DE102004015785B4

DE102004015785B4 - Verfahren zur Bestimmung der Abmessung eines Querschnitts eines Flachkabels oder eines Sektorleiters

Info

Publication number: DE102004015785B4
Application number: DE102004015785A
Authority: DE
Inventors: Dr. Blohm Werner; Harald Sikora
Original assignee: Sikora AG
Current assignee: Sikora AG
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: GB2412433A; US20050213113A1; CN1673669B; CH697500B1; GB2412433B; US7259873B2; CN1673669A; DE102004015785A1; GB0504555D0

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Abmessung eines ausreichende Symmetrien aufweisenden Querschnitts eines Flachkabels, entlang mindestens einer Achse des Querschnitts, welcher gerundete Ecken besitzt, die durch Kreisabschnitte oder durch Ellipsenabschnitte von Ellipsen mit ungleichen Halbmessern gebildet werden, mit folgenden Schritten: – mit mindestens zwei Paar räumlich beabstandeter punktförmiger Lichtquellen wird das Flachkabel annähernd senkrecht zur Kabellängsachse so beleuchtet, daß zwei unterschiedliche Randstrahlen je Kreisabschnitt bzw. drei unterschiedliche Randstrahlen je Ellipsenabschnitt erzeugt werden, – in einem Speicher einer Meßeinrichtung werden die Koordinaten der Lichtquellen und mindestens eines lichtempfindlichen ortsauflösenden Sensors, auf den die Randstrahlen treffen, in einem in der Meßebene liegenden Koordinatensystem gespeichert, – es werden die Koordinaten der Auftrefforte der Randstrahlen auf dem Sensor ermittelt, – aus den Koordinaten der Auftrefforte und der Lichtquellen werden mit Hilfe von geometrischen Gleichungen und unter Ausnutzung der Symmetrien des zu vermessenden Querschnitts die Lage der Mittelpunkte und die Radien der Kreisabschnitte...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Abmessung eines Querschnitts eines Flachkabels oder eines Sektorkabels nach Patentanspruch 1 oder 2.
Flachkabel kommen in den unterschiedlichsten Ausführungen zur Anwendung. Ein häufiger Anwendungsfall ist ein isolierter Doppelleiter, wobei die beiden Leiter über ihre Isolation und einen Steg miteinander verbunden sind. Im Querschnitt bildet ein solcher Doppelleiter eine Acht. Es ist auch bekannt, den Durchmesser des einen Leiters kleiner als den des anderen Leiters vorzusehen. Bei derartigen und anderen ähnlichen Flachkabeln ist zumeist die im Querschnitt kürzere Seite kreisbogenförmig oder ellipsenförmig gerundet. Es ist jedoch auch bekannt, den Querschnitt des Flachkabels als Rechteck auszuführen mit ungerundeten oder kreis- oder ellipsenförmig gerundeten Kanten oder Ecken.
Sektorkabel sind Einzelleiter von Mehrleiterkabeln und haben üblicherweise einen Sektorwinkel von 90° oder 120°. Die Außenseite des Sektorkabels ist im Querschnitt kreisbogenförmig und die Seiten, die zum Mittelpunkt des Kreises verlaufen, sind im Schnittbereich gerundet. Mithin ergeben sich zwei gegenüberliegende Kreisabschnitte mit unterschiedlichen Radien.
Bei der Herstellung derartiger Kabel, jedoch auch bei der Herstellung sonstiger Strangprofile, ist ein Erfordernis, die Abmessungen zu kontrollieren, damit die gewünschten Maße eingehalten werden. Bei Strangprofilen der genannten Art ist bekannt, diese quer zur Längsachse zu bestrahlen, vorzugsweise über parallele Strahlen und auf einem lichtempfindlichen Sensor die Schattengrenzen zu bestimmen. Hierbei ist erforderlich, die Strangprofile in ihrer Winkellage relativ präzise zu führen, da bereits eine gewisse Verdrehung um die Längsachse zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führt. Nachteilig ist ferner, daß die Anwendung von parallelen Strahlen mit Hilfe eines Kollimators oder dergleichen auf Grund von Ungenauigkeiten in den optischen Systemen zu Meßfehlern führen kann. Wird eine orthogonale Vermessung entlang zweier senkrecht aufeinanderstehender Meßachsen vorgenommen, besteht die Gefahr, daß der Sensor oder die Lichtquelle bei Anordnung unterhalb des Strangprofils, eine Verschmutzung erleidet.
In diesem Zusammenhang ist ferner bekannt geworden, das Strangprofil gezielt oszillierend um die Längsachse zu drehen und die minimalen und maximalen Werte zu ermitteln. Diese Meßmethode führt unter Umständen zu verbesserten Meßergebnissen, erfordert jedoch ständig eine Drehung des Strangprofils.
