DEVICE FOR MEASURING THE DISTANCE BETWEEN A POINT ON A SURFACE OF AN OBJECT AND A NULL PLANE

Abstract: 1. A device for measuring the spacing of a point on the surface of an object from a zero plane, comprising a light source for producing a sharply focussed light beam in a predeterminable direction, a beam deflector arranged in the path of a component of the light beam to periodically deflect the light beam from the determined direction, and a light-sensitive detector (line-of-sight detector) exhibiting a sharply focussed receiving characteristic along a line of sight which contains the measuring point, where the light source with the beam deflector and the line of sight detector are arranged relative to one another in such manner that the deflected light beam always hits the line of sight which is fixed in space, characterized in that there is provided a beam path diverter (4, 5, 4', 5') arranged in the region of the light beam and having at least one movable reflecting surface (4, 4') that is arranged in or can be introduced into the region of the light beam and which serves to alternatively divert the light beam into mutually opposite directions (100', 100), to two fixed reflecting surfaces (5, 5'), of which one is arranged in the light beam reflected by the movable reflecting surface (4, 4') in the one direction (100'or 100**+ as the case may be) and directs the light beam to the line of sight (V), and of which the other one is arranged in the light beam reflected by the movable reflecting surface (4, 4') in the opposite direction (100**+ or 100', as the case may be) and directs the light beam to the line of sight (V) from the other side.

Description: Vorrichtung zum Messen des Abstandes eines Punktes auf einer Oberfläche eines Objekts von einer Nullebene Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Abstandes eines Punktes auf einer Oberfläche eines Objektes von einer Nullebene, mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines scharf gebABdelten Lichtstrahlbündels in eine vorgebbare Richtung, einem im Strahlengang des Lichtstrahlbündels angeordneten Strahlauslenker zum periodischen Hin- und Herbewegen des Lichtstrahlbundels quer zur vorgebbaren Richtung und-mit einem lichtempfindlichen Detektor, der nur Licht aus einer bestimmten Richtung registriert (Detektor mit Visierlinie), wobei die Lichtquelle mit dem Strahlablenker und der Detektor relativ zueinander so angeordnet sind, dass jede Richtung, in die der Lichtstrahl ausgelenkt wird, auf die Visierlinie zeigt. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird so betrieben, dass das zu vermessende Objekt so im Bereich des Laserstrahlbündels angeordnet wird, dass eine Oberfläche dieses Objektes von dem periodisch abgelenkten Strahlenbündel laufend überstrichen wird und dass die Visierlinie des Detektors diese Oberfläche innerhalb des Bereiches, der vom Lichtstrahlbündel überstrichen wird, trifft. Die Oberfläche des Objektes reflektiert das auftreffen- de Licht diffus nach allen Seiten. Das Licht wird also auch stets in eine Richtung reflektiert, die parallel zur Visierlinie ist. Da das auftreffende Lichtstrahlbündel aber einen geringen Querschnitt aufweist, weist auch das in die besagte Richtung reflektierte Licht einen ebensolchen Querschnitt auf und aus diesem Grunde trifft das in diese Richtung gestreute Licht den Detektor in der Regel nicht. Es gibt aber eine präzise Stelle auf der Oberflache des Objektes, von der aus das in die besagte Richtung gestreute Licht genau auf den Detektor trifft und von diesem registriert wird. Aus dem Winkel zwischen dem auf diese präzlse Stelle auftreffenden Strahlenbündel und einer festen Anfangsrichtung des abgelenkten Lichtstrahlbündels sowie der vorgebbaren Ablenkfrequenz für das Li-chtstrahlbündel lässt sich der Abstand dieser präzisen Stelle auf der Oberfläche des