Vorrichtung zur berührungslosen photoelektrischen Bestimmung der Dickenabmessung eines Körpers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur be rührungslosen photoelektrischen Bestimmung der Dik kenabmessung eines Körpers, bei der der zu messende Körper ein Lichtstrahlenbündel zeitweilig unterbricht, welches auf ein periodisch bewegtes optisches Empfangssystem geworfen wird und über dieses in einem photoelektrischen Empfänger einen Impuls auslöst, dessen Dauer ein Mass für die zu bestimmende Körperabmessung bildet.
Die bisherigen Vorrichtungen zur berührungslosen photoelektrischen Bestimmung der Abmessungen von Körpern beruhen auf verschiedenen Prinzipien: a) Beim System des direkten Messens schirmt der zu messende Körper einen Teil des Lichtes einer Lichtquelle ab. Die Abmessung des Körpers ist umgekehrt proportional der Lichtmenge, die an dem Körper vor über auf einen photoelektrischen Empfänger fällt. Die Messung des Körpers erfolgt zwar augenblicklich, aber mit sehr kleiner Genauigkeit. b) Beim Photo-Kompensationssystem sind zwei phototoelektrische Empfänger zu einer Brücke geschaltet. Der erste photoelektrische Empfänger wird vom gemessenen Körper beschattet, der zweite wird von einer Kompensationsblende mittels eines Servomechanismus so beschattet, dass die Ströme der beiden photoelektrischen Empfänger sich ausgleichen.
Dieses System liefert gute Ergebnisse, wenn die beiden photoelelrtrischen Empfänger gleiche Charakteristiken aufweisen, aber das System arbeitet mit Verzögerung. c) Beim photoelektrischen Servosystem werden die Ränder des gemessenen Körpers verfolgt. Im wesentlichen ist dies ein Lagemechanismus, bei dem eine drehbare Blende den Unterschied zwischen ihrer eigenen Projektion und der Projektion des Körperrandes konstant hält. Der Körper und die Blende werden durch ein paralleles Lichtbündel auf einen Spalt projiziert, hinter dem sich der photoelektrische Empfänger befindet.
Dieses System ist bedeutend genauer als das vorbeschriebene, arbeitet jedoch auch mit einer gewissen Verspätung. d) Beim Photoimpuls-System wird der Lichtimpuls, der durch die Zerlegung des Bildes oder der Projektion des zu messenden Körpers durch einen Zerlegungsmechanismus entsteht, in einem photoelektrischen Empfänger in einen elektrischen Impuls umgewandelt.
Der so erhaltene elektrische Impuls kann dann in einem Integrations-Stromkreis integriert werden, bei dem die durch die Integration auftretende Spannung proportional ist der Länge des elektrischen Impulses, d. h. der Dimension des gemessenen Körpers. Man kann aber die Länge des ele3driischen Impulses auch durch Suue- rung von kurzen Impulsen messen, die durch den vom photoelektrischen Empfänger kommenden Impuls ausgelöst werden. Die kurzen Impulse werden von einem Impuls generator erzeugt, dessen Drehzahl der Bewegung des beweglichen Teils des Zerlegungsmechanismus proportional ist. Die Zahl der kurzen Impulse gibt die Dimension des Körpers an.
Alle hier angeführten photoelektrischen Mess Systeme müssen eine der nachstehenden Bedingungen erfüllen: entweder darf der gemessenen Körper seine Entfernung von der Lichtquelle und vom photoelektrischen Empfänger nicht ändern oder es muss das den Körper belichtende Strahlenbündel vollkommen parallel sein.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein synchron mit dem periodisch bewegten optischen Empfangssystem laufendes weiteres optisches System vorgesehen ist, um das Lichtstrahlenbündel über den zu messenden Körper periodisch hinweg zu bewegen.
