DE4201385A1 - Optical measurement system with light curtain, photoelectric receiver - contains null point, linearity error correction circuit for digitised receiver signal - Google Patents

Optical measurement system with light curtain, photoelectric receiver - contains null point, linearity error correction circuit for digitised receiver signal

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Abstract

The optical measurement system contg. a light source (1), lens (6) and photoelectric receiver element (2) produces a light curtain (8). Dimensions of objects (9) inserted into the light curtain can be measured from the shadow cast onto the receiver element. The resulting analogue signal from the element is digitised. Linearity and null point errors of the optical system are corrected for in a digital error correction device. USE/ADVANTAGE - The system compensates for ageing and fouling effects in addition to linearity and null point errors eg by a microprocessor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Meßsystem, bei dem senkrecht zum Lichtstrahl ein zu messendes Objekt in den Lichtstrahl eingeschoben wird, dessen Ausdehnung gemessen werden soll. Dieses Objekt erzeugt einen Schatten, wodurch weniger Licht auf das lichtempfindliche Element fällt. Die Menge dieses Lichtes wird gemessen und ist ein Maß für die Größe des Objektes.The invention relates to an optical measuring system in which perpendicular an object to be measured is inserted into the light beam whose extent is to be measured. This object creates one Shadow, which means that less light falls on the light-sensitive element. The amount of this light is measured and is a measure of the size of the Property.

Bekanntlich versteht man unter solchen optischen Meßsystemen Einrichtungen zum Messen von Durchmessern runder Teile oder Abständen von Kante zu Kante. Derartige Meßsysteme bestehen aus einer Lichtquelle und einer Optik, die ein möglichst schmales und hohes Lichtfeld erzeugt. Eine Empfängeroptik, die dieses Licht auf die Oberfläche eines photoelektrischen Elementes konzentriert. Die Höhe des Lichtfeldes muß größer sein als die Ausdehnung des zu messenden Objektes.As is known, such optical measuring systems are understood to mean devices for measuring diameters of round parts or distances from edge to edge. Such measuring systems consist of a light source and optics that creates a narrow and high light field as possible. A receiver optics, that this light onto the surface of a photoelectric element concentrated. The height of the light field must be greater than the extent of the object to be measured.

Durch das Einbringen des zu messenden Objektes in das Lichtfeld entsteht auf der Empfängerseite ein Schatten, so daß ein Teil des Lichtes abgehalten wird, so daß die Menge des Lichtes, die vom photoelektrischen Element empfangen wird, um so geringer ist, je größer das zu messende Objekt ist. By introducing the object to be measured into the light field a shadow on the receiver side so that part of the light is blocked so that the amount of light emitted by the photoelectric element is received, the smaller the larger the object to be measured is.  

Diese optischen Meßeinrichtungen benötigen eine sehr aufwendige und genaue Optik, da Fehler in der Optik einen direkten Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben.These optical measuring devices require a very complex and precise Optics, since errors in the optics have a direct influence on the measuring accuracy to have.

Zudem haben Verschmutzung der Lichtein- und Austrittsflächen Einfluß auf das Meßergebnis sowie Alterungen der verschiedenen Bauelemente und Schwankungen der Umgebungstemperatur.Contamination of the light entry and exit surfaces also have an influence the measurement result and aging of the various components and Fluctuations in ambient temperature.

Schließlich entsteht ein Meßfehler, wenn sich das Objekt im Lichtfeld senkrecht zur Strahlrichtung bewegt. Diese Bewegungen können durch Schwingungen des Meßobjektes hervorgerufen werden.Finally, a measurement error occurs when the object is in the light field moved perpendicular to the beam direction. These movements can go through Vibrations of the test object are caused.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß eine digitale elektronische Einrichtung vorgesehen ist, die die Linearitätsfehler des optischen Systemes ausgleicht, daß die Verschmutzungen sowie Alterungen der Bauelemente durch einen konstanten Betrag, der den einzelnen Meßwerten überlagert wird, ausgleicht und daß ein analoger Momentanwertspeicher vorgesehen ist, der den analogen Momentanwert des fotoelektrischen Elementes festhält, so daß er für die Weiterverarbeitung (Digitalisierung) als Konstantwert verfügbar ist.The object of the invention is to eliminate these disadvantages. This is done according to the invention in that a digital electronic Device is provided that the linearity errors of the optical Systemes that compensates for the pollution and aging of the Components by a constant amount equal to the individual measured values is superimposed, and that an analog instantaneous value memory is provided, which is the instantaneous analog value of the photoelectric Elementes holds so that it for further processing (digitization) is available as a constant value.

