DE102004055561B4

DE102004055561B4 - Sensor und Verfahren zur berührungslosen Längenabschnittsmessung von Langprodukten und bahnartigen Gütern

Info

Publication number: DE102004055561B4
Application number: DE200410055561
Authority: DE
Inventors: Klaus Christofori
Original assignee: Christofori Klaus Dr
Current assignee: Christofori Klaus Dr
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: DE102004055561A1

Abstract

Sensor zur Längenabschnittsmessung von Langprodukten und bahnartigen Gütern, bestehend aus einem optoelektronischen Wandler-Array (2), einer abbildenden Optik (3), einer Beleuchtung (4), einer Signalverarbeitungseinheit mit Auswerterechner (5) und einem Interface (6),
wobei das Wandler-Array (2) in Zeilen (9) und Spalten (10) angeordnete lichtempfindliche Elemente (12) umfasst, welche zu einem aktiven Gitter angeordnet sind,
wobei mindestens eine Ausleseschaltung vorgesehen ist, welche die Lichtinformation aus den lichtempfindlichen Elementen übernimmt, wobei die Ausleseschaltung zur Ladungsakkumulation mindestens ein Transportschieberegister (13) umfasst, das zur Bildung des Summensignals über die aktive Sensorfläche mit Transfergates (14) zusammenwirkt, welche zwischen den lichtempfindlichen Elementen (12) und den Transportschieberegistern (13) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquerschnittsgeometrie der Beleuchtung (4) mittels elektronischer Einstellung veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Längenabschnittsmessung von Langprodukten und bahnartigen Gütern, bestehend aus einem optoelektronischen Wandler-Array, einer abbildenden Optik, einer Beleuchtung, einer Signalverarbeitungseinheit mit Auswerterechner und einem Interface,
wobei das Wandler-Array in Zeilen und Spalten angeordnete lichtempfindliche Elemente umfasst, welche zu einem aktiven Gitter angeordnet sind,
wobei mindestens eine Ausleseschaltung vorgesehen ist, welche die Lichtinformation aus den lichtempfindlichen Elementen übernimmt,
wobei die Ausleseschaltung zur Ladungsakkumulation mindestens ein Transportschieberegister umfasst, das zur Bildung des Summensignals über die aktive Sensorfläche mit Transfergates zusammenwirkt, welche zwischen den lichtempfindlichen Elementen und den Transportschieberegistern angeordnet sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Längenabschnittsmessung von Langprodukten und bahnartigen Gütern, umfassend die Schritte:

– Beleuchten des Messobjekts,
– Aufnahme von am Messobjekt reflektiertem Beleuchtungslicht über eine abbildende Optik auf ein optoelektronisches Wandler-Array, das in Zeilen und Spalten angeordnete lichtempfindliche Elemente umfasst, welche zu einem aktiven Gitter angeordnet sind,
– Auslesen der Lichtinformation aus den lichtempfindlichen Elementen durch Ladungsakkumulation mittels mindestens eines Transportschieberegisters, indem Transfergates durch einen Übernahmetakt geöffnet werden und die Ladungen aus einem entsprechenden lichtempfindlichen Element in die jeweilige Zelle des Transportschieberegisters übernommen werden,
– Ausführen einer Integralfunktion, bei der mit jedem Schiebetakt eine Teilakkumulation erfolgt, bis am Ende nach Übernahme der Ladungen aus dem letzten Element in der auszulesenden Zelle des Transportschieberegisters das komplette Summensignal enthalten ist,
– Unterteilung der Information in den Zellen des Transportschieberegisters nach geradzahligen und ungeradzahligen Elementen,
– Vorbeischieben der Zelle des Transportschieberegisters an den nicht relevanten Elementen, ohne eine neue weitere Summation vorzunehmen, bis das nächste relevante Element erreicht wird.

Die Längen- bzw. Längenabschnittsmessung von Langprodukten, wie Rohren, Stangen oder Drähten, sowie die der bahnartigen Güter, wie Bleche, Papier-, Kunststoff-, Textilbahnen usw., erfolgt vielfach in der Industrie noch mit mechanischen Mitteln. Dazu wird an einer mitlaufenden Walze oder Rolle über einen Inkrementalengeber eine Impulsfolge abgenommen, wobei jeder Impuls ein Längeninkrement darstellt, welches mit dem Umfang der Walze oder Rolle korrespondiert. Über die Winkelteilung des Inkrementalgebers ergibt sich dann die absolute Größe des Längeninkrementes. Ein entsprechender Zähler registriert die einzelnen Impulse, und das Zählergebnis entspricht der gemessenen Länge.

Schlupf und verschleißbedingte Änderungen des Umfanges machen es erforderlich, die mechanischen Längenmesseinrichtungen häufig nachzukalibrieren. Kurzzeitige Beschleunigungen führen auf Grund der Trägheit der Messrolle zum Durchrutschen und damit zu nicht kalkulierbarem Schlupf, wobei die Abweichungen durchaus im Prozentbereich liegen können. An kontinuierlich laufenden Anlagen besteht nicht die Möglichkeit, zu Schichtbeginn mit Hilfe eines Kalibrierstückes die Genauigkeit zu überprüfen. Hier muss dann nachteiligerweise mit Längenzuschlägen gearbeitet werden, die zu Lasten des Produzenten gehen.

Durch ihre deutlich höhere Zuverlässigkeit haben die optischen Verfahren immer mehr an Bedeutung gewonnen. Da sie berührungsfrei arbeiten, haben sie nicht den Nachteil wie die klassischen mechanischen Systeme, die einen mechanischen Kontakt zur Messgutoberfläche benötigen. Sie sind damit nicht den Messfehlern durch Schlupf oder veränderter Messgeometrie unterworfen.

Optische Verfahren messen die Länge, indem sie eine Referenzstrecke nutzen, die aus zwei baugleichen Empfängern in einem definierten Abstand zueinander bestehen kann, oder durch einen gitterartigen Aufbau, wobei das Gitter sehr exakt ausgebildet sein muss und der Abstand der Gitterlinien oder -elemente das Referenzmaß darstellt.

Während beim erstgenannten Verfahren die durchlaufene Länge erst über den Umweg der zeitlichen Signalverzögerung aufwendig durch Ähnlichkeitsvergleich (Korrelation) bestimmt werden kann, ergibt sich bei den Sensoren mit gitterartigem Auf bau, welche den Ortsfilterverfahren zugeordnet werden, ein periodisches Signal, wobei eine Signalperiode bereits ein Längeninkrement darstellt.

Laser-Doppler-Verfahren, die die homogene Wellenstruktur des Laserstrahles ausnutzen, arbeiten mit einem Interferenzfeld, welches auf der Messgutoberfläche durch Überlagerung zweier Teilstrahlen entsteht. Der Abstand der Interferenzflächen ist das Referenzmaß. Staubpartikel, Ölnebel oder Dampftröpfchen können beim Durchtritt durch den Laserstrahl das Interferenzfeld stören, was nachteiligerweise zu Fehlern führen kann. Inkohärente Verfahren, die nach dem Prinzip der Gitterabtastung arbeiten, haben diesen Nachteil nicht. Hier ist die Referenz ein optisches Gitter, welches im Messgerät selbst vor äußeren Störungen geschützt ist.

Grundlegend ergibt sich bei den Ortsfilterverfahren eine große Vielfalt von Verfahrensrealisierungen, die sich durch die Ausbildung des Gitters unterscheiden. Der Einsatz von Gittermasken vor der Beleuchtung oder vor dem Empfänger führte zu den ersten technischen Realisierungen. Strukturierte optische Bauteile, wie Prismengitter oder Lichtleitfaseranordnungen sowie die Ausbildung von speziellen Empfängern mit streifenartigem Aufbau sind bekannt.

Der vektorielle Charakter der Messgröße Geschwindigkeit erfordert eine dreidimensionale Erfassung. Da sich bei vielen technischen Prozessen die Bewegungsrichtung jedoch nicht ändert, ist in der Regel eine eindimensionale Messung ausreichend. Dabei muss der Sensor auf die Bewegungsachse des Messgutes ausgerichtet werden. Das ist insbesondere bei Langprodukten oder industriellen Bahngütern der Fall.

In der DE 197 22 524 A1 wird von einer Realisierung berichtet, die vorsieht, kommerzielle CCD-Bildgeber für die Messung zu nutzen. Das Bild des CCD-Sensors wird über den Video-Ausgang an einen Verstärker gegeben, der das Bild gleichzeitig auch digitalisiert, indem die eine Helligkeitsschwelle überschreitenden Signalamplituden mit „1" bewertet werden und Signalamplituden, die darunter liegen, mit „0". Mit dem Pixeltakt zählt ein Zähler für die geradzahligen und ungeradzahligen Elemente getrennt die Anzahl der Überschreitungen. Die Differenz ergibt dann einen Amplitudenwert für das Ausgangssignal, welches über einen D/A-Wandler wieder als analoges Ausgangssignal ausgegeben wird. Nachteiligerweise ist die Dyna mik einer solchen Lösung sehr eingeschränkt und erlaubt, bedingt durch die Bildauslesezeit, nur eine Anwendung bei sehr kleinen Geschwindigkeiten. Damit ist die Lösung für die Längenmessung von Langprodukten, die z.B. bei Draht Geschwindigkeiten bis zu 100 m/s erreichen kann, nicht geeignet.

