DE3526656C2 - Optische Längenmeßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Längenmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind allgemein optische Meßeinrichtungen bekannt, welche dazu dienen, einen Gegenstand, der zu vermessen ist, mit parallelen Strahlen, beispielsweise mit einem Laser-Bündel oder dergleichen zu beleuchten und dann festzustellen, ob das Licht durchgelassen oder abgeschattet wird, was von der Form des Gegenstandes, der zu vermessen ist, abhängt, wobei eine Zeit gemessen wird, welche dazu benötigt wird, den Gegenstand von seiner Vorderseite bis zu seiner Rückseite durch die parallelen Strahlen abzutasten, indem beispielsweise ein Taktimpulszähler verwendet wird. Eine solche optische Meßeinrichtung ist als Laser-Mikrometer zu bezeichnen. Eine solche optische Meßeinrichtung ist insbesondere dann sehr effektiv, wenn Gegenstände zu ver­ messen sind, die entweder weich sind oder eine erhöhte Temperatur haben, weil keinerlei Druck auf die Gegenstände ausgeübt wird und genaue Messungen möglich sind, ohne durch Deformationen und andere Effekte beeinflußt zu werden. Die Einrichtung ist auch dazu sehr nützlich, Gegenstände zu vermessen, die komplizierte Formen aufweisen, da ein beliebiger vorgegebener Teil eines Gegenstandes vermessen werden kann, der eine komplexe Konfiguration aufweist.

In der japanischen Patentanmeldung 58-205803 wird eine optische Meßeinrichtung der oben genannten Art beschrieben, mit welcher für jeden Abschnitt eines in Abschnitte aufgeteilten Gegen­ standes eine Messung rasch durchgeführt werden kann. Diese bekannte Einrichtung leidet jedoch unter dem Nachteil, daß eine unerwartete Ablenkung und Streuung der parallelen Abtast- und Meßstrahlen auf Grund der Form oder Oberfläche des Meß-Objektes hervorgerufen werden kann. Wenn die Einrich­ tung bei einem lichtdurchlässigen Gegenstand oder Objekt angewandt werden soll, werden verschiedene überraschende Lichtübertragungs- oder Lichtstreu-Effekte hervorgerufen, während die Abtastung durchgeführt wird, so daß erhöhte Meßfehler auftreten.

Bei der bekannten Einrichtung der oben genannten Art werden Taktimpulse synchronisiert und gezählt, während der Gegen­ stand durch parallele Abtast- und Meßstrahlen beleuchtet wird. Die Anzahl der gezählten Taktimpulse, die während einer Abtastung von der Vorderseite bis zur Rückseite er­ mittelt wurden, werden zur Erzielung einer Messung ausge­ wertet. Wenn die parallelen Abtast- und Meßstrahlen bei­ spielsweise durch einen Fremdkörper auf der Oberfläche des Gegenstandes abgelenkt werden und anschließend von einem Fotodetektor aufgenommen werden oder wenn durch einen lichtdurchlässigen Gegenstand hindurchgelassenes Licht von dem Fotodetektor aufgenommen wird, wird die Zählung der Taktimpulse viel früher beendet, als die Rückseite des Gegenstandes erreicht wird, welche der Vorderseite gegen­ überliegt, bei welcher die Zählung begonnen wurde. Dies führt zu einem sehr stark erhöhten Meßfehler. Es können dabei stark überraschende Fehler auftreten, und zwar auf Grund des Zustandes der Oberfläche des Gegenstandes oder auf Grund einer unregelmäßigen Lichtdurchlässigkeit eines durchlässigen Gegenstandes.

Aus der gattungsgemäßen DE 31 11 356 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung einer Di­ mension bekannt. Die dort beschriebene Meßvorrichtung weist einen Laser zur Beleuchtung eines Meßobjektes mit paralle­ len Abtast- und Meßstrahlen, einer Fotozelle, um Verände­ rungen der Intensität bei den parallelen Abtast- und Meßstrahlen zu ermitteln und einen Zähler zum Zählen von Taktimpulsen während der Abtastung der Meßstrahlen auf. Die Meßvorrichtung ist schaltungsmäßig so ausgestaltet, daß mit ihr auch Meßobjekte sicher erfaßt werden können, bei denen zwischen der ansteigenden Signalflanke am Anfang des Meßob­ jekts und der abfallenden Signalflanke am Ende des Meßob­ jekts weitere Signalflanken auftreten, wie z. B. bei einem durchsichtigen Schlauch. Dies geschieht durch Erfassung und Abspeicherung aller falschen Abtastsignale und deren Löschung bei Auftreten der Signalflanke der Rückseite des Meßobjekts. Bei den bei Präzisionsmeßgeräten verwendeten hohen Abtastfrequenzen wird jedoch eine fehlerfreie Zwi­ schenabspeicherung als problematisch angesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Längenmeßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen die in der Lage ist, Meßfehler zu kompensieren, die auf nicht vernachlässigbare Zählfehler bei der Zwi­ schenabspeicherung zurückgehen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die optische Längenmeßvorrichtung ist in der Lage, die einander gegenüberliegenden Seiten eines Gegenstandes, der zu vermessen ist, d. h. eines Meß-Objektes ordnungsgemäß zu erfassen, und zwar ohne Meßfehler, die von einer Ablenkung oder anderen Effekten her­ rühren können, wenn der Gegenstand aus einem lichtdurchläs­ sigen Material besteht oder eine unerwünschte Oberfläche aufweist, beispielsweise eine Oberfläche, die durch Öl verunreinigt ist.

