grundsätzlich kann es zweckmäßig sein, wenn im Querschnitt senkrecht zur optischen Achse die Konturen der innenliegenden und außenliegenden Reflexionsflächen an die Kontur des abzubildenden Gegenstandes angepaßt sind. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, daß der zur Aufnahmefläche hin offene Winkel zwischen der optischen Achse und der innenliegenden Reflexionsfläche zwischen 15° und 30°, vorzugsweise 22,5° beträgt und daß die außenliegende Reflexionsfläche parallel zu optischen Achse verläuft, so daß der Betrachtungswinkel der Stirnkante 30° bis 60° bzw. 45° beträgt. Eine derartige Ausbildung hat ferner den Vorteil, daß die Seitenfläche unabhängig von der Größe des Durchmessers des Gegenstandes stets in etwa dem gleichen Bereich der Bildebene, d. h. mit etwa stets dem gleichen Durchmesser, abgebildet wird. Dadurch kann die Auswertung des Bildes des lichtempfindlichen Empfängers auf diesen Bereich beschränkt werden, so daß die zu verarbeitende Datenmenge gering gehalten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lichtstrahlumlenkeinrichtung aus einem zylindrischen oder polygonförmigen Prismakörper gebildet wird, wobei die außenliegende Reflexionsfläche die totalreflektierende äußere Grenzfläche des Prismakörpers ist und die innenliegende Reflexionsfläche durch die totalreflektierende Grenzfläche einer zu der Aufnahmefläche hin offenen kegel- oder kegelstumpfförmigen- bzw. polygonalen pyramiden- oder pyramidenstumpfförmigen Ausnehmung des Prismakörpers gebildet wird. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die innenliegende Reflexionsfläche exakt koaxial zur außenliegenden Reflexionsfläche verläuft. Dies ist insbesondere bei kreisrunden Querschnitten erforderlich. Ein weitere Vorteil ist darin zu sehen, daß keine Halteelemente, die die innenliegende Reflexionsfläche in der außenliegenden Reflexionsfläche halten, benötigt werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die inneren Grenzflächen unempfindlich gegen Verschmutzungen sind, so daß lediglich die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche sauber gehalten werden muß.

Weiterhin kann vorgesehen werden, daß die Ausnehmung in dem der Aufnahmefläche zugekehrten Bereich einen Abschnitt aufweist, dessen Grenzfläche, im Längsschnitt parallel zur optischen Achse, im wesentlichen senkrecht zur Betrachtungsrichtung der Seitenansicht verläuft. Dadurch wird erreicht, daß die Lichtstrahlen die entsprechende Grenzfläche senkrecht durchlaufen, so daß keine Ablenkungen und Beeinflussungen auftreten.

Der Prismakörper kann beispielsweise aus Glas, Acryl, aus Polymethacrylaten oder einem Polycarbonat bestehen. Die Oberflächen können geschliefen oder, soweit möglich, poliert sein. Weiterhin können Antireflexschichten auf die optisch wirksamen Oberflächen aufgetragen werden. Ferner kann vorgesehen werden, daß der Prismakörper sich aus mehreren Elementen, beispielsweise Scheiben bei im Querschnitt kreisrunden Reflexionsflächen und Sektoren bei im Querschnitt polygonalen Reflexionsflächen, bestehen.

Derartige optische Prüfeinrichtungen werden häufig in automatisch arbeitenden Produktionsstraßen eingesetzt. Es ist dabei erforderlich, daß die Optik auf die zu prüfenden Gegenstände angepaßt wird. Hier wird es erforderlich sein, den Abstand der Lichtstrahlumlenkeinrichtung in Abhängigkeit von der Dicke und des äußeren Abmaßes, beispielsweise die Schnurstärke und der Durchmesser eines O-Ringes, einzustellen. Aufgrund der Umlenkung wird die optische Weglänge bei einer Verschiebung der Lichtstrahlumlenkeinrichtung verlängert oder verkürzt, so daß für eine scharfe Abbildung ein Nachstellen der Optik erforderlich wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Stellmittel vorgesehen, die den Abstand der Lichtstrahlumlenkeinrichtung zum Gegenstand verändern, wobei die Stellmittel über ein Getriebe mit einer Halterung des optischen Empfängers derart zusammenwirken, daß die optische Weglänge zwischen der Seitenfläche des Gegenstandes zur Bildebene im wesentlichen konstant bleibt. Dies hat den Vorteil, daß das Objektiv des lichtempfindlichen Empfängers nicht verstellt zu werden braucht.