Dadurch, daß man dies so macht, kann man ein weniger aufwendiges optisches System einsetzen, das naturgemäß mit Linearitätsfehlern behaftet ist. Man muß der Alterungsbeständigkeit und Temperaturstabilität der Bauelemente des optischen Systemes keine so grobe Bedeutung mehr beimessen. Schließlich muß man nicht mehr darauf achten, daß sich das Meßobjekt während der Messung ruht.By doing this, you can create a less complex optical Use a system that naturally has linearity errors. One has the aging resistance and temperature stability of the components no longer attach so great importance to the optical system. Finally, you no longer have to take care that the test object rests during the measurement.

Zeckmäßigerweise wird man ein Mikroprozessorsystem einsetzen. Es enthält eine gespeicherte Liste mit Eingangswerten und zugehörigen korrigierten Ausgangswerten. Korrigiert werden die Linearitätsfehler des optischen Meßsystems.A microprocessor system will expediently be used. It contains a saved list with input values and associated corrected ones Baseline values. The linearity errors of the optical are corrected Measuring system.

Es enthält einen Grenzwert. Der Grenzwert scheidet den vollen Lichteinfall von der verringerten Lichtmenge, wenn sich ein Objekt im Lichtfeld befindet.It contains a limit. The limit separates the full incidence of light from the reduced amount of light when there is an object in the light field located.

Es enthält eine Einrichtung zur Messung eines konstanten Betrages (Offset), der von der Verschmutzung, Alterung und Umgebungstemperatur abhängig ist. Dieser konstante Betrag wird den Eingangswerten überlagert.It contains a device for measuring a constant amount (offset), which is dependent on pollution, aging and ambient temperature. This constant amount is superimposed on the input values.

Das Mikroprozessorsystem prüft zyklisch den Eingangswert und vergleicht ihn mit dem Grenzwert. Wird festgestellt, daß sich kein Objekt im Meßfeld befindet, so wird die Nullpunktdrift geprüft. Eine Nullpunktabweichung (Offset) ergibt sich bei Verschmutzung, Alterung und Schwankungen der Temperatur. Der Offset wird gespeichert.The microprocessor system cyclically checks the input value and compares it with the limit. It is determined that there is no object in the measuring field the zero point drift is checked. A zero point deviation (Offset) results from contamination, aging and fluctuations in the Temperature. The offset is saved.

Das Vorhandensein eines Objektes im Lichtfeld wird durch die Prüfung des Grenzwertes erkannt. In diesem Falle wird zum Meßwert der zuletzt ermittelte Offset hinzugerechnet, danach schaut das Mikroprozessorsystem in seine gespeicherte Liste und wird den zugehörigen korrigierten Wert an seinem Ausgang verfügbar halten. The presence of an object in the light field is checked by the Threshold recognized. In this case the last value becomes the measured value added offset, then the microprocessor system looks in his saved list and will display the associated corrected value keep its exit available.  

Zweckmäßigerweise wird man in einer Meßkette, die dem optischen System nachgeschaltet ist, zuerst den Momentanwertspeicher anordnen, der das analoge Signal des fotoelektrischen Elementes speichert. Das gespeicherte analoge Signal wird zuerst verstärkt und dann mit einem Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal gewandelt. Das digitale Signal wird dem Mikroprozessor zugeführt, der es in der beschriebenen Weise aufbereitet. Danach kann das Signal Anzeigeeinheiten oder über Schnittstellen übergeordneten Systemen zugeführt werden.Appropriately, one is in a measuring chain, the optical system is connected first, arrange the instantaneous value memory that the stores analog signal of the photoelectric element. The saved analog signal is amplified first and then with a Analog-digital converter converted into a digital signal. The digital Signal is fed to the microprocessor, which is described in the Processed way. After that, the signal can display units or over Interfaces are fed to higher-level systems.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine Abgleichvorrichtung vorgesehen. In dieser Vorrichtung werden die individuellen Linearitätsfehler der einzelnen optischen Meßsysteme ermittelt und in den Festwertspeicher des zugehörigen Microprozessorsystems geschrieben. Somit entsteht die Liste der Ein- und Ausgangsgrößen. In a further embodiment of the invention is a balancing device intended. In this device, the individual Linearity errors of the individual optical measuring systems determined and in the Read-only memory of the associated microprocessor system written. This creates the list of input and output variables.  

