DE1423565B2

DE1423565B2 - Device for non-contact length measurement on a self-luminous object

Info

Publication number: DE1423565B2
Application number: DE19601423565
Authority: DE
Inventors: Ernest Stanley Schenectady N.Y. Sampson (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1959-05-04
Filing date: 1960-04-30
Publication date: 1970-04-30
Also published as: BE590108A; GB913049A; DE1423565A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Längenmessung an einem selbstleuchtenden Gegenstand mit einem nach Art eines endlosen Bandes rotierenden, zumindest eine Öffnung enthaltenden Schirm und mit einer innerhalb des Schirms angeordneten fotoelektrischen Aufnahmevorrichtung, deren Ausgangssignal die Meßstrecke wiedergibt. Eine solche Vorrichtung findet bei der genauen Längenmessung eines heißen Gegenstandes, z. B. einer weißglühenden Rohbramme aus Stahl an der Abgabeseite eines Walzwerkes Anwendung. The invention relates to a device for contactless length measurement on a self-luminous one Object with at least one opening rotating in the manner of an endless belt containing screen and with a photoelectric recording device arranged within the screen, the output signal of which reflects the measurement path. Such a device takes place in the precise length measurement of a hot Object, e.g. B. an incandescent raw slab made of steel on the delivery side of a rolling mill application.

Aus der deutschen Patentschrift 1 016 945 ist bereits ein Verfahren zur berührungslosen Längenmessung ζ. B. des Abstandes paralleler Kanten flächenhafter Werkstücke, wie glühender Platten und Bleche," bekannt, wenn ein starker Helligkeitsunterschied zwischen dem Meßobjekt und seiner Unterlage vorhanden ist. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein Meßgerät in Form einer Kamera benutzt, deren optische Achse senkrecht auf der Ebene des Meßobje.ktes steht; das Objektiv entwirft ein Bild in einer Ebene, in der sich ein unendliches, lichtundurchlässiges Band mit konstanter, genau bekannter Geschwindigkeit bewegt. In dieses Band ist ein schmaler Schlitz eingearbeitet, der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bandes angeordnet ist. Ein lichtelektrisches Element, z. B. eine großflächige Katode, eine Fotozelle oder ein Sekundärelektronenvervielfacher, ist unmittelbar über dem Band oder möglicherweise auch in einiger Entfernung von diesem angebracht. Es kann also jeweils nur derjenige Teil des Lichtstromes zur Fotokatode gelangen, der durch die in Bewegung befindliche Schlitzblende hindurchtritt. Der der Schlitzbewegung entsprechende, zeitliche Verlauf der Spannung, die der Fotozelle entnommen wird, hat die Form eines Impulses, dessen Zeitdauer praktisch nur von der Länge der Meßstrecke und der Geschwindigkeit des umlaufenden Bandes abhängt. Wenn also die letztere Größe mit ausreichender Genauigkeit bekannt ist und eingehalten wird, kann aus der Zeitdauer dieses Impulses auf die Länge der Meßstrecke geschlossen werden. Zur Messung der Impulsdauer werden die An- und Abstiegsflanken mit Hilfe einer an sich bekannten Widerstands-Kondensator-Schaltung jeweils in zwei kurze Impulse umgewandelt, die praktisch nur durch den Anstieg bzw. Abstieg des ursprünglichen, langen Impulses festgelegt sind. Die Zeitmessung wird in der Weise vorgenommen, daß der erste kurze Impuls ein elektronisches Zählwerk einschaltet, das die Spannungsspitzen eines Wechselspannungsgenerators mit hoher Frequenzgenauigkeit zählt, also eine Zeitmessung durchführt. Der zweite kurze Impuls beendet dann den Zählvorgang. Die Frequenz des Generators und die Bandgeschwindigkeit können so gewählt und aufeinander abgestimmt werden, daß als Ergebnis der Zählung unter Berücksichtigung der Bandgeschwindigkeit und des Abbildungsmaßstabes der Optik unmittelbar die Meßgröße angezeigt wird. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung liegt darin, daß Geschwindigkeitsschwankungen des endlosen Bandes, die aus irgendwelchen nicht übersehbaren Gründen auftreten, als Fehler in das Meßergebnis eingehen, weil die Spannungsspitzen des Wechselspannungsgenerators völlig unabhängig von dem Antrieb des endlosen Bandes erzeugt werden.The German patent specification 1 016 945 already discloses a method for contactless length measurement ζ. B. the distance between parallel edges of two-dimensional workpieces, such as glowing plates and Sheet metal, "known when there is a strong difference in brightness between the object to be measured and its support is available. A measuring device in the form of a camera is used to carry out this procedure. whose optical axis is perpendicular to the plane of the Messobje.ktes; the lens designs an image in a plane in which there is an infinite, opaque band with constant, precisely known Speed moves. A narrow slot is worked into this band, perpendicular to the Direction of movement of the belt is arranged. A photoelectric element, e.g. B. a large cathode, a photocell, or a secondary electron multiplier, is immediately above the tape or possibly also attached at some distance from this. So only one person can do it at a time Part of the luminous flux reaches the photocathode through the slit diaphragm that is in motion passes through. The time curve of the tension corresponding to the slot movement, which the Photocell is removed, has the form of a pulse, the duration of which is practically only dependent on the length the measuring distance and the speed of the rotating belt depends. So if the latter Size is known with sufficient accuracy and is adhered to, can be from the duration of this Pulse can be concluded on the length of the measuring section. To measure the pulse duration, the Rising and falling edges each with the aid of a known resistor-capacitor circuit converted into two short impulses, which are practically only due to the rise or fall of the original, long pulse. The time measurement is made in such a way that the The first short impulse switches on an electronic counter that records the voltage peaks of an alternating voltage generator counts with high frequency accuracy, i.e. it carries out a time measurement. The second short pulse ends the counting process. The frequency of the generator and the belt speed can be chosen and coordinated so that as a result of the count below Consideration of the belt speed and the image scale of the optics directly Measured variable is displayed. The disadvantage of this known arrangement is that speed fluctuations of the endless belt that occur for some unforeseeable reason, enter the measurement result as an error because the voltage peaks of the alternating voltage generator can be generated completely independently of the drive of the endless belt.

