DE1266513B - Anordnung zur beruehrungslosen Messung der Breite und/oder Lage von Messobjekten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIb

Deutsche Kl.: 42 b -12/02

1 266 513
P38007IXb/42b
30. Oktober 1965
18. April 1968

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Messung der Breite und/oder Lage von Meßobjekten mittels aus einer rotierenden Abtastanordnung abgeleiteter Impulse, wobei die Abtastanordnung mit einer Impulsgeberscheibe derartiger Teilung gekoppelt ist, daß in der Zeit zwischen jeweils zwei von der genannten Scheibe abgeleiteten Impulsen die gleiche Strecke auf dem Meßobjekt abgetastet wird, und mittels eines beim Überschreiten der Kanten des Meßobjektes in der Abtastanordnung erzeugten Impulses sowie eines je Abtastperiode erzeugten Bezugsimpulses eine solche Auswahl aus den von der Impulsgeberscheibe abgeleiteten Impulsen getroffen wird, daß die Anzahl der verbleibenden Impulse dem Meßwert entspricht.

Bei der Herstellung von Meßgut großer Länge und konstanter Breite, insbesondere bei der Verarbeitung von Stahl oder anderen Metallen in Walzwerken ist eine Überwachung der ausgewalzten Breite erforderlich, um den Herstellungsvorgang auf konstante Breite des Produktes regem zu können.

So sind z. B. Anordnungen bekannt, bei denen zwei Fernsehkameras periodisch zwei Gesichtsfelder abtasten, in denen die beiden Ränder des Meßobjektes liegen. Durch eine Regelschaltung werden die in Meßrichtung verschiebbaren Fernsehkameras je über einen Rand eingestellt. Der Abstand der Kameras ist ein Maß für die Breite des Meßobjektes. Bei seitlichen Verschiebungen folgen beide Kameras gleichzeitig dieser Verschiebung. Nachteilig sind der hohe Aufwand für die Kameraführung und die hohen Trägheitskräfte, die beim Einstellen überwunden werden müssen; deshalb kann das Meßsystem schnellen Lageänderungen des Meßobjektes nicht folgen.

Weiter sind Anordnungen bekannt, bei denen mittels rotierender Abtastanordnungen die Empfindlichkeitsachsen zweier Meßwertgeber periodisch mit engem Blickfeld gegensinnig längs einer Strecke quer zu den Rändern· des Meßobjektes geführt werden. Beim Überstreichen der Ränder werden Impulse abgeleitet, deren relative zeitliche Lage zur Bildung des Meßwertes benutzt wird. Bei einigen Anordnungen werden die beim Überstreichen der Ränder des Meßobjektes gewonnenen Impulse auf einem Bildschirm abgebildet und ihre Lage zu ebenfalls abgebildeten Zeitmarken beurteilt, oder es wird eine der Lage der Impulse zu Bezugsimpulsen analoge Spannung abgeleitet, die angezeigt oder weiterverarbeitet wird. Allen diesen bekannten Verfahren mit rotierenden Abtastanordnungen ist gemeinsam, daß Winkelgeschwindigkeitsschwankungen der Abtastorgane das Meßergebnis beeinflussen. Auch dadurch, daß — wie Anordnung zur berührungslosen Messung der
Breite und/oder Lage von Meßobjekten

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Klaus Brandenburg, 2000 Hamburg

in bekannten Anordnungen vorgesehen — je Meßperiode ein Bezugsimpuls abgeleitet wird, ist dieser Mangel nicht behoben, da damit nur erreicht wird, daß die bis zum Beginn der Meßperiode angelaufenen Fehler zwischen der Winkelstellung der Abtastorgane und den Zeitmarken eliminiert werden. Soll trotz der genannten Mängel die Breite des Meßobjektes mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, so muß der von den Abtastorganen erfaßte Meßbereich klein gewählt werden. Diese Bedingung ist jedoch nachteilig, da sie die einfache Anpassung des Meßsystems an unterschiedliche Sollbreiten des Meßobjektes stark einschränkt.