Eine praktische Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, von denen
Fig. 1 eine grundlegende schematische Anordnung der Einrichtung für berührungsloses Photo elektrisches Messen der Abmessungen eines Körpers darstellt, während die
Fig. 2 und 3 zwei alternative Ausführungen wiedergeben.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, geht der Lichtstrahl der Lichtquelle 1 durch die optische Einrichtung 2 der Lichtquelle hindurch, wo ein schmales Lichtstrahlenbündel erzeugt wird. Dieses gelangt dann in das optische System 3, woselbst es verschoben und in den Messraum gesendet wird, in welchem sich der zu messende Körper 4 befindet. Nach der Durchquerung des Messraums tritt das Lichtbündel in das optische Empfangs system 5, von da in die zweite optische Einrichtung 6 und schliesslich in den photoelektrischen Empfänger 7 ein.
Dieser sendet ein Mess-Signal in die Auswertungsvorrichtung 8, in welche zugleich aus dem an die Antriebseinheit 9 angeschlossenen Impulsgenerator 10 elektrische Impulse eingeführt werden.
Die Antriebseinheit betätigt mittels der Welle 11 die beweglichen Teile der optischen Systeme 3 und 5, wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist.
Gemäss Fig. 2 bestehen die optischen Systeme aus gleichen endlosen Bändern 14 und 15 und sind durch die Welle 11 mechanisch mit einander gekoppelt. Auf den beiden Bändern 14, 15 sind kleine Spiegelflächen 16 und 17 befestigt, die von den Bändern mitgenommen werden. Sie sind unter 450 geneigt. Das aus der optischen Einrichtung 2 kommende Lichtbündel wird von der Spiegelfläche 16 unter einem Winkel von 90" reflektiert, durchläuft den Messraum, wird vom Spiegel 17 des umlaufenden Bandes 15 nochmals reflektiert und fällt, nach Durchlaufen der optischen Einrichtung 6, auf den photoelektrischen Empfänger 7.
Die Welle 11 wird von der Antriebseinheit 9 in Bewegung gehalten. Auf dieser Welle ist auch der Impulsgenerator 10 angeordnet, sowie der Schalter 12 und der Schalter 13. Die beiden endlosen Bänder 14 und 15 sind in festen Blenden 18 und 20 von zylindrischer Form untergebracht, die mit Längsschlitzen 19 und 21 versehen sind.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3. Das der Lichtquelle 1 zugehörige optische System 3 ist von einer zylindrischen, mit einem Längsschlitz 19 versehenen Blende 18 umgeben und besteht aus einem rotierenden Zylinder 22, dessen Mantel eine vorstehende Windung 25 trägt, deren Flanke mit einer windschiefen Spiegelfläche 24 versehen ist. Diese ist gegenüber der Achse des auffallenden schmalen Lichtbündels um einen Winkel von 450 geneigt und reflektiert das Lichtbündel so, dass ein Kegel entsteht, dessen Achse mit dem auffallenden schmalen Lichtbündel einen rechten Winkel einschliesst. Da der Zylinder 22 rotiert, entsteht eine geradlinige Verschiebung des Scheitels des Lichtkegels im Längsspalt 19 der festen Blende 18.
Der axiale Strahl dieses Lichtkegels tritt durch den Längsschlitz 21 der zweiten festen zylindrischen Blende 20 hindurch und fällt auf die windschiefe Spiegelfläche 26, die gleichfalls auf der Flanke der Aussenwindung 27 des Zylinders 23 ausgebildet ist. Dieser zum photoelektrischen Empfänger 7 gehörige Zylinder rotiert synchron mit dem Zylinder 22, der der Lichtquelle 1 zugehört. Die Zylinder 22 und 23 sind so gegeneinander verdreht, dass die Achse des vom Anfangspunkt der windschiefen Fläche 24 reflektierten Lichtkegels auf den Anfangspunkt der windschiefen Spiegelfläche 26 des Zylinders 23 auftrifft.
Der mittlere Teile des auf die windschiefe Spiegelfläche 26 auftreffenden Lichtkegels wird gleichfalls in einem rechten Winkel reflektiert. Auf der windschiefen Fläche 26 erzeugt diese Reflexion wiederum einen Lichtkegel, der die optische Einrichtung 6 durchtritt und vom photoelel:trischen Empfänger 7 aufgenommen wird.