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.An embodiment of the invention is described below.

Abb. 1 zeigt das optische Meßsystem mit der nachfolgenden Meßkette. Fig. 1 shows the optical measuring system with the following measuring chain.

Das optische System nach Abb. 1 besteht aus einer Sendeeinheit 1 und einer Empfängereinheit 2. Die Sendeeinheit erzeugt eine Art Lichtvorhang 8 der höher als das zu messende Objekt 9 sein muß. Der Querschnitt des Lichtvorhanges 8 sollte rechteckig sein. In der Tiefe sollte er dünn sein. Das Meßobjekt 9 wirft entsprechend seiner Ausdehnung einen Schatten 10 auf den Empfänger 2, so daß nur ein Teil des Lichtes, das der Sender 1 liefert, auf den Empfänger 2 fällt. Dieser Teil des Lichtes ist ein Maß für die Größe des Objektes 9.The optical system according to Fig. 1 consists of a transmitter unit 1 and a receiver unit 2 . The transmitter unit generates a kind of light curtain 8 which must be higher than the object 9 to be measured. The cross section of the light curtain 8 should be rectangular. It should be thin at depth. The measurement object 9 casts a shadow 10 on the receiver 2 according to its extent, so that only part of the light that the transmitter 1 supplies falls on the receiver 2 . This part of the light is a measure of the size of the object 9 .

Der Sender 1 besteht aus der Lichtquelle 3, beispielsweise einer Laserdiode. Die Optik 6 sorgt dafür, daß der Lichtvorhang 8 erzeugt wird. Die im Empfänger 2 vorgesehene Optik 7 sorgt dafür, daß das Licht auf das photoelektrische Element 4 konzentriert wird. Es erzeugt ein zur erfaßten Lichtmenge proportionales elektrisches Signal.The transmitter 1 consists of the light source 3 , for example a laser diode. The optics 6 ensure that the light curtain 8 is generated. The optics 7 provided in the receiver 2 ensure that the light is concentrated on the photoelectric element 4 . It generates an electrical signal proportional to the amount of light detected.

Das elektrische Signal wird der Meßkette (12, 13, 14, 15) zugeführt.The electrical signal is fed to the measuring chain ( 12 , 13 , 14 , 15 ).

Das Signal gelangt zuerst in den Momentanwertspeicher 12 (Sample and Hold). Der gespeicherte Analogwert gelangt nun in den Analogverstärker 13 und wird dort verstärkt.The signal first arrives in the instantaneous value memory 12 (sample and hold). The stored analog value now arrives in the analog amplifier 13 and is amplified there.

Das verstärkte Analogsignal wird dem Analog-Digitalwandler 14 zugeführt, dessen Aufgabe es ist, den analogen Wert in einen proportionalen digitalen Wert zu wandeln. Das digitale Signal gelangt auf den Eingang des Mikroprozessorsystems 15.The amplified analog signal is fed to the analog-to-digital converter 14 , whose task is to convert the analog value into a proportional digital value. The digital signal reaches the input of the microprocessor system 15 .

Das Mikroprozessorsystem 15 prüft zyklisch den Eingangswert und vergleicht ihn mit dem Grenzwert. Wird festgestellt, daß sich kein Objekt 9 im Meßfeld 8 befindet, so wird die Nullpunktdrift geprüft. Eine Nullpunktabweichung (Offset) ergibt sich bei Verschmutzung, Alterung und Schwankungen der Temperatur. Der Offset wird gespeichert.The microprocessor system 15 cyclically checks the input value and compares it with the limit value. If it is determined that there is no object 9 in the measuring field 8 , the zero point drift is checked. A zero point deviation (offset) results from contamination, aging and fluctuations in temperature. The offset is saved.