Bei anderen bekannten Anordnungen wird der Meßwert dadurch gebildet, daß mit den gewonnenen Impulsen je ein steuerbarer Gleichrichter, der an gleichgerichteter Wechselspannung liegt, gezündet wird und der Gleichstrommittelwert aus der Summe der durch diese Gleichrichter fließenden Ströme mit einer konstanten Spannung verglichen wird. Die Differenz der Spannung wird durch einen als Kompensator dienenden Phasenschieber zu Null gemacht. Seine Stellung wird mit Hilfe eines Zeigers an einer Skala sichtbar gemacht. Die Meßgenauigkeit dieses Verfahrens ist nicht nur durch die Winkelgeschwindigkeitsschwankungen der rotierenden Glieder, die zu Phasenverschiebungen zwischen ihrer Winkellage und der an den Gleichrichtern liegenden Wechselspannung führen, bestimmt, sondern auch durch Amplituden und Oberwellengehalt der Speisespannung, da der gewonnene Gleichstrommittelwert einer konstanten Vergleichsspannung entgegengeschaltet ^ ist und außer von der relativen Phasenlage der Meßimpulse auch vom Spannungsverlauf abhängt, was insbesondere bei verzerrter nicht sinusförmiger Spannung zu Meßfehlern führt.

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Alle bekannten Anordnungen mit größerem Ab- mit Hilfe" der Zahnscheibe 7 und der induktiven" KiIitastbereich erfordern einen linearen Zusammenhang nehmer 8 und 9 bestimmt. Die Teilung der Scheibe zwischen der Winkelstellung der rotierenden Abtast- ist nicht konstant, sondern so gewählt, daß zwischen organe und den abgetasteten Strecken. Die Erfüllung der Anzahl der in dem Aufnehmer 8 erzeugten Imdieser Forderung bedingt einerseits beträchtlichen 5 pulse 11 und der auf der Meßstrecke abgetasteten Aufwand, andererseits werden die Möglichkeiten bei Länge ein linearer Zusammenhang besteht. Φα*.dem der Wahl des abbildenden Systems unnötig ein- induktiven Aufnehmer 9 wird einmal je Umdrehung geschränkt, insbesondere hinsichtlich eines großen der Scheibe 7 ein Impuls 12 erzeugt, der einen Be-Abtastbereiches. ^; zugspunkt der abgetasteten Strecke festlegt.

Außer seiner seitlichen Lage in Abtastrichtung io F i g. 2 zeigt die an einem Walzgerüst 13 befestigändert das Meßobjekt auch seinen Abstand zu den ten Abtastanordnungen 14, 14' und 15, 15'. Die Ab-Abtastorganen. Das führt bei allen Verfahren außer taster 14, 14' tasten die Breite des Meßobjektes 16 denen mit in Meßrichtung verschiebbaren, auf die ab, das die Walzen auf dem Rollgang 17 verläßt, Ränder einstellbaren rotierenden Abtastanordnungen während die Abtaster 15, 15' die Höhe der Meßoder Fernsehkameras zu unzulässigen Meßfehlern. Die 15 kanten des Objektes über einer Bezugshöhe abtasten Verschiebung der Abtastanordnungen erfordert je- und die von ihnen gelieferten Meßwerte zur Korrekdoch hohen mechanischen und elektronischen Auf- tür der von 14, 14' gelieferten Meßwerte herangezowand, und die Meßgenauigkeit ist von Verschleiß gen werden, unterworfenen Teilen abhängig. Von dem Abtaster 14, 14' werden sowohl die vom

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ao Aufnehmer9 (Fig. 1) erzeugten Bezugsimpulse 12, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaf- die das Ende der Abtaststrecke (Bezugspunkt) festfen, bei der die Breite und/oder Lage, von Meß- legen, in die Leitungen 19, 19' gegeben als auch die Objekten unterschiedlicher Abmessungen durch Im- beim Überstreichen der Kanten des Meßobjektes 16 pulszählungen auch dann bestimmt werden können, erzeugten Impulse in die Leitungen 20, 20' gegeben wenn das Meßobjekt seine Lage im Raum innerhalb 25 und die Impulsfolgen des Aufnehmers 8, mit denen gewisser Grenzen,ändert, d. h. .seitliche Abweichun= die Länge der Strecke ausgezählt wird, in die Leigen oder Höhenabweichungen von der Sollage auf- tungen 21, 21' gegeben. Die Breite des Meßobjektes weist, wobei die Abtastorgane selbst ihre Lage un- ist gleich der Summe der während des Durchlaufens verändert beibehalten und nicht verschoben werden der Winkel 22, 22' erzeugten Impulse der Aufnehmüssen. — 30 mer 8.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Mit dem Abtaster 15, 15' werden auf die gleiche