Körpers von einer Nullebene ermitteln. Die Nullebene geht dabei durch den Schnittpunkt des in die Anfangsrichtung ausgestrahlten Lichtstrahlbündels mit der Visierlinie des Detektors. Ihre Flächennormale verläuft parallel zur Winkelhalbierenden des Winkels zwischen der Visierlinie und dem in Anfangsrichtung ausgesandten Strahlenbündel. Eine Messung mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist unkritisch, wenn die Oberfläche des auszumessenden Objekts eben ist und parallel zur Null-Ebene verläuft. Probleme konnen jedoch auftreten, wenn die Oberfläche des Objekts nicht parallel zur Null-Ebene verläuft. Das vom auftreffenden Lichtatrahlbündel gestreute Licht hat nämlich nicht in jeder Richtung die gleiche Intensität, sondern nimmt mit zunehmendem Winkel von einer Richtung, bei der maximale Intensität herrscht, auf Null ab. In der Regel ist diese Richtung, in der das Streulicht maximale Intensität anf- weist, gleich der Richtung, in die das auf die Oberfläche auftreffende Strahlenbündel reflektiert würde, wenn die Oberfläche ideal spiegelte. Dies ist aber nur der in der Regel auftretende Fall, die mati- male Lichtintensität des Streulichts kann auch in einer anderen Richtung liegen. 1r die vorliegende Erfindung ist dies aber ohne Bedeutung. Je nach Schraglage der Oberfläche bezüglich der Null Ebene bzw. der Visierlinie kann daher das vom Detektor registrierte Streulicht eine grössere oder kleinere In Intensität aufweisen. Ab einem bestimmten Winkel zwi- schen der Visierlinie und der Richtung, in welcher das Streulicht masemnler Intensität abgestrahlt wird, ist die Intensität des Streulichts in Richtung Visierlinie so gering, dass es vom Detektor nicht mehr als solches registriert werden kann. Es kann daher besonders bei stark unebenen Oberflächen, beispielsweise bei Flächenprofilen, vorkommen, dass die Messung aufgrund der vorstehend geschilderten Streulichtcharakteristik und eines ungün- stigen Neigungswinkels des auf der präzisen Stelle auftreffenden Lichtstrahlbündels zur Oberfläche gestört und daher die Vermessung unterbrochen wird. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auch stark unebene Oberflächen, insbesondere Profile, ohne Störung und lückenlos vermessen werden können. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die vorgebbare Richtung und die Richtung, in welche die Visierlinie zeigt, relativ zueinander veranderbar sind. Durch diesen überraschend einfachen Kunstgriff können ungünstige Neigungswinkel zur Oberfläche, die eine zu geringe Streulichtintensität verursachen, in günstige umgewandelt werden. Es reicht dabei aus, wenn die Richtung, in welche die Visierlinie zeigt, feststeht und die vorgebbare Richtung relativ zur feststehenden Richtung veränderbar ist. In einer bevorzugten Ausfül?rungsform ist der Winkelbetrag zwischen einer einstellbaren vorgebbaren Richtung und der Richtung, in welche die Visierlinie zeigt, für jede einstellbare Richtung der gleiche. Bevorzugterweise ist eine Ausführungsform einer vorgeschlagenen Vorrichtung so ausgebildet, dass zur Ver änderung der vorgebbaren Richtung ein im Bereich des Lichtstrahlbündels angeordneter Strahlrichtungsumlenker vorgesehen ist. Dabei ist eine bevorzugte Ausführungsform so ausgebildet, dass der Strahlrichtungsumlenker eine in den Bereich des Strahlenbündels einfügbare, bewegliche Spiegelfläche und eine im Bereich des von der eingefügten beweglichen Spiegelfläche reflektierten Licht strshlbündels angeordnete feste Spiegelfläche umfasst, welche das auf sie treffende Lichtstrahlbündel zur Visierlinie hlnlenkt. Eine erste zweckmässige Variante in dieser letztge nannten Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die bewegliche Spiegelfläche um eine Drehachse drehbar gelagert ist, so dass sie wahlweise zwischen zwei Drehstellungen, in denen der Bereich des Lichtstrahlbündels unter verschiedenen