In Abhängigkeit von dem Betrachtungswinkel ändert sich die erforderliche Verstellung des Abstandes des lichtempfindlichen Empfängers zur Aufnahmefläche. Grundsätzlich ist festzustellen, daß bei einer Verringerung des Abstandes der Lichtstrahlumlenkeinrichtung eine Vergrößerung des Abstandes des lichtempfindlichen Empfängers zur Aufnahmefläche eingestellt werden muß.

Es ist daher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Getriebe ein Übersetzungsverhältnis aufweist, das der Bedingung h = -a(1/sinα - 1) genügt, wobei h der Hub des lichtempfindlichen Empfängers, a die Verstellung des Abstandes der Lichtstrahlumlenkeinrichtung zur Aufnahmefläche und α der Betrachtungswinkel ist. Das negative Vorzeichen soll die gegenläufigen Bewegungen verdeutlichen. Das Getriebe kann beispielsweise zwei gegenläufige Gewindespindeln mit unterschiedlichen Steigungen aufweisen.

Es ist offensichtlich, daß durch eine derartige Lichtstrahlumlenkeinrichtung ein Gegenstand sowohl zumindest teilweise von oben als auch zumindest teilweise von der Seite auf eine Bildebene abgebildet werden kann. Insbesondere ist es möglich, daß die umlaufende Oberfläche eines ringförmigen Gegenstandes durch die schräge Ansicht gut abgebildet werden kann.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich auch zum Abbilden der inneren und/oder der äußeren Umfangsfläche eines O-Ringes auf die Bildebene eines lichtempfindlichen Empfängers. Die Lichtstrahlumlenkeinrichtung wird dabei gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung entsprechend den Abmessungen des O-Ringes so eingestellt, daß die äußere Umfangsfläche und zumindest ein Teil der oberen Oberfläche scharf abgebildet wird. In einer anderen Position im Laufe der Produktionsstraße wird die Lichtstrahlumlenkeinrichtung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung so eingestellt, daß die innere Umfangsfläche des O-Ringes und zumindest ein Teil der oberen Oberfläche scharf auf der Bildebene abgebildet wird. Da der O-Ring kreisringförmig ausgebildet ist, wird in der Regel nur die obere Hälfte der Umfangsflächen abgebildet werden können. Bei kleineren O-Ringen kann durch die Lichtstrahlumlenkeinrichtung sowohl die innere als auch die äußere seitliche Umfangsfläche bei ausreichender Schärfe gleichzeitig auf der Bildebene abgebildet werden. Der O- Ring erscheint dann zweimal auf der Bildebene.

Der O-Ring kann dann beispielsweise gewendet werden, um die untere Hälfte der Umfangsflächen abzubilden.

Die Erfindung wird im folgenden in der schematischen Zeichnung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine optische Prüfvorrichtung mit einer Lichtstrahlumlenkeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 im Schnitt eine Lichtstrahlumlenkeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 die Draufsicht auf die Lichtstrahlumlenk­ einrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 im Schnitt eine Lichtstrahlumlenkeinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 die Draufsicht auf die Lichtstrahlumlenk­ einrichtung gemäß Fig. 4.

Die in der Zeichnung dargestellte optische Prüfvorrichtung zur Kontrolle der umlaufenden Seitenfläche von O-Ringen weist einen Aufnahmefläche 11 auf, auf der ein O-Ring 12 mit seiner Flachseite liegt. Die Aufnahmefläche kann beispielsweise Bestandteil eines Förderbandes sein, das kontinuierlich oder getaktet läuft. Auch kann anstelle eines O-Ringes 12 ein anderer im wesentlicher flacher Gegenstand, beispielsweise eine Dichtscheibe oder dergleichen, mit der Vorrichtung geprüft werden.