löst, daß seitlich des Meßobjektes zwei weitere Ab- Art die von den Impulsgeberscheiben 7 abgeleiteten tastanordnungen vorgesehen sind, deren Impulsfolgen Impulse zu den Leitungen 22 a, 22 a' (Impulse beim bei Auftreten einer Höhenabweichung des Meß- Überstreichen der Meßkanten) sowie den Leitungen Objektes von der Söllage zur Korrektur der der Breite 35 23, 23' (Bezugsimpulse für die Bezugshöhe) gegeben des Meßobjektes entsprechenden Impulsfolgen in und die der Höhe des Meßobjektes entsprechenden einer elektronischen Äuswerteeinrichtung dienen. Impulsfolgen in den Leitungen 24, 24' gezählt: 'Nach

Dadurch ist es möglich, die Lage und/oder Breite entsprechenden Verstärker- und Synchronisierstufen von Meßobjekten unterschiedlicher Abmessungen, die werden jeweils die Impulse aus den Leitungen 21, 21' ihre Lage im Raum innerhalb gewisser Grenzen an- 40 und 24, 24' zu den Impulsfolgen 25 bzw. 26 addiert, dem, mit großer Genauigkeit durch Impulszählungen . um mit dem halben elektronischen Aufwand fauszu bestimmen, ohne daß die Abtastorgane selbst ihre zukommen. Die Summe der Impulse aus der Impuls-Lage ändern müssen, wobei ein großer Abtastbereich folge 25 je Meßperiode gibt die Breite des Meßerfaßt wird und das .Meßsystem auch schnellen und Objektes unabhängig von der seitlichen Lage an, großen Lageänderungen des Meßobjektes nach Seite 45 wenn in der Höhe keine Abweichungen von der SoIl- und Höhe folgen kann und Winkelgeschwindigkeits- lage vorhanden sind.

Schwankungen der Äbtastorgane das Meßergebnis Liegt jedoch die abgetastete Strecke 16 näher an

nicht beeinflussen. ; den Abtastern 14, 14', als dem Sollwert entspricht,

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von so wird für die Streckenbreite eine zu große Zahl von Ausführungsbeispieleq .veranschaulicht. Es zeigt 50 Impulsen gezählt, bzw. liegt die Strecke 16 weiter

F i g. 1 schematisch eine Abtastvorrichtung mit weg, so wird eine zu kleine Impulszahl gemessen. Es nichtlinear geteilter Impulsgeberscheibe, ist daher eine Korrektur bezüglich der Höhenabwei-

Fig. 2 die Anordnung mehrerer Abtastköpfe zur chung erforderlich (Fig. 3). Ist z.B. die Sollage so Messung der Breite eines Bandes, gewählt, daß nur größere Abstände zu den Abtastern

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Auswertung der 55 14, 14' auftreten können, dann gibt es nur zu kleine in den Abtastanordnungen erzeugten Impulse, Meßwerte, und es sind nur positive Korrekturen

F i g. 4 schematisch die Kombination zweier Ab- nötig. Durch die geometrische Lage der Abtaster 14, tastköpfe mit einer Mpulsgeberscheibe. 14' zum Meßobjekt 16 ist eine Mindesthöhenabwei-

Bei der in Fig. l_vdargestellten Anordnung wird chung gegeben, die beispielsweise bei der maximal auf der feststehenden Photozelle 1 ein Punkt der 60 möglichen Breite des Meßobjektes zu einem Meß^ Meßstrecke 2 über djle um die Achse 3 drehbare fehler von einer Längeneinheit führt. Die z-^eck-Kombination von Linse 4 und Prisma 5 abgebildet. mäßigerweise in diesen Mindesteinheiten gemessene Prisma und Linse werden von dem Motor 6 ständig Höhenabweichung wird in einem Speicher 37 iestangetrieben. An der ,'Photozelle entsteht ein Span- gehalten, der die für die maximal mögliche Höhennungssprung 10, wenn auf der abgetasteten Strecke 65 abweichung notwendige Kapazität haben mußi Der die Leuchtdichte wechselt (etwa an den Rändern eines Speicher 37 dient zur Vorwahl eines Zählers 38,. In glühenden Walzgutes! Die Winkelstellung des Pns- diesen gelangen über das Tor 40 Impulse aus dem mas, bei der dieser Spannungssprung auftritt, wird Impulsgenerator 33. Das Tor 40 wird von je:dem