Aus DE 197 57 067 C2 ist ein Verfahren zur Messung des Durchmessers von dünnen Kabeln bekannt geworden, bei dem das Kabel mit einem fächerförmigen Strahl einer monochromatischen, in der Meßebene punktförmigen Lichtquelle bestrahlt wird, deren Hauptstrahlrichtung annähernd senkrecht auf der Längsachse des Stranges steht. Das Licht wird mit Hilfe eines lichtempfindlichen Zeilensensors auf der gegenüberliegenden Seite des Kabels empfangen, wobei die Achse des Sensors auf der Hauptstrahlrichtung annähernd senkrecht steht. Der Strangdurchmesser wird durch Auswertung der Intensitätsverläufe in den Beugungssäumen an den Rändern des vom Strang verursachten Schattens unter Einbeziehung des gemessenen Abstands des Stranges zum Sensor gemessen.
Aus DE 101 14 961 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Abmessung eines unrunden Querschnitts eines Strangprofils entlang mindestens einer Achse des Querschnitts bekannt geworden, wobei Positionen am Umfang des Querschnitts, wie Ecken des Querschnitts, durch Kreisabschnitte gebildet werden. Es ist eine Mindestanzahl von räumlich beabstandeten Lichtquellen vorgesehen, mit denen der Strang annähernd senkrecht zur Längsachse des Strangs so beleuchtet wird, dass mindestens drei unterschiedliche Randstrahlen je Kreisabschnitt erzeugt werden. Die Daten zur geometrischen Lage von Randstrahlen zwischen den Lichtquellen und zugehörigen lichtempfindlichen Sensoren, auf die die Randstrahlen treffen, werden ermittelt. Aus den Lagen der Randstrahlen wird mit Hilfe von geometrischen Gleichungen die Lagen der Mittelpunkte der Kreisabschnitte und die Radien der Kreisabschnitte berechnet. Aus den berechneten Größen wird mindestens eine Abmessung des Strangquerschnitts bestimmt. Zur Bestimmung der Drehlage des Strangs im Raum wird eine zusätzliche optische Messanordnung eingesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Abmessung eines Flachkabels oder eines Sektorkabels anzugeben, das unabhängig von der Drehlage des Flachkabels eine relativ genaue Messung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Bei dem Verfahren nach Patentanspruch 1 wird unterstellt, daß das Flachkabel im Querschnitt entlang mindestens einer Achse eine ausreichende Symmetrie aufweist und im Querschnitt kreisförmig oder ellipsenförmig gerundete Ecken aufweist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird mit mindestens zwei Paar räumlich beabstandeter punktförmiger Lichtquellen das Flachkabel annähernd senkrecht zur Kabellängsachse so beleuchtet, dass zwei unterschiedliche Randstrahlen je Kreisabschnitt bzw. drei unterschiedliche Randstrahlen je Ellipsenabschnitt erzeugt werden. In einem Speicher einer Messeinrichtung werden die Koordinaten der Lichtquellen und mindestens eines lichtempfindlichen ortsauflösenden Sensors, auf den die Randstrahlen treffen, in einem in der Messebene liegenden Koordinatensystem gespeichert. Es werden die Koordinaten der Auftrefforte der Randstrahlen auf dem Sensor ermittelt und aus den Koordinaten der Auftrefforte und der Lichtquellen werden mit Hilfe von geometrischen Gleichungen unter Ausnutzung der Symmetrien des zu vermessenden Querschnitts die Lage der Mittelpunkte und die Kreisabschnitt bzw. die Lage der Mittelpunkte und beide Halbmesser der Ellipsen berechnet. Aus den berechneten Größen wird mindestens eine Abmessung des Flachkabeldurchschnitts bestimmt.
Mit Hilfe mindestens des lichtempfindlichen ortsauflösenden Sensors werden die von dem Kreis- oder Ellipsenabschnitt verursachten Schattengrenzen auf dem Sensor ermittelt. Aus der Lage der Schattengrenzen und der Lichtquellen in der Meßebene wird die Funktion von drei am Kreisabschnitt bzw. von vier am Ellipsenabschnitt anliegenden Tangenten in einem vorgegebenen Koordinatensystem ermittelt. Aus den Tangentenfunktionen werden die Kreisparameter (Mittelpunkt, Radius) bzw. Ellipsenparameter (Mittelpunkt, Radien) nach bekannten geometrischen Beziehungen berechnet. Beim Ellipsenabschnitt werden neben dem Mittelpunkt der kleine und der grobe Radius berechnet.