Die DE 195 32 749 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Längenmessung mit einem 2D-Sensor, dessen optoelektronischer Wandler aktive Flächen besitzt, die zeilen- und spaltenweise über jeweilige Kontaktstreifen zusammengefasst sind, wobei durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an den Elektroden der Kontaktstreifen eine ortsveränderliche Empfindlichkeitsverteilung eingestellt wird. Dieser Sensor ist nur durch einen speziellen Halbleiterdesignprozess konstruierbar und nur in hohen Stückzahlen rentabel herstellbar. Der Einsatz kommerzieller CCD-Sensoren ist bei diesem Verfahren nicht möglich. Maßnahmen zur Kompensation von Abstandsänderungen sind nicht vorgesehen.

Die DE 40 35 039 A1 behandelt eine Geschwindigkeitsmessung mit einer CCD-Zeile, die mindestens zwei Transportschieberegister enthält. Die Summation wird hier getrennt nach ungeradzahligen und geradzahligen Elementen in dem jeweils zugehörigem Transportschieberegister vorgenommen. Dadurch ergibt sich eine sehr einfache Ansteuerung. Neuere CCD-Zeilen verfügen jedoch nur über ein einziges Transportschieberegister. Damit ist die Lösung für diese CCD's nicht mehr anwendbar.

In der DE 43 09 959 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur örtlichen Filterung mittels lichtfeldartiger Strukturen beschrieben, bei denen das Gitter durch Detektorflächen als Gitterelemente und Distanzflächen als Übergangszonen gebildet wird. Die Anwendung auf optische Sensoren wird mit einem oder mehreren Transportschieberegistern durchgeführt. Dabei wird die Bildinformation derart über den Ort aufsummiert, dass einzelne oder mehrere Detektorelemente von der Integration ausgenommen sind. Durch Auslassen einzelner oder mehrerer Detektorelemente kann zwar die Charakteristik des Sensors und damit dessen Eigenschaften sehr flexibel gestaltet werden, es ergibt sich aber gleichzeitig ein Störsignalspektrum, so dass bei kleinen Signalamplituden eine Messung unmöglich ist. Damit ist aber bei Langprodukten insbesondere bei schwarzen Gummiprofilen, die aufgrund ihres Re flexionsverhaltens ein sehr kleines Signal liefern, eine sichere Funktion nicht gewährleistet.

Die DE 102 56 725 B3 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung, welches eine Beleuchtungsquelle enthält, die aus einzeln ansteuerbaren Lichtquellen besteht. In Analogie zu dem Interferenzgitter beim Laser-Doppler-Verfahren wird bei diesem Sensor eine lichtfeldartige Gitterstruktur auf das Messobjekt projiziert. Die Ansteuerbarkeit der einzelnen Lichtquellen wird dazu genutzt, um ein bewegtes Lichtmuster zu erzeugen. Diese Bewegung bewirkt eine Modulation, die es möglich macht, die Materialbewegung in ihrer Richtung sowie Stillstand zu detektieren. Als Empfänger wird ein flächiger CCD-Sensor genutzt, dessen Zeilen und Spalten extern aufsummiert werden. Diese Vorgehensweise, als externe Rechenoperation durchgeführt, ist allerdings nur bei frei adressierbaren CCD's möglich. Die einem Bildauslesen gleichkommende Lösung ist nachteilig in der Anwendung bei höheren Geschwindigkeiten. Weiterhin bestehen die gleichen Probleme wie beim Laser-Doppler-Verfahren, da auch hier das Gitter – und damit die Referenz – auf dem Messobjekt wirksam wird und damit Störungen durch Staub usw. ausgesetzt ist. Hinzu kommt der Nachteil, dass im Gegensatz zum Laser kein paralleles Licht benutzt wird und somit der Abstand in das Messergebnis eingeht. Für eine hochgenaue Längenmessung unter Produktionsbedingungen mit einem in größerem Bereich variablen Messabstand ist dieses Verfahren nicht geeignet.

Die DE 38 30 417 A1 beschreibt ein Geschwindigkeitsmessgerät nach dem Ortsfilterprinzip, welches als Detektor eine Siliziumsolarzelle mit kammartigem Aufbau vorsieht. Die Lösung enthält weiterhin einen Abstandssensor, der auf dem Triangulationsverfahren basiert. Der Abstandssensor arbeitet vorzugsweise mit einer Laserdiode als Punktquelle und einer Diode als positionsempfindlichen Detektor (PSD) auf der Empfängerseite. Die Sendediode projiziert senkrecht einen schmalen Lichtpunkt, der von einem versetzt angeordneten PSD empfangen wird. Der örtliche Versatz ist ein Maß für den Abstand. Das entspricht der Funktion eines klassischen Triangulationssystems. Um keine Störungen bei der Geschwindigkeitsmessung zu provozieren, wird die Sendediode des Triangulationssystems hochfrequent gepulst. Für die Geschwindigkeitsmessung ist eine weitere Lichtquelle vorhanden, die mit einem breiten Lichtkegel arbeitet. Durch Bandfilterung wird der gepulste Lichtpunkt der Triangulation im Geschwindigkeitssignal unterdrückt. Nachteilig müssen hier zwei an sich getrennte Systeme funktionell zusammengefasst werden, womit sich der Aufwand deutlich erhöht. Eine Auslegung für größere Abstandsbereiche erfolgt nicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Sensor und ein Verfahren zur berührungslosen Längenmessung der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die beschriebenen Nachteile der bekannten Sensoren vermieden sind. Des Weiteren soll eine hochgenaue Längenmessung ermöglicht sein, der Bereich der möglichen Abstandsänderungen vergrößert sowie ein erweiterter Einsatzbereich geschaffen sein.

Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe durch einen Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der Sensor derart ausgestaltet und weitergebildet, dass die Strahlquerschnittsgeometrie der Beleuchtung mittels elektronischer Einstellung veränderbar ist.

Die voranstehende Aufgabe ist des Weiteren durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Danach ist das Verfahren derart ausgestaltet und weitergebildet, dass die Strahlquerschnittsgeometrie der Beleuchtung an die Reflexionseigenschaften des Messobjekts angepasst wird.

Als Sensor wird ein optoelektronisches Wandler-Array eingesetzt, welches aus Zeilen und Spalten von lichtempfindlichen Elementen besteht, die zu einem aktiven Gitter zusammengefasst werden. Dieses Wandler-Array ist vorzugsweise ein CCD-Empfänger, wobei funktionell mindestens ein Transportschieberegister eine Ladungsakkumulation vornimmt, und durch geeignetes Zusammenspiel von lichtempfindlichen Elementen, dem Transportschieberegister und den Transfergates ein Flächenintegral proportional zu den einfallenden Lichtphotonen und der aktiven lichtempfindlichen Fläche gebildet wird. Das geschieht durch Summation der generierten Ladungen.

CCD-Sensoren sind an sich bekannt. Üblicherweise wird die Ladungsträgerakkumulation nur in den lichtempfindlichen MOS-Kapazitäten vorgenommen und die Ladungen so an die Transportschieberegister gegeben, dass die Ladungen von den einzelnen lichtempfindlichen Elementen getrennt in die Potentialmulden des Trans portschieberegisters fließen. Dabei muss ausgeschlossen werden, dass keine weiteren Ladungen hinzukommen können. Das wäre für die eigentliche Funktion des CCD-Sensors als Bildempfänger/Bildwandler sehr nachteilig. Auch muss bei der bekannten Funktion jegliche Beeinflussung während des Transportes ausgeschlossen werden, um eine qualitativ hochwertige Bildinformation aus dem CCD-Sensor auslesen zu können.

In der vorliegenden Anordnung erfolgt eine Signalverarbeitung bereits in den Transportschieberegistern, indem die Transportschieberegister jetzt eine Ladungsakkumulation vornehmen. Damit entsteht eine völlig andere Funktion gegenüber der bildgebenden Verfahrensweise, für die die CCD-Sensoren eigentlich entwickelt wurden. Die Ladungsakkumulation erfolgt in den einzelnen Zellen des Transportschieberegisters. Diese Zellen werden durch Potentialmulden gebildet, die es ermöglichen, dass bei Öffnen der Transfergates Ladungen aus den MOS-Kapazitäten in die Potentialmulden abfließen. Durch eine spezielle Betaktung der CCD-Zeile wird dafür gesorgt, dass die Ladungen aller Elemente nacheinander in einer Potentialmulde gesammelt, also damit aufakkumuliert werden. Am Signalausgang entspricht die Spannung damit in seiner Proportion dem Flächenintegral über alle lichtempfindlichen Flächen und der Zeit eines Transportzyklus.

Die klassische CCD-Zeile z.B. besitzt 2 Transportschieberegister. Resultierend aus den technischen Möglichkeiten und der begrenzten Strukturgröße in der Halbleitertechnologie musste man früher, um einen möglichst kleinen Pixel-Pitch, d.h. Abstand der lichtempfindlichen Elementeflächen zu erreichen, zwei Transportschieberegister vorsehen. Die Transportschieberegister waren dann jeweils seitlich der lichtempfindlichen Elemente in Zeilenrichtung angeordnet, wobei die ungeradzahligen lichtempfindlichen Elemente dem einen Transportschieberegister zugeordnet waren und die geradzahligen dem anderen. Damit konnten gleichzeitig die gewünschten hohen Auslesefrequenzen erreicht werden.

