DE1239862B - Optische Laengenmessvorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIb

Deutsche Kl.: 42 b -12/02

Nummer: 1239 862

Aktenzeichen: L 49567IX b/42 b

Anmeldetag: 18. Dezember 1964

Auslegetag: 3. Mai 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Längenmeßvorrichtung für ein sich hinsichtlich seiner Helligkeit von der Umgebung merklich abhebendes Meßobjektj wobei eine Objektkante einschließlich deren Umgebung durch ein optisches System auf einen feststehenden Spalt abgebildet wird, hinter dem eine in Spaltquerrichtung drehbare Maske angeordnet ist, die einen den Spalt punktweise nacheinander über seine ganze Länge für den Lichtdurchtritt freigebenden Kurvenschlitz aufweist, und ein die durchgelassene Lichtmenge erfassender Lichtempfänger sowie ein an einen Zähler angeschlossener Impulsgeber vorgesehen ist, wobei die Zählraste ein Maß für die zu ermittelnde Länge darstellt.

Es sind bereits Vorrichtungen zur optischen Lage- und Breitenmessung von Objekten bekannt, bei denen über die zu messende Kante oder Breite eines Objekts, das sich in seiner Helligkeit von der der Umgebung merklich unterscheidet, eine Reihe von Fotozellen angeordnet ist und ein messender Streifen des Objekts auf diese Reihe von Fotozellen abgebildet wird. Dieses Verfahren ist, da sehr viele Fotozellen verwendet werden müssen, sehr kostspielig, sofern es sich um größere Breiten handelt oder damit gerechnet werden muß, daß die Auswanderung der Kante nicht klein bleibt Da die Fotozellen eine bestimmte Ausdehnung haben, wird die Messung auch ungenau.

Es ist ferner bekannt, mit HiUe von rotierenden Spiegehi, etwa in Form eines mit sechs Spiegelflächen versehenen Spiegehades, die Lage einer Kante zu bestimmen. Dabei wird" jeweils bei jedem Spiegel die Kante in einer Fotozelle abgebildet. Man vergleicht dann die zeitlichen Einsätze oder die zeitliche Unterbrechung eines optischen Signals mit einem der Periode der Abtastung synchronen Signal Ein solches der Abtastung synchrone Signal kann etwa dadurch hergeleitet werden, daß man an den sechs Kanten des Sechseckspiegels Magnetjoche anbringt, bei der Umdrehung von diesen Magnetimpulse ableitet und diese in Vergleich setzt mit den zeitlichen Einsätzen bzw. Unterbrechungen der optischen Signale. Durch die Messung zweier Kanten auf diese Weise kann durch nachher erfolgende Differenzbildung auch eine Breite bestimmt werden. Dieses Verfahren ist zwar wesentlich genauer als das erstgenannte, jedoch stellt es einen sehr großen Aufwand dar. Außerdem tritt stets ein Meßfehler dadurch auf, daß bei der Abbildung ebene Spiegelflächen um eine Achse rotieren; die Abbildung wird nicht maßstabsgetreu, sondern sie enthält einen Bogen-Sehne-FeMer, den sogenannten Sagittalfehler. Schließlich Optische Längenmeßvorrichtung

Anmelder:

Licentia Patent- Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Xai 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Klaus Beningkrodt, Berlin

skid bei diesem Verfahren stets besondere Synchronisiermaßnahmen notwendig, da die zeitlichen Einsätze der Lichtimpulse gemessen werden. Würde man bei einer Breitenmessung auf die Synchronmagnetimpulse verzichten und nur die optischen Impulse in

ao der Phasenlage vergleichen, so müßten die beiden abtastenden Spiegelräder vonkommen synchron miteinander laufen, was eine große Anforderung bedeutet, da durch Reibung stets mit Wirkungen gegen das Synchronisieren gerechnet werden muß. Außerdem müßte noch eine Vorrichtung zur Einjustierung der Einsätze der einzelnen Spiegelabbildungen vorhanden sein, damit die Abbildungen phasengetreu erfolgen.
Es ist ferner eine optische Längenmeßvorrichtung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, die jedoch den Nachteil hat, daß hierbei die Lage der Objektkante nicht "erfaßt wird, was aber gerade bei laufenden Bändern sehr wichtig ist. Femer wird der Meßwert nicht digital erfaßt, so daß keine große Meßgenauigkeit erreicht wird.