Bei entsprechender Anordnung der Lichtquellen, die z. B. einen fächerförmigen Strahl aussenden, existiert für jede ein Linienstrahl oder Randstrahl, der eine Tangente an dem Kreis- oder Ellipsenabschnitt beschreibt. Bei bekannten Koordinaten der Lichtquellen und der Schattengrenzen auf dem Sensor ist es möglich, die Funktion der Tangenten im in der Meßebene liegenden vorgegebenen Koordinatensystem zu bestimmen. Es versteht sich, daß die Koordinaten der Lichtquellen zuvor eingespeichert sind und die Koordinaten der Auftreffpunkte der Randstrahlen auf den Sensor ohne weiteres bestimmt werden können. Bekanntlich läßt sich die Lage des Mittelpunkts und des Radius eines Kreises bestimmen, wenn drei Tangenten am Kreis bekannt sind. Für eine Ellipse sind vier Tangenten erforderlich, um den Mittelpunkt und den kleinen und großen Radius zu ermitteln. Sind Mittelpunkt und Radius bekannt, ergibt sich hieraus z. B. die Breite und/oder Dicke eines Flachkabels, nämlich aus den Radien und der Lage von zwei Mittelpunkten bzw. aus dem Radius, wenn die kurze Querschnittsseite ein Kreisabschnitt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1 setzt eine ausreichende Symmetrie des Flachkabelquerschnitts voraus. Liegen diese Voraussetzungen bei einem Flachkabel oder einem Sektorleiter nicht vor, hat jedoch der Querschnittsumfang Kreisabschnitte oder Ellipsenabschnitte von Ellipsen mit ungleichen Halbmessern, sieht die Lösung nach Patentanspruch 2 vor, mit einer Mindestzahl räumlich beabstandeter punktförmiger Lichtquellen das Flachkabel oder den Sektorleiter annähernd senkrecht zur Kabellängsachse so zu beleuchten, dass mindestens drei unterschiedliche Randstrahlen je Kreisabschnitt bzw. mindestens vier unterschiedliche Randstrahlen je Ellipsenabschnitt erzeugt werden. In einem Speicher einer Messeinrichtung werden die Koordinaten der Lichtquellen und mindestens eines lichtempfindlichen ortsauflösenden Sensors, auf den die Randstrahlen treffen, in einem in der Messebene liegenden Koordinatensystem gespeichert. Es werden die Koordinaten der Auftrefforte der Randstrahlen auf den Sensor ermittelt, und aus den Koordinaten der Auftrefforte und der Lichtquellen werden mit Hilfe von geometrischen Gleichungen die Lage der Mittelpunkte und die Radien der Kreisabschnitte bzw. die Lage der Mittelpunkte und beide Halbmesser der Ellipsen berechnet. Aus den berechneten Größen wird mindestens eine Abmessung des Flachkabelquerschnitts oder Dicke und Breite des Sektorleiters bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Abmessung des Flachkabels oder Sektorleiters auch bei Drehung in der Meßebene um seine Längsachse in Grenzen von z. B. ±15° ausreichend genau gemessen werden kann. Eine besondere Führung in der Meßanordnung kann entfallen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Flachkabel im Meßbereich so bewegt, daß seine Querachse einen Winkel zur jeweiligen Meß-Achse einschließt. Dieser Winkel kann etwa 45° betragen. Lichtquellen und ortsauflösender Sensor können dabei so angeordnet werden, daß das Anordnen einer dieser Komponenten unterhalb des zu vermessenden Querschnitts vermieden wird. Ansonsten besteht die Gefahr, daß durch herunterfallende Schmutzteilchen die Lichtquelle bzw. der Sensor gestört wird. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Schattengrenzen durch Auswertung der Intensitätsverläufe in den Beugungssäumen an den Rändern des vom Kabel verursachten Schattens, wie etwa in DE 197 57 067 C2 beschrieben. Möglich ist auch die direkte Bestimmung der Schattengrenze mit Hilfe hochauflösender Sensorzeilen.
Als Lichtquellen kommen punktförmige Lichtquellen (Laserdioden) zur Anwendung, wobei nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Optiken zwischen Objekt und Lichtquelle nicht verwendet werden. Optiken verursachen zwangsläufig Fehler, insbesondere wenn das Objekt relativ zu Lichtquelle und/oder Sensor seine Lage verändert. Bei einer direkten Beleuchtung ohne Zwischenschaltung einer Optik werden derartige Fehler vermieden.
Als ortsauflösende Sensoren werden nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Flächen- oder Zeilensensoren verwendet, insbesondere CCD- oder CMOS-Flächen- oder Zeilensensoren.
Falls das Strangprofil einen achsensymmetrischen Querschnitt aufweist, reichen zwei unterschiedliche Randstrahlen für einen Kreisabschnitt bzw. drei unterschiedliche Randstrahlen für einen elliptischen Abschnitt aus, um in der oben beschrieben Art und Weise mindestens eine Abmessung des Querschnitts eines Strangprofils zu ermitteln. Aus der Symmetrie des zu vermessenden Querschnitts lassen sich Hilfsannahmen über die Lage der Mittelpunkte der Kreis- bzw. Ellipsenabschnitte und die Größe der Radien der Kreisabschnitte bzw. der großen und kleinen Radien der Ellipsenabschnitte treffen um fehlende Unbekannte aus den aufzustellenden Gleichungen zu bestimmen.
Da die gemessenen Kabel nicht vollkommen ruhig durch die Meßzone bewegt werden, sondern Querbewegungen und Verdrehungen ausführen, unter Umständen auch höherfrequente Vibrationen erfahren, besteht die Gefahr, daß während eines Meßzyklus das Strangprofil seine Position verändert. Die Ablesezeit von Sensorzeilen herkömmlichen Aufbaus, z. B. von CCD-Zeilen, liegt im Millisekundenbereich. Wegen der Überdeckung auf den Sensorzeilen kann immer nur eine Lichtquelle eine Sensorzeile bestrahlen. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor daß jede Sensorzeile aus parallelen Unterzeilen besteht, die für jeweils eine Spektralfarbe selektiv ist und die Lichtquellen jeweils Licht in einer der Spektralfarben abgeben. Hierfür können z. B. Zeilen mit geeigneten Farbfiltern eingesetzt werden. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, alle Lichtquellen gleichzeitig einzuschalten, ohne daß die Gefahr besteht, daß sie sich durch Überdeckung auf dein Sensor gegenseitig stören.
Alternativ wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die drei parallelen Unterzeilen jeder Sensorzeile mit einem elektronisch gesteuerten Verschluß (Shutter) versehen sind, dessen Betätigung mit dem pulsweisen Ansteuern der Lichtquellen synchronisiert wird derart, daß die Sensorunterzeilen im Takt der nacheinander gepulsten Lichtquellen nacheinander kurzzeitig öffnen. Das Ansteuern z. B. der Lichtquellen kann im Mikrosekundentakt erfolgen. In diesem Zeitraum kann das Strangprofil praktisch als stationär angesehen werden. Das Auslesen der Sensorzeile kann anschließend erfolgen, nachdem alle drei Unterzeilen bestrahlt wurden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
1 zeigt den Querschnitt eines Flachkabels in einem Koordinatensystem und bestrahlt von vier punktförmigen Lichtquellen, z. B. Laserdioden.
2 zeigt einen Rechteckquerschnitt z. B. eines Flachkabels, das an den Ecken gerundet ist.
3 zeigt eine konkretere Ausführungsform der Anordnung nach 1 und 2
4 zeigt im Querschnitt ein Sektorkabel das von drei punktförmigen Lichtquellen bestrahlt wird.
In 1 ist der Querschnitt eines typischen Flachkabels 10 dargestellt. Der Innenaufbau des Flachkabels ist nicht zu sehen. Er ist von bekannter Ausführung. Das Flachkabel ist im Querschnitt mit parallelen Längsseiten und kreisförmigen kürzeren Seiten versehen, wobei die Kreise mit K1 und K2 bezeichnet sind. Die Mittelpunkte der Kreise K1 und K2 sind mit den Koordinaten X_k1, Y_k1 bzw. X_k1, Y_k2 bezeichnet. Die Radien der Kreise K1 und K2 sind mit r bezeichnet. Das x-y-Koordinatensystem spannt eine Meßebene auf, in der vier punktförmige Lichtquellen 1, 2, 1.1 und 2.2 angeordnet sind. Sie sind vorzugsweise monochromatisch, was jedoch nicht entscheidend ist. Ihre Punktform ist auf jeden Fall in der Meßebene bzw. der Koordinatenebene gegeben, wobei die Laserlichtquellen sich senkrecht zur Zeichen- oder Meßebene linear erstrecken können, als Lichtquellen dienen z. B. geeignete Laserdioden. Ihre Koordinaten im System sind bekannt. Die Lichtquelle 2.2 liegt im ersten und die Lichtquelle 1.1 im vierten Quadranten. Die Lichtquellen 2 und 2.2 bzw. 1 und 1.1 sind paarweise so