Neuere CCD-Zeilen besitzen oft nur ein Transportschieberegister. Um alternierend Ladungen akkumulieren zu können, dass heißt nur die geradzahligen Elemente getrennt von den ungeradzahligen Elementen zu erfassen, musste man jetzt einen neuen Schritt gehen und die Unterteilung in den Zellen des Transportschieberegister nach geradzahligen und ungeradzahligen Elemente vornehmen.

Das erreicht man, indem die jeweilige Transportschieberegister-Zelle an den nicht relevanten Elementen vorbei geschoben wird, ohne eine neue weitere Summation vorzunehmen, bis die nächste relevante Zelle erreicht wird. Die bisher nicht berücksichtigten lichtempfindlichen Elemente werden von einer der nachfolgenden Zellen erfasst, so dass gewährleistet wird, dass alle Informationen verwertet werden. Das Transportschieberegister realisiert nun die gewünschte Ladungsakkumulation, indem die Transfergates durch den Übernahmetakt geöffnet werden und in die jeweilige Zelle des Transportschieberegisters die Ladungen aus dem nebenliegenden aktiven lichtempfindlichen Element übernimmt. Dann beginnt der Zyklus wieder von neuem.

Die Zuordnung von lichtempfindlichen Elementen bestimmter Ordnungszahl soll nachfolgend als Gruppierung bezeichnet werden.

Die Integralfunktion beschreibt das Flächenintegral über die jeweils der Gruppierung zugeordneten lichtempfindlichen Flächen, und sieht vor, dass nach jedem Transfertakt eine Teilakkumulation erfolgt. Die Schieberegisterzelle wird mit dem Schiebetakt solange weiter geschoben, bis sie zum nächsten Element der Gruppe kommt. Dann wird mit dem Transferimpuls das Transfergate geöffnet und die Ladungen aus dem nebenliegenden lichtempfindlichen Element werden zu den bereits in der Schieberegisterzelle enthaltenen Ladungen hinzugenommen. Das wird solange wiederholt, bis am Ende nach Übernahme der Ladungen aus dem letzten Element in der auszulesenden Zelle des Transportschieberegisters das komplette Summensignal enthalten ist. Dieses Summensignal entspricht dann dem Flächenentegral. Signaltheoretisch ist der Vorgang mit der Autokorrelation vergleichbar. Die Ladungssumme im Ergebnis der Akkumulation wird durch die Ausgangsstufe im CCD-Sensor in eine Spannung gewandelt. Fügt man nun diese Spannungswerte auf einer Zeitachse aneinander, so erhält man ein periodisches Signal, welches in der Frequenz der Geschwindigkeit proportional ist. Für die technische Umsetzung sind dazu ein Sample&Hold-Verstärker und ein Tiefpass erforderlich, um ein entsprechendes Analogsignal zu erzeugen, welches dann ausgewertet werden kann. Je nach Art der Gruppierung erhält man z.B. bei einer Zweier Gruppierung nach geraden und ungeraden Elementen zwei Signale, die im Idealfall exakt gleich sind, sich aber in ihrer Phasenlage um 180 Grad unterscheiden. Eine anschließende Dif ferenzbildung der beiden Signale führt zu einer Signalverstärkung mit V = 2 und dem Auslöschen des Gleichanteils. Das hat einen großen Vorteil für die weitere Signalverarbeitung. Reale Messgutoberflächen haben die unterschiedlichsten Reflexionseigenschaften. Beginnend von metallisch glänzend bis russschwarz muss ein riesiger Dynamikbereich abgedeckt werden. Hinzu kommen erschwerend die spiegelnden Oberflächen. Der Anteil des Nutzsignales an der Gesamtamplitude ist bei der Längenmessung von Langprodukten und Bandgütern in Produktionsanlagen oft sehr klein und liegt im Bereich 1/10000 und darunter. Gelingt es, den Gleichanteil zu unterdrücken, so braucht dieser für die Dimensionierung der nachgeschalteten Elektronik nicht mehr berücksichtigt werden. Der Nutzanteil kann dann so verstärkt werden, dass der vorgesehen Dynamikbereich erreicht wird. Der elektronische Aufwand verringert sich deutlich.

Durch Veränderung der Gruppierung werden vorteilhaft auch andere Strukturen realisiert. So lässt sich zum Beispiel eine Unterteilung der lichtempfindlichen Elemente in 4er-Gruppen vornehmen. Die 4er-Gruppen enthalten jeweils das 1. Element in der Gruppe 1, das 2. Element in der Gruppe 2, das 3. Element in der Gruppe 3 und das 4. Element in der Gruppe 4, das 5. Element in der Gruppe 1 usw. Die zugehörigen Signale haben jetzt untereinander eine Phasenlage von jeweils 90 Grad. Durch Phasenvergleich lässt sich daraus die Richtung bestimmen, da sich die Phase umkehrt, wenn sich die Bewegungsrichtung des zu detektierenden Materials ändert. Am Beispiel der 1. und 2. Gruppe bedeutet das Folgendes: Das Signal der Gruppe 1 beginnt bei 0 Grad. Zum gleichen Zeitpunkt betrachtet, eilt das Signal der Gruppe 2 um 90 Grad nach. Ändert sich die Richtung, so kehrt sich auch die Phasenlage um. Jetzt eilt das Signal der Gruppe 2 um 90 Grad voraus. Gleiche Verhältnisse liegen auch zwischen den Signalen der Gruppe 2 und der Gruppe 3, bzw. der Gruppe 3 und der Gruppe 4 sowie der Gruppe 4 und der Gruppe 1 vor.

In der Signalverarbeitung lassen sich die geradzahligen und die ungeradzahligen Gruppen wieder zusammenfassen und man erhält die identischen Signale, wie bei der bereits beschriebenen 2er-Gruppierung. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass die Signale in der Vorstufe zur Richtungserkennung genutzt und in der Folgestufe zusammengefasst für die Berechnung der Momentangeschwindigkeit weiter verwendet werden, wobei die zusammengefassten Signale ein schmaleres, und damit leichter auswertbares Leistungsdichtespektrum besitzen. In der nachge schalteten Signalverarbeitungselektronik wird dann die Mittenfrequenz des Leistungsdichtespektrums bestimmt. Das geschieht üblicherweise durch spezielle Nulldurchgangs-Counter. Auch FFT- oder Phasenauswerteverfahren sind bekannt. Jede Signalperiode stellt eigentlich schon eine Längeninformation dar. Der Wert ergibt sich aus dem Abstand der lichtempfindlichen Elemente bzw. deren Gruppen unter Berücksichtigung des Maßstabes der optischen Abbildung. Man könnte die Signale über einen Schwellwerttrigger binarisieren und als Impulsfolge auf einen Längenzähler geben. Es ist jedoch vorteilhaft, die Signale erst auszuwerten. Dadurch bekommt man eine höhere Störsicherheit, da durch integrierte Plausibilitätskontrollen Störungen eliminiert werden. Anschließende Mittelungsverfahren passen die Dynamik des Systems an die nachgeschaltete Anlage an. Die Messung der Länge kann bereits im Gerät oder aber durch Auswertung der bereitgestellten Inkrementalgeberimpulse in der nachgeschalteten Produktionsanlage erfolgen.

Neben CCD-Zeilen lassen sich auch Dioden-Zeilen, wie sie z.B. in der Spektroskopie eingesetzt werden, nutzen. Bei diesen Detektoren gibt es Realisierungen, die eine andere Auslesestruktur haben und keine CCD-Transportschieberegister besitzen. Auch diese anderen Auslesestrukturen, die z.B. Multiplexer, Integratoren, Sample&Hold-Schaltungen und Stromverstärker enthalten, sind für das Verfahren einsetzbar. In diesem Fall übernehmen der Multiplexer und die gemeinsame Leitung zum Stromverstärker die Funktion des Transportschieberegisters. Anstelle der Ladungsakkumulation in den Zellen des Transportschieberegisters tritt hier die Stromsumme am Eingangsknoten der Ausgangsstufe. Damit sind alle beschriebenen Funktionen gleichermaßen realisierbar. Die Gruppierung erfolgt durch Bereitstellung eines Impulsmusters, das als Impulsfolge an das Ausleseregisters ausgegeben wird. Diese Impulsfolge aktiviert dann gruppenbezogen die Buffer oder Sample&Hold-Verstärker der aufzusummierenden lichtempfindlichen Elemente. Damit ergibt sich für die 2er-Gruppen ein 1:3 Impuls – Lückenverhältnis und für die 4er-Gruppen ein 1:7 Impuls – Lückenverhältnis usw.

Anstelle der CCD-Empfänger lassen sich auch CMOS Active Pixel Sensoren (APS) einsetzen. Das typische, bisher gegenüber CCD's nachteilig erwähnte Fixed Pattern Noise (FPN) ist bei der speziellen Anwendung für das Ortsfilterverfahren durch die integrierende Funktion nicht so relevant, so dass hier ein Einsatz mit vergleichbaren elektro-optischen Eigenschaften gegeben ist. Insbesondere aus der Sicht der Mini aturisierung und der geringeren Kosten bietet es sich an, CMOS APS anstelle des CCD-Empfängers für das elektrooptische Wandlerarray einzusetzen, um einen leistungsfähigen Sensor zur Längenmessung zu bekommen.