Impuls der Impulsfolge 25 geöffnet und so lange offen gehalten, bis die im Zähler 38 vorgewählte Zahl erreicht ist, so daß für jeden Impuls der Impulsfolge 25 die einer Höhenabweichung entsprechende Anzahl von Impulsen auf einen Teiler 41 gelangt. Dieser Teiler teilt die Impulsfolge im Verhältnis 1: ζ (ζ = Kapazität des Speichers 37 und des Zählers 38, entsprechend der maximal möglichen Höhenabweichung). Da sich die Höhenabweichung, bezogen auf den zugrunde gelegten Sollabstand zwischen den Abtastern 14, 14' und dem Meßobjekt, genauso verhält wie der Fehler bei der Breitenmessung zur unkorrigierten Breitenmessung, ist nach dem Teiler 41 die diesem Fehler entsprechende Anzahl von Impulsen in der Leitung 42 vorhanden. Sie wird zur Impulsfolge 25 addiert, so daß die Impulssumme in der Leitung 43 das endgültige korrigierte Meßergebnis ergibt. Da für jeden Impuls der Impulsfolge auf Leitung 25 die der Höhenabweichung entsprechende Anzahl von Impulsen auf den Zähler 38 und den Teiler 41 gelangen soll, muß der Impulsgenerator 33 eine hohe Folgefrequenz haben. Andererseits ist durch die geometrischen Verhältnisse der Meßanordnung eine Mindestlänge auf der Meßstrecke festgesetzt, die überschritten werden muß, damit der Fehler bei der Breitenmessung eine Längeneinheit übersteigt. Deshalb kann durch den Teiler 39 die Impulsfolge auf der Leitung 25 entsprechend geteilt und damit die höchste notwendige Frequenz gesenkt werden. Der Teiler 41 hat dann dementsprechend ein soviel kleineres Teilerverhältnis, daß die Teiler 39 und 41 gemeinsam 1: ζ teilen.

Da das Ergebnis der Breitenmessung von der Höhenabweichung abhängig ist, ist umgekehrt auch die Höhenmessung durch die Breite und Lage des Meßobjektes beeinflußt. Deshalb wird die Impulsfolge auf Leitung 43 in einen Speicher 28 eingegeben, der zur Vorwahl des Zählers 30 dient. Die Kapazität 9 dieser Glieder ist so gewählt, wie es dem maximal möglichen, über den Sollabstand hinausgehenden Abstand der Kanten des Meßobjektes von den Abtastern 15, 15' entspricht. Der Speicher 28 ist zu Beginn jeder Meßperiode immer gefüllt und wird durch die Impulsfolge der Leitung 43 vermindert, da eine große Breite des Meßobjektes einem kleinen Abstand von den Abtastern 14, 14' entspricht und eine kleine Breite dagegen einem großen Abstand. Da durch die geometrische Lage der Abtaster die zur Bestimmung der Höhenabweichung notwendige Auflösung bei der Abstandsmessung bestimmt ist, wird die Impulsfolge auf Leitung 43 durch den Teiler 29 entsprechend geteilt. Die die Höhenabweichung unkorrigiert angebende Impulsfolge auf Leitung 26 wird eventuell über den Teiler 31, der mit dem Teiler 34 zusammen das Teilerverhältnis 1: y hat, über die Additionsstufe 36 dem Speicher 37 zugeführt und dient außerdem zur Steuerung des Tores 32. Die Glieder 28, 30, 31, 32, 34 entsprechen in ihrer Funktion den Gliedern 37, 38, 39, 40, 41, so daß nach dem Teiler 34 eine Impulsfolge auftritt, die die Höhenmessung entsprechend der Breite des Meßobjektes korrigiert. Sie wird ebenfalls über die Stufe 36 dem Speicher 37 zugeführt.