Winkeln auf sie auftrifft, verdrehbar ist. In einer anderen zweckmässigen Variante einer Ausführungsform mit einer beweglichen Spiegelfläche ist die bewegliche Spiegelfläche verschiebbar gelagert, so dass sie wahlweise in den Bereich des Lichtstrahlbündels hinein- oder aus ihm herausschiebbar ist. Die erste Variante ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass die Drehachse parallel zur Spiegelfläche angeordnet ist und den Bereich des abgelenkten Lichtstrahlenbündels senkrecht schneidet, und dass für jede der beiden Drehstellungen der Spiegelfläche je eine feste Spiegelfläche vorgesehen ist, welche im Bereich des jeweils reflektierten Lichtstrahlbündels angeordnet ist und dieses zur Visierlinie hinlenkt. Die zweite Variante ist vorzugsweise so ausgebildet, dass auf einer Achse, welche den Bereich des abgelenkten Lichtstrahlenbündels senkrecht schneidet, nebeneinander zwei Spiegelflächen achsparallel angeordnet sind, welche einen Winkel zwischen sich einschliessen, und dass diese beiden Spiegelflächen parallel zur gemein samen Achse verschiebbar sind und dadurch wahlweise in den Bereich des Lichtstrahlbündels hinein- oder herausschiebar sind, und dass jedem der beiden Spiegelflächen eine feste Spiegelfläche zugeordnet ist, welche im Bereich des von ihm reflektierten Strahlenbündels angeordnet ist und dieses zur Visierlinie hinlenkt. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung könnten jetzt sämtliche Profile sicher und störungsfrei vermessen werden. Dabei ist die Vorrichtung sehr-einfach aufge-baut und kann preisgünstig hergestellt werden. Ein Ausführng'sbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im folgenden naher erläutert. Es zeigen Figur 1 in schematischer Darstellung eine Seitenan sicht eines Ausführungsbeispiels mit einem drehbaren Doppelspiegel und zwei fest ange ordneten zusätzlichen Spiegeln, Figur 2 eine Detailseitenansicht des drehbaren Doppel spiegels, Figur 3 eine Detailansicht eines verschiebbaren Doppel - spiegels aus zwei gekreuzten Spiegeln mit Blickrichtung parallel zu den Spiegelflächen, Figur 4 eine Ansicht des in Figur 3 dargestellten Doppelspiegels mit Blickrichtung senkrecht auf einen Spiegel und parallel zum anderen, Figur 5 die Ansicht eines verschiebbaren Doppelspie gels mit zwei gekreuzten Spiegelflächen, wel cher aus zwei Umlenkwürfel aufgebaut ist, wo bei die Blickrichtung parallel zu beiden Spie gelflächen gerichtet ist, Figur 6 eine Ansicht des in Figur 5 dargestellten Doppelspiegels mit Blickrichtung senkrecht zur Achse 40, Figur 7 das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 in ver einfachter Darstellung, wo zwei Strahlteiler spiegel vorgesehen sind. In der Figur 1 ist mit 1 ein Laser bezeichnet, welcher einen Laserstrahl 10 aussendet, in welchem ein Strahlablenker 2 angeordnet ist, der den Laserstrahl 10 periodisch aus seiner ursprünglichen vorgebbaren Richtung 100 nach links bzw. rechts ablenkt, so dass der Laserstrahl einen Winkelbereich go überstreicht. Der maximal nach links abgelenkte Laserstrahl ist mit 10 und der maximal nach rechts abgelenkte Laserstrahl mit 10 " bezeichnet. Im Bereich des abgelenkten Laserstrahlbündels befindet sich ein Strahlteilerspiegel 3, welcher einen Anteil des vom Strahlablenker abgegebenen Laserllchts auf zwei Fotodetektoren PDa und PDb lenkt. Beide Fotodetektoren sind Fotodetektoren mit Visierlinie. Die Visierlinie des Fotodetektors PDa ist mit Va bezeichnet und ist so ausgerichtet, dass sie mit der Achse des vom Strahlteilerspiegel 3 reflektierten rechten Laserstrahlbündel 10?? zusammenfällt. Die Visierlinie des Fotodetektors PDb ist mit Vb bezeichnet und ist so ausgerichtet, dass sie mit der Achse des vom Strahlteilerspiegel 3 reflektierten linken Laserstrahl 10' zusammenfällt. Somit regiStrieren die beiden Fotodetektoren PDa bzw. PDb nur das Licht der Laserstrahlen 10 " bzw. 10'. Ein Laserstrahl, welcher zu einem bestimmten Zeitpunkt zwischen den beiden Strahlen verläuft, wird nicht registriert. Das periodisch abgelenkte Laserstrahlbündel, welches im folgenden mit 10', 10" bezeichnet wird und bei welchem die Laserstrahlbündel 10' und 10" die Grenzstrahlen für das abgelenkte Bündel bilden, fällt auf einen im Winkel von 450 zur Richtung 100 angeordneten Spiegel 4, welcher das Bündel um 900 in die Richtung 100' (in der Figur 1 also nach rechts) auf einen Spiegel 5 umlenkt. Die Spiegelebene des Spiegels 5 umschliesst mit der Richtung 100 einen Winkel von 450 - (&alpha;1 + # o/2)/2 ein, wobei o & ein im wesentlichen frei wählbarer Winkel zwischen 0 und 900 bedeutet, 0 der aber vorzugsweise kleiner als 45 gewählt wird. Von diesem Spiegel 5 wird das Lichtstrahlbündel 10', 10" in eine Richtung 700", die mit der Richtung 100 genau den Winkel bzw einschliesst, umgelenkt. Ein Messfotodetektor PDm mit Visierlinie V ist so angeordnet, dass die Visierlinie V vom Strahlenbündel 10', 10 " geschnitten wird, und zwar so, dass der zwischen Position 10' und 10 " hin- und herpendelnde Laserstrahl die Visierlinie V stets schneidet. Ein besonders einfacher Fall liegt dabei vor, wenn der Laserstrahl in einer Ebene abgelenkt wird, wie es beispielsweise die Zeichenebene in der Figur 1 darstellt. Dann liegt auch die Visierlinie V in der gleichen Ebene. Es sei aber darauf hingewiesen, dass dies nicht notwendig ist, sondern dass der Laserstrahl auch dreidimensional abgelenkt werden kann. Es muss nur dafür Sorge getragen werden, dass die Visierlinie stets von dem sich bewegenden Laserstrahl geschnitten wird. Es wäre durchaus denkbar, dass dazu auch die Visierlinie ihre Richtung ändern muss. In der Figur 1 ist die Visierlinie V speziell noch so angeordnet, dass sie parallel zur Richtung 100 ist und mit der Achse des Laserstrahls 10 zusammpnfällt, Folglich schliesst die Visierlinie mt der Richtung 1OC? einen Winkel von &alpha; 1 ein. Ein zu vermessendes CbJest O ist in Laserstrahlbündel 10', 10'' angeordnet und wird auch von der Visierlinie Die dem Laserstrahlbündel und der Visierlinie V zuge ordnete Oberfläche 61 des Objekts 6 ist nach links geneigt, so dass die Normale N dieser Oberfläche mit der Visierlinie V einen Winkel S einschliesst. Die Visierlinie V durchstösst die Oberfläche 61 in einer Stelle 610, die der eingangs erwähnten präzisen Stelle entspricht. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist das abgelenkte Laserstrahlbündel so gerichtet, dass es die Stelle 610 trifft. In der Figur 1 ist in einer Art Momentaufnahme dieses Laserstrahlbündel dargestellt und mit 10i'/ bezeichnet. Es schliesst mit der Normalen N einen Winkel g ein. Wäre die Oberfläche 61 des Objekts 6 ideal spiegeln, würde das Laserstrahlbündel 10' r7 in Richtung 100''' reflektiert, welche mit der Normalen N ebenfalls den Winkel g einschliesst, reflektiert. Da diese Oberfläche 61 aber nicht ideal reflektiert, entsteht auch Streulicht, d.h. es wird auch Licht in andere Richtungen abgestrahlt, dabei ist aber für gewöhnlich die Intensität des in eine bestimmte Richtung gestreuten Lichtes um so kleiner, je-grösser der Winkel zwischen dieser Richtung und der Richtung 100''' ist. Danach ist für gewöhnlich d4e Intensität des in die Richtung 100"' gestreuten Lichtes am grössten. Die keulenförmige Kurve 7 ist ein Schnitt durch die Intensitätsfläche, welche die Spitzen der Richtungsvektoren von der Länge der Intensität des gestreuten Lichtes auf spannen. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass solche keulenförmige Intensitätsrichtungsverteilungen, wie sie die Figur 7 darstellt, einen typischen Fall darstellen, der in der Regel auftritt. Die Keule ist um so schlanker, d.h. in Richtung 100"' um so langgestreckter, je schlechter die Streueigenschaften der Oberfläche 61 sind oder anders ausgedrückt, je besser ihre Spiegeleigenschaften sind. Gleichmässige Streuung in alle Richtung, unabhängig von der Richtung des einfallenden Lichtstrahlbündels 10''' wäre der Fall idealter Streuung und die Keule 7 würde in einen Halbkreis um die Stelle 610 entarten. Geht man aber von dem Normalfall der Richtungsverteilung des Streulichtes, wie sie in der Kurve 7 dargestellt ist, aus, so erkennt man, dass in Richtung des Messfotodetek- tors, d.h. parallel zur Visierlinie, kein Licht gestreut wird. Der Messfotodetektor PDm empfängt also kein Streulicht, da die Intensität in diese Richtung im wesentlichen gleich Null ist. Damit kann aber auch keine Messung erfolgen. Um nun aber auch für diesen ungiinstigen Fall noch eine Messung möglich zu machen, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die vorgebbare Richtung 100 " und eine Richtung, die zur Visierlinie V parallel ist zueinander veränderbar sind. In der Figur 1 wird dazu die Spiegelfläche 4' durch eine um 900 gedrehte Spiegelfläche 4' ersetzt, so dass das abgelenkte Lichtstrahlbündel 10', 10" jetzt um 900 nach links in die Richtung 104' abgelenkt ist. Das so abgelenkte Lichtstrahlbündel 110', 110 " trifft auf einen Spiegel 5', dessen Spiegelebene mit der Rich tung 100 einen Winkel von 45 - ( &alpha;2 - #0/2)/2 einschliesst, und welcher das Lichtstrahlbündel 10', 10?? zur Visierllnie V hinlenkt. Der Winkel t2 ist dabei so zu wählen, dass das Grenzstrahlenbündel 10' die Oberfläche 61 auf der einen Seite und das Grenzstrahlen bündel 10" die Oberfläche 61 auf der anderen Seite der Stelle 610 trifft. Im übrigen gilt analoges auch fr die Grenzstrahlbündel 10', 10", welche vom Spiegel 5 umgelenkt werden. Die Richtung, in die das Lichtstrahlbündel 10', 10'' vom Spiegel 5' abgelenkt wird, ist in der Figur 1 mit 100 ++ bezeichnet. Das Lichtstrahlbündel, das zu einem bestimmten Zeitpunkt die Stelle 610 trifft, ist mit 10* bzeichnet. Bei ideal reflektierender Oberfläche 61 würde dieses Lichtstrahlbündel in die Richtung 100t reflektiert. Da die Oberfläche 61 aber die schon vorstehend besprochenen streuenden Eigenschaften aufweist, wird das Licht vom Lichtstrahlbündel 10 + nach allen Richtungen gestreut, mit einer richtungsabhängigen Intensität, die durch die keulenförmige Kurve 8 angedeutet ist, gestreut. Die Kurve 8 ist in ihrer Form ähnlich der Kurve 7. Man kann sich die Kurve 8 so entstanden denken, dass die Kurve 7 um die Stelle 610 nach rechts verdreht worden ist, wobei der ur sprlngliche Vektor 5 1, dessen Länge die maximale Streulichtintensität angibt, und der in die Richtung des ideal reflektierten Lichtstrahls 10"', also in die Richtung 100"' zeigt, in den Vektor S2, welcher in die Richtung 100$ zeigt, übergeführt wurde. Es sei betont, dass die hier geschilderte Betrachtung unter der vereinfachenden Voraussetzung gemacht wurde, dass die Streulichtkeule 7 unabhängig von der Richtung des Vektors S1 bezüglich der Normalen N ist. In Wirklichkeit wird die Kurve 8 in ihrer Form gegenüber der Kurve 7 etwas verändert sein, jedoch kommt es im Augenblick lediglich auf eine quantitative Betrachtung an. So ist quantitativ durchaus zu erkennen, dass jetzt vom Lichtstrahlbündel 10i v ein Anteil mit ziemlich grosser Intensität von der Oberfläche 61 parallel zur Visierlinie V gestreut wird. Dieses Intensität und die Richtung dieses Anteils sind durch den Vektor 33 in der Figur 1 veranschaulicht. Quantitativ mag die Länge dieses Vektors S3 und damit die Intensität des in diese Richtung gestreuten Lichtes etwas kleiner oder auch etwas grösser sein, jedoch wird sie in der Grössenordnung der Länge des Vektors S2 liegen. Da das Lichtstrahlbündel 10+ wie das Lichtstrahlbündel 10 " ' auf die Stelle 610 trifft, gelangt das in Richtung des Vektors 83 abgestrahlte Licht in den Messfotodetektor PDm und wird wegen seiner ausreichend hohen Intensität von diesem