Die W e Welle der Antriebseinheit 9 treibt den elektri- schen Impulsgenerator 10, den Schlüsselstromkreis 12, den Anlassstromkreis 13, das Kegelgetriebe 33 und den Zylinder 22 an. Das Kegelgetriehe 33 überträgt die Drehbewegung der Welle 11 über ein zweites Kegelgetriebe 34 auf den zweiten Zylinder 23.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass bei der Bewegung des endlosen Bandes 14 eine Verschiebung des reflektierten Teiles des schmalen Lichtbündels in der Achsenrichtung des Bandes 14 entsteht. Die Verschiebung der Achse dieses schmalen Lichtbündels erzeugt im Messraum eine Fläche, die theoretisch die Zone begrenzt, in der sich der gemessene Körper 4 bewegen kann.
Die endlosen Bänder 14 und 15 werden mittels der Welle 11 synchron bewegt. Die von ihnen mitgenommenen Spiegelflächen 16 und 17 sind so befestigt, dass die Achse des von der Spiegelfläche 16 reflektierten schmalen Lichtbündels auf die Mitte der anderen Spiegelfläche 17 auffällt.
Wenn der auf die sich schnell bewegende Spiegelfläche 17 auffallende Lichtstrom durch einen in den Messraum eingelegten zu messenden Körpers unterbrochen wird, entsteht im photoelektrischen Empfänger 7 ein Impuls, dessen Breite der Abmessung der Projektion des gemessenen Körpers 4 proportional ist. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, wird bei Vorhandensein eines zu messenden Körpers 4 zwischen den festen Blenden 18 und 20, der durch den Spalt 21 der Blende 20 auf die windschiefe Spiegelfäche 26 des Zylinders 23 fallenden Lichtstrom während eines Teiles des Abtasthubes verdeckt. Die Unterbrechung des Lichtstromes ruft im photoelektrischen Empfänger 7 einen elektrischen Impuls hervor.
Aus den Fig. 2 und 3 ist ferner ersichtlich, dass der elektrische Impuls aus dem photoelektischen Empfänger 7 in den elektronischen Stromkreis 28 geführt wird, wo er verstärkt wird gegebenenfalls auch eine Formänderung erfährt. Aus dem elektronischen Stromkreis 28 kann der elektrische Impuls, je nach dem Bewertungsund Indikationsverfahren, entweder in den Integrationsstromkreis 29 oder, über einen Torstromkreis 31, in einen elektrischen Impulszähler 32 geführt werden.
Wenn wir nach der ersten Methode den elektrischen Impuls aus dem elektronischen Stromkreis 28 in den Integrationsstromkreis 29 führen, gibt uns das Anzeigegerät 30 die gemessene Dimension an. Nach der zweiten Methode öffnet der vom elektronischen Stromkreis 28 kommende elektrische Impuls den Torstromkreis 31, über weichen elektrische Impulse aus dem elektrischen Impulsgenerator 10 in den elektrischen Impulszähler 32 geführt werden, der durch den Schalter 13 eine und ausgeschaltet wird. Der Schalter 12 unterbricht die elektrischen Impulse des Generators 10 in den äussersten Lagen der erwähnten optischen Systeme 3, 5, solange das sich bewegende schmale Lichtbündel beim Übergang auf einen neuen Messzyklus nicht vorhanden ist.
Der elektrische Impulszähler 32 gibt die Dimension des gemessenen Körpers durch die Anzahl der aus dem elektrischen Pulsgenerator 10 kommenden elektrischen Impulse per Verschiebungseinheit der optischen Systeme 3, 5 an. Die Verwendung dieser optischen Systeme und zwar sowohl auf der Seite des photoelektrischen Empfängers wie auf der Seite der Lichtquelle ist sehr vorteilhaft für die Messung von Körpern solcher Dimen sionen, für welche das Projektionssystem eines Licht senders ohne solche Systeme zu teuer käme.
Die Erfindung wird mit Erfolg auch dort verwendet, wo sich der gemessene Gegenstand in Bewegung befindet und während des Messens nicht zum Stillstand gebracht werden kann. Sie eignet sich insbesondere zum Messen von Walzprofilen auf kombinierten Walzenstrecken und überall dort, wo es bis jetzt aus den obenangeführten Gründen nicht möglich war, berührungslose Dimensions-Messgeräte zu verwenden.