Durch entsprechende Justierung der Abtaster 14, 14' und 15, 15' wird erreicht, daß die Zeiten, in denen die Impulsfolgen auf der Leitung 26 anfallen, mit den Zeiten abwechseln, in denen die Impulsfolgen auf der Leitung 25 anfallen, so daß immer die letzte Messung der Breite als Grundlage zur Messung· der Höhenabweichung und diese wieder zur Messung der Breite vorliegt, usw. ■

Da die Impulsfolgen der Leitungen 25 und 26 als Summen bzw. Mittelwerte der Impulsfolgen auf den Leitungen 25', 25" und 26', 26" gebildet sind, werden bei Abweichungen des Meßobjektes aus der Symmetrielage zwischen den Abtastern 15, 15' und gleichzeitiger Schräglage Meßfehler entstehen. Sind diese nicht tragbar, muß statt mit den Impulssümmen der Leitungen 25, 26 mit den Teilsummen der Leitungen 25', 25" und 26', 26" gearbeitet, also doppelter Schaltungsaufwand getrieben werden.

Außer auf die angedeutete Weise können die Impulsfolgen auch auf andere dem Anwendungsfall angepaßte Arten ausgewertet werden. So kann zur Verarbeitung etwa eine bei der Fertigungsregelung verwendete Datenverarbeitungsanlage in Anspruch genommen werden, oder es kann ein Teil des elektronischen Aufwandes eingespart werden, wenn die Höhenabweichung ein zulässiges Maß nicht überschreitet.

Eine wesentliche Vereinfachung zur Breitenmessung eines Meßobjektes stellt die Kombination der Abtaster 14, 14' in einer Anordnung nach F i g. 4 dar. Die Umlenkprismen-Linsen-Kombinationen 46 und 47 rotieren gemeinsam mit der Impulsgeberscheibe 48 um die Achse 49. In den Strahlengang des Prismas 46 ist ein Spiegel 50, in den des Prismas 47 sind zwei Spiegel 51, 52 eingebracht. Durch entsprechende Wahl der Lage dieser Spiegel und der Brennweite der Linsen wird erreicht, daß beim Drehen der Scheibe 48 mittels des Motors 53 jeweils symmetrisch zur Linie 54 liegende Punkte der Meßstrecke auf den Photozellen 55, 56 abgebildet werden, wie dies durch die eingezeichneten Hauptstrahlen 57, 58 angedeutet ist. Die Abbildung auf die Photozelle 55 erfolgt durch eine Hohlwelle.

Selbstverständlich sind auch andere Abbildungssysteme mit Formspiegeln, rotierenden Spiegeln und feststehender Sammellinse möglich. Es wird jedoch stets je Umdrehung der Impulsgeberscheibe die Meßstrecke mehrmals abgetastet, was auf bekannte Weise durch die Anbringung mehrerer Prismen bzw. entsprechender Elemente erreicht wird.

Zur Erzeugung der Impulse an den Impulsgeberscheiben kann statt der induktiven auch eine lichtelektrische, kapazitive oder andere Abnahme vorgesehen sein.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur berührungslosen Messung der Breite und/oder Lage von Meßobjekten mittels aus einer rotierenden Abtastanordnung abgeleiteter Impulse, wobei die Abtastanordnung mit einer Impulsgeberscheibe derartiger Teilung gekoppelt ist, daß in der Zeit zwischen jeweils zwei von der genannten Scheibe abgeleiteten Impulsen die gleiche Strecke auf dem Meßobjekt abgetastet wird, und mittels eines beim Überschreiten der Kanten des Meßobjektes in der Abtastanordnung erzeugten Impulses sowie eines je Abtastperiode erzeugten Bezugsimpulses eine solche Auswahl aus den von der Impulsgeberscheibe abgeleiteten Impulsen getroffen wird, daß die Anzahl der verbleibenden Impulse dem Meßwert entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich des Meßobjektes (16) zwei wei-

tere Abtastanordnungen (15, 15') vorgesehen sind, deren Impulsfolgen (26) bei Auftreten einer Höhenabweichung des Meßobjektes von der Solllage zur Korrektur der der Breite des Meßobjektes entsprechenden Impulsfolgen (25) in einer elektronischen Auswerteeinrichtung dienen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung einer Schräglage des Meßobjektes (16) die Impulsfol-

gen der zur Höhen- und Breitenmessung vorgesehenen Abtastanordnung (14,14'; 15,15') getrennt ausgewertet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1239 862;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1056 842,1183 701; französische Patentschrift Nr. 1375 418;
USA.-Patentschriften Nr. 2 548 590, 2 868 059.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen