-
Photoelektrische Einrichtung zur Ermittlung der Breiten- oder Dickenabweichung
eines Gegenstandes von einem Sollwert Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische
Einrichtung zur Ermittlung der Breiten- oder Dickenabweichung eines Gegenstandes
von einem Sollwert, wobei durch ein optisches System mit einem Dachkantenprisma
od. dgl. zwei Bilder des zu prüfenden Gegenstandes in einer Abbildungsebene erzeugt
werden.
-
Es ist bereits bekannt, zur Abstandsmessung die Kanten eines Gegenstandes
mit sichtbarer Eigenstrahlung durch Photozellen abzutasten, die über den Kanten
des abzutastenden Körpers angebracht sind und deren Abstand durch einen Stellmotor
beim Wechsel an den Kanten von Dunkel zu Hell oder umgekehrt entsprechend dem Abstand
der Kanten verstellt wird.
-
Die Bewegung des Stellmotors verstellt gleichzeitig ein Anzeigegerät.
Die bekannte Anordnung eignet sich infolge der Trägheit des Stellmotors sowie der
erforderlichen elektrischen und mechanischen Wellen nicht für Meßeinrichtungen,
an die hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Ansprechzeit große Anforderungen gestellt
werden.
-
Es ist ferner bekannt, die Breite oder Breitenschwankungen eines
Gegenstandes dadurch zu messen, daß neben der einen Kante des Gegenstandes optisch
ein Bild der anderen Kante derart erzeugt wird, daß zwischen der einen Kante und
der optisch erzeugten Abbildung der anderen Kante ein Spalt gebildet wird, dessen
Breite ein Maß für die Breite des Gegenstandes ist. Diese Einrichtung dient vor
allem dazu, Verfälschungen des Meßergebnisses durch seitliche Bewegungen des Gegenstandes
auszuschalten. Sie eignet sich nicht für genaue Messungen und ist außerdem optisch
relativ aufwendig.
-
Es ist weiterhin bekannt, zur Abstandsmessung die Kanten eines Gegenstandes
mittels je einer Fernsehkamera abzutasten und das Ergebnis in Form elektrischer
Impulsfolgen einer Vergleichseinrichtung zuzuführen, in der durch Phasenvergleich
der Impulsfolgen auf die Breite des Meßgutes geschlossen wird.
-
Nachteilig wirkt sich bei dieser bekannten Anordnung die Forderung
aus, daß beide Abtasteinrichtungen synchronisch arbeiten müssen und es praktisch
sehr schwierig ist, Ortsunterschiede der beiden synchron laufenden Elektronenstrahlen
auf den Bildschirmrastern der Fernsehkamera in Zeitunterschiede umzuwandeln, die
ein Maß für die Breite darstellen.
-
Es ist auch bekannt, die Abweichung des Abstandes zweier Kanten von
einem vorgebbaren Abstandssollwert dadurch zu ermitteln, indem die Kanten periodisch
auf eine photoelektrische Empfangs anordnung abgebildet werden und der Abstand zwischen
den den Kantenabbildungen entsprechenden Impulsflanken erfaßt wird. Dies kann z.
B. digital mit Hilfe eines Zählers geschehen, in den für die Zeit zwischen den beiden
Impulsflanken Zählimpulse eingezählt werden. Es ist auch dabei bekannt, eine Nullmethode
zum Ausmessen des Abstandes anzuwenden.
-
Bei diesen Anordnungen sind zwei optische Systeme zur Kantenabtastung
notwendig, die genau miteinander synchronisiert werden müssen, weil jede Abweichung
sich als Fehler im Meßergebnis ausdrückt. Werden relativ einfache Empfänger wie
Photozellen, Multiplier od. dgl. in Verbindung mit einer mechanischen Abtastung
(Drehspiegel od. dgl.) benutzt, so ist ein erheblicher Aufwand in der Synchronisation
notwendig. Finden Fernsehkameras als Empfänger Anwendung, so ist zwar der Aufwand
in der Synchronisation geringer, jedoch müssen teure und komplizierte Empfänger
angewendet werden.