angeordnet, daß sie Abschnitte der Kreise K1 und K2 bestrahlen. Die Abstrahlung der punktförmigen Lichtquellen ist fächerförmig, wobei jeweils ein Linienstrahl als Randstrahl am Kreis K1 bzw. K2 gedacht werden kann. Dieser Randstrahl ist derjenige, der gerade nicht mehr durch das Kabel 10 abgeschattet wird. Auf der den Lichtquellen 1 und 1.1 gegenüberliegenden Seite des Kabels 10 ist ein CCD- oder CMOS Linearsensor 12 bzw. eine lichtempfindliche lineare Sensorzeile angeordnet; entsprechend ist den Lichtquellen 2 und 2.2 ein weiterer Linearsensor 14 bzw. eine lichtempfindliche Sensorzeile zugeordnet. Bezüglich der Lichtquellen 1 und 1.1 ergeben sich mithin vier Schattengrenzen auf der Sensorzeile 1 und bezüglich der Lichtquellen 2 und 2.2 vier Schattengrenzen auf der Sensorzeile 2. Die Lichtquellen 1, 11, 2 und 22 sind bezüglich ihrer Lage im Koordinatensystem bekannt. Die Koordinaten der Auftrefforte der Randstrahlen oder der Schattengrenzen können ohne weiteres bestimmt werden, wenn der Verlauf der Sensorzeilen im Koordinatensystem bekannt ist. Die Verbindungslinie der Laserlichtquellen 2 und 2.2 bzw. 1 und 1.1 verläuft annähernd parallel zum Linearsensor 12 bzw. 14. Die Hauptstrahlrichtungen der Lichtquellen sind annähernd senkrecht zum zugeordneten Linearsensor 12 bzw. 14. Die Achsen der Linearsensoren stehen annähernd senkrecht aufeinander.
Um die vier Koordinaten der beiden Kreismittelpunkte (X, Y) und die beiden Radien (r) der Kreise K1 und K2 zu bestimmen, sind sechs Gleichungen erforderlich. Aus den in 1 dargestellten Randstrahlen lassen sich über geometrische Beziehungen vier Gleichungen aufstellen, die in 1 angegeben sind. Vier weitere Gleichungen ergeben sich analog aus den Randstrahlen, die von den Lichtquellen 1.1 und 2.2 ausgehen. Die sechs unbekannten Größen der Kreise K1 und K2 (Mittelpunktskoordinaten und Radien) sind aus sechs der vorliegenden acht Gleichungen eindeutig bestimmbar.
Aus der Berechnung der Radien r₁ und r₂ ergibt sich die Dicke des Kabels 10 in der jeweiligen Position mit 2r₁ bzw. 2r₂. Werden, wie in 1 angedeutet, beide Mittelpunkte bestimmt, ermöglicht dies die Bestimmung der Breite des Flachkabels 10, da sich diese aus den Radien r₁ plus r₂, sowie aus dem Abstand a der Mittelpunkte ergibt
2 zeigt im Schnitt ein Flachkabel 10b, das im wesentlichen Rechteckquerschnitt aufweist, wobei die Kanten jeweils kreisbogenförmig gerundet sind, wie bei 60 angedeutet. Die Kreisabschnitte haben die Mittelpunkte X_K1, Y_K1 bis X_K4, Y_K4 und die Mittelpunkte haben die Abstände a₁ und a₂ bzw. c₁ und c₂. Bezüglich jedes Kreisabschnitts 60 können in der anhand von 1 beschriebenen Art und Weise die Lagen der Mittelpunkte und die zugehörigen Radien der Kreisabschnitte 60 festgestellt werden, um sowohl die Dicke als auch die Breite des Flachkabels 10b zu ermitteln. Die Dicke ergibt sich aus a₁ oder a₂ plus den Radien für die zugehörigen Kreisabschnitte. Die Breite ergibt sich aus c1 oder c2 und den Radien der zugehörigen Kreisabschnitte. Zur Bestimmung dieser Daten ist für jeden Kreisabschnitt 60 die Berechnung von zwei bzw. drei Tangenten in der oben beschriebenen Weise erforderlich.
Um die acht Koordinaten der vier Kreismittelpunkte (X, Y) und die vier Radien (r) der Kreise K1 bis K4 zu bestimmen, sind zwölf Gleichungen erforderlich. Aus den in 2 dargestellten Randstrahlen lassen sich über geometrische Beziehungen vier Gleichungen aufstellen, die in 2 angegeben sind. Vier weitere Gleichungen ergeben sich analog aus den Randstrahlen, die von den Lichtquellen 1.1 und 2.2 ausgehen. Noch weitere vier Gleichungen ergeben sich wiederum analog aus den Randstrahlen, die von den Lichtquellen 1.3 und 2.3 ausgehen. Die zwölf unbekannten Größen der Kreise K1 bis K4 (Mittelpunktskoordinaten und Radien) sind aus den zwölf vorliegenden Gleichungen eindeutig bestimmbar.
