CH667151A5

CH667151A5 - DEVICE FOR CONTINUOUSLY MEASURING THE THICKNESS OF A PLATE- OR STRAND-SHAPED WORKPIECE SLIDING IN ITS LONGITUDE.

Info

Publication number: CH667151A5
Application number: CH224185A
Authority: CH
Inventors: Ballmoos Fritz Dr Von
Original assignee: Ballmoos Ag Von
Priority date: 1985-05-28
Filing date: 1985-05-28
Publication date: 1988-09-15
Also published as: DE3617951A1; DE3617951C2

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Dicke eines in der Längsrichtung verschiebbaren platten- oder strangförmigen Werkstücks, enthaltend zwei Messköpfe, die über bzw. unter der Verschiebebahn angeordnet sind und optische Einrichtungen aufweisen, um den Abstand zwischen dem Messkopf und der benachbarten Werkstückoberfläche zu bestimmen, sowie eine elektronische Schaltung, die aus den beiden Abstandsbestimmungen mindestens die Abweichung der Werkstückdicke vom Dickensollwert berechnet. The present invention relates to a device for continuously measuring the thickness of a longitudinally displaceable plate-shaped or strand-shaped workpiece, comprising two measuring heads, which are arranged above or below the displacement path and have optical devices to determine the distance between the measuring head and the adjacent workpiece surface as well as an electronic circuit that calculates at least the deviation of the workpiece thickness from the thickness setpoint from the two distance determinations.

Platten- oder strangförmige Werkstücke werden in Abhängigkeit von ihrer Endform und vom Werkstoff vorzugsweise in kontinuierlich ablaufenden Herstellverfahren auf die gewünschte Dicke gepresst, gewalzt, gespaltet, gemessert oder extrudiert. Um zu verhindern, dass der Istwert der Werkstückdicke mehr als zulässig vom Sollwert abweicht, was entweder teures Nacharbeiten erfordert oder zu noch teurerem Ausschuss führt, sind Vorrichtungen entwickelt worden, mit denen der Istwert der Dicke kontinuierlich überwacht werden kann. Depending on their final shape and the material, plate or strand-shaped workpieces are preferably pressed, rolled, split, sliced or extruded to the desired thickness in continuous manufacturing processes. In order to prevent the actual value of the workpiece thickness from deviating more than permissible from the target value, which either requires expensive reworking or leads to even more expensive rejects, devices have been developed with which the actual value of the thickness can be continuously monitored.

Eine erste Art dieser Vorrichtung enthält einen Messkopf mit einer Rolle, die auf das Werkstück abgesenkt wird und die beim Verschieben des Werkstücks unter der Rolle auf- und/ oder abbewegt wird, wenn sich die Dicke des Werkstücks ändert. Der Weg dieser Auf- oder Abbewegung wird mechanisch oder elektrisch bestimmt und mittels eines elektronischen Auswertegeräts angezeigt und/oder registriert. Es gibt auch Ausführungsformen dieser Vorrichtung mit zwei Messköpfen, wobei die Rolle des einen Messkopfs auf die Oberfläche des Werkstücks abgesenkt und die Rolle des anderen Messkopfs an die untere Fläche angehoben wird und bei denen das Auswertegerät die Differenz der Bewegungen der beiden Rollen anzeigt oder registriert. Bei Herstellanlagen für sehr breite Werkstücke ist es auch üblich, mehrere quer zur Verschieberichtung des Werkstücks angeordnete Messköpfe zu verwenden. A first type of this device contains a measuring head with a roller which is lowered onto the workpiece and which is moved up and / or down under the roller when the workpiece is moved, if the thickness of the workpiece changes. The path of this up or down movement is determined mechanically or electrically and is displayed and / or registered by means of an electronic evaluation device. There are also embodiments of this device with two measuring heads, the roller of one measuring head being lowered onto the surface of the workpiece and the roller of the other measuring head being raised to the lower surface and in which the evaluation device indicates or registers the difference in the movements of the two rollers. In manufacturing systems for very wide workpieces, it is also common to use several measuring heads arranged transversely to the direction of movement of the workpiece.

Bei einer zweiten Art dieser bekannten Vorrichtungen wird das Werkstück nicht mechanisch berührt, sondern es wird ein Messkopf verwendet, der eine Lichtquelle enthält, die die Werkstückoberfläche punkteförmig beleuchtet. Weiter ist ein optisches System vorgesehen, das den Lichtpunkt auf einem Fo-todioden-Array abbildet. Bei einer Änderung der Dicke oder einer Verwerfung des unter dem Lichtpunkt verschobenen Werkstücks wandert der Lichtpunkt senkrecht zur Werkstückoberfläche und damit auch das Bild des Lichtpunkts auf dem Fotodioden-Array. Diese letztere Wanderung wird elektronisch ausgewertet und gibt ein Mass für die Dickenänderung oder Verwerfung. Auch bei dieser zweiten Art der bekannten Vorrichtungen werden vorzugsweise zwei Messköpfe verwendet, um Dickenänderungen von einer Verwerfung bei konstanter Werkstückdicke zu unterscheiden, und es gibt Vorrichtungen mit mehreren quer zur Verschieberichtung des Werkstücks angeordneten Messkopfpaaren. In a second type of these known devices, the workpiece is not mechanically touched, but a measuring head is used which contains a light source which illuminates the workpiece surface in a point-like manner. An optical system is also provided, which images the light spot on a photodiode array. If the thickness is changed or the workpiece moved under the light spot is warped, the light spot moves perpendicular to the workpiece surface and thus also the image of the light spot on the photodiode array. This latter hike is evaluated electronically and gives a measure of the change in thickness or fault. In this second type of known device, too, two measuring heads are preferably used in order to distinguish changes in thickness from a distortion with a constant workpiece thickness, and there are devices with a plurality of pairs of measuring heads arranged transversely to the direction of displacement of the workpiece.