Durch das beschriebene Funktionsprinzip lassen sich auch optoelektronische Wandler-Arrays einsetzen, die in der Bauform ein konstantes, in Serie gefertigtes Bauteil darstellen. Um mit einem Serienbauteil, wie z.B. einer CCD-Zeile, eine berührungslose Längen- bzw. Längenabschnittsmessung für Langprodukte und bahnartige Güter aufzubauen, muss der Sensor in seiner Funktion umgestellt und an die Messaufgabe angepasst werden. Erfindungsgemäß erfolgt eine Anpassung des Sensors an die Reflexionseigenschaften des Messobjektes durch Veränderung der Strahlquerschnittsgeometrie der Beleuchtung.

Im Hinblick auf eine weiterreichende Anpassung kann zusätzlich eine Änderung der Integrationszeit, eine Änderung der Beleuchtungsstärke, eine Änderung der Signalverstärkung und/oder eine Änderung der Sensorcharakteristik vorgesehen sein.

Industrielle Aufgaben zur Längenmessung von Bandgütern und Langprodukten erfordern es, dass die Messung nicht auf einen definierten und konstanten Abstand fixiert ist, da anlagentechnisch nicht garantiert werden kann, dass sich der Abstand zum Messobjekt nicht ändert. Das kann daraus resultieren, dass die Messobjekte eine unterschiedliche Dicke besitzen. Bei einem rollengeführten Transport und einem Anbau der Messung über dem Material bewirkt eine Dickenänderung die Änderung des Messabstandes, die das Längenmessgerät tolerieren muss. Durch eine schräg auf das Messobjekt gerichtete Beleuchtung kommt es dazu, dass der Beleuchtungsspot in Abhängigkeit des Messabstandes seitlich auswandert. Bei dem Einsatz einer herkömmlichen CCD-Zeile mit üblicherweise quadratischen lichtempfindlichen Elementen führen schon kleine Abstandsänderungen dazu, dass der Beleuchtungsspot aus dem Messfenster herausläuft und keine Messung mehr möglich ist. Dieser Einfluss lässt sich verringern, indem man den Beleuchtungswinkel spitzer ansetzt. Daraus ergibt sich aber der Nachteil, dass bei glatten Oberflächen mit geringen Rauhigkeiten der Messeffekt zu gering ist, weil die erforderlichen Hell-Dunkel-Kontraste nicht mehr da sind. Die Kontraste werden mit zunehmendem Beleuchtungswinkel größer, womit wiederum der Abstandsbereich reduziert wird. Eine Vergrößerung der Messtiefe wird dadurch erreicht, dass das seitliche Auswandern des Beleuchtungsspots auf dem Messobjekt bei Abstandsänderungen durch die spezielle Sensorgeometrie ausgeglichen wird. Dazu bedarf es eines Wandler-Arrays, vorzugsweise einer CCD-Zeile, deren lichtempfindlichen Elemente streifenförmig sind. Hierbei ist es wichtig, dass die Breite der Elemente deutlich größer ist, als deren Ausdehnung in Zeilenrichtung.

Versteht man Sensor und Beleuchtung als eine Einheit, so wird deutlich, dass die Wirkungsweise dadurch zustande kommt, dass die Beleuchtung quasi eine Bewertung des Sensors vornimmt. Der Sensor wäre unbeeinflusst, wenn die Beleuchtung von jedem lichtempfindlichen Element mit der Einheitslichtstärke 1 erfasst wird. Das ist jedoch bei einer technischen Beleuchtungsquelle nicht der Fall. Ein Beleuchtungsspot bewertet die Elemente im Lichtzentrum am stärksten, hingegen am Rand deutlich geringer. Die Elemente außerhalb des Spots liefern demzufolge einen vernachlässigbaren Beitrag zur Signalbildung.

Ist die aktive Sensorfläche genügend groß, dann kann die Beleuchtung gezielt zur Beeinflussung der Sensorcharakteristik eingesetzt werden. Das wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass die Beleuchtung in der Strahlquerschnittsgeometrie verändert wird. Die Beleuchtung ist als Array ausgeführt, wobei vorzugsweise punktförmige Strahlungsquellen sehr dicht aneinander gesetzt sind. Eingestellt werden unterschiedliche Spotformen (lang schmal, lang breit), indem die Längen- und Breitenausdehnung verändert wird. Die Ansteuerung der einzelnen punktförmigen Strahlungsquellen erfolgt über ein spezielles Register, welches die Information über die gewünschte Strahlgeometrie enthält. Dabei ist es vorteilhaft, einzelne Strahlungsquellen zusammenzuschalten. Die Strahlungsquellen befinden sich im Kreuzungspunkt zwischen Zeilen- und Spaltenleitungen, die über entsprechende Schaltstufen mit Strom versorgt werden. Über die Zeilen- und Spaltenleitung kann jede einzelne Strahlungsquelle aktiviert werden. Ordnet man den Schaltstufen jeder Zeile und jeder Spalte ein Steuerregister zu, sind die verschiedensten Beleuchtungsmuster realisierbar. Im Zusammenspiel mit der Beleuchtungsoptik ergibt sich damit eine gezielt veränderbare Strahlgeometrie.

Das seitliche Auslenken des Beleuchtungsspots wird über das Summensignal des Wandler-Arrays lokalisiert, wobei durch Auswertung der Teilsummen eine Schwerpunktberechnung die Position liefert. Über die Winkelbeziehung ergibt sich der mo mentane Abstand des Messobjektes zum Meßsystem. Der Abstand braucht aber gar nicht berechnet werden, wenn man eine Kalibrierung vorsieht, die in Abhängigkeit der Positionen des Beleuchtungsspots auf dem Array in einem Tabellenspeicher den zugehörigen Abstand ablegt. Für die interne Messablaufsteuerung oder für die Einbindung in die Produktionsanlage wird ein Steuersignal bereitgestellt. Dabei liefert die Lokalisation des Beleuchtungsspots im Basisabstand ein Sollsignal, dass anzeigt, wenn das Messobjekt im optimalen Abstand vorbeiläuft. Vorteilhaft ist es, ein weiters Signal für die Information „zu nah" bzw. „zu weit" bereitzustellen. Diese Signale werden bei bestimmten Messaufgaben dazu genutzt, um den Sensor im Abstand nachzuführen. Rohrprüfanlagen, die Rohre mit unterschiedlichstem Durchmesser verarbeiten müssen, benötigen für die Längenmessung eine mechanische Nachführeinrichtung. Für den motorischen Antrieb dieser Versteileinrichtung werden die oben genannten Steuersignale benötigt. Dadurch kann vorteilhaft ein separater Abstandssensor eingespart werden.

Die Beleuchtung ist derart gestaltet, dass die Mindestanzahl von z.B. 2 Strahlungsquellen die Mindestausdehnung in Längsrichtung festlegt, Durch Hinzuschalten weiterer Strahlungsquellen wird eine Veränderung der Strahlgeometrie der Beleuchtung realisiert.

Durch Hinzunahme weiterer Zeilen von Strahlungsquellen links und rechts bezogen auf die Sensorachse wird der Beleuchtungsspot verbreitert. Die Veränderung der Strahlgeometrie bewirkt eine Vergrößerung der aktiv wirksamen Streifenanzahl, was bei Einsatz eines Empfängers mit breiten Zeilen die Richtungsselektivität gezielt beeinflusst. Durch diese Vorgehensweise wird vorteilhaft die Erstinbetriebnahme des Sensors in einer Anlage für die Produktion von Langprodukten deutlich vereinfacht, da sich programmtechnisch der Sensor in seiner Charakteristik einstellen lässt. Damit lässt sich ein eigener Modus (Servicemodus) schaffen. Im Servicemodus, verringert man gezielt die Richtungsselektivität. Damit kann der Sensor auch bei schrägem Anbau sehr gute Messsignale liefern. Der Sensor wird dann ausgerichtet, wobei auch hier wiederum der Sensor die entsprechenden Informationen zu Abstand und Winkelausrichtung liefert. Ist die Einrichtung des Sensors beendet, wird in den Betriebsmodus umgeschaltet, das heißt, der Sensor läuft jetzt mit einer hohen Richtungsselektivität und angepasstem, schmalen Beleuchtungsspot und liefert damit die höchste Präzision bezogen auf die gewünschte Messung.