-
Es ist auch eine Einrichtung zur Ermittlung der Abweichung des Abstandes
zweier Kanten eines Gegenstandes von einem Sollwert mittels nur eines optischen
Systems bekannt, bei der von dem Gegenstand durch eine Bildverdoppelungseinrichtung,
insbesondere durch ein Prisma, zwei Bilder des Gegenstandes erzeugt werden, wobei
diese Bilder nebeneinander liegen. Eine Anderung des Abstandes der Kanten macht
sich in der gegenseitigen Verschiebung der beiden Bilder bemerkbar, wobei diese
Bilder auf einem Schirm visuell beobachtet werden. Diese bekannte Einrichtung hat
den Nachteil, daß keine Einstellmöglichkeit für den Normalwert vorhanden ist, so
daß
bei Änderung des Normalwertes andere Kenngrößen des optischen Systems eingestellt
werdenmüs sen. Außerdem ist die bekannte Anordnung nur für die visuelle Auswertung
brauchbar, da die beiden Bilder nebeneinander liegen und nicht getrennt ausgewertet
werden können.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der die Abbildung und die Empfangs anordnung so getroffen
sind, daß eine Auswertung nach dem bekannten Prinzip der periodischen Abbildung
der Gegenstandskanten und Messung des zeitlichen Abstandes der entsprechenden Impulsflanken
erfolgen kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Verstellung
des Dachkantenprismas die beiden Bilder des Gegenstandes in der Abbildungsebene
so gegeneinander verschoben werden, daß bei Sollwert des zu prüfenden Gegenstandes
die Abbildung der einen Kante des Gegenstandes im Bild und die Abbildung der anderen
Kante des Gegenstandes im Bild in einer Geraden liegen oder einen vorgegebenen Abstand
voneinander haben und daß durch Drehspiegelanordnung je ein photoelektrischer Empfänger
von je einem Bild periodisch beaufschlagt wird sowie die bei Sollwert des Gegenstandes
in der Geraden zeitlich zusammenfallenden Impulsflanken der durch die photoelektrischen
Empfänger erzeugten elektrischen Impulse nach Impulsumformung in einer an sich bekannten
elektrischen Auswerteschaltung derart ausgewertet werden, daß bei gegenseitiger
Verschiebung der beiden Impulsflanken ein Ausgangssignal entsteht, welches der Abweichung
des Istwertes vom Sollwert des Gegenstandes proportional ist.
-
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß die Einrichtung
nicht nur für einen Sollwert, z. B. für einen Normdurchmesser des zu prüfenden Gegenstandes
brauchbar ist, sondern auch für andere Sollwerte, was durch eine einfache Drehung
am Prisma erreicht wird.
-
Außerdem werden bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die.Doppelbilder
selbsttätig ausgewertet, so daß das Prisma so eingestellt wird, daß die Doppelbilder
untereinander zu liegen kommen, bezogen auf die Richtung, in der die Bilder bei
sich änderndem Abstand auswandern. Bei einer derartigen Lage der Doppelbilder ist
es nun möglich, jedes Bild einem zugeordneten Empfänger zuzuführen. Die Signale
der Empfänger können dann in einer an sich bekannten Auswerteschaltung, die den
Abstand zweier Impulse erfaßt, ausgewertet werden. Es erfolgt somit mit sehr einfachen
optischen und photo elektronischen Mitteln die Erzeugung und Auswertung der Doppelbilder.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels
veranschaulicht, wobei angenommen ist, daß die Abweichung des Durchmessers eines
Stabes von seinem Sollwert erfaßt werden-=sõS Zu diesem Zweck wird der Stab in den
abzubildenden Bereich durch eine äußere Lichtquelle beleuchtet oder beispielsweise
auf induktivem Wege zum Glühen gebracht.
-
In F i g. 1 ist der zu messende Stab mit 1 bezeichnet. Durch die
Linsensysteme 2 und 3 wird der durch die Blende 4 hindurchgehende Bereich des abzubildenden
Gebietes in die Bildebene 5 abgebildet. Durch ein Dachkantenprisma 6 werden jedoch
vorher die abzubildenden Strahlen so aufgespalten, daß sich nach
Reflexion an einem
Sechseckdrehspiegel 7 in der Bildebene zwei Bilder ergeben. Das Dachkantenprisma
6 ist dabei so verstellbar, daß, wie Fig.2 zeigt, die beiden sich ergebenden Bilder
21, 22 in senkrecht übereinanderliegenden Bahnen laufen. In jeder Bahn ist eine
Photodiode 8, 9 angeordnet.
-
Bei Einstellung des Sollwertes der Stabdicke werden die beiden Abbildungen
21, 22 des Stabes so zueinander ausgerichtet, daß die rechte Kante des einen Bildes
senkrecht über der linken Kante des anderen Bildes liegt, d. h., daß sie in einer
Geraden 20 liegen.
-
Dabei entsprechen die Bildkanten 23 bzw. 24 der Oberkante 11 des Stabes
1 und die Bildkanten 25 bzw. 26 der Unterkante 12 des Stabes 1.