Das in 2 dargestellte Meßprinzip läßt sich auf unsymmetrische Querschnitte eines Strangprofils anwenden. Ist hingegen, wie in 2 angedeutet, das Querschnittsprofil achsensymmetrisch, genügt die Erzeugung von zwei Randstrahlen je Kreisabschnitt. Mit Hilfe der Auftrefforte der Randstrahlen lassen sich acht Gleichungen nach dem oben beschrieben Prinzip aufstellen. Die übrigen Größen ergeben sich über Hilfsannahmen, mit denen die restlichen Gleichungen aufgestellt erden können. So ist z. B. in 2 der Radius r für alle Kreisabschnitte gleich.
3 zeigt schematisch eine Verwirklichung einer Meßanordnung, wie sie in 1 und 2 vom Prinzipaufbau dargestellt ist. Ein flacher, winkelförmiger Halter 20 weist die beiden Schenkel 22, 24 auf. Der Halter 20 enthält im Schenkel 24 einen Abschnitt 26, in dem die Elektronik für die Meßanordnung untergebracht ist. Innerhalb der Anordnung 20 ist eine winkelförmige Ausnehmung in den Schenkeln 28 und 30 vorgesehen, die im Scheitelbereich durch einen schräg nach oben sich erstreckenden Vorsprung 32 eingeschnürt ist. Der Vorsprung 32 weist parallel zur Zeichenebene einen Schlitz auf für einen nachstehend zu erläuternden Zweck. Am Ende des Schenkelabschnitts 28 sind zwei Laserdioden 34, 36 angeordnet, deren Hauptstrahlrichtungen parallel und parallel zur Achse des Schenkelabschnitts 28 verlaufen. Am Ende des Schenkelabschnitts 30 sind im Halter zwei Laserdioden 38, 40 angeordnet, deren Hauptstrahlrichtungen parallel sind und parallel zur Längsachse des Schenkelabschnitts 30. Auf der den Laserdioden 34, 36 gegenüberliegenden Seite des Vorsprungs 32 ist eine CCD-Sensorzeile 42 vorgesehen. Auf der den Dioden 38, 40 gegenüberliegenden Seite des Vorsprungs 32 ist im Halter 20 eine CCD-Sensorzeile 44 angeordnet. Ihre Längserstreckung ist senkrecht zur Hauptstrahlrichtung der zugeordneten Laserdioden 34, 36 bzw. 38, 40. Die Abfrageelektronik ist im Abschnitt 26 angeordnet.
In 3 ist ferner ein Flachkabel 48 zu erkennen, das in dem Bereich in seiner Längsrichtung bewegt wird, der durch den hohlen Vorsprung 32 gebildet ist. Das Flachkabel 48 erstreckt sich mit seiner Längsachse senkrecht zur Zeichenebene bzw. zur Ebene des Halters 20. Das Flachkabel, das in seinem Querschnitt den Flachkabeln 10 nach den 1 gleicht, ist mit seiner Querachse so angeordnet, daß sie in einem Winkel von etwa 45° zu den Hauptstrahlrichtungen der Dioden 34, 36 bzw. 38, 40 liegt. In 3 ist ferner ein weiteres Kabel 50 mit Kreisquerschnitt gezeigt.
In 3 sind die Laserdioden 38, 40 aktiviert und beleuchten das Flachkabel 48. Auf der CCD-Sensorzeile 44 ergibt sich eine entsprechende Abschattung, und es ist möglich, durch Ermittlung der Schattengrenzen aus dem Beugungssaum auf der Sensorzeile präzise Werte zu ermitteln. Mit den Laserdioden 38, 40 können jeweils zwei Schattengrenzen auf der Sensorzeile 44 erzeugt werden. Bezüglich eines Kreisabschnittes des Querschnitts des Flachkabels 48 lassen sich auf diese Weise zwei Randstrahlen ermitteln. Zur Berechnung eines dritten Randstrahls ist erforderlich, die Laserdioden 34 bzw. 36 zu aktivieren, wie dies anhand der 1 erläutert wurde. Da aber normalerweise die Breite eines Flachkabels ermittelt wird, ist erforderlich, alle Laserdioden 34 bis 40 aktivieren, um Mittelpunktslage und Radius der beiden Kreisabschnitte zu bestimmen. Hierfür ist nicht erforderlich, daß das Kabel bei einer Vorbewegung eine vorgegebene Lage relativ zum Halter 20 einhält, insbesondere eine bestimmte Drehlage um die Längsachse, wenn die Messung nur schnell genug durchgeführt wird. Das Flachkabel 48 kann um einen Winkel von z. B. ±15° verdreht sein, ohne daß dadurch die Genauigkeit der Messung leidet.