Aus der deutschen Patentschrift 709 116 ist bekannt, mit Hilfe einer Lichtquelle und der zugehörigen Optik über einen Meßwerkspiegel ein nahezu punktförmiges Bild auf einer Auffangfläche herzustellen, die auf dem Umfang einer zylindrischen Trommel angeordnet ist. Diese Auffangfläche ist mit schlitzförmigen Durchlaßöffnungen versehen, durch die das Lichtstrahlenbündel auf einen im Innern der Trommel angeordneten Hohlspiegel fallen kann, derFrom the German patent specification 709 116 is known with the help of a light source and the associated Optics to create an almost point-like image on a collecting surface using a measuring mechanism mirror, which is arranged on the circumference of a cylindrical drum. This collecting area is with Slit-shaped passage openings provided through which the light beam on one inside the Drum arranged concave mirror can fall, the

ίο das Licht auf eine Fotozelle leitet. Die Trommel ist in einem Lager um ihre Achse mit genau gleichbleibender Drehzahl antreibbar. Die schlitzförmigen Durchlaßöffnungen sind gegen die Richtung der Bewegung derart geneigt angeordnet, daß der Abstand der Schlitze, gemessen in der Bewegungsrichtung, ζ. Β. an der linken Seite kleiner als an der rechten Seite ist und von links nach rechts stetig zunimmt. Die Frequenz, mit der die Fotozelle periodisch beleuchtet wird, ändert sich daher stetig mit der Lage des Lichtpunktes auf der Auffangsfläche, also mit dem Ausschlag des Meßwerkspiegels. Die Trommel kann auch aus einem durchsichtigen Werkstoff bestehen und auf der Mantelfläche mit einer lichtundurchlässigen Schicht überzogen sein, die an den Durchlaßöffnungen ausgespart ist. Wenn der zu benutzende Ausschlagwinkel des Meßwerkspiegels und damit der Ablenkwinkel des Lichtstrahlenbündels sehr klein ist, so besteht mit großer Annäherung eine Proportionalität zwischen dem Ausschlagwinkel und der entsprechenden Bewegung des Lichtpunktes auf der Auffangfläche, so daß die Impulsfrequenz linear von dem Ausschlagwinkel abhängig ist.ίο directs the light to a photocell. The drum is in a bearing can be driven around its axis at exactly the same speed. The slot-shaped passage openings are arranged so inclined against the direction of movement that the distance of the Slots, measured in the direction of movement, ζ. Β. is smaller on the left than on the right and increases steadily from left to right. The frequency with which the photocell periodically illuminates therefore changes continuously with the position of the point of light on the collecting surface, i.e. with the deflection of the measuring mechanism mirror. The drum can also consist of a transparent material and be coated on the outer surface with an opaque layer, which is at the passage openings is recessed. If the deflection angle to be used of the measuring mechanism mirror and thus the The deflection angle of the light beam is very small, there is a proportionality with a large approximation between the deflection angle and the corresponding movement of the point of light on the collecting surface, so that the pulse frequency is linearly dependent on the deflection angle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erste bekannte Anordnung von Meßfehlern frei zu machen, die von unkontrollierbaren Geschwindigkeitsschwankungen des rotierenden Körpers herrühren. The invention is based on the object of making the first known arrangement free from measurement errors that result from uncontrollable fluctuations in the speed of the rotating body.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Schirm eine Markierung aus zahlreichen Strichen angebracht ist, von der in an sich bekannter Weise über eine fotoelektrische Einrichtung ein Impuls abgebbar ist, und daß ein UND-Gatter vorgesehen ist, von dem die Impulse des Impulszuges nur während des die Meßstrecke wiedergebenden Ausgangssignals zu einem Zähler hindurchleitbar sind.The object is achieved according to the invention in that on the screen a marking from numerous Lines is attached, of which in a known manner via a photoelectric device a pulse can be emitted, and that an AND gate is provided from which the pulses of the Pulse train only during the output signal reproducing the measuring section to a counter are passed through.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is described below by way of example with reference to the drawings. It shows

F i g. 1 schematisch die Stellung eines zu messenden Gegenstandes in bezug auf den Abtastkopf einer Meßvorrichtung nach der Erfindung,F i g. 1 schematically shows the position of an object to be measured in relation to the scanning head of a Measuring device according to the invention,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer Abtastkopfeinrichtung mit einem Teil einer Meßvorrichtung nach der Erfindung,F i g. 2 is a perspective view of a scanning head device with part of a measuring device according to the invention,

F i g. 3 eine Ansicht einer Abtastkopfeinrichtung nach F i g. 2 von oben, in der die räumliche Zugehörigkeit der verschiedenen fotoelektrischen Vorrichtungen, die einen Teil der Anordnung darstellen, gezeigt ist,F i g. 3 is a view of a scanning head device according to FIG. 2 from above, in which the spatial affiliation the various photoelectric devices that form part of the assembly, is shown

F i g. 4 eine Seitenansicht einer Abtastkopfeinrichtung nach den F i g. 2 und 3, die die konstruktive Ausbildung der verschiedenen fotoelektrischen Vorrichtungen und die Stellung dieser Vorrichtungen in bezug auf die Öffnungen im Abtastkopf darstellen,F i g. 4 is a side view of a scanning head device according to FIGS. 2 and 3, which are the constructive Formation of the various photoelectric devices and the position of these devices in in relation to the openings in the scanning head,

F i g. 5 eine Teilansicht eines Abtastkopfes nach den F i g. 2, 3 und 4, der zu entnehmen ist, wie die Steuerstreifen auf dem Abtastkopf befestigt sind,F i g. 5 is a partial view of a scanning head according to FIGS. 2, 3 and 4, which shows how the Control strips are attached to the readhead,