Es sind auch schon Lichtleitstäbe bekannt, bestehend aus Plexiglas, die bei radialem Einfall von • Licht eine Weiterleitung dieses Lichtes in Achsenrichtung ermöglichen. Die Intensität des Lichtes, das bei radialer Einstrahlung in Achsenrichtung weitergeleitet wird, ist an sich gering. Man kann jedoch, wie dies bereits vorgeschlagen wurde, diese Intensität wesentlich dadurch erhöhen, daß man in den Lichtleitstab eine Nut einfräst, diese mattiert und die Nut mit Magnesium-Oxyd-Pulver füllt. Mit dem so ausgebildeten Lichtleitstab ist eine technische Anwendung möglich. Die Verwendung des über der Kante oder Breite eines Objekts angeordneten Lichtleitstabes zur Ausmessung der Kantenlage oder Breite des Objekts ist naturgemäß dann naheliegend, wenn das betreffende zu messende Objekt dunkel ist, mit einem Lichtstrahl abgetastet wird und gegen-

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über der Unterlage eine hinreichend verschiedene Empfängers 11 Impulse an die Zähleinrichtung 12

Reflexion aufweist. Dann wäre zwar eine besondere gibt. Mit 13 ist eine weitere Lichtquelle und mit 14

Abtasteinrichtung notwendig, jedoch ließe sich ohne ein weiterer Fotoempfänger bezeichnet, mit deren

weiteres durch eine geeignete Abbildung eines Hilfe ein Bezugssignal zur Feststellung der momen-

Objektstreifens, der die zu messende Kante oder 5 tanen Stellung des Zylinders 2 erzeugt wird, indem

Breite enthält, auf den Lichtieitstab eine Ausmessung in einer bestimmten Stellung des Zylinders 2 durch

erreichen. Anders' liegen die Dinge aber bei leuch- eine Öffnung 15 der Scheibe 9 ein Lichtsignal von

tenden Objekten, etwa glühenden Walzbändern. Hier der Lichtquelle 13 zum Empfangsorgan 14 abge-

läßt sich eine Lichtäbtastung nicht durchführen. Eine geben wird.

besondere Abtastvorrichtung für dunkle Objekte io Der Zwischenraum zwischen dem Zylinder 2 und

ist als solche auch unerwünscht, weil sie einen be- dem LichÜeitstab 1 wird möglichst klein gewählt,

sonderen Aufwand darstellt und durch die zusatz- Der Anfang und das Ende der Schraubenlinie 3, die liehe Abbildung der Lichtquelle der Abtasteinrich-· in den Zylinder 2 eingefräst ist, decken sich mit den

rung auf das Objekt von vornherein Ungenauigkeiten Längsabmessungen des Lichtleitstabes 1. Macht der

in der Messung auftreten. 15 Zylinder 2 eine Vollumdrehung, so wandert der

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Schnitt der Schraubenlinie mit einer gedachten

eine optische Längenmeßvorrichtung der eingangs Mantellinie des Lichtleitstabes 1 von dem einen zum

genannten Art zu schaffen, bei der sich das Meß- anderen Stabende.

objekt hinsichtlich seiner Helligkeit von der Um- Der Lichtleitstab 1 ist mit einer Nut 16 versehen;

gebung — sei es durch Eigenstrahlung oder durch 20 die mattiert und mit Magnesium-Oxyd-Pulver aus-