Dazu ist eine Kombination aus einem Zähler mit einem Register vorgesehen, welche dazu geeignet ist, den Ausgang des Zählers in geeigneter Weise zu ver­ riegeln, so daß die Anzahl der Taktimpulse, welche er­ zeugt werden, während der Gegenstand von der einen Seite zur anderen Seite abgetastet wird, d. h. von der Vorderseite bis zur Rückseite, als Kriterium für die entsprechende Aus­ dehnung des Gegenstandes ausgewertet werden können, wobei der Gegenstand durch parallele Abtast- und Meßstrahlen ab­ getastet wird. Das Register ist so ausgebildet, daß der Zählerinhalt jedes Mal dann verriegelt werden kann, wenn er ein Abtastsignal empfängt, welches der Rückseite des Gegenstandes entspricht, oder ein falsches Abtastsignal aufnimmt, welches durch den lichtdurchlässigen Teil oder andere Teile auf dem Gegenstand während der Abtastung her­ vorgerufen wurde. Da der letzte Verriegelungswert der Rück­ seite des Gegenstandes entspricht, nimmt das Register diesen letzten Verriegelungswert und streicht alle anderen falschen Abtastsignale, so daß auf diese Weise eine ordnungsgemäße Messung durchgeführt wird.

Gemäß der Erfindung wird die Frequenz der Taktimpulse aus­ reichend hoch angesetzt, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Daher erfolgt die Zählung stets mit geringer Verzögerung. Um eine solche Verzögerung mit der Verriegelung zu koordi­ nieren, verriegelt das Register den Ausgang des Zählers nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung. Um weiterhin zu verhindern, daß eine solche Verzögerung einen großen Fehler bei dem gezählten Wert des Zählers hervorruft, wenn jedes falsche Abschlußsignal in der Mitte des Abtastvorganges ver­ riegelt wird, wird der Zähler bei jeder Verriegelung vorüber­ gehend abgeschaltet oder gesperrt. Ein Korrekturwert, welcher der Abschaltung entspricht, wird dem Zähler jedes Mal dann zugeführt, nachdem eine Verriegelung in dem Register abge­ schlossen wurde. Auf diese Weise kann der Zählvorgang des Zählers ordnungsgemäß mit der Bewegung der parallelen Ab­ tast- und Meßstrahlen zu jeder Zeit in Übereinstimmung ge­ bracht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema, welches eine bevorzugte Ausführungs­ form einer optischen Meßeinrichtung gemäß der Erfin­ dung veranschaulicht,

Fig. 2 ein Zeitablauf-Schema, welches den Meßbetrieb der in der Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform der Er­ findung veranschaulicht, und

Fig. 3 ein Zeitablauf-Schema, welches den Verriegelungsvor­ gang eines Registers, den Abschaltvorgang eines Zählers und den Korrekturvorgang veranschaulicht, wobei alle diese Vorgänge zur Erfindung gehören.

Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer optischen Meßeinrichtung, welche gemäß der Erfindung aufgebaut ist.

Ein Gegenstand 10, der vermessen werden soll, ist auf einem (nicht dargestellten) Arbeitstisch in einem Bereich angeord­ net, in welchem der Gegenstand 10 durch Meßstrahlen beleuchtet werden kann. Der Gegenstand 10 kann bewegbar sein. In einem solchen Fall besteht zwischen dem Gegenstand 10 und den Meß­ strahlen eine solche Beziehung, daß der Gegenstand bei einem vorgegebenen zeitlichen Bewegungsablauf sich in dem genannten Bereich befindet. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist der Gegenstand 10 ein lichtdurchlässiger Zylinder.

Es ist eine Lichtabtaststufe 12 vorhanden, welche parallele Abtast- und Meßstrahlen 100 emittiert, durch welche der Ge­ genstand 10 beleuchtet wird. Die Lichtabtaststufe 12 weist einen Laser-Oszillator 14, einen stationären Spiegel 16 und einen drehbaren Spiegel 18 auf. Ein Laser-Bündel 102, welches von dem Laser-Oszillator 14 emittiert wird, wird über den stationären und den drehbaren Spiegel 16 und 18 einer Kol­ limatorlinse 20 zugeführt und tritt aus der Kollimator­ linse 20 in Richtung auf den Gegenstand 10 in Form der parallelen Abtast- und Meßstrahlen 100 aus.