Das Vorhandensein eines Objektes 9 im Meßfeld 8 wird durch die Prüfung des Grenzwertes erkannt. In diesem Falle wird zum Meßwert der zuletzt ermittelte Offset hinzugerechnet, danach schaut das Mikroprozessorsystem 15 in seine gespeicherte Liste und wird den zugehörigen korrigierten Wert an seinem Ausgang 16 verfügbar halten.The presence of an object 9 in the measuring field 8 is recognized by checking the limit value. In this case, the last determined offset is added to the measured value, then the microprocessor system 15 looks into its stored list and will keep the associated corrected value available at its output 16 .

Das Mikroprozessorsystem 15 enthält ein Programm, das die Meßkette steuert und die Signalverarbeitung durchführt.The microprocessor system 15 contains a program which controls the measuring chain and carries out the signal processing.

Die Liste der Istwerte und der korrigierten Sollwerte, die im Festwertspeicher des Mikroprozessorsystem 15 gespeichert ist, wird in einer Abgleichvorrichtung erstellt.The list of the actual values and the corrected setpoints, which is stored in the read-only memory of the microprocessor system 15 , is created in a comparison device.

Claims (5)

1. Optisches Meßsystem, bestehend aus einer Lichtquelle, einer Optik und einem photoelektrischen Empfängerelement, das ein Lichtfeld nach Art eines Lichtvorhanges erzeugt, wobei Ausdehnungen von Objekten gemessen werden können, die in den Lichtvorhang eingeschoben werden, wobei entsprechend der Ausdehnung des Objekts ein Schatten auf dem photoelektrischen Empfängerelement erzeugt wird, so daß nur ein Teil des Lichtes auf das photoelektrische Empfängerelement gelangen kann und daß das analoge elektrische Signal des photoelektrischen Empfängerelementes digitalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Linearitäts- und Nullpunktfehler des optischen Systems in einer digitalen Fehlerkorrektureinrichtung korrigiert werden.1. Optical measuring system, consisting of a light source, an optics and a photoelectric receiver element, which generates a light field in the manner of a light curtain, whereby dimensions of objects can be measured, which are inserted into the light curtain, with a shadow corresponding to the extent of the object the photoelectric receiver element is generated so that only part of the light can reach the photoelectric receiver element and that the analog electrical signal of the photoelectric receiver element is digitized, characterized in that linearity and zero point errors of the optical system are corrected in a digital error correction device. 2. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung aus einem Mikroprozessorsystem besteht mit einem Festspeicher, in dem eine Liste mit Eingangswerten und zugehörigen Ausgangswerten abgespeichert ist.2. According to claim 1, characterized in that the correction device a microprocessor system consists of a permanent memory in which a List with input values and associated output values is saved. 3. Nach Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn sich kein Objekt im Lichtvorhang befindet, ein Nullpunktabgleich durchgeführt wird, der einen Korrekturwert erzeugt, der den Meßwerten überlagert wird.3. According to claims 1 and 2, characterized in that when there is no object is in the light curtain, a zero point adjustment is carried out generates a correction value which is superimposed on the measured values. 4. Nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Ausgangssignal des photoelektrischen Empfängerelementes zuerst einem Momentanwertspeicher zugeführt wird und daß das Ausgangssignal des Momentanwertspeichers digitalisiert wird.4. According to claims 1 to 3, characterized in that the analog Output signal of the photoelectric receiver element first one Current value memory is supplied and that the output signal of Instantaneous value memory is digitized. 5. Nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgleichvorrichtung vorgesehen ist, die Istwerte und Sollwerte vergleicht und eine Liste mit Eingangswerten und korrigierten Ausgangswerten in den Festspeicher des Prozessorsystems schreibt.5. According to claims 1 to 4, characterized in that a Adjustment device is provided which compares actual values and setpoints and a list of input values and corrected output values in the RAM of the processor system writes.
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