DE1203479B - Verfahren zum fotoelektrischen Bestimmen der relativen Lage wenigstens einer Kante eines Objektes - Google Patents

Description

• Verfahren zum fotoelektrischen Bestimmen der relativen Lage wenigstens einer Kante eines Objektes Zusatz zur Anmeldung: L 29476 IX b/42 d -Auslegeschrift: 1 191591 Die Hauptpatentanmeldung L 42375 IX b/42 d bezieht sich auf ein Verfahren zum fotoelektrischen Bestimmen der relativen Lage wenigstens einer Kante eines sich hinsichtlich seiner Helligkeit von der seiner Umgebung merklich abhebenden Objektes, bei welchem mittels eines optischen Systems die Objektkante einschließlich deren Umgebung periodisch auf einen fotoelektrischen Empfänger abgebildet und hierdurch mittels des foto elektrischen Empfängers eine Meßimpulsfolge erzeugt wird, bei dem in an sich bekannter Weise die Phasenlage der Einsätze der Meßimpulse relativ zu einer Vergleichsimpuisfolge gleicher Frequenz als Kriterium zur Lagebestimmung der Objektkante verwendet wird und die beiden Impulsfolgen einem an seinem Ausgang einen rechteckförmigen Wechselstrom liefernden Impulsgeber zugeführt werden, derart, daß der Gleichstrommittelwert des Wechselstromes in an sich bekannter Weise als ein Maß für die Abweichung der Objektkante von einer Sollage dient und entsprechende Regel- oder Steuersignale liefert.
• Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist auch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
• In der Anordnung werden die von der Meßkante ausgehenden Lichtstrahlen über eine Optik auf einen Drehstrahltaster (Polygonspiegel) geworfen, der die Lichtstrahlen periodisch auf den fotoelektrischen Empfänger wirft. Bei einer derartigen Anordnung der Optik ist eine genaue, verzerrungsfreie Abbildung der Meßkante auf dem fotoelektrischen Empfänger nur möglich, wenn die Abweichungen von der optischen Achse vernachlässigbar klein sind. Eine derartige Bedingung verlangt einen entsprechend kleinen Erfassungsbereich der Abtastvorrichtung, d. h., zur Erzielung einer bestimmten Meßgenauigkeit unter anderen Bedingungen muß die Einhaltung eines zulässigen kleinen Winkelbereichs, unter dem der Lichtstrahl der Meßkante auf die Optik fallen darf, gewährleistet sein.
• Es ist schon ein Verfahren bekannt, bei dem zur berührungslosen Breitenmessung, insbesondere von bandförmigem Material, beide Meßkanten des Objektes über je eine zugehörige Optik auf je einen mit einer Schlitzblende oder Lochblende versehenen Fotomultiplier abgebildet werden. Im optischen Strahlengang sind dabei rotierende oder schwingende Spiegel vorgesehen, deren Antrieb so ausgebildet ist, daß sich die Abbildungen der beiden Meßkanten mit völlig gleicher Geschwindigkeit über die Blenden bewegen. Die Breitenmessung wird auf eine Phasenvergleichsmessung der von den beiden Fotomultipliern gelieferten elektrischen Impulse zurückgeführt. Es ist auch schon bekannt, an Walzenstraßen mit Fernsehanlagen zu arbeiten.
• Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren und eine Abtastvorrichtung mit möglichst großem Erfassungsbereich anzugeben, die insbesondere zur Längenmessung von Brammen von unregelmäßiger, z. B. nierenförmiger Umrandung geeignet sind, wobei die Meßstelle zur Erfassung der Länge über die Gesamtbreite der Bramme beliebig wählbar sein soll.
• Eine Vergrößerung des Erfassungsbereiches der Abtastvorrichtung wird nun dadurch ermöglicht, daß die Optik der Abtastvorrichtung in dem Strahlengang zwischen dem Drehstrahltaster und dem fotoelektrischen Empfänger angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung der Optik werden die von der Meßkante ausgehenden Strahlen vom Drehstrahltaster lediglich umgelenkt und über die Optik auf den fotoelektrischen Empfänger geworfen, wobei der Brennpunkt der Optik unabhängig vom Erfassungsbereich der Abtastvorrichtung derart eingestellt werden kann, daß er auf der Spaltblende vor der fotoelektrischen Schicht des Empfängers liegt.