Die Drehung des drehbaren Spiegels 18 wird durch einen Synchron-Motor 21 derart gesteuert, daß die Drehgeschwin­ digkeit des drehbaren Spiegels 18 mit Taktimpulsen synchro­ nisiert ist, welche gemäß der nachfolgenden Beschreibung zur Messung herangezogen werden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird das Ausgangssignal eines Taktimpuls­ generators 22 dem Synchron-Motor über eine Teilerschaltung 24 zugeführt. Daher kann der zeitliche Ablauf der Abtastung bei den parallelen Meßstrahlen 100 mit den Taktimpulsen synchronisiert werden, so daß eine gute Meßgenauigkeit gewährleistet ist.

Obwohl die parallelen Abtast- und Meßstrahlen 100 von der oben genannten Lichtabtaststufe 12 einen einzigen vorge­ gebenen Abtastbereich haben, können diese Strahlen in eine Mehrzahl von Abschnitten oder Segmenten durch vorgegebene Schlitze oder Spalte aufgeteilt werden, so daß die Messung für jeden der Abschnitte getrennt durchführbar ist.

Die parallelen Abtast- und Meßstrahlen 100 werden von einem Fotodetektor 26 aufgenommen, der elektrische Signale abgibt, welche Intensitätsveränderungen anzeigen, nachdem der Ge­ genstand 10 durch die Strahlen 100 beleuchtet wurde. Bei der veranschaulichten Ausführungsform weist der Fotodetektor 26 einen Kondensor 28 und ein Lichtempfangselement 30 auf, welches im Brennpunkt des Kondensors 28 angeordnet ist. Das Lichtempfangselement 30 ist derart ausgebildet, daß es ein Helligkeitsausgangssignal abgibt, wenn die parallelen Abtast- und Meßstrahlen 100 nicht durch den Gegenstand 10 blockiert oder abgeschattet sind, während es ein Dunkelheits­ ausgangssignal abgibt, wenn die Strahlen 100 durch den Ge­ genstand 10 blockiert oder abgeschattet sind.

Wenn die gegenüberliegenden Seiten des Gegenstandes 10 durch die parallelen Abtast- und Meßstrahlen 100 ordnungsgemäß abgetastet werden, erzeugt der Fotodetektor 26 zwei Ausgangs­ impulssignale, welche den gegenüberliegenden Seiten des Ge­ genstandes 10 entsprechen. Wenn eine Abtastzeit zwischen diesen zwei Impulssignalen gemessen wird, indem die Anzahl der Taktimpulse gezählt wird, die mit der Bewegung der paral­ lelen Abtast- und Meßstrahlen 100 synchronisiert sind, kann der Abstand zwischen den Seiten oder Enden des Gegenstandes 10 ordnungsgemäß gemessen werden.

Weiterhin ist ein Zähler 32 vorhanden, welcher die Taktimpulse zählt und derart ausgebildet ist, daß er die Ausgangssignale des Taktimpulsgenerators 22 synchron mit denjenigen Taktim­ pulsen zählt, welche zur Steuerung des drehbaren Spiegels 18 verwendet werden.

Selbst dann, wenn der Gegenstand 10 seine nicht erwünschten Stirnseiten präsentiert, an denen eine Ablenkung oder Streu­ ung hervorgerufen wird, oder auch dann, wenn der Gegenstand 10 aus einem lichtdurchlässigen Material besteht, durch wel­ ches die Meßstrahlen 100 hindurchgehen, so daß insgesamt eine Anzahl von falschen Abtastsignalen an dem Fotodetektor 26 entstehen können, ermöglicht die Erfindung eine ordnungs­ gemäße Messung, indem nämlich die eigentlichen Signale aus einer Anzahl von Signalen ausgewählt werden, zu denen auch falsche Abtastsignale gehören. Zu diesem Zweck verwendet die Erfindung ein erstes Abtastsignal in einem vorgegebenen Abtastbereich als Abtastsignal oder Meßsignal, welches das eine Ende oder die eine Seite (Vorderseite) des Gegenstandes 10 anzeigt. Nachfolgende Abtastsignale einschließlich falscher Signale werden durch Verriegelungsvorgänge entsprechend ge­ steuert. Das letzte Abtastsignal wird als ordnungsgemäßes Abtastsignal oder Meßsignal für das andere Ende oder die andere Seite des Gegenstandes verwendet.