Die erste Art dieser Vorrichtungen, bei denen die Fühlerrollen auf dem Werkstück ablaufen, ist nicht für alle Werkstoffe geeignet, ist weniger genau als die zweite Art und ist insbesondere gegen Schwingungen des Werkstücks empfindlich bzw. benötigt zusätzliche Einrichtungen zum Kompensieren solcher Schwingungen. Bei den Vorrichtungen der zweiten Art wird das Bild des Lichtpunkts auf dem Fotodioden-Array von der Struktur und Farbe der reflektierenden Oberfläche beeinflusst, was die Konstanz und Genauigkeit der Bestimmung beeinträchtigt. Nachteilig ist bei beiden Arten, dass sie keine Absolutmessung ermöglichen, sondern entweder nur die Abweichung von einem Mittelwert anzeigen oder nach der Einstellung des Nullpunkts auf einen vorgegebenen Sollwert den Istwert als die Summe aus diesem Sollwert und den Abweichungen bestimmen. The first type of these devices, in which the sensor rollers run on the workpiece, is not suitable for all materials, is less accurate than the second type and is particularly sensitive to vibrations of the workpiece or requires additional devices to compensate for such vibrations. In the devices of the second type, the image of the light spot on the photodiode array is influenced by the structure and color of the reflecting surface, which impairs the constancy and accuracy of the determination. A disadvantage of both types is that they do not enable an absolute measurement, but either only display the deviation from an average value or, after the zero point has been set to a predefined setpoint, determine the actual value as the sum of this setpoint and the deviations.

Der vorliegenden Erfindung lag darum die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Dicke eines Werk5 The object of the present invention was therefore to create a device with which the thickness of a work 5

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stücks kontinuierlich und mit einer bisher nicht erreichbaren Genauigkeit, dazu berührungslos und ohne schwieriges und zeitaufwendiges Einstellen des Nullpunkts, direkt gemessen werden kann. piece continuously and with a previously unattainable accuracy, plus contactless and without difficult and time-consuming setting of the zero point, can be measured directly.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Messkopf senkrecht zur Ebene des Werkstücks verfahrbar ist und ein dafür vorgesehenes Fahrwerk aufweist, sowie eine erste optische Einrichtung, die das Bild eines ersten optischen Rasters auf eine ausserhalb des Messkopfs liegende Fläche projiziert, und eine zweite optische Einrichtung, die das Bild des ersten optischen Rasters auf der Fläche auf einem zweiten gleichartigen optischen Raster abbildet, sowie ein im Lichtweg hinter dem zweiten optischen Raster angeordnetes, opto-elektronisches Bauelement, das ein dem durch das zweite optische Raster hindurchtretenden Licht entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und dadurch, dass die elektronische Schaltung mit dem Fahrwerk, den beiden optischen Einrichtungen und dem opto-elektronischen Bauelement jedes Messkopfs je einen Regelkreis bildet, der das Verfahren jedes Messkopfs derart steuert, dass dâs Ausgangssignal des op-to-elektronischen Bauelements einen Minimal- oder Maximalwert erreicht oder um diesen pendelt und aus der Summe der Fahrwege der beiden Messköpfe die Dicke des Werkstücks berechnet. According to the invention, this object is achieved with a device of the type described at the outset, which is characterized in that each measuring head can be moved perpendicularly to the plane of the workpiece and has a chassis provided for this purpose, and a first optical device which displays the image of a first optical grid on a projected area lying outside the measuring head, and a second optical device, which images the image of the first optical raster on the surface on a second optical raster of the same type, and an optoelectronic component arranged in the light path behind the second optical raster, which a generates corresponding output signal through light passing through the second optical grid, and in that the electronic circuit with the undercarriage, the two optical devices and the optoelectronic component of each measuring head each form a control circuit which controls the movement of each measuring head in such a way that the end output signal of the op-to-electronic component reaches or fluctuates around a minimum or maximum value and calculates the thickness of the workpiece from the sum of the travel paths of the two measuring heads.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht erstmalig eine berührungslose Dickenmessung, bei der die Messköpfe ab der Dicke Null auseinandergefahren werden und auch grossen Dickenänderungen folgen können. Das Verfahren der Messköpfe ermöglicht auch beim Messen der Dicke aufeinanderfolgend verschiebbarer und voneinander beabstandeter Platten, z.B. von Spanplatten, ab einer Etagenpresse, zwischen den aufeinanderfolgenden Platten den Nullpunkt zu verifizieren. Durch das relativ grossflächige Bild des ersten Rasters auf der Werkstückoberfläche können durch die Oberflächenstruktur bewirkte Fehler der Dickenmessung vermieden werden. Die Verwendung von zwei Messköpfen ermöglicht auch, die Dicke bzw. Dickenänderung solcher Werkstücke zu messen, die während des Verschiebens durch die Vorrichtung schwingen. For the first time, the device according to the invention enables a contactless thickness measurement, in which the measuring heads are moved apart from zero thickness and can also follow large changes in thickness. The movement of the measuring heads also enables the measurement of the thickness of successively displaceable and spaced plates, e.g. of chipboard, from a multi-level press, to verify the zero point between the successive boards. The relatively large-area image of the first raster on the workpiece surface makes it possible to avoid errors in the thickness measurement caused by the surface structure. The use of two measuring heads also makes it possible to measure the thickness or change in thickness of workpieces which vibrate through the device during the displacement.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen: An exemplary embodiment of the invention is described below with the aid of the figures. Show it:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Messkopfs, 1 is a schematic representation of a measuring head,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Intensität des durch das zweite optische Raster hindurchtretenden Lichts in Abhängigkeit von der Entfernung der Gegenstandsebene der zweiten optischen Einrichtung von der Oberfläche mit dem Bild des ersten optischen Rasters und 2 shows a graphic representation of the intensity of the light passing through the second optical raster as a function of the distance of the object plane of the second optical device from the surface with the image of the first optical raster and

Fig. 3 das Blockschema einer elektronischen Schaltung zum Steuern des Fahrwerks für den Messkopf und zum Auswerten des Fahrwegs. Fig. 3 shows the block diagram of an electronic circuit for controlling the chassis for the measuring head and for evaluating the route.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Messkopf 10, der über einem Messtisch 11, über den das zu messende Werkstück 12 verschoben wird, angeordnet ist. Der Messkopf enthält eine erste optische Einrichtung mit einer Lichtquelle 13, einem Kondensor 14 zum gleichmässigen Beleuchten eines ersten optischen Rasters 16 sowie einem Projektionsobjektiv 17. Der Messkopf enthält weiter eine zweite optische Einrichtung mit einem Fotoobjektiv 18, einem zweiten optischen Raster 19, einer Sammellinse 21 und einem opto-elektronischen Wandler 22. Die beiden optischen Raster können einfacherweise als Kreuzgitter ausgebildet sein, bei dem die Breite der Stege und der freie Abstand zwischen benachbarten Stegen gleich sind. Den beiden optischen Einrichtungen ist ein halbdurchlässiger Spiegel 23 zugeordnet, und die Brennweiten der einzelnen Linsen bzw. Linsensysteme, die Abmessungen und Form der beiden optischen Raster sowie die Abstände der Bauelemente voneinander sind derart gewählt, dass die Projektionsebene des ersten und die Gegenstandsebene des zweiten optischen Gitters ineinander liegen. Das hat zur Folge, dass beim scharfen Abbilden des projizierten Bilds 24 des ersten optischen Rasters 16 auf dem zweiten optischen Raster 19 praktisch kein Licht durch dieses zweite optische Raster hindurchtritt. 1 schematically shows a measuring head 10, which is arranged above a measuring table 11, over which the workpiece 12 to be measured is displaced. The measuring head contains a first optical device with a light source 13, a condenser 14 for uniformly illuminating a first optical raster 16 and a projection objective 17. The measuring head further contains a second optical device with a photo objective 18, a second optical raster 19, a converging lens 21 and an opto-electronic converter 22. The two optical grids can simply be designed as a cross grating in which the width of the webs and the free distance between adjacent webs are the same. A semitransparent mirror 23 is assigned to the two optical devices, and the focal lengths of the individual lenses or lens systems, the dimensions and shape of the two optical grids and the spacing of the components from one another are selected such that the projection plane of the first and the object plane of the second optical Lattices are in one another. As a result, when the projected image 24 of the first optical raster 16 is sharply imaged on the second optical raster 19, practically no light passes through this second optical raster.

Der Messkopf ist in vertikaler Richtung verfahrbar an einem Träger 26 befestigt. Zum Fahrwerk gehören ein Schrittmotor 27 mit einem Getriebe 28, das eine (nicht gezeigte) Schraubenmutter antreibt, die mit dem mindestens teilweise als Gewindespindel ausgebildeten Träger zusammenwirkt. Die beschriebenen Teile des Messkopfs sind in einem Gehäuse 29 möglichst staubdicht eingeschlossen, wozu im Bereich des Trägers Lederdichtungen 31, 32 und für die Projektion und Abbildung des ersten optischen Rasters eine transparente, planparallele Platte 33 vorgesehen ist. Die Mitte der Aussenfläche dieser Platte ist verspiegelt (34). The measuring head is fastened to a carrier 26 such that it can be moved in the vertical direction. The undercarriage includes a stepper motor 27 with a gear 28 which drives a screw nut (not shown) which interacts with the carrier which is at least partially designed as a threaded spindle. The described parts of the measuring head are enclosed as dust-tight as possible in a housing 29, for which purpose leather seals 31, 32 are provided in the region of the support and a transparent, plane-parallel plate 33 is provided for the projection and imaging of the first optical grid. The center of the outer surface of this plate is mirrored (34).

Der Messtisch 11 weist in der Verlängerung der optischen Achse, die der ersten und der zweiten optischen Einrichtung gemeinsam ist, eine Öffnung 36 auf, durch die ein Bild des ersten Rasters eines (nicht gezeigten) unter dem Messtisch angeordneten Messkopfs auf der unteren Oberfläche des Werkstücks erzeugt werden kann. The measuring table 11 has an opening 36 in the extension of the optical axis, which is common to the first and the second optical device, through which an image of the first raster of a measuring head (not shown) arranged under the measuring table on the lower surface of the workpiece can be generated.

Die Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die Intensität E des durch das zweite optische Raster 19 hindurchtretenden Lichts bzw. die Beleuchtungsstärke auf dem opto-elektronischen Wandler 22, in Abhängigkeit von der Entfernung 5 des Bilds 24 des ersten optischen Rasters 16 von der Projektionsebene der ersten bzw. der Gegenstandsebene der zweiten optischen Einrichtung. Wie jeder Fachmann sofort erkennt, ist bei der oben beschriebenen Anordnung der beiden optischen Einrichtungen die Beleuchtungsstärke E auf dem opto-elektronischen Wandler minimal, wenn das erste optische Raster 16 mit optimaler Schärfe auf eine Fläche projiziert und das dabei entstehende Bild 24 wieder mit optimaler Schärfe auf dem zweiten Raster 19 abgebildet wird, so dass das zwischen den Stegen des ersten Rasters hindurchtretende Licht auf die Stege des zweiten Rasters fällt. Diese optimale, scharfe Projektion und Abbildung werden erreicht, wenn der optische Abstand des Bilds 24 vom Projektionsobjektiv 17 gleich der Bildweite dieses Objektivs ist und wenn zugleich der optische Abstand des Bilds 24 vom Fotoobjektiv 18 gleich der Gegenstandsweite dieses letzteren Objektivs ist. Wenn der Abstand des Bilds 24 vom Projektionsobjektiv 17 kleiner oder grösser als dessen Bildweite ist, dann entsteht ein unscharfes Bild, dessen Helligkeitskontraste mit zunehmender Entfernung vom optimalen Abstand abnehmen. Bei der beschriebenen Anordnung bewirkt die Änderung des Bildabstands vom Projektionsobjektiv zugleich eine Änderung des Abstands zwischen dem Bild und dem Fotoobjektiv, was weiter zur Folge hat, dass das unscharfe Bild des ersten Rasters noch unschärfer auf dem zweiten Raster abgebildet und der Kontrast dort noch weiter verringert wird. Dann wird das zwischen den Stegen des ersten Rasters hindurchtretende Licht nicht mehr von den Stegen des zweiten Rasters aufgefangen, sondern fällt zwischen diesen hindurch auf den fotoelektrischen Wandler 22. Wegen der multiplikativen Wirkung der zweifachen Unschärfe verlaufen die beiden Äste der Kurve 37 unterhalb und oberhalb des Minimums bei D etwa parabelför-mig. FIG. 2 shows in a graphical representation the intensity E of the light passing through the second optical raster 19 or the illuminance on the optoelectronic converter 22, depending on the distance 5 of the image 24 of the first optical raster 16 from the projection plane the first or the object level of the second optical device. As any expert immediately recognizes, in the arrangement of the two optical devices described above, the illuminance E on the optoelectronic converter is minimal when the first optical raster 16 projects with optimum sharpness onto a surface and the resulting image 24 again with optimal sharpness is imaged on the second grid 19, so that the light passing between the webs of the first grid falls on the webs of the second grid. This optimal, sharp projection and imaging are achieved if the optical distance of the image 24 from the projection lens 17 is equal to the image width of this lens and if at the same time the optical distance of the image 24 from the photo lens 18 is equal to the object distance of this latter lens. If the distance of the image 24 from the projection lens 17 is smaller or larger than its image width, then an unsharp image is created, the brightness contrasts of which decrease with increasing distance from the optimal distance. In the arrangement described, the change in the image distance from the projection lens also causes a change in the distance between the image and the photo lens, which has the further consequence that the blurred image of the first raster is imaged even more blurry on the second raster and the contrast there is further reduced becomes. Then the light passing between the webs of the first grid is no longer caught by the webs of the second grid, but falls between them onto the photoelectric converter 22. Because of the multiplicative effect of the double blurring, the two branches of curve 37 run below and above the Minimums at D approximately parabolic.

Die Fig. 3 zeigt das vereinfachte Blockschema einer elek-tronsichen Schaltung zum Steuern der Fahrwerke der beiden Messköpfe und zum Berechnen der Werkstückdicke aus dem Fahrweg. Die Schaltung enthält zwei gleichartig aufgebaute Schaltkreise 41, 42, von denen jeder einem der Messköpfe zugeordnet ist, und einen Messkreis 43, der Steuersignale für die beiden Schaltkreise erzeugt und deren Ausgangssignale verwertet. Der einfachen Übersicht wegen sind nur die Baugruppen des einen der beiden Schaltkreise sowie des Messkreises gezeigt. 3 shows the simplified block diagram of an electronic circuit for controlling the trolleys of the two measuring heads and for calculating the workpiece thickness from the travel path. The circuit contains two similarly constructed circuits 41, 42, each of which is assigned to one of the measuring heads, and a measuring circuit 43 which generates control signals for the two circuits and uses their output signals. For the sake of a simple overview, only the components of one of the two circuits and the measuring circuit are shown.

Jeder der beiden gleichartig aufgebauten Schaltkreise enthält einen Eingangsverstärker 44, der mit dem Ausgang des zu5 Each of the two circuits constructed in the same way contains an input amplifier 44 which is connected to the output of the zu5

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geordneten fotoelektrischen Wandlers 22 verbunden ist. Vom Eingangsverstärker führt eine Leitung zu einer Sample-and-Hold-Schaltung 46, deren Ausgangssignal positiv ist, wenn das analoge Eingangssignal grösser wird, und negativ ist, wenn das Eingangssignal kleiner wird. Der Ausgang dieser Schaltung ist mit einem ersten Eingang eines Signalgenerators 47 verbunden, dessen Ausgangssignale als Antriebsimpulse für den Schrittmotor 27 verwendet werden, der den Messkopf längs des Trägers 26 verschiebt. Der Messkreis 43 enthält einen Oszillator 48, dessen Ausgang an einen zweiten Eingang des Signalgenerators 47 in jedem der beiden Schaltkreise 41, 42 geführt ist. Weiter sind im Messkreis zwei Zähler 49, 51 vorgesehen, deren Eingänge mit dem Ausgang der zugeordneten Signalgeneratoren in den Schaltkreisen verbunden sind. Der Ausgang jedes der beiden Zähler ist an einen Eingang eines Addierwerks 52 geführt, dessen Ausgang mit einer Anzeigeeinrichtung 53 verbunden ist. Der Messkreis enthält auch eine Steuerschaltung 54, mit der der Signalgenerator 47 direkt, d.h. mit einem eingespeicherten Programm oder mit manuell eingegebenen Signalen, beeinflusst werden kann. ordered photoelectric converter 22 is connected. A line leads from the input amplifier to a sample-and-hold circuit 46, the output signal of which is positive when the analog input signal becomes larger and is negative when the input signal becomes smaller. The output of this circuit is connected to a first input of a signal generator 47, the output signals of which are used as drive pulses for the stepper motor 27, which displaces the measuring head along the carrier 26. The measuring circuit 43 contains an oscillator 48, the output of which is led to a second input of the signal generator 47 in each of the two circuits 41, 42. Furthermore, two counters 49, 51 are provided in the measuring circuit, the inputs of which are connected to the output of the assigned signal generators in the circuits. The output of each of the two counters is led to an input of an adder 52, the output of which is connected to a display device 53. The measuring circuit also contains a control circuit 54 with which the signal generator 47 directly, i.e. can be influenced with a stored program or with manually entered signals.

Beim Betrieb der beschriebenen Vorrichtung wird davon ausgegangen, dass die Bild- und die Gegenstandsweite der ersten bzw. zweiten optischen Einrichtung bekannt sind, dass die Bild- und die Gegenstandsebene ineinanderliegen und der Abstand dieser gemeinsamen Ebene von dem Spiegel 34 auf der Abdeckplatte 33 bekannt ist. Weiter sind die Steigung der Gewindespindel am Träger 26, die Untersetzung des Getriebes 28 und der Drehwinkel für jeden Schritt des Schrittmotors 27 und darum die jedem Schritt entsprechende Verschiebung des Messkopfs längs des Trägers bekannt. When operating the device described, it is assumed that the image and the object width of the first and second optical device are known, that the image and the object plane lie in one another and the distance of this common plane from the mirror 34 on the cover plate 33 is known . Furthermore, the pitch of the threaded spindle on the carrier 26, the reduction of the gear 28 and the angle of rotation for each step of the stepping motor 27 and therefore the displacement of the measuring head along the carrier corresponding to each step are known.

Weil die mechanische Aufhängung des Messkopfs relativ zum Messtisch durch äussere Einflüsse und beispielsweise Vibrationen oder mechanische Dilatation Änderungen erleiden können, die grösser sind als die angestrebte Messgenauigkeit und auch die Einstellung der elektronischen Komponenten nicht absolut stabil ist, wird vorzugsweise vor jeder Inbetriebnahme der Vorrichtung die Nulleinstellung kontrolliert. Dazu wird der Signalgenerator 47 jedes Schaltkreises durch Befehle vom Steuerschalter 54 zum Erzeugen von Antriebsimpulsen für den zuge-ordenten Schrittmotor 27 erregt, wobei die Impulse eine Polarität aufweisen, derzufolge die Drehung des Schrittmotors den Messkopf in Richtung auf den Messtisch verschiebt. Die beiden Messköpfe fahren dann gegeneinander, bis der Spiegel 34 auf der Abdeckplatte 33 des einen Messkopfs das Licht der ersten optischen Einrichtung des anderen Messkopfs in die zweite optische Einrichtung dieses anderen Messkopfs reflektiert. Mit zunehmender gegenseitiger Näherung der beiden Messköpfe beginnt sich auf dem Spiegel der Abdeckplatte jedes einen Messkopfs das Bild des Rasters in der ersten optischen Einrichtung jedes anderen Messkopfs abzubilden, wobei die Schärfe des Bilds und damit der Verlauf der von der Spiegelfläche bewirkten Beleuchtungsstärke auf dem fotoelektronischen Wandler des anderen Messkopfs der Kurve 37 in Fig. 2 entspricht. Das Ausgangssignal des opto-elektronischen Wandlers ist (mindestens im Bereich des Minimums der Kurve 37) der Beleuchtungsstärke E proportional und wird nach Verstärkung im Verstärker 44 in der Sample-and-Hold-Schaltung 46 auf die Richtung seiner Änderung getastet. Am Ausgang dieser Sample-and-Hold-Schaltung erscheint dann ein digitales Signal, dessen Polarität oder Eins- oder Null-Signal anzeigt, ob das Ausgangssignal des fotoelektronischen Wandlers bzw. dessen Beleuchtungsstärke zu- oder abnimmt. Das digitale Signal bestimmt die Polarität der vom Signalgenerator erzeugten Antriebsimpulse und damit die Drehrichtung des Schrittmotors. Because the mechanical suspension of the measuring head relative to the measuring table can undergo changes that are greater than the desired measurement accuracy and the setting of the electronic components is not absolutely stable due to external influences and, for example, vibrations or mechanical dilatation, the zero setting is preferably made before each start-up of the device controlled. For this purpose, the signal generator 47 of each circuit is excited by commands from the control switch 54 to generate drive pulses for the associated stepper motor 27, the pulses having a polarity, as a result of which the rotation of the stepper motor moves the measuring head in the direction of the measuring table. The two measuring heads then move against each other until the mirror 34 on the cover plate 33 of one measuring head reflects the light from the first optical device of the other measuring head into the second optical device of this other measuring head. With increasing mutual approximation of the two measuring heads, the image of the raster in the first optical device of each other measuring head begins to appear on the mirror of the cover plate of each measuring head, the sharpness of the image and thus the course of the illuminance caused by the mirror surface on the photoelectronic transducer of the other measuring head corresponds to curve 37 in FIG. 2. The output signal of the optoelectronic converter is proportional (at least in the region of the minimum of curve 37) to the illuminance E and, after amplification in the amplifier 44, is sampled in the sample-and-hold circuit 46 for the direction of its change. A digital signal then appears at the output of this sample-and-hold circuit, the polarity or one or zero signal of which indicates whether the output signal of the photoelectronic converter or its illuminance is increasing or decreasing. The digital signal determines the polarity of the drive pulses generated by the signal generator and thus the direction of rotation of the stepper motor.

Bei der beschriebenen Anordnung fahren die beiden Messköpfe aufeinander zu, bis der Spiegel jedes Messkopfs in der Bildebene des anderen Messkopfs liegt. Der Signalgenerator 47 ist derart programmiert, dass er die Messköpfe um mindestens einen Schritt ihrer Schrittmotoren in der ursprünglichen Fahrrichtung weiter verfährt (z.B. in Fig. 2 über den Abstand D hinaus zum Abstand D' ), was gemäss den obigen Ausführungen die Polarisation der Antriebsimpulse umkehrt und eine Verschiebung des Messkopfs wieder um mindestens einen Schaltschritt in entgegengesetzter Richtung über den optimalen Abstand hinaus bewirkt (z.B. in Fig. 2 zum Abstand D"). Auf diese Weise pendelt der Messkopf mit der Frequenz der Antriebsimpulse um den optimalen Messabstand, wobei die beim Pendeln durchfahrene Strecke dem Weg entspricht, um den der Messkopf von zwei Schaltschritten des Schrittmotors verfahren wird. Zugleich werden die beiden Zähler 49, 51 auf einen Wert eingestellt, der der Anzahl Motorschritte entspricht, die zum Durchfahren der Strecke zwischen dem Spiegel auf der Abdeckplatte und der Bildebene benötigt werden. In the arrangement described, the two measuring heads move towards each other until the mirror of each measuring head lies in the image plane of the other measuring head. The signal generator 47 is programmed in such a way that it moves the measuring heads further by at least one step of their stepper motors in the original direction of travel (for example in Fig. 2 beyond the distance D to the distance D '), which reverses the polarization of the drive pulses according to the above statements and a displacement of the measuring head again by at least one switching step in the opposite direction beyond the optimum distance (for example in FIG. 2 to the distance D "). In this way, the measuring head oscillates with the frequency of the drive pulses by the optimal measuring distance, the at Commuting distance corresponds to the distance by which the measuring head is moved by two switching steps of the stepper motor. At the same time, the two counters 49, 51 are set to a value which corresponds to the number of motor steps which are necessary to travel the distance between the mirror on the cover plate and the image plane are required.

Nach dieser Kontrolle der Nullstellung der Vorrichtung werden die beiden Messköpfe beim Einschieben eines Werkstücks wieder auseinander gefahren, bis das Bild des Rasters der ersten optischen Einrichtung jedes Messkopfs auf der zugeordneten Oberfläche des Werkstücks erscheint und, wie bereits beschrieben, das Raster der zweiten optischen Einrichtung bzw. den dahinter angeordneten opto-elektronischen Wandler beleuchtet. Sobald der Messkopf in eine Position gefahren ist, in der das Bild 24 optimal auf dem zweiten Raster 19 abgebildet ist, wird das Verfahren des Messkopfs in einer Richtung weg vom Werkstück unterbrochen, und es folgt das beschriebene Pendeln um den optimalen Abstand. Die das Verfahren des Messkopfs bewirkenden Antriebsimpulse werden in den zugeordneten Zähler eingezählt, dessen voreingestellter Wert Null zurückgezählt ist, wenn die Bildebenen der beiden Messköpfe ineinander liegen. Die Inhalte der beiden Zähler 49, 51 werden in der Summierschaltung 52 summiert und die Gesamtzahl der Antriebsimpulse in Längeneinheiten umgerechnet und mit der Anzeigeeinrichtung 53 angezeigt. After checking the zero position of the device, the two measuring heads are moved apart again when a workpiece is inserted until the image of the grid of the first optical device of each measuring head appears on the assigned surface of the workpiece and, as already described, the grid of the second optical device or illuminates the opto-electronic converter arranged behind it. As soon as the measuring head has moved into a position in which the image 24 is optimally imaged on the second grid 19, the movement of the measuring head is interrupted in a direction away from the workpiece, and the described oscillation by the optimal distance follows. The drive pulses which cause the measuring head to be moved are counted into the assigned counter, the preset value of which is counted back to zero when the image planes of the two measuring heads lie one inside the other. The contents of the two counters 49, 51 are summed in the summing circuit 52 and the total number of drive pulses is converted into length units and displayed with the display device 53.

Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform der Vorrichtung wurden die Schrittmotoren in den beiden Messköpfen mit einer Frequenz von 10 kHz erregt, und die Untersetzung des Getriebes sowie die Steigung der Gewindespindel waren derart gewählt, dass jeder Messkopf bei jedem Schritt des Schrittmotors um 0,01 mm verschoben wurde. Damit der vom optoelektronischen Wandler, dem Schaltkreis mit dem Schrittmotor und den beiden optischen Einrichtungen jedes Messkopfs gebildete Regelkreis auch bei einer sprunghaften Änderung der Dicke, beispielsweise einem Riss im Werkstück, den Istwert nicht verliert, wurde die vorstehend beschriebene, sehr vereinfachte Schaltung etwas abgeändert. Bei dieser abgeänderten Schaltung wurde die Polarisierung der vom Signalgenerator erzeugten Antriebsimpulse für den Schrittmotor nicht gleichzeitig mit einer Änderung des Ausgangssignals der Sample-and-Hold-Schaltung geändert, sondern mit einer Verzögerung von 100 Impulsen. Auf diese Weise wurde die Pendelung des Messkopfs um den Istwert auf ± 1 mm vergrössert und damit das Erfassen sprunghafter Istwertänderungen ermöglicht. Die Bestimmung des Istwerts erfolgte jeweils bei der Änderung des Ausgangssignals der Sample-and-Hold-Schaltung, d.h. bei einem Werkstück mit praktisch konstanter Dicke, mit zeitlichen Abständen von 100 Impulsen oder 0,02 sec. Die Messgenauigkeit betrug ± 0,01 mm. In a tried and tested embodiment of the device, the stepper motors in the two measuring heads were excited with a frequency of 10 kHz, and the reduction of the gear and the pitch of the threaded spindle were chosen such that each measuring head was shifted by 0.01 mm with each step of the stepping motor has been. So that the control circuit formed by the optoelectronic converter, the circuit with the stepper motor and the two optical devices of each measuring head does not lose the actual value even in the event of a sudden change in the thickness, for example a crack in the workpiece, the very simplified circuit described above has been slightly modified. In this modified circuit, the polarization of the drive pulses generated by the signal generator for the stepper motor was not changed at the same time as a change in the output signal of the sample-and-hold circuit, but with a delay of 100 pulses. In this way, the oscillation of the measuring head by the actual value was increased to ± 1 mm, thus making it possible to detect sudden changes in the actual value. The actual value was determined each time the output signal of the sample-and-hold circuit changed, i.e. for a workpiece with a practically constant thickness, with intervals of 100 pulses or 0.02 sec. The measuring accuracy was ± 0.01 mm.

Es versteht sich, dass die beschriebene Vorrichtung auf vielerlei Weisen abgeändert und an spezielle Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Beispielsweise kann die räumliche Anordnung der beiden optischen Einrichtungen im Messkopf ohne Nachteil gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Anordnung umgekehrt werden. Anstelle der als optische Raster beschriebenen Kreuzgitter können beliebige andere Raster verwendet werden. Weiter kann das Raster in der zweiten optischen Einrichtung derart plaziert werden, dass beim scharfen Abbilden des Bilds des Rasters der ersten optischen Einrichtung auf dem Raster It is understood that the device described can be modified in many ways and adapted to special operating conditions. For example, the spatial arrangement of the two optical devices in the measuring head can be reversed without disadvantage compared to the arrangement shown in FIG. 1. Instead of the cross grating described as an optical grid, any other grid can be used. Furthermore, the grid can be placed in the second optical device in such a way that when the image of the grid of the first optical device is sharply imaged on the grid

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

667 151 667 151

der zweiten optischen Einrichtung der opto-elektronische Wandler nicht vollständig abgedunkelt, sondern maximal beleuchtet wird. Dann verläuft die Kurve der Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Werkstückdicke spiegelbildlich zur Kurve 37 in Fig. 2, und die Linie D schneidet diese Kurve nicht im Minimum, sondern im Maximum. the second optical device, the optoelectronic converter is not completely darkened, but is illuminated to the maximum. Then the curve of the illuminance as a function of the workpiece thickness is a mirror image of the curve 37 in FIG. 2, and the line D intersects this curve not at the minimum but at the maximum.

Es versteht sich weiter, dass auch die Einrichtung zum Verfahren des Messkopfs anders als beschrieben ausgebildet werden kann. Beispielsweise ist es möglich, anstelle einer Mutter und einer Gewindespindel ein Zahnrad und eine Zahnstange oder noch einfacher einen Keilriemen zu verwenden, der am Träger befestigt ist und mit dem ein Pulley des Getriebes in Eingriff steht. It is further understood that the device for moving the measuring head can also be designed differently than described. For example, instead of a nut and a threaded spindle, it is possible to use a toothed wheel and a toothed rack or, more simply, a V-belt which is fastened to the carrier and with which a pulley of the transmission is engaged.

Die nur schematisch gezeigten und beschriebenen Schaltkreise sowie der Steuerkreis können mit handelsüblichen Bauelementen realisiert werden. Vorzugsweise ist das Addierwerk so ausgebildet, dass es nicht nur die Summe der Wege der beiden Messköpfe und daraus die Dicke des Werkstücks berechnet, sondern auch feststellt, ob nur ein Messkopf oder beide Messköpfe in der gleichen Richtung oder gegeneinander verfahren werden. Auf diese Weise können Dickenänderungen von Verwerfungen bei konstanter Dicke und die Richtung der Verwerfung unterschieden werden. Die Auswahl der für vorgegebene Betriebsbedingungen am besten geeigneten Bauelemente hegt im Bereich fachmännischen Könnens, ebenso wie die Anpassung der Schaltkreise an solche Bedingungen, weshalb auf eine de-5 taillierte Beschreibung hier ausdrücklich verzichtet wird. The circuits shown and described only schematically and the control circuit can be implemented using commercially available components. The adder is preferably designed such that it not only calculates the sum of the paths of the two measuring heads and the thickness of the workpiece from them, but also determines whether only one measuring head or both measuring heads are moved in the same direction or against one another. In this way, changes in thickness can be distinguished from faults at constant thickness and the direction of the fault. The selection of the most suitable components for the given operating conditions is within the skill of the art, as is the adaptation of the circuits to such conditions, which is why a detailed description is expressly omitted here.

Schliesslich sei noch vermerkt, dass beim Messen der Dicke von Werkstücken, die voneinander beabstandet zwischen den Messköpfen verschoben werden, dieser Abstand genutzt wird, um die Messköpfe zusammenzufahren und die Nullstellung zu io kontrollieren. Um den dafür erforderlichen Weg zu verkürzen, kann für die Nulleinstellung anstelle der beschriebenen teilweisen Verspiegelung der transparenten Abdeckplatte eine vorzugsweise verspiegelte und von dër Abdeckplatte beabstandete, d.h. näher zum gegenüberliegenden Messkopf angeordnete Platte 15 verwendet werden. Schliesslich sei noch erwähnt, dass die Vorrichtung auch in relativ staubiger Umgebung zuverlässig arbeitet, weil beim Verschmutzen der Abdeckplatte oder anderer optischer Bauelemente bzw. bei Werkstücken mit einer optisch ungünstigen Oberfläche die in Fig. 2 gezeigte Kurve für die Be-20 leuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Werkstückdichte nur in Richtung der Ordinate verschoben wird, was durch entsprechende Einstellung der elektronischen Kreise ausgeglichen werden kann. Finally, it should be noted that when measuring the thickness of workpieces that are moved apart from one another between the measuring heads, this distance is used to move the measuring heads together and check the zero position to OK. In order to shorten the path required for this, instead of the described partial mirroring of the transparent cover plate, a preferably mirrored and spaced apart from the cover plate, i.e. plate 15 arranged closer to the opposite measuring head can be used. Finally, it should also be mentioned that the device also works reliably in a relatively dusty environment, because when the cover plate or other optical components are soiled or in the case of workpieces with an optically unfavorable surface, the curve shown in FIG. 2 for the illuminance as a function of the workpiece density is only shifted in the direction of the ordinate, which can be compensated for by adjusting the electronic circles accordingly.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

667 151

1. Device for continuously measuring the thickness of a longitudinally displaceable plate-shaped or strand-shaped workpiece, comprising two measuring heads, which are arranged above or below the displacement path and have optical devices for increasing the distance between the measuring head and the adjacent workpiece surface determine, as well as an electronic circuit that calculates at least the deviation of the workpiece thickness from the nominal thickness value from the two distance determinations, characterized in that each measuring head (10) can be moved perpendicular to the plane of the workpiece (12) and a carriage (27, 28) provided for this purpose and a first optical device (13, 14, 16, 17) which projects the image (24) of a first optical raster (16) onto a surface outside the measuring button, and a second optical device (18, 19, 21 ) which image the image of the first optical raster on the surface on a second optical raster of the same type (19) det, and an optoelectronic component (22) arranged in the light path behind the second optical grid, which generates an output signal corresponding to the light passing through the second optical grid, and in that the electronic circuit (41) with the undercarriage (27 , 28), the two optical devices and the opto-electronic component of each measuring head each form a control circuit which controls the method of each measuring head in such a way that the output signal of the opto-electronic component reaches or fluctuates around a minimum or maximum value and from the sum of the Travel paths of the two measuring heads calculated the thickness of the workpiece.

2. Device according to claim 1, characterized in that the electronic circuit (41) assigned to each measuring head contains an input amplifier (44), a sample-and-hold circuit (46) and a signal generator (47), which drive pulses for a stepper motor (27), and a counter (49), which counts the drive pulses taking into account their polarity, and an adder (52), which calculates the thickness of the workpiece from the contents of the counters assigned to the two measuring heads.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to claim 2, characterized in that an oscillator (48) is provided which determines the frequency of the drive pulses generated by the signal generator (47) and the sample-and-hold circuit (46) determines the polarity of these drive pulses.

4. The device according to claim 2, characterized in that a control switch (54) is further provided to control the signal generator (47) primarily manually or according to a program.

5. The device according to claim 4, characterized in that the control switch (54) delays the action of the sample-and-hold circuit (46) on the polarity of the drive pulses by an adjustable number of pulses.

6. The device according to claim 1, characterized in that for the direct determination of the thickness zero on each measuring head a reflector is arranged, the reflecting surface (34) facing the other measuring head lies in the image plane of the first optical device of this other measuring head.

7. The device according to claim 1, characterized in that a reflective region (34) is applied to the indirect determination of the thickness zero on the outer surface of a cover plate (33) of each measuring head.

8. The device according to claim 2, characterized in that each step motor (27) for moving the measuring heads cooperates with a screwed onto a threaded spindle nut or a gear wheel encircling a rack or a pulley leading a V-belt.