• Der besondere Vorteil der so angedeuteten Abtastvorrichtung besteht darin, daß sie durch den relativ groß wählbaren Erfassungsbereich die Durchführung eines vorgeschlagenen Verfahrens zur berührungslosen Längenmessung mit großer Meßgenauigkeit auch bei unregelmäßigen Umrandungen der Meßgüter ermöglicht.
• Das erfindungsgemäße Verfahren nach der Patentanmeldung L 29476 IXb/42d (deutsche Auslegeschrift 1 191 591) unter Verwendung von Drehstrahltastern für die Längenmessung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen der Drehstrahltaster auf eine beliebige über die Gesamtbreite des Meßgutes wählbare Meßstelle in an sich bekannter Weise an Hand der Anzeige einer Fernsehanlage erfolgt und daß dabei die Lage der Meßstelle auf dem Anzeigeschirm der Fernsehanlage als weißer oder dunkler Strich beobachtbar ist und daß zur Erzeugung des weißen oder dunklen Strichs die der Stellung der Abtastvorrichtung analoge Spannung eines Stellungsgebers, beispielsweise eines Potentiometers, einen synchronisierten Generator, beispielsweise einen monostabilen Multivibrator, steuert, der mit der Bildwechselzahl der Fernsehanlage angestoßen wird und nach der der Spannung des Stellungsgebers analogen Zeit zurückkippt, so daß mit der Rückflanke des vom Generator erzeugten Impulses die Hell- und Dunkeltastung einer oder mehrerer Zeilen auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers erfolgt.
• Die Drehstrahltaster sind in einem solchen Abstand voneinander über dem Meßgegenstand angeordnet, daß der Abstand der mittleren vorkommenden Länge dem in seiner Länge zu messenden Gegenstand entspricht. Die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindung ist an einer beispielsweisen Ausführung an Hand der schematischen Zeichnung näher beschrieben und erläutert, in welcher F i g. 1 den Drehstrahltaster und F i g. 2 im Prinzip das Längenmeßverfahren zeigt.
• In F i g. 1 fallen die von dem Meßgegenstand kommenden Lichtstrahlen 5 auf die spiegelnden Flächen des z. B. sechsflächigen Drehstrahltasters 1, wobei die an den Spiegelflächen reflektierten Strahlen 6 bei einer bestimmten Winkelstellung einer Spiegelfläche über die Optik 3 durch die Spaltblende 15 auf die Oberfläche des fotoelektrischen Empfängers 4 periodisch im Brennpunkt 7 der Optik 3 gesammelt werden. Durch die unter dem Magnet 2 vorbeilaufenden, die Spiegelflächen begrenzenden Joche werden gemäß der Hauptpatentanmeldung die Vergleichsimpulse erzeugt (die Vergleichsmessung muß in einer gesonderten Elektronik erfolgen).
• In F i g. 2 wird die Länge eines Meßgutes 11 durch die Abtastvorrichtung 12 gemessen und in der Anzeige 10 dargestellt. Die Abtastvorrichtung 12 besteht im wesentlichen aus zwei Drehstrahltastern 1 und 2 mit einstellbar konstantem Abstand. Die Drehstrahltaster sind in einem solchen Abstand voneinander über dem Meßgut 11 angebracht, daß der Abstand der mittleren vorkommenden Länge des in seiner Länge zu messenden Gegenstandes entspricht. Zur Begrenzung des seitlichen Erfassungsbereiches der Drehstrahltaster 1 und 2 dient ein Tubus mit einer Blende 13 und 14. Um die Meßstelle m beliebig über die Breite b des Meßgutes 11 wählen zu können, ist die Abtastvorrichtung 12 über Getriebe 5 und 6 und einen Motor 7 schwenkbar angeordnet, wobei die Schwenkebene senkrecht zur Meßlinie liegt. Zur Beobachtung des Meßvorganges und Bestimmung der Meßstelle wird eine Fernsehanlage verwendet, die im wesentlichen aus einer Fernsehkamera 3 und einem Fernsehempfänger 4 besteht, in dem im verkleinerten Maßstab der Meßgegenstand 11 über seine Gesamtbreite b sichtbar ist. Der Meßgegenstand wird von der Fernsehkamera 3 zeilenmäßig abgetastet und über einen Fernsehempfänger4 beobachtet. Die Meßlinie m wird durch Helltastung oder Dunkeltastung der ihr entsprechenden Bildzeile gekennzeichnet. Die damit auf dem Fernsehempfänger 4 in Form eines weißen oder dunklen Streifens kenntlich gemachte Lage der Meßstelle kann durch Steuerung des Antriebsmotors 7 der Abtastvorrichtung 12 und damit durch Schwenken der Drehstrahltaster 1 und 2 über die Gesamtbreite des Meßgutes beliebig gewählt werden. Für die Erzeugung des Streifens wird über einen analogen Stellungsgeber 8, beispielsweise ein Potentiometer, das mit der Abtastvorrichtung 12 verbunden ist, eine stellungsproportionale Spannung erzeugt, die einen mit der Bildwechselzahl synchronisierten Generator 9 steuert. Als Generator kann z. B. ein monostabiler Multivibrator dienen, der mit jedem Bildwechsel angestoßen wird und nach einer bestimmten Zeit, die proportional der über dem Stellungsgeber 8 gebildeten Spannung ist, zurückkippt.
• Mit der Rückflanke des Impulses erfolgt die Hell-oder Dunkeltastung einer oder mehrerer Zeilen auf dem Fernsehempfänger 4. Die Meßanordnung und das Verfahren zur Durchführung der Messung eignet sich sowohl für selbststrahlende Meßgüter, wie glühende Bänder oder Brammen in Walzwerken, als auch für nicht selbststrahlende Bänder oder Folien, die dann durch Fremdlicht angestrahlt werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum fotoelektrischen Bestimmen der relativen Lage wenigstens einer Kante eines sich hinsichtlich seiner Helligkeit von der seiner Umgebung merklich abhebenden Objektes, bei welchem mittels eines optischen Systems die Objektkante einschließlich deren Umgebung periodisch auf einen fotoelektrischen Empfänger abgebildet und hierdurch mittels des fotoelektrischen Empfängers eine Meßimpulsfolge erzeugt wird, bei dem in an sich bekannter Weise die Phasenlage der Einsätze der Meßimpulse relativ zu einer Vergleichsimpulsfolge gleicher Frequenz als Kriterium zur Lagebestimmung der Objektkante verwendet wird und die beiden Impulsfolgen einem an seinem Ausgang einen rechteckförmigen Wechselstrom liefernden Impulsgeber zugeführt werden, derart, daß der Gleichstrommittelwert des Wechselstromes in an sich bekannter Weise als ein Maß für die Abweichung der Objektkante von einer Sollage dient und entsprechende Regel-oder Steuersignale liefert, nach Patentanmeldung L 29476 IXb/42d (deutsche Auslegeschrift 1 191591), unter Verwendung von Drehstrahltastern für die Längenmessung, d a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Einstellen der Drehstrahltaster auf eine beliebige über die Gesamtbreite des Meßgutes wählbare Meßstelle in an sich bekannter Weise an Hand der Anzeige einer Fernsehanlage erfolgt und daß dabei die Lage der Meßstelle auf dem Anzeigeschirm der Fernsehanlage als weißer oder dunkler Strich beobachtbar ist und daß zur Erzeugung des weißen oder dunklen Strichs die der Stellung der Abtastvorrichtung analoge Spannung eines Stellungsgebers, beispielsweise eines Potentiometers, einen synchronisierten Generator, beispielsweise einen monostabilen Multivibrator, steuert, der mit der Bildwechselzahl der Fernsehanlage angestoßen wird und nach der der Spannung des Stellungsgebers analogen Zeit zurückkippt, so daß mit der Rückflanke des vom Generator erzeugten Impulses die Hell- und Dunkeltastung einer oder mehrerer Zeilen auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers erfolgt.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik der Abtastvorrichtung in dem Strahlengang zwischen dem Drehstrahltaster und dem fotoelektrischen Empfänger angeordnet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstrahltaster in einem solchen Abstand voneinander oberhalb des Meßgegenstandes angeordnet sind, daß der Abstand der mittleren vorkommenden Länge des in seiner Länge zu messenden Gegenstandes entspricht.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1056 842; USA.-Patentschrift Nr. 2 580 590; Zeitschrift »automatik«, Oktober 1959, vgl. S. 305 bis 309.