Bei kommerziellen CCD-Bildaufnehmern wird ein Shutter im Rahmen der Regelung genutzt, um die Integrationszeit zu verkürzen. Üblicherweise ist bei bildgebenden Sensoren die Integrationszeit gleich der Auslesezeit, da während des Auslesens, die Transfergates geschlossen sind und in den lichtempfindlichen Elementen die Ladungsträger generiert werden. Zum Übernahmezeitpunkt werden dann die Transfergates geöffnet und die generierten Ladungen, die ein Maß für das abgebildete Helligkeitsmuster sind, in das Transportschieberegister gegeben. Danach beginnt wieder die Ausleseprozedur. Bei zu großer Helligkeit müsste die Auslesezeit weiter verkürzt werden. Durch die maximal zulässige Auslesegeschwindigkeit sind dem jedoch physikalisch Grenzen gesetzt. Die minimale Integrationszeit ist damit von der Anzahl der auszulesenden lichtempfindlichen Elemente abhängig. Neuere CCD-Zeilen besitzen deshalb sogenannte Shutter, die während des eigentlichen Bildauslesens, die bisher generierten Ladungen ableiten. Damit gelingt es die lichtempfindlichen Elemente quasi zurückzusetzen und die Integration neu zu beginnen. In Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Auslösens des Shutters wird nun eine deutlich kürzere Integrationszeit wirksam. Der Shutter kann auch dazu genutzt werden, die Bildaufnahme auf ein externes Signal zu triggern, da jetzt unabhängig vom Bildauslesezyklus, die Generation der Ladungsträger in den lichtempfindlichen Elementen neu gestartet wird. Das bedeutet, dass genau zu dem vorgegebenen Zeitpunkt das Bild aufgenommen wird.

Setzt man eine CCD-Zeile als Ortsfilter in Form eines aktiven Gitters ein, so ist die vorgenannte Funktion nicht möglich. Das resultiert daraus, dass ein völlig anderer Zyklus abläuft und es kein Bildauslesen gibt.

Bei den CCD-Ortsfilteranwendungen kann der Shutter den Transfergates nachgeordnet sein. Die Funktion ist aber auch gewährleistet, wenn der Shutter sich im Signalfluss vor den Transfergates befindet. Entscheidend ist, dass er sich zwischen den lichtempfindlichen Elementen und den Transportschieberegistern befindet. Der Shutter dient hier dazu, den Summationsprozess, der eine schrittweise Aufnahme von Teilsummen bis zur komplett fertig gestellten Flächensumme über alle bzw. ausgewählte lichtempfindlichen Elemente darstellt, zu beeinflussen. Da das Aufsummieren in den Transportschieberegistern schrittweise passiert, stellt diese eine virtuelle Bewegung in der Bildebene dar, wobei sich auch eine Geschwindigkeit an geben lässt, die sich aus dem Rasterabstand der lichtempfindlichen Elemente und der Taktfrequenz des Transportschieberegisters ergibt. Diese ist für alle Abläufe konstant und hat damit nur einen untergeordneten Einfluss auf die Signalbildung, solange die Geschwindigkeit groß genug gegenüber der eigentlichen Objektbewegung ist. In diesem Fall kann man den Vorgang als quasi-statischen Prozess auffassen. Dennoch lässt sich nachweisen, dass diese virtuelle Geschwindigkeit z.B. bei Präzisionslängenmessungen mit Messunsicherheiten besser 0,2% im Einfluss nicht zu vernachlässigen ist, da sie in die Berechnungskonstante eingeht.

Verändert man nun den Ablauf und ändert die Schiebetaktfrequenz, z.B. für eine Helligkeitsregelung, dann entstehen Störungen im Messsignal, da jetzt die Integration mit einer anderen Geschwindigkeit fortgesetzt wird. Es muss deshalb verhindert werden, dass Ladungen, nach der Umschaltung der Taktfrequenz weiter aufsummiert werden. Die Summation darf erst dann wieder freigegeben werden, wenn sichergestellt werden kann, dass alle aufsummierten Ladungen nur mit ein und derselben Taktfrequenz bewegt wurden.

Das lässt sich durch den Einsatz eines Shutters realisieren. Wird die Taktfrequenz geändert, so wird gleichzeitig der Shutter ausgelöst. Dadurch werden die Ladungen der verbliebenen lichtempfindlichen Elemente ausgeräumt und werden damit nicht in die Summation, die jetzt mit geänderter Taktfrequenz erfolgt, mit einbezogen. Auch die bisher aufgenommenen Teilsummen werden nicht verändert, da die Funktion des Shutters verhindert, dass weitere Ladungen hinzukommen, die dann bereits einer geänderten Taktfrequenz unterliegen würden.

Ein CCD-Controller der das Betriebsregime der CCD festlegt und der die Takte zur Verfügung stellt, registriert viel Zyklen der Shutter aktiv sein muss. Danach wird der Shutter wieder abgeschaltet.