-
Infolge der Rotation des Drehspiegels 7 werden die beiden Bilder
in der durch den Pfeil 27 angedeuteten Richtung periodisch über die Photodioden
8 und 9 hinwegbewegt. Dabei entsteht jeweils in der Photodiode 8 der in Fig. 3,
die den Photostrom i über der Zeit t zeigt, mit 28 bezeichnete Impuls, und in der
Photodiode 9 entsteht der Impuls 29. Bei der Sollwerteinstellung folgen die beiden
Impulse unmittelbar aufeinander. Entspricht jedoch die Istdicke des Stabes nicht
seiner Solldicke, so liegen bei gleichbleibender Einstellung des Dachkantenprismas
6 die Bildkanten 24 und 25 nicht in einer Geraden. Dementsprechend fallen auch der
Abfall des Impulses 28 und der Anstieg des Impulses 29 nicht mehr zusammen.
-
Die beiden Impulse 28 und 29 werden den impulsformenden Triggerstufen
13 und 14 der F i g. 1 zugeführt. Die Kippunkte der Trigger sind so eingestellt,
daß sie an der steilsten Stelle der Impulsflanken der trapezförmigen Impulse nach
F i g. 3 ansprechen. Dadurch werden die Trapezimpulse in Rechteckimpulse hoher Flankensteilheit
umgeformt. Über RC-Glieder (Differenzierglieder) sind an die Trigger die bistabilen
Kippstufen 16 und 17 sowie an dem Trigger 13 die monostabile Kippstufe 15 angekoppelt.
Durch die Zwischenschaltung der RC-Glieder wird erreicht, daß die Kippstufenl6,17
von Nadelimpulsen beaufschlagt werden, die aus den Flanken der Rechteckimpulse abgeleitet
sind.
-
Der Auswertung unterliegt der Abstand der abfallenden Flanke des
Impulses 21 von der aufsteigenden Flanke des Impulses 22, d. h. der Abstand der
entsprechenden Nadelimpulse, die verschiedene Polarität haben. Da die bistabilen
Kippstufen 16 rund 17 zweckmäßig so ausgelegt sind, daß sie durch Nadelimpulse gleicher
Polarität in ihre andere stabile Lage gekippt werden, wird der an den Trigger 13
gelangende Impuls 21 in der Phase gedreht.
-
Gleichzeitig mit der Kippstufe 16 stößt der von dem Trigger 13 herrührende
Nadelimpuls die monostabile Kippstufe 15 an. Sie liefert nach einer einstellbaren
Zeit>-edòch vor dem Eintreffen des nächsten Doppélimpulses, einen Rückstellimpuls
auf die beiden bistabilen Kippstufen 16 und 17.
-
Die Ausgänge der beiden bistabilen Kippstufen sind mit dem Differenzglied
18 verbunden. In diesem Differenzglied wird die Differenz der Ströme gebildet, die
die in den Kippstufen auftretenden Rechteckspannungen hervorrufen, wobei der Differenzstrom
ein Maß für die Abweichung des Stab durchmessers vom Sollwert bildet.
-
Ein Beispiel für ein derartiges Differenzglied ist in F i g. 4 dargestellt.
In dieser Figur sind die beiden bistabilen Kippstufen wiederum mit 16 und 17 bezeichnet.
Über die Klemmen 30 und 31 sind sie an
die Trigger 13 und 14 angeschlossen.
Über die Klemme 31 liegt außerdem noch die monostabile Kippstufe 15 an dem Trigger
13. Die Ausgangsspannungen der beiden bistabilen Kippstufen 16 und 17 steuern die
Gitter von zwei Elektronenröhren 32 und 33. Je nach dem herrschenden Zustand in
den bistabilen Kippstufen fließt ein Anodenstrom über die Elektronenröhren oder
nicht. Die Anodenströme fließen dabei über die Sekundärwicklung 35 oder 36 des Gegentaktübertragers
34. Der an seiner Sekundärwicklung 37 auftretende Strom entspricht dann der Differenz
der beiden Anodenströme. Ist der Istwert gleich dem Sollwert, so fallen die Nadelimpulse
gleicher Polarität zeitlich zusammen, und die Kippstufen 16, 17 werden gleichzeitig
gekippt. Sie geben also Rechteckimpulse gleicher Breite ab, so daß sich die Differenz
0 ergibt. Tritt eine Abweichung vom Sollwert auf, so gelangen die erwähnten Nadelimpulse
nicht mehr gleichzeitig an die Eingänge der Kippstufen, sondern zeitlich nacheinander,
da die Bildkanten 24 und 25 nun nicht mehr übereinander liegen. Die Rechteckimpulse
der Kippstufen haben nicht mehr gleiche Breite, und im Gegentakttransformator34
ergibt sich ein periodisch auftretender Differenzstrom, der ein Maß für die Abweichung
des Stabdurchmessers vom Sollwert darstellt. Dieser Differenzstrom speist über einen
Tiefpaß 19 ein in Millimeter geeichtes Meßinstrument zur Anzeige der Abweichung
und parallel dazu gegebenenfalls einen Regelverstärker. Mit dem Regelverstärker
können Stellglieder einer Dickenregelanlage betätigt werden.