Die Anordnung weist weiterhin wenigstens ein Paar von Fühlern 34 und 36 auf, um jeweils den Anfang und das Ende der Abtastung festzustellen. Die Fühler sind derart im Abtastbereich ange­ ordnet, daß die einander gegenüberliegenden Seiten des Ab­ tastbereichs ermittelt werden können. Jeder dieser Fühler 34 und 35 kann ein fotoelektrisches Wandlerelement sein, wel­ ches ein elektrisches Signal erzeugt, wenn die parallelen Abtast- und Meßstrahlen 100 über den Fühler hinweggehen.

Obwohl bei der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungs­ form des Erfindungsgegenstandes nur ein einziges Paar von Fühlern 34 und 36 vorhanden ist, ist die Anzahl solcher Fühler darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Fühlerpaaren vorgesehen sein, wenn unterteilte oder segmentierte Bereiche durch die parallelen Abtast- und Meß­ strahlen 100 erfaßt werden sollen.

Der Zähler 32 zählt Taktimpulse von dem Taktimpulsgenerator 22, während durch die parallelen Abtast- und Meßstrahlen 100 die gegenüberliegenden Seiten des Gegenstandes 10 in der Weise abgetastet werden, daß die erwünschte Messung ausge­ führt werden kann. Bei der veranschaulichten Ausführungs­ form kann ein lichtdurchlässiger Gegenstand 10, beispiels­ weise ein Glasrohr oder dergleichen, in Bezug auf seinen Außendurchmesser exakt gemessen werden. Wenn die Oberfläche des Gegenstandes 10 unregelmäßig ist oder einen lichtundurch­ lässigen Teil hat, kann der Fotodetektor 26 ein falsches Abtastsignal liefern, wenn ein anderer Teil des Gegenstandes 10 als dessen gegenüberliegende Seiten durch die Meßstrahlen abgetastet wird. Ein solches falsches Abtastsignal kann nicht von einem ordnungsgemäßen Ausgangssignal unterschieden werden. Um ein derartiges Problem zu überwinden, weist die erfindungsgemäße Einrichtung ein Register 38 auf, um in geeigneter Weise den vom Zähler 32 gezählten Wert zu verrie­ geln oder zu speichern. Genauer gesagt, das Register 38 ist derart ausgebildet, daß es sowohl ein Helligkeitssignal oder ein falsches Abtastsignal, welches durch den Fotodetektor 26 ermittelt wurde, nachdem die parallelen Abtast- und Meß­ strahlen 100 über die Vorderseite des Gegenstandes 10 hin­ weggegangen sind, als auch ein Abtastsignal verriegelt oder abspeichert, welches die Rückseite des Gegenstandes 10 dar­ stellt. Somit kann der zuletzt verriegelte oder abgespeicher­ te Wert als eigentlicher Zählwert ausgegeben werden.

Die Verriegelung des Ausgangs des Zählers 32 führt jedoch noch zu einem weiteren Problem. Bei einer Präzisions-Meß­ einrichtung, wie sie beim Erfindungsgegenstand vorliegt, erreicht die Frequenz der Taktimpulse einen Bereich von 50 bis 100 MHz. Wenn derartige hochfrequente Taktimpulse durch den Zähler bis zu dem Bit mit dem höchsten Stellen­ wert gezählt werden, ist eine bestimmte Zeitspanne erforder­ lich. Es kann daher ein nicht vernachlässigbarer Zählfehler auftreten, wenn das Register 38 verriegelt wird. Ein der­ artiger Zählfehler wird normalerweise durch die Tatsache hervorgerufen, daß der Zähler 32 den nächsten Taktimpuls aufnimmt, bevor der gezählte Wert ordnungsgemäß verriegelt oder abgespeichert ist, und zwar in der Weise, daß der gezählte Wert im Zähler fortlaufend während der Verriegelung oder Abspeicherung auf den neuesten Stand gebracht wird. Es besteht somit das Problem, daß durch die oben angegebene Konstruktion eine ordnungsgemäße Zählung nicht ausgeführt werden kann, bei welcher der Ausgang des Zählers 32 in ge­ eigneter Weise durch das Register 38 verriegelt oder abge­ speichert wird.

Gemäß der Erfindung wird der Zähler 32 für eine vorgegebene Zeitperiode abgeschaltet, in welcher das Register 38 arbeitet, um den Ausgang des Zählers 32 zu verriegeln. Zu diesem Zweck verwendet die erfindungsgemäße Anordnung eine temporale Sperrschaltung oder einen Sperrimpulsgenerator 40.

Wenn der Betrieb des Zählers 32 gesperrt wird, kann während dieser Sperrung ein größerer Fehler hervorgerufen werden. Gemäß der Erfindung wird ein Zähler-Korrekturimpuls, welcher dieser festen Sperrperiode entspricht, dem Zähler 32 zuge­ führt, nachdem das Register 38 für jede Verriegelung in Funktion getreten ist. Dies erfolgt durch eine Zählerkorrektur­ schaltung 42.

