DE1203479B

DE1203479B - Method for photoelectrically determining the relative position of at least one edge of an object

Info

Publication number: DE1203479B
Application number: DEL42375A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Horst Peinecke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-07-03
Filing date: 1962-07-03
Publication date: 1965-10-21

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.Method for photoelectrically determining the relative position at least an edge of an object Addition to the registration: L 29476 IX b / 42 d -Exposal document: 1 191591 The main patent application L 42375 IX b / 42 d relates to a process for photoelectrically determining the relative position of at least one edge of a self in terms of its brightness from the object that is noticeably different from its surroundings, in which by means of an optical system the object edge including its Environment periodically mapped to a photoelectric receiver and thereby by means of the photo-electrical receiver, a measuring pulse sequence is generated in which in a manner known per se, the phase position of the inserts of the measuring pulses relative to a comparison pulse sequence of the same frequency as a criterion for determining the position of the Object edge is used and the two pulse trains one at its output one Rectangular alternating current supplying pulse generator are supplied in such a way that the direct current mean value of the alternating current in a manner known per se as a Measure for the deviation of the object edge from a nominal position and corresponding Provides regulation or control signals.

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist auch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. The subject of the main patent application is also an arrangement for implementation of the procedure.

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.The light rays emanating from the measuring edge are in the arrangement Thrown via optics onto a rotary beam scanner (polygon mirror), which emits the light beams periodically throws at the photoelectric receiver. With such an arrangement the optics is an exact, distortion-free image of the measuring edge on the photoelectric Receiver only possible if the deviations from the optical axis are negligible are small. Such a condition requires a correspondingly small detection area the scanning device, d. that is, to achieve a certain measurement accuracy under other conditions, compliance with a permissible small angular range, under which the light beam of the measuring edge may fall on the optics is guaranteed be.

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. A method is already known in which, for non-contact width measurement, in particular of strip-shaped material, both measuring edges of the object over one each Associated optics on each one provided with a slit diaphragm or perforated diaphragm Photomultiplier can be mapped. There are rotating in the optical beam path or oscillating mirrors are provided whose drive is designed so that the images of the two measuring edges with completely the same speed over the Move the bezels. The width measurement is based on a phase comparison measurement of the the electrical impulses supplied to the two photomultipliers are fed back. It is even already known to work on rolling mills with television systems.

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. The object of the invention is now to provide a method and a scanning device with the largest possible detection area, especially for length measurement of slabs of irregular, e.g. B. kidney-shaped border are suitable, wherein the measuring point for recording the length over the entire width of the slab as desired should be selectable.

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. An enlargement of the detection range of the scanning device is now made possible by the fact that the optics of the scanning device in the beam path is arranged between the rotary beam scanner and the photoelectric receiver. With such an arrangement of the optics, the starting from the measuring edge Beams are only deflected by the rotary beam scanner and transferred to the photoelectric via the optics Receiver thrown, the focus of the optics regardless of the detection area the scanning device can be adjusted so that it is on the slit diaphragm is in front of the photoelectric layer of the receiver.

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. There is a particular advantage of the scanning device indicated in this way in that they carry out through the relatively large selectable detection area a proposed method for non-contact length measurement with great measurement accuracy made possible even with irregular borders of the material to be measured.

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. The method according to the invention according to patent application L 29476 IXb / 42d (German explanatory document 1 191 591) using rotary beam sensors for length measurement is characterized in that the setting of the rotary beam scanner to any measuring point that can be selected over the entire width of the material to be measured known way takes place on the basis of the display of a television system and that it is the Position of the measuring point on the display screen of the television system as white or darker Line is observable and that to generate the white or dark line the the position of the scanning device analog voltage of a position transmitter, for example a potentiometer, a synchronized generator, for example a monostable Multivibrator, which is triggered with the number of picture changes of the television system and tilts back after the time analogous to the voltage of the position transmitter, so that with the trailing edge of the pulse generated by the generator, the light and dark scanning one or more lines takes place on the screen of the television receiver.

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. The rotary beam scanner are at such a distance from each other about the measurement object arranged that the distance between the mean length occurring the corresponds in length to the object to be measured. The in the claims The invention characterized is based on an exemplary embodiment on the basis of the schematic Drawing described and explained in more detail in which F i g. 1 the rotary beam button and F i g. 2 shows the principle of the length measuring method.

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 Fig. 1, the rays of light coming from the object to be measured fall 5 on the reflective surfaces of the z. B. hexagonal rotary beam sensor 1, wherein the rays 6 reflected on the mirror surfaces at a certain angular position a mirror surface via the optics 3 through the slit diaphragm 15 onto the surface of the photoelectric receiver 4 collected periodically at the focal point 7 of the optics 3 will. By passing under the magnet 2, delimiting the mirror surfaces According to the main patent application, the comparison pulses are generated (the comparison measurement must be done in a separate electronics).

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. In Fig. 2 is the length of a material to be measured 11 by the scanning device 12 measured and shown in the display 10. The scanning device 12 consists essentially consisting of two rotary beam sensors 1 and 2 with an adjustable constant distance. The rotary beam sensors are at such a distance from one another above the material to be measured 11 appropriate that the distance of the mean length occurring in its length corresponds to the object to be measured. To limit the lateral detection area the rotary beam scanner 1 and 2 is a tube with an aperture 13 and 14. To the To be able to choose measuring point m as desired over the width b of the material to be measured 11 is the Scanning device 12 arranged pivotably via gears 5 and 6 and a motor 7, the swivel plane being perpendicular to the measuring line. For observing the measuring process and determination of the measuring point, a television system is used, which essentially consists of a television camera 3 and a television receiver 4, in which the reduced The scale of the measurement object 11 is visible over its total width b. The object of measurement is scanned line by line by the television camera 3 and via a television receiver4 observed. The measuring line m is made by light-touching or dark-touching the one corresponding to it Marked image line. The so on the television receiver 4 in the form of a white position of the measuring point indicated by a dark stripe can be controlled by the control of the drive motor 7 of the scanning device 12 and thus by pivoting the rotary beam scanner 1 and 2 can be selected as required over the entire width of the material to be measured. For the generation of the strip is via an analog position transmitter 8, for example a potentiometer, which is connected to the scanning device 12, a position proportional voltage which controls a generator 9 synchronized with the number of image changes. As a generator, for. B. serve a monostable multivibrator that changes with each picture is triggered and after a certain time, which is proportional to that of the position transmitter 8 tension is formed, tilts back.

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.The light or dark keying takes place with the trailing edge of the pulse one or more lines on the television receiver 4. The measuring arrangement and the The method for carrying out the measurement is suitable for self-emitting objects to be measured, like glowing strips or slabs in rolling mills, as well as for non-self-radiating ones Tapes or foils, which are then illuminated by external light.

Claims

Claims: 1. Method for photoelectrically determining the relative position of at least one edge of one in terms of its brightness from the object that stands out noticeably from its surroundings, in which by means of a optical system the object edge including its surroundings periodically on one imaged photoelectric receiver and thereby by means of the photoelectric Receiver a measuring pulse sequence is generated in which in a known manner the phase position of the onset of the measuring pulses relative to a comparison pulse train same frequency is used as a criterion for determining the position of the object edge and the two pulse trains a square-wave alternating current at its output delivering pulse generator are supplied in such a way that the DC mean value of the Alternating current in a manner known per se as a measure for the deviation of the object edge serves from a nominal position and supplies corresponding regulating or control signals after Patent application L 29476 IXb / 42d (German Auslegeschrift 1 191591), using of rotary beam sensors for length measurement, d a du r c h e -k e n n n z e i c h n e t that the setting of the rotary beam sensor to any over the total width of the material to be measured selectable measuring point in a known manner on the basis of the display of a Television system takes place and that the position of the measuring point on the display screen the television system can be observed as a white or dark line and that for generation of the white or dark line is the voltage analogous to the position of the scanning device a position transmitter, for example a potentiometer, a synchronized one Generator, for example a monostable multivibrator, controls that with the The number of picture changes of the television system is triggered and according to the voltage of the Position transmitter analog time tilts back, so that with the trailing edge of the generator generated pulse the light and dark keying of one or more Lines on the screen of the television receiver takes place.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the optics of the scanning device in the beam path between the rotary beam scanner and the photoelectric receiver is arranged.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the rotary beam scanner in one such a distance from each other are arranged above the object to be measured, that the distance of the mean occurring length of the length to be measured The subject.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1056 842; U.S. Patent No. 2,580,590; Magazine »automatik«, October 1959, see pp. 305 to 309.