DD221545A1

DD221545A1 - Schaltungsanordnung fuer die beruehrungslose messung von prueflingen

Info

Publication number: DD221545A1
Application number: DD25730583A
Authority: DD
Inventors: Roland Scholz
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-11-30
Filing date: 1983-11-30
Publication date: 1985-04-24

Abstract

Schaltungsanordnung fuer die beruehrungslose Messung von Prueflingen, wobei sowohl der Abstand der Aussenkonturen von transparenten sowie von komplizierten nichttransparenten Prueflingen zueinander bestimmt als auch eine Positionserkennung derselben bei Verwendung einer Fotosensoranordnung, deren Bildinhalt als binarisierte Bildinformation zur Verfuegung steht, und dem Schattenprojektionsverfahren vorgenommen werden kann. Das vorliegende Videosignal der Fotosensoranordnung wird einerseits einem Diskriminator und andererseits einer schnell arbeitenden Speichereinrichtung zugefuehrt. Der Diskriminator steuert eine Torschaltung, wobei der erste Hell-Dunkel-Uebergang die Schliessung des Tores bewirkt. Der Torschaltung nachgeschaltet ist ein Bildpunktzaehler, der die bis zum Erscheinen des ersten Hell-Dunkel-Uebergangs die Torschaltung passierenden Bildpunktimpulse zaehlt. Nach dem Ende einer Zeilendauer wird die Speichereinrichtung gegensinnig zur Eingabe ausgelesen und die Ausleseimpulse dem Diskriminator und der Torschaltung ueber eine Oder-Schaltung zugefuehrt, wodurch der Bildpunktzaehler seinen Stand um die Anzahl der Bildpunkte der gegenueberliegenden Fotosensorseite, die hell beleuchtet sind, veraendert. Fig. 1

Description

Titel:

Schaltungsanordnung· für die berührungslose Messung von Prüflingen

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung ist geeignet für das Yermessen des Abstandes der Außenkonturen von transparenten und komplizierten nichttransparenten Prüflingen zueinander sowie zur Positionserkennung derselben.

Sie kann somit in der Glasrohre sowie Halbzeug- und Endprodukt für Lichtleiter herstellenden Industrie sowie bei Industrierobot em zum Einsatz kommen,,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Für die Messung von Glasrohren v/erden in neueren Geräten, wie z.B. der Zygo Corporation/USA, spezielle Mikrocomputer für die Signalverarbeitung bei der Ermittlung der Durchmesser unter Ausnutzung des Schattenprojektionsverfahrens eingesetzt»

Es sind auch Meßverfahren bekannt, bei denen der zu messende Körper durch eine Lichtquelle auf einen mit HeIl-Dunkelmarkierungen versehenen Mikrometerstab abgebildet und die

IQ nicht verdeckten Hell-Dunkelmarkierungen von einer Fotozelle durch mechanisches Hin- und Herbewegen eines Spiegels abgetastet und die erzeugten Impulse gezählt und- angezeigt werden (DE-OS 2046518).

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Es ist auch bekannt, einen zu messenden Körper auf einer mit Hell-Dunkelmarkierungen versehenen Matrix, die von einer Fernsehkamera abgetastet wird abzubilden (DE-OS 2211343) oder eine Fernsehkamera direkt zum Auszählen der abgedunkelten Bildzelle und somit zur Durchmesserbestimmung h'.eranzuziehen. Alle genannten Verfahren weisen bei hoher Zuverlässigkeit und hoher Yerarbeitungsgeschwindigkeit einen hohen Kostenaufwand, bei geringen Kosten und geringem Sehaltungsaufwand, eine geringe Zuverlässigkeit auf,

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es, mit möglichst geringem Schaltungsaufwand ein kostengünstiges, zuverlässiges, mit hoher Geschwindigkeit arbeitendes berührungsloses Meßverfahren sowohl zum Vermessen des Abstandes der Außenkonturen von transparenten oder komplizierten nichttransparenten Prüflingen zueinander sowie zur Positionserkennung derselben zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfache Schaltungsanordnung für die berührungslose Messung des Ab— Standes der Außenkonturen von transparenten oder komplizierten nichttransparenten Prüflingen zueinander sowie zur Positionserkennung derselben unter Verwendung einer Einfach— sensoranordnung und dem Schattenprojektionsverfahren zu schaffen, wobei die elektronische Signalverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit arbeitet, die

auswertende bzw· signalverarbeitende Elektronik keine zusätzlichen Meßunsicherheiten bringt und zur Steuerung der Schaltungsanordnung systemeigene Signale verwendet werden«