Der Zählbetrieb des Zählers 32 wird durch das Ausgangssignal des Fotodetektors 26 gesteuert. Abtastsignale von dem Licht­ empfangselement 30 werden einem Flankenimpulsgenerator 46 über einen Verstärker 44 zugeführt, um die Flanke der Ver­ änderung in der Helligkeit des Lichtes unter Differentierung des Flankenimpulsgenerators 46 zu ermitteln. Das Ausgangs­ signal des Flankenimpulsgenerators 46 wird dazu verwendet, ein Flip-Flop 48 zu setzen, und zwar zu dem Zweck, um das Ausgangssignal zur Öffnung eines UND-Gliedes 50 jedes Mal dann zu erzeugen, wenn die Vorderseite des Gegenstandes 10 bei jedem Abtastvorgang durch die parallelen Abtast- und Meßstrahlen 100 abgetastet wird.

Das Flip-Flop 48 wird durch ein Ausgangssignal von dem Abtast-Abschlußfühler 36 zurückgesetzt. Bei der veran­ schaulichten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der Ausgang des Fühlers 36 mit der Rücksetz-Klemme des Flip-Flops 48 über einen Verstärker 52 und eine Wellen­ formerschaltung 54 verbunden.

Der Sperrimpulsgenerator 40 wird durch das Ausgangssignal des Flip-Flops 48 zurückgestellt und auch durch das Aus­ gangssignal des Flankenimpulsgenerators 46 getriggert, wo­ bei das Ausgangssignal des Flankenimpulsgenerators 46 eine Flanken-Diskriminatorschaltung 56 durchläuft. Genauer ge­ sagt, die Flanken-Diskriminatorschaltung 56 berücksichtigt nur die rückwärtige Flanke des Ausgangsimpulses vom Ver­ stärker 44 und führt ein entsprechendes Signal dem Sperr­ impulsgenerator 40 zu, so daß dieser jedes Mal dann ge­ triggert werden kann, wenn das Dunkelheitssignal in ein Helligkeitssignal verändert wird.

Der Ausgang des Sperrimpulsgenerators 40 ist mit einem UND-Glied 58 verbunden. Taktimpulse, welche das Ausgangs­ signal des Taktimpulsgenerators 22 darstellen, werden dem Takteingang des Zählers 32 über die UND-Glieder 58 und 50 zugeführt. Somit kann der Zählvorgang des Zählers 32 vorübergehend durch das Ausgangssignal des Sperrimpuls­ generators 40 gesperrt werden.

Der Sperrimpulsgenerator 40 steuert den Verriegelungsvorgang des Registers 38. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Sperr­ impulsgenerators 40 mit dem Verriegelungseingang des Re­ gisters 38 über eine erste Verzögerungsschaltung 60 ver­ bunden. Somit kann der Inhalt des Zählers 32 durch das Re­ gister 38 zu einer vorgegebenen Zeit verriegelt werden, nach­ dem ein Sperrimpuls erzeugt wurde. Der Sperrimpulsgenerator 40 steuert auch eine Zählkorrektur, welche der Sperrperiode des Zählvorgangs im Zähler 32 entspricht. Zu diesem Zweck wird die Zählkorrekturschaltung 42 über eine zweite Ver­ zögerungsschaltung 62 getriggert. Nachdem der Verriegelungs­ vorgang des Registers 38 abgeschlossen ist, wird während der Sperrperiode ein vorgegebener Zählkorrekturimpuls dem Zähler 32 als Korrekturwert zugeführt.

Bei der veranschaulichten Ausführungsform des Erfindungsge­ genstandes wird der Gegenstand 10 dadurch vermessen, daß eine Mehrzahl von Abtastungen der Abtaststrahlen verwendet werden. Es wird somit eine Mehrfach-Abtastung verwendet. Die Anzahl der Abtast-Vorgänge wird durch einen programmier­ baren Zähler 64 gezählt, dem das Ausgangssignal des Abtast­ beginn-Fühlers 34 über einen Vorverstärker 66 und eine Wel­ lenformerschaltung 68 zugeführt wird, um die Anzahl der Ab­ tastvorgänge durch die Meßstrahlen 100 zu zählen. Das Ab­ tastbeginnsignal wird gleichzeitig dem Ladeeingang des Zählers 32 zugeführt. Somit kann der Inhalt des Registers 38 in dem Zähler 32 jedes Mal dann gespeichert werden, wenn die Abtastung ausgelöst wird.

Eine Zentraleinheit 70 dient dazu, alle Operationen des Zählers 32, des Registers 38 und anderer Teile zu steuern. Wenn eine vorgegebene Anzahl von Abtastvorgängen durch die Meßstrahlen 100 abgeschlossen ist, welche durch die Zentral­ einheit 70 eingestellt wurde, holt die Zentraleinheit 70 den Inhalt des Registers 38. Die Zentraleinheit 70 weist eine arithmetische Schaltung oder eine Rechenschaltung auf, die nicht veranschaulicht ist, weil sie allgemein bekannt ist. Die arithmetische Schaltung verwendet den geholten Inhalt des Registers 38 dazu, um die Mittelbildung der abschließenden Verriegelungswerte zu berechnen und andere Operationen auszuführen, wobei der sich dabei ergebende Wert auf einer Sichtanzeige dargestellt wird. Nachdem die Berechnung abgeschlossen ist, erzeugt das Ausgangssignal eines Löschimpulsgenerators 72 einen Löschimpuls, um den Inhalt des Zählers 32 zu löschen.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen erfindungsgemäßen optischen Meßeinrichtung wird nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 2 stellt ein lichtdurch­ lässiger Zylinder aus Glas oder einem ähnlichen Material einen Gegenstand 10 dar, der als Meßobjekt bezeichnet werden kann und dessen Oberfläche durch Öl oder Schmutz bei 10a verunreinigt ist. Es würden somit falsche Ab­ tastsignale erzeugt, während der Gegenstand 10 durch die Meßstrahlen 100 von einer Seite zur anderen Seite abge­ tastet wird.

Das in der Fig. 2 dargestellte Zeitablaufschema zeigt den mittleren Status bei mehreren Abtastungen, bei welchen ein Startsignal 300 von dem Abtastbeginnfühler 40 dem Ladeein­ gang des Zählers 32 zugeführt wurde, wobei der Verriege­ lungswert, d. h. ein Wert, der bis zu der vorhergehenden Abtastung im Register 38 angesammelt wurde, dem Zähler 32 zugeführt wird. Das Startsignal 300 wird auch durch den programmierbaren Zähler 64 als eine Abtastung gezählt.

Wenn die Meßstrahlen 100 die Vorderseite oder die Start- Seite des Gegenstandes 10 erreichen, werden sie durch den Fotodetektor 26 abgetastet, der seinerseits ein Abtast­ signal erzeugt, durch welches ein Ausgangssignal 200 von dem Verstärker 44 auf einen hohen Pegel ("H") gelegt wird, um ein Dunkelheitssignal auf Grund des Blockierens des Objektes 10 zu ermitteln. Anschließend werden Abtastsignale einschließlich einiger falscher Signale ausgegeben, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Gegenstand 10 blockiert oder nicht blockiert. Gemäß der Darstellung enthält das Abtastsignal 200 solche Abtastsignale, welche die gegen­ überliegenden Seiten des Gegenstandes 10 ordnungsgemäß angeben, und falsche Signale 200a, welche den Fremdstoffen 10a entsprechen.

Das Abtastsignal 200 wird durch den Flankenimpulsgenerator 46 differenziert, um jedes Mal dann einen Flankenimpuls 202 zu erzeugen, wenn die Helligkeit in Dunkelheit verändert wird oder umgekehrt. Wie aus den Zeitablaufschemen in den Fig. 2 und 3 hervorgeht, wird das Flip-Flop 48 gesetzt, um das UND-Glied 50 durch einen anfänglichen Vorderflanken­ impuls zu öffnen, d. h. durch einen Impuls, welcher der Vorderseite des Gegenstandes 10 entspricht. Zu dieser Zeit ist der Sperrimpulsgenerator 40 zurückgestellt worden, um das UND-Glied 58 durch das Flip-Flop 48 zu öffnen. Dem Zähler 32 werden daher Taktimpulse als Signal 206 zugeführt.

Somit zählt der Zähler 32 Taktimpulse, welche aus der gegen­ wärtigen Abtastung des Gegenstandes 10 resultieren, und zwar zusätzlich zu den angesammelten Taktimpulsen, die bis zur vorhergehenden Abtastung aufgelaufen sind.

Da die Taktimpulse 206 eine Frequenz im Bereich von 50 bis 100 MHz haben, wie oben bereits ausgeführt wurde, tritt bei dem Zähler 32 eine gewisse Verzögerung bei der Zählung auf, und es ist dann eine Zeitperiode erforderlich, bis der gezählte Wert stabilisiert ist.

Wenn sich die Meßstrahlen 100 von dem Gegenstand 10 lösen oder die Abschluß-Seite des Gegenstandes 10 erreichen, wird der Fotodetektor 26 grundsätzlich ein Helligkeits­ signal anstatt eines Dunkelheitssignals ermitteln. Deshalb muß der Zähler 32 seinen Zählvorgang dann beenden, wenn der Rückflankenimpuls im Abtastsignal 200 auftritt. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Inhalt des Zählers 32 durch das Register 38 verriegelt wird. Das Rückflanken­ signal des Flankenimpulses 202 wird durch die Diskrimina­ torschaltung 56 ermittelt, um den Sperrimpulsgenerator 40 so zu triggern, daß er Sperrimpulse 208 als Ausgangssignale abgibt. Während dieses Vorganges ist daher das UND-Glied 58 geschlossen, um vorübergehend während einer vorgegebenen Zeitperiode den Zählvorgang des Zählers 32 zu sperren.

Andererseits werden Verriegelungsimpulse 210, welche durch die erste Verzögerungsschaltung 60 verzögert werden, dem Verriegelungseingang des Registers 38 synchron mit den Sperrimpulsen 208 zugeführt. Nachdem eine vorgegebene Zeit­ periode seit der Sperrung des Zählvorgangs beim Zähler 32 abgelaufen ist, d. h., wenn diejenige Zeitperiode vorüber ist, für welche der gezählte Wert stabilisiert ist, wird der Inhalt des Zählers 32 durch das Register 38 verriegelt.

Somit kann das Register 38 einen beliebigen stabilisierten Zählwert des Zählers 32 bei der rückwärtigen Flanke eines Abtastsignals 200 holen, so daß die rückwärtige Seite des Gegenstandes 10 von dem Fotodetektor 26 genau ermittelt wird.

Jedoch wird dieser Verriegelungsvorgang in ähnlicher Weise bei der rückwärtigen Flanke eines unerwünschten Abtast­ signals 200 durchgeführt, welches beispielsweise durch den Fremdkörper oder die Verunreinigung 10a auf dem Weg der Abtastung für den Gegenstand 10 erzeugt wurde. Da der Zähl­ vorgang des Zählers 32 zu dieser Zeit vorübergehend gesperrt ist, wird der Inhalt des Zählers 32 einen großen Fehler auf­ weisen, obwohl der verriegelte Wert später ausgelöscht wird. Gemäß der Erfindung kann jedoch ein solcher Fehler dadurch korrigiert werden, daß die Zählkorrekturschaltung 42 unter dem verzögerten Signal synchron mit dem Sperrimpuls 208 getriggert wird und dem Zähler 32 ein Zählkorrekturimpuls 212 von der Zählkorrekturschaltung 42 zugeführt wird.

Der Korrekturimpuls 212 wird später ausgegeben als der Verriegelungsimpuls 210, so daß der verriegelte Wert im Register 38 dadurch nicht beeinflußt wird. Der Korrektur­ impuls 212 wird dem Zähler 32 als ein Bit-Signal zugeführt, welches der oben genannten Sperrperiode entspricht. Daher wird eine vorgegebene Anzahl von Ziffern gleichzeitig addiert, um sofort die Zählung zu korrigieren, welche von der Korrek­ tur um die Eingabe der Taktimpulse abweicht. Wenn die Sperrimpulse 208 aus dem Zähler 32 ausgegeben werden, um erneut seinen Zählervorgang für die Taktimpulse 206 in Gang zu setzen, stimmt daher die Zählung mit der Position der Abtastung der Meßstrahlen exakt überein.

Der Verriegelungsvorgang des Registers 48 wird bei jeder der rückwärtigen Flanken des Abtastsignals 200 ausgelöst, so daß jeder der Werte, der durch das Abtastsignal 200a verriegelt wird, welches durch die Fremdkörper oder Ver­ unreinigung 10a erzeugt wird, nachfolgend bei dem nächsten Verriegelungsvorgang gelöscht wird. Schließlich wird der verriegelte Wert in dem Register 38 nur durch ein Signal bestimmt, welches dem rückwärtigen Ende oder der Rückseite des Gegenstandes 10 entspricht. Selbst dann, wenn falsche Signale auf Grund des lichtdurchlässigen Teils und anderer Teile auf dem Gegenstand 10 hervorgerufen werden, können diese falschen Signale nacheinander gelöscht werden, um einen ordnungsgemäßen Verriegelungswert zu bestimmen. Gemäß der Erfindung kann somit sogar für ein lichtdurch­ lässiges Meßobjekt eine Messung mit hoher Genauigkeit aus­ geführt werden.

Der Zähler 32 zählt sogar dann noch Taktimpulse 206, nachdem das Register 38 den gezählten Inhalt des Zählers 32 ver­ riegelt hat, welcher dem rückwärtigen Ende oder der Rück­ seite des Gegenstandes 10 entspricht. Jedoch wird der Verriegelungsvorgang des Registers 38 nicht länger durch­ geführt, so daß die Messung durch den gezählten Inhalt des Zählers 32 nicht beeinflußt wird. Bevor der nächste Ab­ tastvorgang ausgelöst wird, wird das Startsignal 300 dazu verwendet, den Zähler 32 mit dem verriegelten Wert zu laden, welcher bei der vorhergehenden Abtastoperation er­ reicht wurde, so daß der andere gezählte Inhalt, welcher beim vorhergehenden Abtastvorgang erreiche wurde, voll­ ständig gelöscht wird.

Unmittelbar vor der Beendigung jedes Abtastvorganges wird das Flip-Flop 48 rückgesetzt, um den nächsten Abtastvorgang mit Hilfe eines End-Signals 302 von dem Abtastbeendigungs­ fühler 36 vorzubereiten.

Wenn eine Mehrzahl von Abtastvorgängen abgeschlossen sind, holt die Zentraleinheit 70 die angesammelten Meßwerte, die im Register 38 verriegelt sind. Diese Meßwerte werden ent­ sprechenden geeigneten Verarbeitungsvorgängen unterworfen, beispielsweise einer Mittelwertbildung oder ähnlichen Vor­ gängen, und zwar in der Zentraleinheit 70, um ein ordnungs­ gemäßes Meßergebnis zur Anzeige zu bringen.

Gemäß der Erfindung werden Taktimpulse, welche durch die Meßstrahlen erzeugt werden, die einen Gegenstand abtasten, der zu vermessen ist, durch einen Zähler gezählt, wobei der Zählerinhalt sequentiell durch ein Register verriegelt wird. Jeder Verriegelungsvorgang wird ausgeführt, nachdem eine vorgegebene Zeitperiode abgelaufen ist, die mit dem Anhalten des Zählvorgangs im Zähler beginnt. Eine Verzögerung beim Zählen oder Verriegeln kann gemäß der Erfindung aus­ reichend berücksichtigt werden. Dadurch wird ein genaues Meßergebnis geliefert, und zwar ohne Fehler beim verriegel­ ten Wert, und es wird ermöglicht, die Frequenz bei den Taktimpulsen, welche als Basis für die Messung verwendet werden, auf einen hohen Wert einzustellen.

Da falsche Abtastsignale, welche auf dem Weg der Abtastung des Gegenstandes erzeugt werden, auch einer Korrektur unter­ worfen werden können, welche einer Sperrperiode für die Zählung entspricht, nachdem jeder der Verriegelungsvorgänge abgeschlossen ist, so daß der Zähler seinen Zählvorgang für Taktimpulse wieder aufnimmt, können verriegelte Werte, wel­ che von falschen Abtastsignalen bei der Abtastung erreicht wurden, nacheinander gelöscht werden, um eine Messung ohne Fehler zu erreichen.

Claims (4)

1. Optische Längenmeßvorrichtung mit
einer Lichtabtaststufe (12) zur Abtastung eines zu vermessenden Gegenstandes (10) mittels eines in einer Meßebene parallel zu sich selbst bewegten Abtaststrahls (100),
einer Photodetektorstufe (26), um Veränderungen der Lichtintensität des Abtaststrahls (100) zu erfassen, die dieser bei der Abtastung des Gegenstandes (10) erfährt, um daraus Photoabtast-Ausgangssignale zu erzeugen,
einem Zähler (32) zum Zählen von Taktimpulsen während der Abtastung des Gegenstandes (10), wobei die in dem Zähler (32) gezählten Taktimpulse ein Maß für die Länge des Gegenstandes sind und der Zähler (32) derart ausge­ bildet ist, daß sein Zählvorgang für die Taktimpulse ausgelöst wird, wenn der Abtaststrahl (100) über die Vorderseite des Gegenstandes (10) hinweggeht,
einer temporären Sperrschaltung (40), um den Zählvorgang des Zählers (32) für eine bestimmte Sperrperiode zu sperren, wenn

• a) innerhalb der tatsächlichen Berandung des Gegen­ standes ein Abtastsignal auftritt, das zunächst als vorläufiges Abtastsignal für die Rückseite des Gegen­ standes registiert wird, nachdem der Zählvorgang aus­ gelöst wurde, oder
• b) ein Abtastsignal auftritt, das die tatsächliche Rückseite des Gegenstandes (10) angibt und einem Register (38), um den Ausgang des Zählers (32) während der Sperrperiode sowie auch dann zu verriegeln, wenn der Ausgang des Zählers (32) stabilisiert wurde, wobei alle als vorläufig erkannten Abtastsignale für die Rückseite des Gegenstandes aus dem Register (38) gelöscht werden,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählfehler-Korrekturschaltung (42), die von der Sperrschaltung (40) beaufschlagt ist und während der je­ weiligen Sperrperiode einen Zählfehler-Korrekturimpuls erzeugt, der der Zeitdauer der Sperrperiode entspricht, und den Zählfehler-Korrekturimpuls als Bit-Signal dem Zähler (32) als zum Zählwert zu addierenden Korrektur­ wert zuführt.

2. Optische Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastvorgang mit den parallelen Abtast- und Meßstrahlen (100) mehrfach wiederholt wird und daß ein gemittelter Wert ausgegeben wird, nachdem eine vorgegebene Anzahl von Abtastvorgängen durchgeführt wurde.

3. Optische Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählfehler-Korrekturimpuls dem Zähler (32) während der Sperrperiode zugeführt wird.