F i g. 6 eine Ansicht eines Steuerstreifens und eine Reihe von Kurven, denen zu entnehmen ist, wie die Steuerstreifen hergestellt werden,F i g. 6 is a view of a control strip and a Series of curves showing how the tax strips are made

F i g. 7 ein Blockschaltbild der elektronischen Anordnung der Meßvorrichtimg undF i g. 7 is a block diagram of the electronic arrangement of the measuring device and

F i g. 8 eine Reihe von Zeit-Spannungs-Kurven, die die Art der elektrischen Signale anzeigen, die durch die Abtastkopfeinrichtung erzeugt werden und die der elektronischen Einrichtung zugeführt werden.F i g. 8 is a series of time-voltage curves showing the nature of the electrical signals passing through the scanning head device are generated and fed to the electronic device.

Die wesentlichen Teile der Meß vorrichtung nach der Erfindung sind in F i g. 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist einen mechanischen Abtastkopf 11 auf, der im Gegenuhrzeigersinn um eine Achse rotieren kann, wie es in F i g. 2 durch einen Pfeil angezeigt ist. Der Abtastkopf 11 enthält mehrere Fototransistoren. Einer der Fototransistoren tastet den zu messenden Gegenstand 12 durch Durchlaßöffnungen 13 in der Umfangswand des sich drehenden Abtastkopfes 11 aufeinanderfolgend ab. Beim Drehen des Abtastkopfes 11 in Richtung des Pfeils tastet der Fototransistor jeweils aufeinanderfolgend die durch drei Punkte./!, B und C in F i g. 1 gekennzeichnete Fläche des Gegenstandes 12 ab. Der innerhalb des Abtastkopfes angebrachte Fototransistor ist über einen Leiter, beispielsweise ein Koaxialkabel, mit einer elektronischen Einrichtung 14 verbunden, in der die Längenmeßsignale verstärkt, ausgewertet und in einer noch zu beschreibenden Weise sichtbar gemacht werden.The essential parts of the measuring device according to the invention are shown in FIG. 1 shown. The device has a mechanical scanning head 11 which can rotate counterclockwise about an axis, as shown in FIG. 2 is indicated by an arrow. The scanning head 11 contains several phototransistors. One of the phototransistors scans the object 12 to be measured through passage openings 13 in the peripheral wall of the rotating scanning head 11 in succession. When the scanning head 11 is rotated in the direction of the arrow, the phototransistor scans in succession the three dots./ !, B and C in FIG. 1 marked area of the object 12 from. The phototransistor mounted inside the scanning head is connected via a conductor, for example a coaxial cable, to an electronic device 14 in which the length measurement signals are amplified, evaluated and made visible in a manner to be described.

Mechanische Einzelheiten der konstruktiven Ausbildung des Abtastkopfes 11 sind in den F i g. 2, 3, 4 und 5 dargestellt. Der Abtastkopf 11 weist eine Trommel mit mehreren Durchlaßöffnungen 13 längs des Trommelumfangs auf. Jede Durchlaßöffnung 13 ist durch eine Linsenanordnung 16 abgeschlossen, die das Licht des Gegenstandes 12 bündelt, das vom Fototransistor 17 aufgenommen wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Durchlaßöffnungen 13 in einer Reihe längs des Umfangs des Abtastkopfes 11 angeordnet, so daß beim Rotieren das Licht vom Gegenstand 12 nacheinander von jeder Durchlaßöffnung 13 gebündelt wird, wenn sie am Gegenstand 12 vorbeiläuft. Die Fokussierlinsen 16 werden in der Durchlaßöffnung 13 durch einen Flansch 18 mit einer vorstehenden Nase fest eingespannt gehalten. Der Fototransistor 17 ist an einem Tragarm 19 befestigt, der sich in das Innere der Trommel oder des Abtastkopfes 11 erstreckt. In einer speziellen Ausführungsform ist der Abtastkopf 11 aus Aluminium hergestellt. Sein Durchmesser beträgt etwa 30 cm und die axiale Abmessung etwa 12,5 cm. Der Abtastkopf ist auf einer Welle 21 drehbar gelagert, die sich durch eine Abschlußfläche 22 auf der einen Seite der Trommel erstreckt.Mechanical details of the structural design of the scanning head 11 are shown in FIGS. 2, 3, 4 and 5 shown. The scanning head 11 has a drum with a plurality of passage openings 13 along the drum circumference. Each passage opening 13 is closed by a lens arrangement 16 which bundles the light from the object 12, which is picked up by the phototransistor 17. In the illustrated Embodiment are eight passage openings 13 in a row along the circumference of the Scanning head 11 arranged so that when rotating, the light from the object 12 successively from each passage opening 13 is bundled when it passes the object 12. The focusing lenses 16 are firmly clamped in the passage opening 13 by a flange 18 with a protruding nose held. The phototransistor 17 is attached to a support arm 19, which extends into the interior of the Drum or the scanning head 11 extends. In a special embodiment the scanning head is 11 made of aluminum. Its diameter is about 30 cm and the axial dimension is about 12.5 cm. The scanning head is rotatably mounted on a shaft 21 which extends through an end surface 22 on the extends one side of the drum.