Strahlung der Umgebung — merklich unterscheidet, gefüllt ist. Der Lichtleitstab fängt von der schmalen

wobei die Meß vorrichtung bei möglichst einfacher Fläche, die seiner mattierten Nut gegenüberliegt,

und betriebssicherer Bauweise eine höhere Meß- Licht auf und leitet es fort. Läuft die Schraubenlinie 3

genauigkeit gewährleistet als die bekannten Meß- des rotierenden Zylinders 2 darüber und fällt Licht

vorrichtungen. 25 auf die Fläche, so wandert über den LichÜeitstab 1

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- ein Lichtfleck hinweg. Es wird also immer erst dann

löst, daß die drehbare Maske aus einem parallel zum ein Lichtimpuls vom LichÜeitstab 1 aufgefangen,

feststehenden Spalt angeordneten, bis auf einen wenn die Schraubenlinie 3 des Zylinders 2 den

schraubenHnienförmigen Schlitz lichtundurchlässigen Lichtbereich schneidet.

Hohlzylinder besteht, der einen die durchgelassene 30 Der Punkt auf dem LichÜeitstab, bei dessen Ab-Lichtmenge zum Lichtempfänger weiterleitenden tastung eines leuchtenden Objekts 6 der erste Licht-Lichtleitstab umschließt, und daß der Zähler die ab- impuls im Fotomultiplier 8 registriert wird, wird mit gegebenen Impulse des synchron mit dem Zylinder Hilfe des-Impulsgebers 9 ausgemessen, der mit dem drehbaren Impulsgebers von einem voreinstellbaren rotierenden Zylinder 2 verbunden ist. Der Impuls-Zählerausgangswert -bis zu einem vom Licht- 35 geber 9 gibt bei einer Umdrehung eine bestimmte empfänger zum Wähler gegebenen Lichtsignal zählt, Anzahl von Impulsen ab, die in den Zähler 12 eingewelches durch den Helligkeitswechsel beim Erfassen zählt werden. Beim Auftreten des Lichtsignals im der Objektkante durch den lichtdurchlässigen Schlitz Fotomultiplier 8 wird der Zähler 12 gestoppt, und auftritt. - die bis dahin eingezählte Zahl von Impulsen im

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird der 4« Zähler 12 ist ein Maß für die Lage eines Dunkel-Vorteil erzielt, daß die Meßvorrichtung sowohl zur Heil-Überganges am Meßobjekt 6. Mit Hilfe der Bestimmung der Lage der Objektkante als auch zur Meßvorrichtung wird also die Lage einer leuchtenden Messung der Länge oder Breite des Meßobjekts ver- Kante erfaßt und in Form eines digitalen Wertes anwendbar ist, wobei durch die digitale Erfassung und gegeben. Da der Zähler 12 bei jedem Umlauf neu Auswertung der Meßwerte eine sehr große Meß- 45 gestartet werden muß, wird das Bezugssignal des genauigkeit erzielt wird. Empfangsorgans 14 benötigt, das zu jedem Abtast-

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von beginn gebildet werden muß.

Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt Mit der gleichen Meßvorrichtung läßt sich auch

F i g. 1 die erfindungsgemäße Meßvorrichtung, die Breite eines Objekts im Abtastbereich 5 fest-

F i g. 2 eine Ausbildung der drehbaren Zylinder 5° stellen, indem nur so lange Impulse in den Zähler 12 über einem Lichtieitsab bei zu messenden größeren eingezählt werden, wie ein Lichtsignal vom Foto-Breiten, multiplier 8 an den Zähler 12 abgegeben wird.

F i g. 3 eine Breitenmessung mit Hilfe zweier Das Meßprinzip läßt sich auch für die Ausmes-

Kantenmessungen gemäß der Erfindung. * sung eines nicht leuchtenden Objekts vor einer

In Fig. 1 ist mit 1 ein Lichtleitstab, mit 2 ein 55 leuchtenden Umgebung verwenden, indem die Anrotierender Zylinder, 'mit 3 eine in den Zylinder ein- zahl der Impulse festgestellt wird, die während der gefräste Schraubenlinie und mit 4 eine Optik, die den Abtastung über den kein Lichtsignal abgebenden Beabzutastenden Streifen 5 auf dem LichÜeitstab 1 ab- reich der Breite des Meßgutes in den Zähler 12 einbildet, bezeichnet. Mit 6 ist das mit seiner einen gezählt werden.