Die Aktivierung der Laserdioden kann ohne besondere Vorkehrungen nicht gleichzeitig erfolgen, da sonst eine Überdeckung der Strahlen auf den Sensorzeilen stattfinden würde. Es ist jedoch möglich, die Laserdioden 34 bis 40 im Mikrosekundenbereich zu takten. Innerhalb dieser Zeit kann das Flachkabel 48 als stationär betrachtet werden. Bewegungen des Flachkabels führen daher nicht zu Meßfehlern.
Die beschriebene Meßanordnung kann auch dazu verwendet werden, sogenannte Rundkabel zu vermessen, d. h. deren Durchmesser zu ermitteln. Das hierbei verwendete Verfahren entspricht etwa dem nach der DE 197 57 067 C2 und erfordert bei einer Zweiachsenmessung lediglich die Aktivierung von jeweils einer Laserdiode der Laserdiodenpaaren nach 3. Zweckmäßigerweise werden dafür die Dioden 36 und 38 verwendet, deren Hauptstrahlrichtung auf der Längsachse des Kabels 50 senkrecht steht. Eine Berechnung der Tangenten zur Ermittlung von Mittelpunkt und Radius von Kreisen ist bei der Durchmessermessung für das Kabel 50 nicht erforderlich.
In 4 ist ein sogenanntes Sektorkabel 70 im Querschnitt angedeutet. Seine Längsachse erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene. Im Querschnitt sind zwei gegenüberliegende Kreise K1 und K2 an der Außen- und Innenseite des Querschnitts mit den zugehörigen Radien R1 und R2 und den zugehörigen Mittelpunkten MK1 und MK2 erkennbar. Mit punktförmigen Lichtquellen L1 bis L3, die in der gleichen Ebene angeordnet sind wie der gezeigte Querschnitt, wird das Kabel 70 beleuchtet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist z. B. eine CCD-Sensorzeile 72 angeordnet. In 4 sind ferner die Tangenten y₁₁ bis y₃₂ angedeutet, die sich bei der Bestrahlung des Sektorkabels 70 ergeben und welche die Schattengrenzen auf der CCD-Zeile 72 definieren. Mit Hilfe dieser Tangenten, welche in einer Weise ermittelt werden, wie dies anhand der 1 und 2 erläutert wurde, lassen sich mithin die Lage der Mittelpunkte MK1 und MK2 bestimmen sowie die Radien R1 und R2 der zugehörigen Kreise. Auf diese Weise läßt sich die Höhe bzw. die Dicke des Sektorkabels aus der Formel R2 + R1 – (MK2 – MK1) ermitteln.
Im gezeigten Querschnitt ergeben sich auch Kreisbogenabschnitte 74 bzw. 76 an den Enden des Kreisbogenabschnitts K2. Durch Bestrahlung des Sektorkabels 70 aus einer Richtung senkrecht zur Beleuchtung mit den Lichtquellen L1 bis L3, mit drei weiteren Lichtquellen läßt sich auch die Breite des Sektorkabels 70 bestimmen. Dies ist jedoch in 4 nicht dargestellt.
Damit bei den Anordnungen nach den 1 bis 4 mögliche Bewegungen und Vibrationen der gemessenen Kabel keine Auswirkungen zeigen, müssen die Laserdioden entweder gleichzeitig oder in äußerst kurzen Zeitabständen nacheinander aktiviert werden. Innerhalb dieser Zeitabstände ist es nicht möglich, die Sensorzeilen bzw. CCD-Zeilen auszulesen. Es kann daher jede Sensorzeile aus drei parallelen Unterzeilen bestehen, die z. B. auf unterschiedliche Spektralfarben ansprechen. Jede Lichtquelle sendet ein Licht in einer Spektralfarbe, für welche eine Unterzeile selektiv ist. In diesem Fall kann eine gleichzeitige Beleuchtung des Kabels durch alle Lichtquellen stattfinden, wodurch die Vermessung des Kabels an einem einzigen Ort des Kabels erfolgt. Alternativ ist auch denkbar, die drei Unterzeilen jeder Sensorzeile mit einem Shutter zu versehen und jeweils nur eine Unterzeile im Takt mit der Ansteuerung der Lichtquellen zu öffnen. Die Aktivierung der drei Unterzeilen kann im Mikrosekundenabstand stattfinden. Das Auslesen der Sensorzeilen das einen längeren Zeitraum in Anspruch nimmt, kann dann später erfolgen. Auf diese Weise können die Meßorte am zu vermessenden Kabel sehr nahe beieinander gelegt werden, und Vibrationen oder sonstige Lageränderungen des Kabels wirken sich nicht störend aus. Bei dieser alternativen Ausführung kann auf Farbfilter in Kombination mit entsprechenden Farblichtquellen verzichtet werden und einfache, implusgesteuerte Laserdioden mit Strahlung im nahen Infrarotbereich können zur Anwendung kommen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Abmessung