Die Fläche 22 weist auf einem Kreis angeordnete Öffnungen 23 auf, die einen gleichen Abstand voneinander haben und die an drei Fototransistoren 24, 25 und 26 vorbeilaufen, die ebenfalls am Tragarm 19 innerhalb des Abtastkopfes 11 befestigt sind. Wie man am besten in F i g. 3 sieht, liegen die drei Fototransistoren 24,25 und 26 gegenüber drei Lichtquellen 27, 28 und 29, die zur Beleuchtung des jeweils zugeordneten Fototransistors dienen, wenn eine der Öffnungen 23 vorbeiläuft. Der Fototransistor 24 wird über eine der Öffnungen 23 von der Lichtquelle 27 beleuchtet, wenn sich eine der Durchlaßöffnungen 13 in eine Stellung 13 α gedreht hat. In dieser Stellung 13 α wird der Punkt A in F i g. 1 abgetastet. In ähnlicher Weise wird der Fototransistor 25 von seiner zugehörigen Lichtquelle 28 durch die gleiche Öffnung 23 beleuchtet, wenn die Öffnung 13 in eine Stellung 13 b gedreht ist, in der der mittlere Punkt B abgetastet wird. Der Fototransistor 26 wird anschließend von der Lichtquelle 29 durch die gleiche Öffnung 23 angestrahlt, wenn die Durchlaßöffnung 13 in die Stellung 13 c gelangt ist, in der der Punkt C betrachtet wird. Durch diese Anordnung erzeugt jeder Fototransistor 24,25 und 26 einen elektrischen Signalimpuls zu einem Zeitpunkt, in dem die zugehörige Durchlaßöffnung 13 auf die Punktet, B und C eingestellt ist. F i g. 8 stellt die drei Signalimpulse dar, die von den Fototransistoren während einer Abtastung des Gegenstandes 12 durch eine Durchlaßöffnung 13 erzeugt werden. Diese drei Signalimpulse kennzeichnen den Bereich, innerhalb dessen ein zu messender Gegenstand durch den Fototransistor 17 durch die Durchlaßöffnung 13 abgetastet wird.The surface 22 has openings 23 which are arranged in a circle and which are equidistant from one another and which run past three phototransistors 24, 25 and 26 which are also attached to the support arm 19 within the scanning head 11. How best to show in Fig. 3, the three phototransistors 24, 25 and 26 are opposite three light sources 27, 28 and 29, which are used to illuminate the respectively assigned phototransistor when one of the openings 23 passes by. The phototransistor 24 is illuminated by the light source 27 via one of the openings 23 when one of the passage openings 13 has rotated into a position 13 α. In this position 13 α , the point A in FIG. 1 scanned. Similarly, the phototransistor 25 is illuminated by its associated light source 28 through the same opening 23 when the opening 13 is rotated to a position 13 b in which the central point B is scanned. The phototransistor 26 is then illuminated by the light source 29 through the same opening 23 when the passage opening 13 has reached the position 13 c in which the point C is viewed. As a result of this arrangement, each phototransistor 24, 25 and 26 generates an electrical signal pulse at a point in time in which the associated passage opening 13 is set to the points, B and C. F i g. 8 illustrates the three signal pulses which are generated by the phototransistors during a scan of the object 12 through a passage opening 13. These three signal pulses identify the area within which an object to be measured is scanned by the phototransistor 17 through the passage opening 13.