Kante in dem Abtastbereich 5 liegende Objekt be- 60 Die beschriebene Vorrichtung ist zunächst nur bei

zeichnet. Zwischen Optik 4 und LichÜeitstab 1 ist kürzeren Lichtieitstäben anzuwenden, da die

noch eine gerade Schlitzblende 7 angebracht. Mit 8 Schraubenlinie 3 am Abtastzylinder 2 bei längeren

ist ein Fotomultiplier bezeichnet, in den das in Lichüeitstäben eine zu große Steigung besäße und

Achsenrichtung aus dem LichÜeitstab 1 austretende dadurch ein schleifender Schnitt mit dem das Licht

Licht eintritt und dort gleichzeitig verstärkt wird. 85 auffangenden Streifen 3 auf der Mantelfläche des

Mit 9 ist ein Impulsgeber bezeichnet, der mit dem Lichtieitstabes zustande käme. Der Lichtfleck würde

Zylinder 2 verbunden ist und der bei Drehung des dadurch erne zu große Ausdehnung bekommen und

Zylinders 2 mit -Hilfe der Lichtquelle 10 und des damit die Genauigkeit der- Messung-verlorengehen.

Claims (2)

Daher wird bei größeren Objektbreiten und damit längeren Lichtleitstäben 1 im Zylinder 2 die eingefräste Schraubenlinie 3 derart ausgebildet, daß sie mehrere Gänge (Fig. 2) besitzt. Damit bleibt der gewünschte steile Schnitt der Schraubenlinie 3 erhalten jedoch entsteht zunächst eine Vieldeutigkeit, da jeder einzelne Gang eine Iichtöffnung bildet. Es muß daher zur Vermeidung dieser Vieldeutigkeit ein zweiter Zylinder 17 verwendet werden, der über den ersten Zylinder 2 ebenfalls drehbar gelagert wird. Mit Hilfe dieses Zylinders 17 wird eine Abdeckung der Licht-Öffnungen, die zu einem anderen Zeitpunkt der Abtastung benötigt werden, dadurch erreicht, daß im zweiten rotierenden Zylinder 17 über die gesamte Abtastbreite nur eine einzige Schraubenlinie 30 eingefräst ist. In Fig. 2 sind die beiden Zylinder 2 und 17 mit den zugehörigen Schraubenlinien 3 α bis 3e bzw. 30 im Schnitt und in Abwicklung dargestellt. Mit 18 ist eine Lichtöffnung gekennzeichnet, die durch den Schnitt der Schraubenlinie 30 des Zylinders 17 mit dem dritten Gang 3 c der Schraubenlinie 3 des Zylinders 2 entsteht. Die Drehzahl des zweiten Zylinders 17 ist gegenüber der Drehzahl des ersten Zylinders 2 im Verhältnis 1 zur Anzahl der Schraubenlinien3 a, 3b, 3c, 3d, 3e des Zylinders 2 untersetzt, so daß beim Rotieren beider Zylinder stets nur eine Blendenöffnung von der einen zur anderen Seite des LichtleitstarjesFl wandert. Es besteht also zwischen den Drehzahlen der Zylinder 2 und 17 und der Anzahl ihrer Schraubenlinien das Verhältnis: Drehzahl Zylinder 2 zu Drehzahl Zylinder 17 = Anzahl der Schraubenünien von Zylinder 2 zu Anzahl der Schraubenünien von Zylinder 17. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung zur maßstabsgetreuen Abbildung einer Strecke kann auch zur Breitenmessung eines Objekts mit Hilfe zweier Kantenmessungen verwendet werden, wobei zwei Lichtleitstäbe benutzt werden, von denen je ein Lichtleitstab einen Kantenbereich des in seiner Breite zu messenden Objekts abtastet. Bei einer solchen in F i g. 3 dargestellten Breitenmessung ist mit 19 und 20 je eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung gemäß F i g. 1 bezeichnet, wobei bei der Vorrichtung 19 für die einzelnen Meßelemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gewählt sind, während bei Vorrichtung 20 die entsprechenden Elemente jeweils durch Striche hinter dem Bezugszeichen (z. B. 1' usw.) gekennzeichnet sind. Das Objekt, dessen Breite zu messen ist, ist mit 21 bezeichnet und liegt mit der einen Kante im Abtastbereich 22 der Vorrichtung 19 und mit der anderen Kante im Abtastbereich 23 der Vorrichtung 20. An die Ausgänge der Zähler 12 und 12' ist ein Addierwerk 24 mit nachgeschalteter Registrier-und Anzeigevorrichtung 25 angeschlossen. Die Abtastung erfolgt zweckmäßig von innen nach außen, was durch den angegebenen Drehsinn für die Zylinder 2 und 2' angedeutet ist. Beim Erfassen des Hell-Dunkel-Überganges auf beiden Seiten des Objekts 21 werden die Zähler 12 und 12' gestoppt, und ihre Werte werden in das Addierwerk 24 eingegeben und zur Ermittlung der Gesamtbreite summiert. Ist hierbei das auszumessende Objekt 21 leuchtend, so ergibt sich die Breite aus der Summe der Zählimpulse und einem Wert, der dem Abstand der Abtastbereiche 22 und 23 entspricht Ist dagegen das Objekt dunkel und der Untergrund hell, so ergibt sich die Breite entweder aus einem Wert (27), der dem Abstand 26 und der Summe der Abtastbereiche 22 und 23 entspricht, verringert um die Summe der Zählimpulse, die im Addierwerk 24 gebildet wird, oder es wird bis zum Dunkel-Hell-Ubergang gemessen, wobei dann wieder ein dem Abstand 26 der Abtastbereiche 22 und 23 entsprechender Wert hinzuzuaddieren ist. Patentansprüche:

1. Optische Längenmeßvorrichtung für ein sich hinsichtlich seiner Helligkeit von der Umgebung merklich abhebendes Meßobjekt, wobei eine Objektkante einschließlich deren Umgebung durch ein optisches System auf einen feststehenden Spalt abgebildet wird, hinter dem eine in Spaltquerrichtung drehbare Maske angeordnet ist, die einen den Spalt punktweise nacheinander über seine ganze Länge für den Lichtdurchtritt freigebenden Kurvenschlitz aufweist, und ein die durchgelassene Lichtmenge erfassender Lichtempfänger sowie ein an einen Zähler angeschlossener Impulsgeber vorgesehen ist, wobei die Zählrate ein Maß für die zu ermittelnde Länge darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Maske aus einem parallel zum feststehenden Spalt (7) angeordneten, bis auf einen schraubenlinienförmigen Schlitz (3) lichtundurchlässigen Hohlzylinder (2) besteht, der einen die durchgelassene Lichtmenge zum Lichtempfänger (8) weiterleitenden Lichtleitstab (1) umschließt, und daß der Zähler (12) die abgegebenen Impulse des synchron mit dem Zylinder (2) drehbaren Impulsgebers (9,10,11) von einem voreinstellbaren Zählerausgangswert bis zu einem vom Lichtempfänger (8) zum Zähler (12) gegebenen Lichtsignal zählt, welches durch den Helligkeitswechsel beim Erfassen der Objektkante durch den lichtdurchlässigen Schlitz (3) auftritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige schraubenlinienförmige Schlitz (3) des Zylinders (2) mehrere Gänge (3 α bis 3 e) aufweist sowie um diesen Zylinder (2) ein weiterer drehbarer Zylinder (17) angeordnet ist, der seinerseits einen lichtdurchlässigen schraubenlinienförmigen Schlitz (30) mit nur einem Gang über der ganzen Zylinderlänge trägt, und daß sich die Drehzahlen der beiden Zylinder (2 bzw. 17) zueinander wie die Anzahl der Gänge der zugehörigen schraubenlinienförmigen Schlitze (3 α bis 3e bzw. 30) verhalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1191591,
479;

französische Patentschrift Nr. 1 375 418;
»Control Engineering«, Mai 1964, S. 77 bis 80.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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