Oberhalb der Aufnahmefläche 11 ist ein lichtempfindlicher Empfänger 13 angeordnet, dessen optische Achse 14 senkrecht zur Aufnahmefläche 11 verläuft. Der Gegenstand 12 ist symmetrisch, vorzugsweise koaxial zur optischen Achse 14 ausgerichtet. Der lichtempfindliche Empfänger kann eine CCD-Kamera sein. Grundsätzlich sind auch andere Ausrichtungen der optischen Achse zur Aufnahmefläche möglich. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn ein asymmetrischer Gegenstand geprüft werden soll.

Im Lichtstrahlengang zwischen dem lichtempfindlichen Empfänger 13 und der Aufnahmefläche 11 befindet sich mit relativ geringem Abstand oberhalb des O-Ringes 12 eine Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15, 24. Die Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15 ist im wesentlichen koaxial zur optischen Achse 14 ausgerichtet und weist eine einander zugekehrte innenliegende und außenliegende Reflexionsfläche 16 bzw. 17 auf. Die innenliegende und außenliegende Reflexionsfläche 16 und 17 sind ebenfalls koaxial zur optischen Achse 14 ausgerichtet. Dadurch wird ein ebenfalls koaxial zur optischen Achse verlaufender, im wesentlichen ringförmiger Lichtdurchgang 19 gebildet.

Die optische Achse 14 des lichtempfindlichen Empfängers verläuft zumindest in dem Bereich des Gegenstandes und der Lichtstrahlumlenkeinrichtung senkrecht und gradlinig zur Aufnahmefläche 11. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die optische Achse zwischen der Aufnahmefläche 11 und dem lichtempfindlichen Empfänger 13 vollständig gradlinig. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, daß die optische Achse über der Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15, 25 durch Spiegelelemente beispielsweise um 90° verschwenkt werden kann.

Im einzelnen ist die Anordnung bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15 so getroffen, daß die außenliegende Reflexionsfläche 17 einen einer zylindrischen Mantelfläche entsprechenden Verlauf aufweist und sich parallel und koaxial zur optischen Achse 14 erstreckt. Die innenliegende Reflexionsfläche 16 entspricht einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes, dessen größeres Ende 18 in Richtung auf den Gegenstand weist und dessen Mittelachse mit der optischen Achse 14 zusammenfällt. Wie aus dem gezeigten Strahlengang ersichtlich, werden parallel zur optischen Achse verlaufende Lichtstrahlen 20 an der innenliegenden Reflexionsfläche 16 in Richtung auf die außenliegende Reflexionsfläche umgelenkt und dort unter dem Betrachtungswinkel α auf die oberen Abschnitt der Seitenfläche 21 des O-Ringes reflektiert.

Die Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15 besteht aus einem zylindrischen Prismakörper. Die außenliegende Reflexionsfläche 17 wird durch die totalreflektierende äußere Grenzfläche des Prismas gebildet. Die innenliegende Reflexionsfläche 16 wird durch die innere Grenzfläche einer kegelstumpfförmigen Ausnehmung 23 des Prismas gebildet. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform beträgt der Öffnungswinkel des Kegels 45°, dementsprechend verläuft die innenliegende Reflexionsfläche 16 in einem in Richtung auf die Aufnahme hin offenen spitzen Winkel β von 22,5° zur optischen Achse 14. Der Betrachtungswinkel α beträgt demnach 45°. An den unteren Bereich 18 des Kegelstumpfes schließt sich eine Ausnehmung 22 mit einer stärkeren Neigung an, dessen Grenzfläche senkrecht zur Betrachtungsrichtung verläuft. Die Lichtstrahlen werden an dessen Grenzfläche nicht behindert oder umgelenkt.

Mit einer derartigen Lichtstrahlumlenkeinrichtung ist es möglich, die umlaufende Seitenfläche eines flachen runden Gegenstandes 12 kreisringförmig auf die Bildebene des lichtempfindlichen Empfängers 13 abzubilden. Die Seitenfläche wird vollständig abgebildet, so daß eine Prüfung mit nur einem lichtempfindlichen Empfänger Kamera erfolgen kann. Bei einem Gegenstand mit gewölbter Stirnkante, wie einem O-Ring, kann in der Regel nur die der Bildebene zugekehrte obere Hälfte gut abgebildet werden. Die untere Hälfte wäre nach einer Drehung um 180° des Gegenstandes zu prüfen.

In der Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform einer Lichtstrahlumlenkeinrichtung 24 gezeigt. Die außenliegende und die innenliegende Reflexionsflächen 25, 26 weisen eine Vielzahl von ebenen Flächenabschnitten 29 auf, die in im Querschnitt senkrecht zur optischen Achse 14 polygonförmig zusammengesetzt sind. Die außenliegende Reflexionsfläche 25 entspricht nunmehr einer Mantelfläche eines parallel zur optischen Achse verlaufenden Rohres mit polygonalem, hier achteckigem, Querschnitt. Die innenliegende Reflexionsfläche 26 weist einen Verlauf auf, der der Mantelfläche einer Pyramide bzw. eines Pyramidenstumpfes entspricht, dessen Grundfläche jedoch polygonförmig, hier achteckig, ist und dessen Mittelachse mit der optischen Achse 14 zusammenfällt. Die einzelnen Flächenabschnitte 29 der innenliegenden und außenliegenden Reflexionsflächen sind symmetrisch und koaxial zueinander angeordnet. Hier wird die umlaufende Seitenfläche 21 des O-Ringes in Form eine Polygons auf der Bildebene des lichtempfindlichen Empfängers abgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist ein Astigmatismus nicht zu erwarten.

Auch bei dieser Ausführungsform besteht die Lichtstrahlumlenkeinrichtung einstückig aus einem Prismakörper, der mit einer entsprechenden, nach unten hin offenen Ausnehmung 27 versehen ist. Auch ist ein erweiterter Abschnitt 28 mit stärkerer Neigung vorgesehen. Die außenliegende Reflexionsfläche 25 wird durch die äußere Grenzfläche und die innenliegende Reflexionsfläche durch die durch die Ausnehmung 27 entstehende Grenzfläche des Prismakörpers gebildet. Der Lichtstrahlenverlauf im Längsschnitt entspricht dem der Ausführungsform gemäß Fig. 2.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Lichtstrahlenverlauf wird lediglich die äußere seitliche Umfangsfläche und die obere Oberfläche des O-Ringes abgebildet. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Lichtstrahlenverlauf bei einem relativ kleinen Gegenstand in bezug auf die Lichtstrahlumlenkeinrichtung werden sowohl die innere als auch die äußere seitliche Umfangsfläche abgebildet. Der O-Ring erscheint dann zweimal auf der Bildebene. Der Abstand der Aufnahmefläche zur Lichtstrahlumlenkeinrichtung und somit der Bereich der erfaßten Oberfläche ergibt sich aus dem Strahlengang zwischen den Reflexionsflächen. Ferner ist der Durchmesser der Lichtstrahlumlenkeinrichtung und der des Gegenstandes maßgebend.

Vorstehend ist überwiegend von kegel- und zylinderförmigen bzw. polygonalen pyramiden- oder rohrförmigen Reflexionsflächen die Rede. Es ist selbstverständlich auch möglich, daß diese Reflexionsflächen auch einen in bezug auf die optische Achse gekrümmten Verlauf aufweisen, um beispielsweise einen Astigmatismus zu verhindern oder zu minimieren.

In der Regel kann mit einer derartigen Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15, 24 nur ein relativ schmaler Bereich erfaßt und scharf abgebildet werden. Es wird daher häufig erforderlich sein, daß der Abstand der Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15, 24 zur Aufnahmefläche bzw. zum Gegenstand in Abhängigkeit von dessen Durchmesser und Dicke eingestellt wird. Aufgrund des Strahlenverlaufs bewirkt eine Veränderung des Abstandes aber auch eine Veränderung der optischen Weglänge zur Bildebene, so daß für eine scharfe Abbildung die Position des lichtempfindlichen Empfängers, d. h. dessen Abstand zur Aufnahmefläche verändert werden muß. Im einzelnen muß der Abstand entsprechend der Bedingung h = -a(1/sinα - 1) eingestellt werden, wobei h der Hub des lichtempfindlichen Empfängers, a die Verstellung des Abstandes der Lichtstrahlumlenkeinrichtung zur Aufnahmefläche und α der Betrachtungswinkel ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Objektiv des lichtempfindlichen Empfängers entsprechend einzustellen.

Da die Verschiebung des lichtempfindlichen Empfängers 13 relativ zur Aufnahmefläche und die Veränderung des Abstandes der Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15, 24 stets in einem festen Verhältnis zueinander stehen, können diese Bewegungen gekoppelt werden. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15, 24 in einer Linearführung 30 über eine Spindel 31 verschiebbar gehalten. Der lichtempfindliche Empfänger 13 ist ebenfalls an einer Linearführung 32 über eine Spindel 33 verschiebbar gehalten. Sowohl die Spindeln 31 und 33 als auch die Linearführungen 30, 32 können einstückig ausgebildet sein. Die Spindel sind drehfest miteinander verbunden und weisen gegenläufige Gewinde mit unterschiedlichen Steigungen auf. Dadurch wird bewirkt, daß bei einem Absenken der Lichtstrahlumlenkeinrichtung 15, 24 der lichtempfindliche Empfänger entsprechend der Bedingung h = -a(1/sinα - 1) angehoben wird. Dadurch ist es möglich, eine exakte Verstellung mit nur einem Motor 34 zu bewirken.

In der Zeichnung ist nur eine optische Prüfvorrichtung gezeigt. Es ist natürlich auch möglich, zwei nebeneinander liegende Prüfvorrichtung miteinander zu koppeln. Die jeweiligen Spindeln können drehfest über einen Riemen miteinander verbunden sein, so daß vier Bewegungen mit nur einem Motor bewirkt werden können. Dies kann dann zweckmäßig sein, wenn sowohl die innere als auch die äußere Umfangsfläche geprüft werden müssen. Bei einer Änderung des Durchmessers wird die eine optische Prüfvorrichtung auf die innere und gleichzeitig die andere Prüfvorrichtung auf die äußere Umfangsfläche des O-Ringes mit nur einem Motor eingestellt. Ein aufwendiges Einstellen der Prüfvorrichtung zum Prüfen eines anderen Gegenstandes mit anderen Abmaßen kann somit entfallen.

Die Lichtstrahlumlenkeinrichtung befindet sich in einem Abstand zur Aufnahmefläche, die größer ist als die Dicke bzw. Höhe des zu prüfenden Gegenstandes. Es ist daher möglich, daß die Aufnahmefläche Teil eines Förderbandes ist, auf dem die Gegenstände transportiert werden. Es findet keine Behinderung der Bewegung statt, so daß eine Prüfung bei kontinuierlicher oder getakteter Bewegung des Förderbandes möglich ist.

Bezugszeichenliste

11

Aufnahmefläche

12

O-Ring

13

lichtempfindlicher Empfänger

14

optische Achse

15

Lichtstrahlumlenkeinrichtung

16

innenliegende Reflexionsfläche

17

außenliegende Reflexionsfläche

18

unterer Bereich

19

Lichtdurchgang

20

Lichtstrahl

21

Seitenfläche

22

Ausnehmung

23

Ausnehmung

24

Lichtstrahlumlenkeinrichtung

25

außenliegende Reflexionsfläche

26

innenliegende Reflexionsfläche

27

Ausnehmung

28

Ausnehmung

29

Flächenabschnitte

30

Linearführung

31

Spindel

32

Linearführung

33

Spindel

34

Motor
αBetrachtungswinkel
βWinkel

Claims (14)