Im Ergebnis entsteht so ein Ausgangssignal, dessen Einhüllende in der Amplitude langsam abnimmt bis das Signal Null ist und in der Amplitude dann wieder langsam ansteigt, wobei hier die veränderte Taktfrequenz wirksam wird. Der ausgelöste Shutter bewirkt ein Abklingen der Signalamplitude auf Null sowie danach wieder ein langsames Ansteigen der Einhüllenden des Signals, und realisiert damit ein Ausgleichprozess, der die Störungen des Umschaltens wirksam unterdrückt. Dadurch können aufwendige Signalnachbearbeitungsschritte entfallen und der Aufwand der Signalverarbeitung reduziert sich deutlich. Damit entfällt auch eine separate Messsignalüberwachung auf der Auswerteseite, da das Ausgangssignal von den Umschaltstörungen bereinigt ist. Das Auf- und Abklingen der Amplitude stellt ein signaltypisches Verhalten dar, was bei der weiteren Signalverarbeitung Berücksichtigung findet.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den nebengeordneten Patentansprüchen 1 und 8 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
1 eine Gesamtdarstellung des Sensors,
2 eine schematische Darstellung der Anordnung der lichtempfindlichen Elemente,
3 eine schematische Darstellung der Auslesestruktur einer CCD-Zeile mit Transportschieberegister,
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Wandler-Arrays mit elektronischem Shutter,
5 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsanordnung,
6a eine Darstellung des Prinzips der Beleuchtung mit klassischer Halogenquelle bei unterschiedlichen Arbeitsabständen,
6b eine Darstellung des Prinzips der Beleuchtung mit veränderlicher Strahlgeometrie bei unterschiedlichen Arbeitsabständen,
7a eine schematische Darstellung der Wirkung der Beleuchtung in Mittenposition bei einer Detektorzeile mit quadratischen lichtempfindlichen Elementen,
7b eine schematische Darstellung der Wirkung der Beleuchtung in Randposition bei einer Detektorzeile mit quadratischen lichtempfindlichen Elementen,
8 eine schematische Darstellung der Wirkung der Beleuchtung bei einer Detektorzeile mit streifenförmigen lichtempfindlichen Elementen,
9a eine schematische Darstellung der Beleuchtung mit einem Beleuchtungsarray in Mittenposition,
9b eine schematische Darstellung der Beleuchtung mit einem Beleuchtungsarray in Randposition,
10a eine schematische Gegenüberstellung der Beleuchtung mit einem schmalen, länglichen Spot für quadratische und streifenförmige lichtempfindliche Elemente,
10b eine schematische Gegenüberstellung der Beleuchtung mit einem breiten, länglichen Spot für quadratische und streifenförmige lichtempfindliche Elemente,
11a eine schematische Darstellung der Beleuchtung mit einem schmalen, länglichen Spot, der für von links einlaufende Messobjekte schräg ausgerichtet ist, und
11b eine schematische Darstellung der Beleuchtung mit einem schmalen, länglichen Spot, der für von rechts einlaufende Messobjekte schräg ausgerichtet ist.
1 zeigt schematisch eine Gesamtdarstellung eines Sensors 1 zur berührungslosen Längen- und Längenabschnittsmessung von Langprodukten und bahnartigen Gütern. Der Sensor 1 besteht aus einem optoelektronischen Wandler-Array 2, einer abbildenden Optik 3, einer Beleuchtung 4, einer Signalverarbeitungseinheit mit Auswerterechner 5 und Interface 6. Der Sensor 1 ist als Messgerät oberhalb des Messobjektes 8 angeordnet. Als Messobjekt 8 ist beispielhaft als typisches Langprodukt ein Stangenmaterial dargestellt. Der Einsatz kann jedoch auf beliebigen Materialoberflächen erfolgen. Durch die Optik 3 wird die Feinstruktur des Messobjektes aufgelöst und auf das optoelektronische Wandler-Array 2 abgebildet. Feinste Unebenheiten in der Oberfläche des Messobjektes oder Helligkeitsunterschiede liefern bereits die für den Messeffekt erforderlichen Kontraste. Dazu wird das Messobjekt durch die Beleuchtungseinheit 4 schräg beleuchtet. Der Winkel zum Messobjekt ist maßgeblich für die Ausbildung der rauhheitsbedingten Helligkeitsunterschiede auf der Messobjektoberfläche. Je größer der Winkel zwischen Beleuchtung und Wandler-Array 2 ist, desto besser gelingt es kleinste Rauhigkeiten in Hell-Dunkel-Kontraste zu wandeln. Für den industriellen Einsatz ist es jedoch zwingend erforderlich, Beleuchtung und Wandler-Array 2 in einem mechanischen Gehäuse zu integrieren. Damit ist der Beleuchtungswinkel technisch begrenzt.
Dem optoelektronischen Wandler-Array 2 ist eine Signalverarbeitungseinheit mit Auswerterechner 5 nachgeschaltet. Typische Signale von Ortsfrequenzempfängern sind so genannte Frequenzbursts, deren Einhüllende durch die Struktur- und Reflexionseigenschaften des Messobjektes 8 bestimmt wird. Die Signal-Frequenz des Bursts ist der Geschwindigkeit des Messobjektes 8 proportional. Die Signalverarbeitung dient der Aufbereitung des Messsignals. Üblich sind analoge Verstärker, Differenzverstärker, Abtast&Halte-Schaltungen und Bandfilter. Ein spezieller Nulldurchgangstrigger liefert die Torzeiten für einen anschließenden Zähler. Durch Vergleiche zwischen aufeinander folgenden Zählergebnissen wird eine Plausibilitätsprüfung realisiert. Die Triggerung besitzt mehrere Triggerpunkte, die nacheinander durchlaufen werden müssen. Damit werden Rauschen und Störungen erkannt und führen nicht zu dem bekannten Jittern im Nulldurchgang, welches vielfach als statistische Störung fälschlicherweise den Ortsfilterdetektoren zugeordnet wird. Der Auswerterechner bestimmt aus der gemessenen Signalfrequenz die Momentangeschwindigkeit und berechnet zeitabschnittsweise die Länge des Messobjektes 8. Die Zeitabschnitte sind vorwählbar. Die Längenerfassung kann durch internes Rücksetzten im System gestartet werden oder durch einen externen Impuls, der z.B. über eine Lichtschranke bei Einlaufen des Messobjektes 8 in die Messstrecke ausgelöst wurde.
2 zeigt die gitterförmige Anordnung der lichtempfindlichen Elemente 12. Das optoelektronische Wandler-Array 2 enthält in Zeilen 9 und Spalten 10 angeordnete lichtempfindliche Elemente 12. Die Struktur entspricht dabei einem Gitter, wobei im Gegensatz zu der Anwendung von Gittermasken hier ein aktives Gitter entstanden ist. Das bedeutet, dass die Gitterelemente selbst als aktive optoelektronische Wandler ausgeführt sind. Die angedeuteten Summationsglieder sollen nur die mathematische Funktion darstellen. Die Summation in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt sequentiell in den Transportschieberegistern.
Dazu ist im ersten Ausführungsbeispiel das optoelektronische Wandler-Array 2 vorzugsweise als CCD-Empfänger ausgeführt. Die Funktion lässt sich am besten anhand einer CCD-Zeile beschreiben, wie sie in 3 dargestellt ist. Die Anordnung enthält nur ein Transportschieberegister 13, welches die Ladungsakkumulation übernimmt. Zwischen den lichtempfindlichen Elementen 12 und dem Transportschieberegister 13 sind Transfergates 14 vorhanden, die durch den Übernahmetakt geöffnet werden und die Ladungen aus den aktiven lichtempfindlichen Elementen 12 übernehmen und in die jeweilige Zelle des Transportschieberegisters 13 übergeben. Üblicherweise wird die Ladungsträgerakkumulation nur in den lichtempfindlichen MOS-Kapazitäten vorgenommen und die Ladungen so an die Transportschieberegister gegeben, dass keine weiteren Ladungen hinzukommen können. Eine jegliche Beeinflussung während des Transportes muss ausgeschlossen werden, um eine qualitativ hochwertige Bildinformation aus der CCD auslesen zu können.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Signalverarbeitung aber bereits in den Transportschieberegistern. Dazu übernehmen die Transportschieberegister jetzt eine neue Ladungsakkumulation, die in jeder einzelnen Zelle des Transportschieberegisters erfolgt. Die Zellen des Transportschieberegisters 13 werden durch Potentialmulden gebildet, die es ermöglichen, dass bei Öffnen der Transfergates 14 Ladungen aus den MOS-Kapazitäten in die Potentialmulden abfließen. Durch eine spezielle Betaktung der CCD-Zeile wird dafür gesorgt, dass die Ladungen aller Elemente nacheinander in einer Potentialmulde gesammelt und dadurch aufakku muliert werden. Am Signalausgang entspricht die Spannung damit in seiner Proportion dem Flächenintegral über alle lichtempfindlichen Flächen und der Zeit eines Transportzyklus. Neuere CCD-Zeilen besitzen oft nur ein Transportschieberegister. Um alternierend Ladungen akkumulieren zu können, das heißt nur die geradzahligen Elemente getrennt von den ungeradzahligen Elementen zu erfassen, ist eine Gruppierung erforderlich. Jede Zelle des Transportschieberegisters entspricht dann einer Gruppe. Bedingt durch den zeitlich sequentiellen Charakter des Verfahrens wiederholen sich die Gruppen zyklisch, stellen aber eine andere Zeitscheibe dar. Die Zuordnung zu den Zeitscheiben wird durch den Transfertakt bestimmt. Die Gruppierung bedingt, dass nicht bei jedem Schiebetakt ein Transferimpuls erfolgt und dass eine Trennung von Teilsummen nach Gruppen in den Zellen des Transportschieberegisters vorgenommen wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Aufteilung in zwei Gruppen, wobei die Zuordnung nach ungeradzahligen und geradzahligen lichtempfindlichen Elementen 12 erfolgt.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer CCD-Zeile, die einen Shutter enthält. Der Shutter ist den Transfergates nachgeschaltet und damit jedem lichtempfindlichen Element zugeordnet. Der Shutter dient dazu, den Summationsprozess zu beeinflussen. Wird die Taktfrequenz geändert, so wird gleichzeitig der Shutter angesteuert. Dadurch werden die Ladungen der verbliebenen lichtempfindlichen Elemente ausgeräumt und werden damit nicht in die Summation, die jetzt mit geänderter Taktfrequenz erfolgt, mit einbezogen. Auch die bisher aufgenommenen Teilsummen werden nicht verändert, da die Funktion des Shutters verhindert, dass weitere Ladungen hinzukommen, die dann bereits einer geänderten Taktfrequenz unterliegen würden. Die Änderung der Taktfrequenz ist für die Regelung des Sensors auf den gewünschten Arbeitspunkt erforderlich. Sie bestimmt die Integrationszeit, die je nach Ausleuchtung des Sensors die Ladungsträgergeneration beeinflusst. Damit ist eine adaptive Anpassung an das Reflexionsverhalten der Messobjekte gegeben. Eine entsprechende Regelung, die durch den Auswerteprozessor oder eine andere geeignete Baugruppe ausgeführt wird, ermöglicht ein breites Einsatzspektrum.
Durch die Funktion des Shutters wird sichergestellt, dass alle aufsummierten Ladungen nur mit ein und derselben Taktfrequenz bewegt wurden. Der ausgelöste Shutter bewirkt ein Abklingen der Signalamplitude auf Null sowie danach wieder ein langsames Ansteigen der Einhüllenden des Signals, und realisiert damit einen Ausgleichprozess, der die Störungen des Umschaltens wirksam unterdrückt. Die Messablaufsteuerung, die der Auswerterechner realisiert, bestimmt, über wie viele Zyklen der Shutter aktiv sein muss. Danach wird der Shutter wieder abgeschaltet.
5 zeigt den schematischen Aufbau der Beleuchtung. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Beleuchtung 4 aus Beleuchtungsquelle 17, Beleuchtungsoptik 18 und Halterung 19. Dabei handelt es sich bei dem Leuchtmittel um ein Array aus einzelnen Strahlungsquellen. In dem Ausführungsbeispiel wurden lichtstarke LED's zu einem Array zusammengefasst. Das Beleuchtungs-Array ist in diesem Falle eine integrierte Lösung, bei dem sich die LED's auf einem gemeinsamen Substrat befinden und der Chip in einem mechanisch justierbaren Bauteil 16 eingefasst ist, welches im vorliegendem Ausführungsbeispiel als Metallgehäuse ausgeführt ist (5b). Das Metallgehäuse dient der besseren Wärmeableitung und besitzt zur Montage entsprechende Montagebohrungen. Damit ist das Bauteil auch leicht justierbar und kann optisch besser ausgerichtet werden. Für die Ausrichtung auf den Basisabstand ist die Beleuchtung auf einem Träger montiert, der zwei Montageschrauben enthält. Entsprechende Gleitmuttern und Langlöcher auf der Gehäuseunterseite gestatten eine Verstellung des Beleuchtungswinkels. Damit kann die Beleuchtung leicht auf den Basisabstand eingerichtet werden. Das Beleuchtungs-Array 20 besteht aus mehreren Zeilen von LED's, wobei die LED's einzeln oder in Blöcken ansteuerbar sind.
6a zeigt den Sensor mit einer Beleuchtung, die eine herkömmliche Halogenlichtquelle enthält. Die Beleuchtungsoptik projiziert einen Lichtkegel auf die Messobjektoberfläche. Die Größe der Wendel bestimmt den Unschärfekreis und damit im Zusammenspiel mit der Beleuchtungsoptik die Größe des Beleuchtungskegels. Durch die winklig angeordnete Beleuchtung kommt es bei Veränderung des Abstandes zu einem Auswandern des Beleuchtungskegels aus dem Messfenster des Sensors heraus. Durch das Beleuchtungs-Array wird dieser Nachteil kompensiert. Erfindungsgemäß besitzt die Beleuchtung 4 eine elektronisch einstellbare veränderliche Strahlquerschnittsgeometrie.
6b zeigt die Anpassung der Beleuchtung auf unterschiedliche Abstände. Die Beleuchtung ist so ausgelegt, dass das Beleuchtungs-Array eine wesentlich größere Fläche ausleuchten kann, als der Sensor für sein Messfeld benötigt. Dadurch gelingt es, bei Abstandsänderungen nur den Teil des Arrays zu aktivieren, welcher mit dem Messfenster zur Überdeckung kommt. Die anderen Bereiche werden dunkel getastet. Die Abstandsvariation ergibt sich durch die Überdeckung der Randbereiche des Beleuchtungs-Arrays mit dem Messfenster an den jeweiligen Abstandsgrenzen.
Durch die Gestaltung der Strahlgeometrie ergibt sich eine weitere Optimierungsmöglichkeit in Bezug auf die Eigenschaften des Ortsfilters. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem optoelektronischen Wandlerarray mit vorzugsweise quadratischen lichtempfindlichen Elementen. Hier führt das Auswandern der Beleuchtung durch Abstandsänderung sehr schnell zu einem Signalausfall, da eine Mindestanzahl von lichtempfindlichen Elementen ausgesteuert werden muss, um ein sicher auswertbares Signal zu erhalten (7b).
Wird nun, wie das folgende Ausführungsbeispiel gemäß 8 zeigt, ein optoelektronisches Wandler-Array eingesetzt, welches als lichtempfindliche Elemente streifenförmige Flächen besitzt, kann der Sensor in einem deutlich größeren Bereich ohne Leistungsminderung arbeiten.
9a zeigt eine weitere Ausführung in der Gestaltung der Strahlgeometrie, die durch eine geeignete Ansteuerung ohne Änderung der Optik erreicht wird. Die Anzahl der wirksamen lichtempfindlichen Elemente wird durch Veränderung der Spotlänge in Bewegungsrichtung festgelegt. Damit wird die Selektivität des Ortsfilters verändert. Die Wahl der Messspur zeigt 9b. Das ist insbesondere bei Rundmaterial vorteilhaft, welches im Produktionsprozess nicht exakt geführt werden kann.
Ortsfilter, die eine lange Detektorzeile mit quadratischen lichtempfindlichen Elementen enthalten, weisen bekanntermaßen eine starke Richtungsselektivität auf. Wird dies gewünscht, so lässt sich mit dem Ausführungsbeispiel unter Anwendung der änderbaren Strahlgeometrie der Beleuchtung das gewünschte Verhalten erreichen. 10a zeigt dazu schematisch die zugehörige Strahlgeometrie. Von den Streifen werden jetzt nur schmale Bereiche für die Messung eingesetzt. Eine geringe Richtungsselektivität im Verhalten zeigt das Ausführungsbeispiel in 10b. Hier sind die streifenförmigen Elemente in ihrer Fläche nahezu vollständig wirksam.
Dieser Betrieb bietet sich an, wenn beim Anbau die Vorzugsrichtung des Messobjektes nicht bekannt ist. Anwendungen, bei denen die Ausrichtung des Arrays nicht mit der Richtung des Messobjektes übereinstimmt, lassen sich nachträglich ebenfalls durch eine Veränderung der Strahlgeometrie anpassen, wie 11 zeigt. Dabei ist es gleichermaßen vorgesehen, dass das Messobjekt schräg von links (11a) oder schräg von rechts (11b) einläuft. Die vorgenannten Einstellungen werden vorteilhaft im Service-Mode realisiert. In dieser Einstellung verhält sich der Sensor sehr tolerant und lässt sich damit einfacher in Betrieb nehmen.
Neben der Bewertung, wie sie in den vorangegangenen Beispielen durch die Beleuchtung vorgenommen wurde, ist es vorgesehen, die Gruppierung für eine Amplitudenbewertung zu nutzen. Dabei ist es vorgesehen, dass die Teilsummen entsprechend der Gruppierung eine unterschiedliche Bewertung erfahren, die einen beliebig wählbaren, für alle Gruppen konstanten Skalierungsfaktor K bekommen, wobei die Bewertung nach folgender Vorschrift einstellbar ist:

A) „+K; –K; +K; –K; +K; –K; +K, –K, +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K"

Wählt man K = 1, so ergibt sich die Bewertung wie folgt:

A) „+1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1"

Es handelt sich bei diesem Ausführungsbeispiel um die Ausbildung von 16 Gruppen. Das Beispiel realisiert das kleinste alternierende Raster und erzeugt damit die größte Ortsfrequenz.
Die Bildungsvorschrift der nachfolgenden Bewertung

B) „+1; +1; –1; –1; +1; +1; –1; –1; +1; +1; –1; –1; +1; +1; –1; –1„ realisiert bezogen auf das Beispiel A) die halbe Ortsfrequenz.

Weitere Ausführungsbeispiele sind

C) „+1; +1; +1; +1; –1; –1; –1; –1; +1; +1; +1; +1; –1; –1; –1; –1„

D) „+1; +1; +1; +1; +1; +1; +1; +1; –1; –1; –1; –1; –1; –1; –1; –1„

Dadurch ist eine Messbereichsumschaltung gegeben, da sich in demselben Verhältnis wie die detektierte Signalfrequenz verringert.
Vorteilhaft ist, die Bewertung einer periodischen Funktion nachzugestalten. Die besten Eigenschaften hinsichtlich einer gewünschten Schmalbandigkeit liefern Sinus- bzw. Kosinusfunktionen. Auch die aus der Signal- und Systemtheorie bekannten Fensterfunktionen, wie Hanning-Funktion oder Haming-Funktion, lassen sich einsetzen. Mit einem Sinus-Ansatz liefert das Beispiel folgende Bewertung:

E) „+34; +64; +86; +98; +98; +86; +64; +34; –34; –64; –86; –98; –98; –86; –64; –34"

Erweitert man die Vorgehensweise auf zwei getrennte Gruppen A und B, so lässt sich mit nachfolgender Bewertung eine virtuelle Gitterbewegung erzeugen.
Das kleinste Raster und damit die größte Ortsfrequenz erhält man unter Verwendung von K = 1 mit:

A.1: „+1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1 „
B.1: „–1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1; –1; +1 „

Nachfolgendes Beispiel realisiert bezogen auf das Beispiel A.1/B.1 die halbe Ortsfrequenz:

A2: „+1; +1; –1; –1; +1; +1; –1; –1; +1; +1; –1; –1; +1; +1; –1; –1 „
B2: „–1; +1; +1; –1; –1; +1; +1; –1; –1; +1; +1; –1; –1; +1; +1; –1 „

Weitere Ausführungsbeispiele sind:

A.3: „+1; +1; +1; +1; –1; –1; –1; –1; +1; +1; +1; +1; –1; –1; –1; –1 „
B.3: „–1; –1; +1; +1; +1; +1; –1; –1; –1; –1; +1; +1; +1; +1; –1; –1 „

A.4: „+1; +1; +1; +1; +1; +1; +1; +1; –1; –1; –1; –1; –1; –1; –1; –1 „
B.4: „–1; –1; –1; –1; +1; +1; +1; +1; +1; +1; +1; +1; –1; –1; –1; –1 „

Eine Signalfensterung mit virtueller Gitterbewegung realisiert nachfolgende Bewertung der Gruppen:

A.5: „+34; +64; +86; +98; +98; +86; +64; +34; –34; –64; –86; –98; –98; –86; –64; –34"
B.5: „98; –86; –64; –34; +34; +64; +86; +98; +98; +86; +64; +34; –34; –64; –86; –98"

Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

1: Sensor
2: optoelektronische Wandler-Array
3: abbildende Optik
4: Beleuchtung
5: Signalverarbeitungseinheit mit Auswerterechner
6: Interface
7: optische Fenster
8: Meßobjekt
9: Zeilen
10: Spalten
11: CCD-Zeile
12: lichtempfindliche Elemente
13: Transportschieberegister
14: Transfergates
15: Shutter
16: Strahlquelle als justierbares Bauteil
17: Beleuchtungsquelle
18: Beleuchtungsoptik
19: Befestigung
20: Beleuchtungs-Array
K: Skalierungsfaktor für die Bewertung