eines ausreichende Symmetrien aufweisenden Querschnitts eines Flachkabels, entlang mindestens einer Achse des Querschnitts, welcher gerundete Ecken besitzt, die durch Kreisabschnitte oder durch Ellipsenabschnitte von Ellipsen mit ungleichen Halbmessern gebildet werden, mit folgenden Schritten: – mit mindestens zwei Paar räumlich beabstandeter punktförmiger Lichtquellen wird das Flachkabel annähernd senkrecht zur Kabellängsachse so beleuchtet, daß zwei unterschiedliche Randstrahlen je Kreisabschnitt bzw. drei unterschiedliche Randstrahlen je Ellipsenabschnitt erzeugt werden, – in einem Speicher einer Meßeinrichtung werden die Koordinaten der Lichtquellen und mindestens eines lichtempfindlichen ortsauflösenden Sensors, auf den die Randstrahlen treffen, in einem in der Meßebene liegenden Koordinatensystem gespeichert, – es werden die Koordinaten der Auftrefforte der Randstrahlen auf dem Sensor ermittelt, – aus den Koordinaten der Auftrefforte und der Lichtquellen werden mit Hilfe von geometrischen Gleichungen und unter Ausnutzung der Symmetrien des zu vermessenden Querschnitts die Lage der Mittelpunkte und die Radien der Kreisabschnitte bzw. die Lage der Mittelpunkte und beide Halbmesser der Ellipsen berechnet, und – aus den berechneten Größen wird mindestens eine Abmessung des Flachkabelquerschnitts bestimmt.
Verfahren zur Bestimmung und Abmessung eines Querschnitts eines Flachkabels oder eines Sektorleiters, dessen Querschnittsumfang Kreisabschnitte oder Ellipsenabschnitte von Ellipsen mit ungleichen Halbmessern aufweist, mit folgenden Schritten: – mit einer Mindestzahl räumlich beabstandeter punktförmiger Lichtquellen wird das Flachkabel oder der Sektorleiter annähernd senkrecht zur Kabellängsachse so beleuchtet, daß mindestens drei unterschiedliche Randstrahlen je Kreisabschnitt bzw. mindestens vier unterschiedliche Randstrahlen je Ellipsenabschnitt erzeugt werden, – in einem Speicher einer Meßeinrichtung werden die Koordinaten der Lichtquellen und mindestens eines lichtempfindlichen, ortsauflösenden Sensors, auf den die Randstrahlen treffen, in einem in der Meßebene hegenden Koordinatensystem gespeichert, – es werden die Koordinaten der Auftrefforte der Randstrahlen auf dem Sensor ermittelt, – aus den Koordinaten der Auftrefforte und der Lichtquellen werden mit Hilfe von geometrischen Gleichungen die Lage der Mittelpunkte und die Radien der Kreisabschnitte bzw. die Lage der Mittelpunkte und beide Halbmesser der Ellipsen berechnet, und – aus den berechneten Größen wird mindestens eine Abmessung des Flachkabelquerschnitts oder Dicke und Breite des Sektorleiters bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gruppe von Lichtquellen ein ortsauflösender Sensor zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachkabel im Meßbereich so bewegt wird, daß seine Querachse einen Winkel zur jeweiligen Meßachse einschließt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel etwa 45° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrefforte bzw. Schattengrenzen durch Auswertung der Intensitätsverläufe von Beugungssäumen der von den Kreisabschnitten bzw. Ellipsenabschnitten bzw. Ecken verursachten Schattengrenzen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen fächerförmige Strahlengänge ohne Zwischenschaltung von Optiken erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als ortsauflösende Sensoren lichtempfindliche Zeilensensoren, insbesondere CCD- oder CMOS-Zeilensensoren vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sensorzeile aus mehreren parallelen Unterzeilen besteht, die für jeweils eine Spektralfarbe selektiv sind und die Lichtquellen jeweils Licht in einer dieser Spektralfarben abgeben.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sensorzeile aus mehreren parallelen Unterzeilen besteht, die für jeweils einen elektronisch gesteuerten Verschluß aufweisen, dessen Betätigung mit der pulsförmigen Ansteuerung der Lichtquellen synchronisiert wird derart, daß mit der Ansteuerung der Lichtquellen jeweils nacheinander nur kurzzeitig ein Verschluß geöffnet wird.