Die Aufgabe löst eine Schaltungsanordnung, die einer Anordnung nachgeschaltet ist, bei der entlang einer- optischen Achse nacheinander eine Strahlungsquelle, ein Kollimator, ein Prüfling, ein Objektiv, eine telezentrische Blende und eine zeilen- oder flächenhaft aufgebaute Fotosensoranordnung vorgesehen sind und die Bildinhalte der Fotosensoranordnung als binarisierte Bildinformation in einem Videosignal fyjDgQ vorliegen, und das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung einem Bildpunkt zähler zugeführt wird, erfindungsgemäß dadurch, daß eine Startsignallogik zum Bilden eines zeitlich mit dem ersten Bildimpuls übereinstimmenden Impulses aus einem systemeigenen Signal f mit dem Setz-Eingang eines ersten Flip-Flop verbunden ist, daß der Ausgang des ersten Flip-Flop mit dem Eingang einer ersten Torschaltung, an deren zweitem Eingang ein mit dem Videosignal gleichfrequenter synchronisierter Taktimpuls f^ . anliegt, in Verbindung steht und der Ausgang der ersten Torschaltung zum Vorwärtszähleingang eines Vor-/Rüokwärtszählers führt, dessen Adressausgänge mit einem ersten Dekoder zum Erkennen der höchstv/ertigsten Adresse, mit einem zweiten Dekoder zum Erkennen der niedrigwert igst en Adresse sowie mit den Adresseingängen eines Schreib—Lese-Speichers verbunden sind, daß das Ausgangssignal des ersten Dekoders an den Rücksetzeingang des ersten und den Setzeingang eines zweiten Flip-Flop und das Ausgangssignal des zweiten Dekoders an den Rücksetz— eingang des zweiten Flip-Flop und an. einen Diskriminator führt, wobei der Ausgang des zweiten Flip-Flop mit dem Eingang einer zweiten Torschaltung verbunden ist, deren zweiter Eingang mit dem Taktimpuls f-n/up gekoppelt ist und deren Ausgang an den Rückwärtszähleingang des Vor-/Rückwärtszählers führt, daß der erste Dekoder mit dem Eingang für den.

Betriebszustand für den Schreib-Lese-Speicher in Verbindung steht und daß das Videosignal £γτ-η_Ε0 zum Dateneingang des Schreib—Lese-Speichers und zu einem Eingang einer Oder-Schaltung führt, der Datenausgang des Schreib-Lese-Speichers mit einem zweitens Eingang der Oder-Schaltung verbunden ist, der Ausgang der Oder-Schaltung und das systemeigene Signal f Eingangssignale des Diskriminator bilden und der Ausgang des Diskriminators sowie der Ausgang der Oder-Schaltung mit den Eingängen einer dritten, mit dem Bildpunkt zähler gekoppelten, Torschaltung verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet in Verbindung mit der linien- oder flächenhaften Foiosensoranordnung, die zeilenweise auslesbar ist und deren Bildinhalt in zeitlich diskontinuierlicher Form zur Verfugung steht oder in eine solche Form umwandelbar ist.

Die in einer solchen Form zur Verfügung, stehenden Bildinhalte werden in binarisierter Form im Videosignal fyj_DEo ^der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zugeführt. Das vorliegende Videosignal wird einerseits einer Diskriminatorschaltung und andererseits einer schnell arbeitenden Speichereinrichtung (RAM) zugeführt. Die Diskriminatorschaltung steuert wiederum eine Torschaltung, die mit dem Bildpunktzähler verbunden ist, wobei der erste Hell-Dunkeltlbergang die Schließung des Tores bewirkt.

Der Bildpunktzähler zählt die bis zum Zeitpunkt des Erscheinens des ersten HeIl-Dunkel-Übergangs die Torschaltung passierenden Bildpunktimpulse, Nach dem Ende einer Zeilendauer wird die Speichereinrichtung gegensinnig zur Eingabe ausgelesen und die Information dem Diskriminator und der Torschaltung über eine Oder-Schaltung zugeführt. Der Bildpunktzähler verändert seinen Stand um die Anzahl der Bildpunkte der gegenüberliegenden Seite der Fotosensoranordnung, die hell beleuchtet sind» Notwendig für dieses Arbeitsverfahren ist die Verlängerung der Zeilenabtastdauer um die Speicherauslesedauer.

Ausführungsbeispiel; ' . .

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung

2 zeigt eine optische Anordnung mit einer Foto— sensoranordnung für das Schattenprojektionsverfahren

Figo 3 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung insbesondere für die Messung der Lageerkennung

Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für die gleichzeitige Erfassung des Abstandes der Außenkonturen und der Lage des Prüflings.

Die erfindungsgemäße Anordnung kommt in Verbindung mit dem Schattenprojektionsverfahren zur Anwendung, welches in der Zusammenstellung der Elemente Strahlungsquelle 1, Kollimator 2 , Meßobjekt 3 , Objektiv 4, telezentrisch^ Blende 5, Fotosensoranordnung 6, die entlang einer optischen Achse 7 angeordnet sind, besteht (Fig.2).

Die Fotosensoranordnung 6 ist zeilen- oder flächenhaft aufgebaut« Dies trifft z.B. für CCD-Zeilen, CCD-Matrixen, Fernsehkameras, zeilen- oder flächenhaft angeordneten diskreten optoelektronischen Empfängerbaueleraenten zu, Die Bildpunktinhalte müssen in zeitlich diskontinuierlicher Form entsprechend der Reihenfolge ihrer geometrischen Anordnung (zeilenweise nacheinander für flächenhafte Anordnungen) einer nicht dargestellten Triggerschaltung zugeführt werden. Die nunmehr binarisierte Bildinformation v/ird in Form des Videosignals fyjjjgQ der erfindungsgemäßen Anordnung zugeführt

Die erfindungsgemäße Anordnung ist v/ie folgt aufgebaut:

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Der Ausgang einer Startsignallogik 8, an deren Eingang das systemeigene Signal f anliegt, ist mit dem Setz-Eingang eines Flip-Flop 9 verbunden. Der Ausgang des Flip-Flop 9 führt an einen Eingang einer Torschaltung 10, an deren zweitem Eingang ein Taktimpuls fj^/p^ anliegt. Der Ausgang der Torschaltung 10 ist mit dem Vorwärtszähl eingang C eines Tor- Rückwärtszählers 11 gekoppelt, dessen Adressausgänge A mit einem Dekoder 12 und einem Dekoder 16 sowie mit den Adresseingängen A eines Sohreib-Lese-Speichers 13 verbunden sind· Das Ausgangssignal des Dekoders 12 führt an den Rücksetzeingang des Flip-Flop 9 und an den Setzeingang eines Flip-Flop 14, das Ausgangssignal des Dekoders 16 führt an den Rücksetzeingang des Flip-Flop 14 und an einen Diskriminator 18 . Der Ausgang des Flip-Flop 14 ist mit einen Eingang einer Torschaltung 15 verbunden, an den zweiten Eingang der Torschaltung 15 führt der Taktimpuls ^DATA.* Der Ausgang der Torschaltung 15 ist mit dem Rückwärts zähl eingang C_R des Vor-Rückwärtszählers 11 gekoppelt. Desweiteren steht der Dekoder 12 mit dem Eingang für den Betriebszustand des Schreib-Lese-Speichers 13 in Verbindung. -An den Dateneingang des Schreib-Lese-Speichers führt das Videosignal ίγτ^^η ' ^Ei&^e dem Schreib-Lese-Speicher 13 nachgeschaltete Oder-Schaltung 17 ist mit dem Videosignal fyr-QgQ ^{und dem} -Ausgangs signal des Schreib-Lese-Speichers 13 belegt, der Ausgang der Oder-Schaltung 17 und das systemeigene Signal f führen an Eingänge des Diskriminator 18 . Der Ausgang des Diskriminators 18 sowie der Ausgang der Oder-Schaltung 17 sind mit den Eingängen einer Oder-Schaltung 19 verbunden, deren Ausgang mit einem Bildpunktzähler verbunden ist» Die Startsignallogik 8 bildet einen Impuls aus einem systemeigenen Signal (z. B_e Vertikal- oder

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Horizontalsynchronimpuls bei Fernsehsystemen oder "fx" bei CCD-Zeilen), welcher zeitlich mit dem ersten Bildimpuls zusammenfällt. Dieser Start impuls setzt den Flip-Flop 9 und öffnet somit das Tor 10 .

Ein mit dem Yideotakt gleichfreq.uenter sowie synchronisierter Takt "fTw\m/\" gelangt über das Tor 10 zum Yor-/Rückwärtszähler 11 an den Vorwärtszähleingang C . Der Zähler 11 bildet die Adressen für den Schreib—Lese-Speicher 13 , wobei der Adressenumfang von der Anzahl der Bildpunkte pro Zeile abhängt. Mit Erreichen der höchstwertigsten Adresse bildet die Dekodierschaltung 12 ein Signal zum Rücksetzen des Flip-Flop 9 und zum Setzen des Flip-Flop 14 . "^tuta" g^⁹-¹¹^ somit zum Rückwärtszähleingang C_R des Zählers 11 .

Gleichzeitig wird der statische Schreib-Lese-Speicher zur Ausgabe seiner Daten aktiviert. Die Ausgabe der Daten erfolgt gegenläufig zur Eingabe, d»h, das erste ausgegebene Bit entspricht dem letzten Bildpunkt einer Zeile der Fotosensoranordnunge Ist das niederwertigste Bit des Adressumfanges erreicht, erzeugt eine Dekodierschaltung 16 ein Signal zum Rücksetzen des Flip-Flop 14 und somit zur Sperrung der Torschaltung 15 .

Die Erkennung der nieder- und höchstwertigen Bit's des Adressumfanges wird durch Dekodierung der Adressen oder durch Verwendung der Übertragsimpulse moderner Zählerschaltkreise ermöglicht. Eine Diskriminatorschaltung 18 bildet ein Steuersignal zum Schließen des Tores 19 beim Erscheinen des ersten Hell-Dunkel-tJberganges. Gesteuert wird die Diskriminatorschaltung 18 durch das systemeigene Startsignal f sowie durch Signale der Dekodierschaltung 12 oder 16.

Für die meßteohnische Erfassung yon Durchmessern, Längen und Breiten, Abständen u.a. ist es sinnvoll, beide Impulsfolgen, d.h. die in Richtung der geometrischen Anordnung der einzelnen Bildpunkte eingegebene Impulsfolge wie die gegensinnige über eine Oder-Schältung 17, ' die Diskriminatorschaltung 18 und eine Torschaltung 19 einem Bildpunktzähler zuzuführen (Fig.1).

Zur Lageerkennung"ist es vorteilhafter, die beiden Signalfolgen zwei voneinander unabhängig arbeitenden Bildpunktzählern zuzuführen (Fig*3)·

Somit wird die Verwendung von zwei Bezugspunkten ermöglicht, um ein optimales Montage- oder Fügespiel auch für transparente bzw· komplizierte nichtransparente Prüflinge einzustellen,, Mitunter ist es vorteilhaft, beide Varianten miteinander zu kombinieren, um gleichzeitig den Abstand der Außenkonturen zueinander und die Lage des Prüflings zu festen Bezugspunkten zu ermitteln. (Fig.4)

Claims

Pat ent anspruch

Schaltungsanordnung für die berührungslose Messung τοη Prüflingen, wobei sowohl der Abstand der Außenkonturen von transparenten sowie von komplizierten nichttransparenten Prüflingen zueinander bestimmt als auch eine Positions-^ erkennung derselben vorgenommen werden kann, die Schaltungsanordnung einer Anordnung nachgeschaltet ist, in der entlang einer optischen Achse nacheinander eine Strahlungsquelle, ein Kollimator, der Prüfling, ein Objektiv, eine telezBtntrische Blende und eine zeilen- oder flächenhaft aufgebaute Fotosensoranordnung vorgesehen sind und die Bildinhalte der Fotosensoranordnung als binarisierte Bildinformation in einem Videosignal fy-r-rrgo vorliegen und das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung einem Bildpunkt— zähler zugeführt wird, gekennzeichnet dadurch, daß eine Startsignallogik zum Bilden eines zeitlich mit dem ersten Bildimpuls übereinstimmenden Impulses aus einem systemeigenen Signal f mit dem Setz—Eingang eines ersten Flip— Flop verbunden ist, daß der Ausgang des ersten Flip—Flop mit einem Eingang einer ersten Torschaltung, an deren zweitem Eingang ein mit dem Videosignal gleichfrequenter, synchronisierter Taktimpuls f-n_a4._a anliegt, in Verbindung steht und der Ausgang der ersten Torschaltung zum Vorwärtszähleingang eines Vor-/RückwärtsZählers führt, dessen Adress— ausgänge mit einem ersten Dekoder zum Erkennen der höchstwertigsten Adresse, mit einem zweiten Dekoder zum Erkennen der niedrigwert igst en Adresse sowie mit den Adresseingängen eines Schreib-Lese-Speichers verbunden sind, daß das Ausgangssignal des ersten Dekoders an den Rücksetzeingang des ersten und den Setzeingang eines zweiten Flip-Flop und das Ausgangssignal des zweiten Dekoders an den Rücksetzeingang des zweiten Flip—Flop und an einen Diskriminator führt, wobei der Ausgang des zweiten Flip—Flop mit einem Eingang einer zweiten Torschaltung verbunden ist, deren

zweiter Eingang mit dem Taktimpuls f-mwpA gekoppelt ist und deren Ausgang an dem Rückwärtszähleingang des Vor-z^Rück— wärtszählers führt,
daß der erste Dekoder mit dem Eingang für den Betriebszustand für den Schreib-Lese-Speicher in Verbindung steht und daß das Videosignal fy-rn-gn ^zum Eateneingang des Schreib-Lese-Speichers und zu einem Eingang einer Oder-Schaltung führt, der Datenausgang des Schreib-Lese-Speichers mit einem zweiten Eingang der Oder-Schaltung verbunden ist, der Ausgang der Oder-Schaltung und das systemeigene Signal f Eingangssignale des Diskriminator bilden und der Ausgang des Diskriminators sowie der Ausgang der Oder-Schaltung mit den Eingängen einer dritten, mit dem Bildpunktzähler gekoppelten, Torschaltung verbunden sind»

Hierzu 2 Seiten Zeichnung

16. 2. 1984
Bie/Büt