1. Vorrichtung zum optischen Abbilden der umlaufenden Seitenfläche (21) eines auf einer Aufnahmefläche (11) angeordneten Gegenstandes (12) auf eine Bildebene eines lichtempfindlichen Empfängers (13), mit einer Lichtstrahlumlenkeinrichtung (15, 24), die mit Abstand über dem Gegenstand angeordnet ist und die wenigstens jeweils eine einander zugewandte innenliegende (16, 26) und außenliegende (17, 25) Reflexionsfläche aufweist, welche außenliegende Reflexionsfläche (17, 25) sich rotationssysmmetrisch um die optische Achse (14) des lichtempfindlichen Empfängers (13) erstreckt und die innenliegende Reflexionsfläche (16, 26) koaxial unter Belassung eines Lichtdurchgangs (19) umgibt, wobei die innenliegende Reflexionsfläche einen der außenliegenden Reflexionsfläche entsprechenden Querschnitt senkrecht zur optischen Achse (14) aufweist und in einem zur Aufnahmefläche hin offenen Winkel (β) zur optischen Achse (14) verläuft, so daß parallel zur optischen Achse (14) verlaufende Lichtstrahlen von der innenliegenden Reflexionsfläche auf die außenliegende Reflexionsfläche umgelenkt und dort mit einem spitzen Betrachtungswinkel (α) auf die umlaufende Seitenfläche reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand auf der Aufnahmefläche liegt, daß die außenliegende Reflexionsfläche ein länglicher Hohlkörper mit rundem oder polygonalem Querschnitt ist und daß der Winkel (β) an der innenliegenden Reflexionsfläche spitz ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegende Reflexionsfläche (17) einer Mantelfläche eines koaxial zur optischen Achse (14) verlaufenden Zylinders und die innenliegende Reflexionsfläche (16) einer Mantelfläche eines Kegels oder eines Kegelstumpfes entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegende Reflexionsfläche (25) einer Mantelfläche eines koaxial und parallel zur optischen Achse (14) verlaufenden länglichen Hohlkörpers mit polygonalem Querschnitt und die innenliegende Reflexionsfläche (26) einer Mantelfläche einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes entspricht, deren bzw. dessen Grundfläche dem Querschnitt der außenliegenden Reflexionsfläche entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegende Reflexionsfläche ein lichtes Maß aufweist, das größer als das äußere Maß des Gegenstandes ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt senkrecht zur optischen Achse (14) die Konturen der innenliegenden und außenliegenden Reflexionsflächen an die Kontur des abzubildenden Gegenstandes angepaßt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahmefläche hin offene Winkel zwischen der optischen Achse (14) und der innenliegenden Reflexionsfläche zwischen 15° und 30°, vorzugsweise 22,5° beträgt und daß die außenliegende Reflexionsfläche parallel zu optischen Achse verläuft, so daß der Betrachtungswinkel der Stirnkante 30° bis 60° bzw. 45° beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlumlenkeinrichtung einstückig aus einem zylindrischen oder polygonförmigen Prismakörper gebildet wird, wobei die außenliegende Reflexionsfläche die totalreflektierende äußere Grenzfläche des Prismakörpers ist und die innenliegende Reflexionsfläche durch die totalreflektierende Grenzfläche einer zu der Aufnahmefläche hin offenen kegel- oder kegelstumpfförmigen- bzw. polygonalen pyramiden- oder pyramidenstumpfförmigen Ausnehmung (23, 27) des Prismakörpers gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung in dem der Aufnahmefläche zugekehrten Bereich einen Abschnitt (19, 28) aufweist, dessen Grenzfläche, im Längsschnitt parallel zur optischen Achse, im wesentlichen senkrecht zur Betrachtungsrichtung der Seitenansicht verläuft.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Aufnahmefläche (11) und der Lichtstrahlumlenkeinrichtung (15, 24) größer ist als die Dicke bzw. Höhe des zu prüfenden Gegenstandes (12).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Stellmittel (34) vorgesehen sind, die den Abstand der Lichtstrahlumlenkeinrichtung (15, 24) zum Gegenstand verändern, wobei die Stellmittel über ein Getriebe (31, 33) mit einer Halterung des optischen Empfängers (13) derart zusammenwirken, daß die optische Weglänge zwischen der Seitenfläche des Gegenstandes zur Bildebene im wesentlichen konstant bleibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (31, 32) ein Übersetzungsverhältnis aufweist, das der Bedingung h = -a(1/sinα - 1) genügt, wobei h der Hub des lichtempfindlichen Empfängers (13), a die Verstellung des Abstandes der Lichtstrahlumlenkeinrichtung zur Aufnahmefläche und α, der Betrachtungswinkel ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zwei zusammenwirkende Spindelabschnitte (31, 33) umfaßt, die gegenläufige Gewinde mit unterschiedlichen Steigungen aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei lichtempfindliche Empfänger und zwei Lichtstrahlumlenkeinrichtungen über ein Getriebe derart zusammenwirken.

14. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zum Abbilden der inneren und/oder der äußeren Umfangsfläche eines O-Ringes auf die Bildebene eines lichtempfindlichen Empfängers.