registriert, was im Fall des Lichtstrahlbündels 10"' nicht der Fall war. Das für den Normalfall einer keulenförmigen Intensitätsverteilungskurve angegebene Prinzip ist für jede beliebige Intensitätsverteilungskurve mit Erfolg aber wendbar. In allen Fällen reicht es dabei aus, wenn die Richtung, in welche die Visierlinie zeigt, feststeht und die vorgebbare Richtung relativ zur feststehenden Richtung veränderbar ist. Für die meisten zu vermessenden Profile genügt es, wenn der Winkelbetrag zwischen einer einstel3aren vorgebbaren Richtung und der Richtung, in welcher die Visierlinie zeigt, für jede einstellbare Richtung der gleiche ist. Die Figur 1 in ihrer Darstellung liefert dazu ein Beispiel, weil dort CZ1 = C52 gewählt ist. Die Veränderung der beiden relativ zueinander ver änderbaren Richtungen kann durch Veränderung der Lage der Lichtquelle und/oder des Messdetektors her beigeführt werden. Es ist jedoch vorteilhaft, anstelle dessen zur Veränderung der in Rede stehenden. Richtungen einen im Bereich des Lichtstrahlbündels angeordneten Strahlrichtungsumlenker vorzusehen, wie dies im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit den Spiegeln 4 bzw. ' und 5 und 5' bereits verwirklicht ist. Der Strahlumlenker nach Figur 1 umfasst die im Bereich des Lichtstrahlbündels 10', 10" eingefügte bewegliche Spiegelfläche 4 und im Bereich des von dieser eingefUg- ten beweglichen Spiegelfläche reflektierten Lichtstrahl bündels angeordnete feste Spiegelfläche 5, welche das auf sie treffende Lichtstrahlbündel 10, 10' zur Visierlinie V hinlenkt. Die bewegliche Spiegelfläche 4 ist um eine Drehachse 40, welche in der Figur 1 senkrecht auf der zeiten Ebene steht, drehbar gelagert, so dass sie wahlweise in den Bereich des Lichtstrahlbundels hinein- oder aus ihm heraus drehbar ist. Wird die Spiegelfläche 4 aus dem Lichtstrahlbündel 10', 10 " herausgedreht, so wird eine zweite Spiegelfläche 4' in das Strahlenbündel 10'; 10" hineingedreht, welche es in die entgegengesetzte Richtung als vorher ablenkt. Im Bereich dieses in die entgegengesetzte Richtung reflektierten Lichtstrahlbiindels 10', 10?? ist die Spiegelfläche 5' fest angeordnet, welche das auftreffende Lichtstrahlbundel wieder zur Visierlinie hinlenkt, jetzt aber von einer anderen Seite als vorher. Eine Verwirklichung der beiden beweglichen Spiegelflächen 4 und 4' ist in der Figur 2 dargestellt. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einer planparallelen Platte 400, mit einer ebenen Spiegelfläche 401, die reflektierende Spiegelflächen 4 bzw.4' bildet. Diese Platte 400 ist um die Drehachse 40, welche in der Spiegelfläche 401 liegt (in der Figur 2 wieder vertikal zur Zeichenebene), drehbar gelagert. Ein Lichtstrahlbündel, welches in der Richtung 100 auf die Spiegelfläche 401 auStrifEt, wird, da diese um 450 zur Richtung 100 geneigt ist, um 90 in die Richtung 100 umgelenkt. Wird die Platte 400 um 900 im Uhrzeigersinn gedreht, so dass sie die gestrichelt eingezeichnete Lage einnimmt, so wird ein in der Richtung 100 ausgesandtes Lichtstrahlbündel um 900 nach rechts in die Richtung 100' reflektiert, also in der genau entgegensetzten Richtung als die Richtung 100 Damit die beiden so definierten Lagen der Platte 100 genau eingehalten werden können, ist ein Drehbegrenzer 20 vorgesehen, an dessen Stirnflächen 21 und 22 die Spiegelfläche 401 bei den beiden definierten Lagen stumpf anliegt. Auf diese Weise sind also die beiden Spiegelflächen 4 und 4' nach Figur 1 mit einer einzigen Spiegeifläche 401 realisiert. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, die Platte 400 entgegen dem Uhrzeigersinn um 900 zu drehen, wodurch die Spiegelfläche 401 der Platte 400 aus dem Lichtstrahlbündel aus der Richtung 100 herausgedreht, dafür aber die rückwärtige Flache 402 der Platte in das Strahlenbündel hlneingedreht würde. Wenn diese rückwärtige Fläche 402 ebenfalls als Spiegelflache ausgebildet ist, wäre auch hier die Funktion als Umlenker gegeben. Der Drehbegrenzer 50 müsste allerdings dann an anderer Stelle angebracht werden. Bei dieser Realisierung sind die beiden Spiegelflächen 4 bzw.4, nach Figur 1 durch die Spiegelflächen 402 bzw.401 der Platte 400 gege ben. In den Figuren 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Umlenker mit einer beweglichen Spiegelfläche dargestellt, bei welcher die Spiegelfläche verschiebbar gelagert ist, so dass sie wahlweise in den Bereich des Lichtstrahlbündels hinein- oder aus ihm herausschiebbar ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet, dass ein erster Spiegel 30 mit der Spiegelebene 31 senkrecht zu einem daneben liegenden zweiten Spiegel mit der Spiegelebene 51 angeordnet ist. Beide Spiegel 30 und 50 sind längs der Achse 40 (siehe Figur 1) welche senkrecht auf der Richtung 100 seht, verschiebbar gelagert, und so angeordnet, dass ein Lichtstrahlbündel aus der Richtung 100 im Winkel von 450 auf die jeweilige Spiegelebene 31 bzw. 51 auftrifft. Figur 4 zeigt das Ausführhngsbei- spiel aus einer Ansicht senkrecht zur Richtung 100 und Figur 5 das AusSuhulungsbeispiel aus einer ansicht parallel zur Richtung 100. Aus der Figur 4 ist zu entnehmen, dass ein Lichtstrahlbündel aus der Richtung 100 von der Spiegelfläche 31 in die Richtung 100 durch und von der Spiegelfläche 51 in die Richtung 100' reflektiert wird. Aus der Figur 5 ist zu entnehmen, dass beide Spiegel in einer Spiegelhalterung 60 befestigt sind. Durch Verschieben des Spiegelhalters 60 parallel zur Achse 40 kann wahlweise der Spiegel 50 oder der Spiegel 30 in den Bereich des Lichtstrahlbündels tO', 10t t eingefügt werden, wodurch wahlweise eine Ablenkung in die Richtung 100" oder in die Rich tFng 100+ ermöglicht wird. Ein zweites Ausführungsbeispiel mit verschiebbarer Spiegelfläche ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Dort sind die Spiegelflächen 71 bzw. 81 die Spiegelflächen von zwei nebeneinander angeordneten ¯jeweils aus zwei Prismen zusammengesetzten Würfelspiegeln 70 und 80 gebildet. Wieder sind beide Spiegelebenen 71 und 81 senkrecht zueinander angeordnet und längs der Achse 40 vertikal verschiebbar. Ein Lichtstrahlbündel aus der Richtung 100 trifft beide Spiegelflächen jeweils im Winkel von 45 . Die Spiegelfläche 71 lenkt dabei dieses Lichtstrahlbündel um 900 in die Richtung 100i und die Spiegelfläche 81 um 900 in die Richtung 100' um. Durch eine Verschiebung um die Strecke H', welche der Strecke H in Fig -5 entspricht, parallel zur Achse 40 kann wahlweise der Spiegel 70 oder der Spiegel 80 in den Bereich des Lichtstrahlbündels gebracht werden. In der Figur 7 ist noch einmal vereinfacht die Anordnung nach Figur 1 dargestellt, wobei aber jetzt der teildurchlässige Spiegel 3 und die beiden Fotodetektoren PDa, PDb durch die teildurchlässigen Spiegel 3' bzw. 3" und durch die beiden Fotodetektoren PDa', PDb' bzw. PDa'', PDb'' ersetzt sind. Der Strahlteilerspiegel 3 ist in den vom Spiegel 5 umgelenkten Lichtstrahlbündel 1', 10' angeordnet, während der Spiegel 3" im Lichtstrahlbündel 10', 10" angeordnet ist, welches vom Spiegel 5' reflektiert wird. Der Fotodetektor PDa empfängt nur einen Lichtanteil vom Lichtstrahlbündel 10", welcher vom Spiegel 3' reflektiert wird, während der Fotodetektor PDb' nur einen Lichtanteil vom Lichtstrahlbündel 10', der ebenfalls am Spiegel 3' reflektiert wird, empfängt. Analoges gilt für die Fotodetektoren, PDa " , PDb" und den Spiegel 3''. Die Signale der vier Fotodetektoren werden über Dioden Dl bis D4 zu einem nicht dargestellten Steuergerät geführt und dort verarbeitet. Mit dieser Anordnung ist eine getrennte Kontrolle der Nullebene und Ablenkamplitude für die beiden Hauptrichtungen 100" und 100++ ermöglicht. 9 Patentansprüche 7 Figuren

Claims: Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Messen des Abstandes eines Punktes auf einer Oberfläche eines Objekts von einer Null-Ebene, mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines scharf gebündelten Lichtstrahlbündels in eine vorgebbare Richtung, einem im Strahlengang des Lichtstrahlbündels angeordneten Strahlablenker zum periodischen Hin- und Herbewegen Lichtstrahlbündels Ruer zur vorgebbaren Richtung und mit einem lichtempfindlichen Detektor, der nur Licht aus einer bestimmten Richtung registriert (Detektor mit Visierlinle), wobei die Lichtquelle mit dem Strahlab'ei- ker und der Detektor relativ zueinander so angeordnet sind, dass jede Richtung, In die der Lichtstrahl abgelenkt wird, auf die Visierlinie zeigt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die vorgebbare Richtung (100" oder 100++) und die Richtung (100), in welche die Visierlinie zeigt, relativ zueinander veränderbar sind. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Richtung (100), in welche die Visierlinie zeigt, feststeht und die vorgebbare Richtung (100" oder 100'') relativ zur feststehenden Richtung veränderbar ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Winkelbetrag zwischen einer einstellbaren vorgebbaren Richtung (100" oder 1 und der Richtung (100), in welche die Vsierlinie zeigt, für jede einstellbare Richtung der gleiche ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder rauch Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e 1 c h n e t , da2 zur Veränderung der vorgebbaren Richtung (1001 oder 100+t) ein im Bereich des Lichtstrahlbündels angeordneter Strahl- richtungsumlenker (4, 4', 5 und 5') vorgesehen ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , dass der Strahlrichtungsumlenker eine in den Bereich des Strahlenbündels eingefügte oder einfügbare bewegliche Sbiegelfläche (4 und/oder 4') und eine im Bereich des von der eingefügten Spiegelfläche reflektierten Lichtstrahlbündels angeordnete feste Spiegelfläche (5 und/oder 5t) umfasst, welche das auf sie treffende Lichtstrahlbündel zur Visierlinie (V) hinlenkt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass-die bewegliche Spiegelfläche (4 oder 4') um eine Drehachse drehbar gelagert ist, so dass sie -wahlweise zwischen zwei Drehstellungen, in denen der Bereich des Lichtstrahlbündels unter verschiedenen Winkeln auf sie auftrifft, verdrehbar ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die bewegliche Spiegelfläche (4 und/oder 4')-verschiebbar gelagert ist, so dass sie wahlweise in den Bereich des Lichtstrahlbündels hinein- oder aus ihm herausschiebbar ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n e ich ne t , dass die Drehachse (40) parallel zur Spiegelfläche (4 bzw. 4?) angeordnet ist und den Bereich des abgelenkten Lichtstrahlbündels senkrecht schneidet, und dass für jede der beiden Drehstellungen der Spie gehfläche (4 bzw. 4') je eine feste Spiegelfläche (5 und 5') vorgesehen ist, welche im Bereich des jeweils refneR- tierten Lichtstrahlbündels angeordnet ist und dieses zur Visierlinie (V) hinlenkt. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , dass auf einer Achse (40), welche den Bereich des abgelenkten Strahlenbündels senkrecht schneidet, nebeneinander zwei Spiegelflächen (31 und 51 bzw. 71 und 81) achsparallel angeordnet sind, welche einen Winkel zwischen sich einschliessen, und dass diese beiden Spiegelflächen parallel zur gemeinsamen Achse (40) verschiebbar sind und dadurch wahlweise in den Bereich des Lichtstrahlbündels hinein- oder herausschiebbar sind, und dass jedem der beiden Spiegelflächen eine feste Spiegelfläche (5 bzw. 5') zugeordnet ist, welche im Bereich des von ihm reflektierten Strahlenbündels angeordnet ist und dieses zur Visierlinie (V) hinlenkt.

Inventors: BODLAJ, VIKTOR, DR.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1979
Main classification: G01B11
IPC codes: G01B11