Claims

Sensor zur Längenabschnittsmessung von Langprodukten und bahnartigen Gütern, bestehend aus einem optoelektronischen Wandler-Array (2), einer abbildenden Optik (3), einer Beleuchtung (4), einer Signalverarbeitungseinheit mit Auswerterechner (5) und einem Interface (6), wobei das Wandler-Array (2) in Zeilen (9) und Spalten (10) angeordnete lichtempfindliche Elemente (12) umfasst, welche zu einem aktiven Gitter angeordnet sind, wobei mindestens eine Ausleseschaltung vorgesehen ist, welche die Lichtinformation aus den lichtempfindlichen Elementen übernimmt, wobei die Ausleseschaltung zur Ladungsakkumulation mindestens ein Transportschieberegister (13) umfasst, das zur Bildung des Summensignals über die aktive Sensorfläche mit Transfergates (14) zusammenwirkt, welche zwischen den lichtempfindlichen Elementen (12) und den Transportschieberegistern (13) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquerschnittsgeometrie der Beleuchtung (4) mittels elektronischer Einstellung veränderbar ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das opto-elektronische Wandler-Array (2) ein CCD-Empfänger ist und dass die Transfergates (14) durch einen Übernahmetakt öffenbar sind und die Ladungen aus den aktiven lichtempfindlichen Elementen (12) übernehmen und in die jeweilige Zelle des Transportschieberegisters (13) übergeben.
Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der CCD-Empfänger einen oder mehrere elektronische Shutter (15) aufweist, die den Transfergates (14) nachgeschaltet sind.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Wandler-Array (2) eine CCD-Zeile (11) ist, deren lichtempfindlichen Elemente (12) vorzugsweise streifenförmig sind, mit einer Breite der Elemente (12), deren Ausdehnung deutlich größer als die Ausdehnung in Zeilenrichtung ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Beleuchtungsquelle (17) in einem mechanisch justierbarem Bauteil (16) eingefasst ist, – die Beleuchtung (4) aus einer oder mehreren Einzelquellen besteht, wobei letztere zu einem Beleuchtungs-Array (20) zusammengeschaltet sind, die Einzelquellen im Array einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind und damit das Array eine elektronisch einstellbare veränderliche Strahlgeometrie besitzt, – die einzelnen Beleuchtungsquellen LED's sind.
Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Beleuchtungs-Array (20) ein oder mehrere Zeilen von LED's umfasst, wobei die LED's einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind, – die LED's des Beleuchtungs-Arrays (20) einen integrierten Baustein darstellen, wobei die LED's auf einem gemeinsamen Träger aufgebracht sind, – das Beleuchtungs-Array (20) monolithish aufgebaut ist und der gemeinsame Träger für die LED's ein gemeinsames Substrat ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wandler-Array (2) eine Signalverarbeitungseinheit mit Auswerterechner (5) nachgeschaltet ist, die eine Plausibilitätsprüfung des Sensorsignal durchführt, aus dem Sensorsignal die charakteristische Frequenz bestimmt, die momentan gemessene Geschwindigkeit ermittelt und in vorwählbaren Zeitabschnitten eine Länge zuordnet.
Verfahren zur Längenabschnittsmessung von Langprodukten und bahnartigen Gütern, umfassend die Schritte: – Beleuchten des Messobjekts (8), – Aufnahme von am Messobjekt (8) reflektiertem Beleuchtungslicht über eine abbildende Optik (3) auf ein optoelektronisches Wandler-Array (2), das in Zeilen (9) und Spalten (19) angeordnete lichtempfindliche Elemente (12) umfasst, welche zu einem aktiven Gitter angeordnet sind, – Auslesen der Lichtinformation aus den lichtempfindlichen Elementen (12) durch Ladungsakkumulation mittels mindestens eines Transportschieberegisters (13), indem Transfergates (14) durch einen Übernahmetakt geöffnet werden und die Ladungen aus einem entsprechenden lichtempfindlichen Element (12) in die jeweilige Zelle des Transportschieberegisters (13) übernommen werden, – Ausführen einer Integralfunktion, bei der mit jedem Schiebetakt eine Teilakkumulation erfolgt, bis am Ende nach Übernahme der Ladungen aus dem letzten Element in der auszulesenden Zelle des Transportschieberegisters (13) das komplette Summensignal enthalten ist, – Unterteilung der Information in den Zellen des Transportschieberegisters (13) nach geradzahligen und ungeradzahligen Elementen, – Vorbeischieben der Zelle des Transportschieberegisters (13) an den nicht relevanten Elementen (12), ohne eine neue weitere Summation vorzunehmen, bis das nächste relevante Element (12) erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquerschnittsgeometrie der Beleuchtung (4) an die Reflexionseigenschaften des Messobjekts (8) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung an die Reflexionseigenschaften des Messobjektes (8) zusätzlich durch einen oder mehrere der nachfolgenden Verfahrensschritte erfolgt: – Änderung der Integrationszeit, – Änderung der Beleuchtungsstärke, – Änderung der Signalverstärkung, – Änderung der Sensorcharakteristik.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Shutter (15) für eine wirksame Regelung einer als optoelektronisches Wandler-Array (2) eingesetzten CCD-Zeile (11) genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ändern der Integrationszeit durch Umschaltung des Taktregimes ein elektronischer Shutter alte Ladungen, die einer anderen Transportgeschwindigkeit zuzuordnen sind, eliminiert.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als optoelektronisches Wandler-Array (2) ein in der Bauform konstantes, seriengefertigtes Bauteil eingesetzt wird und die Anpassung über die Beleuchtung (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergrößerung der Messtiefe das seitliche Auswandern des Beleuchtungsspots auf dem Messobjekt (8) bei Abstandsänderungen durch die spezielle Geometrie des Wandler-Arrays (2) ausgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisation des seitlichen Auslenkens des Beleuchtungsspots über das Summensignal des Wandler-Arrays (2) erfolgt, wobei durch Auswertung der Teilsummen eine Schwerpunktberechnung die Position liefert.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisation des Beleuchtungsspots im Basisabstand ein Sollsignal liefert, dass anzeigt, wenn das Messobjekt (8) im optimalen Abstand vorbeiläuft.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Strahlquerschnittsgeometrien der Beleuchtung derart eingestellt werden, dass die Beleuchtungs-Spotformen (lang schmal, lang breit) durch einstellbare Längen- und Breitenausdehnung verändert werden, indem vorzugsweise punktförmige Strahlungsquellen sehr dicht aneinander gesetzt sind, wobei die Ansteuerung über ein spezielles Register vorgenommen wird, welches die Information über die gewünschte Strahlgeometrie enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestanzahl von zwei Lichtquellen die Mindestausdehnung in Längsrichtung festlegt und durch Hinzuschalten weiterer Lichtquellen eine Verlängerung der Strahlgeometrie der Beleuchtung realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Streifenanzahl vergrößert wird, indem durch Veränderung der Strahlquerschnittsgeometrie der Beleuchtung durch Hinzunahme weiterer Zeilen von Einzelstrahlern links und rechts bezogen auf die Achse der Messanordnung der Beleuchtungsspot verbreitert wird, was bei Einsatz eines Wandler-Arrays (2) mit breiten Zeilen die Richtungsselektivität verringert.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Servicemodus durch eine angepasste Strahlquerschnittsgeometrie der Beleuchtungsquelle die Richtungsselektivität und der Abstandsbereich verändert werden, um eine vereinfachte Funktionsüberprüfung zu gestatten.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nicht bei jedem Schiebetakt ein Übernahmeimpuls erfolgt und dass eine Trennung von Teilsummen in den Zellen des Transportschieberegisters (13) vorgenommen wird, wobei die Zuordnung nach ungeradzahligen und geradzahligen lichtempfindlichen Elementen (12) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen Elemente (12) in Gruppen eingeteilt werden, wobei die Zuordnung zumindest nach geradzahligen und ungeradzahligen lichtempfindlichen Elemente (12) erfolgt, die Gruppeneinteilung entsprechend ganzzahligem Teilerverhältnis bezogen auf die Anzahl der lichtempfindlichen Elemente (12) weiter vornehmbar ist und die Integralfunktion jeder Gruppe eine Teilsumme zuordnet.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsummen entsprechend der Gruppierung eine unterschiedliche Bewertung erfahren, die einen beliebig wählbaren, aber für alle Gruppen konstanten Skalierungsfaktor K enthält, die Bewertung einem Abschnitt einer periodischen Funktion nachgestaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung der Gruppen nach folgender Vorschrift eingestellt wird: A) „+K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K„ B) „+K; +K; –K; –K; +K; +K; –K; –K; +K; +K; –K; –K; +K; +K; –K; –K„ C) „+K; +K; +K; +K; –K; –K; –K; –K; +K; +K; +K; +K; –K; –K; –K; –K„ D) „+K; +K; +K; +K; +K; +K; +K; +K; –K; –K; –K; –K; –K; –K; –K; –K„ E) „+34K; +64K; +86K; +98K; +98K; +86K; +64K; +34K; –34K; –64K; –86K; –98K; –98K; –86K; –64K; –34K"
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwei getrennte Gruppen A und B nachfolgende Bewertung erfahren: A.K: „+K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K„ B.K: „–K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K; –K; +K„ A.2: „+K; +K; –K; –K; +K; +K; –K; –K; +K; +K; –K; –K; +K; +K; –K; –K„ B.2: „–K; +K; +K; –K; –K; +K; +K; –K; –K; +K; +K; –K; –K; +K; +K; –K„ A.3: „+K; +K; +K; +K; –K; –K; –K; –K; +K; +K; +K; +K; –K; –K; –K; –K„ B.3: –K; –K; +K; +K; +K; +K; –K; –K; –K; –K; +K; +K; +K; +K; –K; –K„ A.4: „+K; +K; +K; +K; +K; +K; +K; +K; –K; –K; –K; –K; –K; –K; –K; –K„ B.4: „–K; –K; –K; –K; +K; +K; +K; +K; +K; +K; +K; +K; –K; –K; –K; –K„ A.5: „+34K; +64K; +86K; +98K; +98K; +86K; +64K; +34K; –34K; –64K; –86K; –98K; –98K; –86K; –64K; –34K" B.5: –98K; –86K; –64K; –34K; +34K; +64K; +86K; +98K; +98K; +86K; +64K; +34K; –34K; –64K; –86K; –98K.