Gleichzeitig mit der Erzeugung der Anzeigesignale für die Stellungen Λ, B und C betrachtet der Fototransistor 17 den zu messenden weißglühenden Gegenstand 12 durch die Durchlaßöffnung 13 und ' erzeugt einen Signalimpuls 31, dessen Dauer von der. Länge des Gegenstandes 12 abhängt.Simultaneously with the generation of the display signals for the positions Λ, B and C viewed the phototransistor 17 to be measured incandescent object 12 through the passage opening 13 and 'generates a signal pulse 31, the duration of the. Length of the item 12 depends.

Um die Zeitdauer des Sichtsignalimpulses 31 zu zählen, der während der Abtastung des Gegenstandes 12 erzeugt wird, sind Zählmarkierungen 33 in der Nähe der Durchlaßöffnungen 13 vorgesehen. Die Zählmarkierungen 33 weisen vorzugsweise getrennte Steuerstreifen aus etwa achthundert axial verlaufenden Linien auf, die durch verschiedene Abstände getrennt sind, um Korrekturen für Fehler, die im System auftreten, auszugleichen. Wie aus den F i g. 4 und 5 zu ersehen ist, sind die Steuerstreifen als einzelne Streifenelemente am Umfang des umlaufenden Abtastkopfes 11 durch kreisförmige Bänder 34 und Schrauben 35 befestigt. Gemäß F i g. 6 haben die etwa 800 Linien einen verschiedenen Abstand voneinander, der durch die Korrekturen, die in die Steuerstreifen eingebracht sind, bestimmt ist, damit die Dicke des Gegenstandes 12 verändert werden kann und die Nichtlinearitäten bei der Abtastung ausgeglichen werden, die auf Grund der zylindrischen Ausbildung des Abtastkopfes auftreten. Die Linien der Steuerstreifen 33 sind also um einen Abstand versetzt, der durch eine Korrektur einer nichtlinearen Abtastung (F i g. 6 b) und durch eine lineare Korrektur für die Dicke des Gegenstandes (F i g. 6 c) festgelegt ist. Durch Kombination der beiden Korrekturen aus den F i g. 6 b und 6 c ergibt sich eine Gesamtkorrektur, die in F i g. 6 d gezeigt ist. Die in F i g. 6 b gezeigte Korrektur stellt die Korrektur eines Fehlers dar, der dadurch auftritt, daß der Winkel für eine Längeneinheit des Gegenstandes direkt unterhalb der Abtastvorrichtung größer als der Winkel für dieselbe Längeneinheit in einiger Entfernung von der Mitte des Abtastgerätes ist, die durch Punkt B angedeutet ist. Wenn der zu messende Gegenstand 12 eine verschiedene Dicke oder Höhe in bezug auf die Höhe des Abtastkopfes 11 aufweist, ändert sich der Abtastwinkel pro Längeneinheit des Stahlkörpers. Um diese Änderung zu korrigieren, wird die in F i g. 6 c dargestellte Funktion eingeführt. Die unter sich identischen Steuerstreifen 33 sind am Umfang des Abtastkopfes 11 an Stellen angebracht, die durch einen dritten Fototransistor 36 betrachtet und von einerIn order to count the duration of the visual signal pulse 31 which is generated during the scanning of the object 12, counting marks 33 are provided in the vicinity of the passage openings 13. The counting marks 33 preferably have separate control strips of about eight hundred axially extending lines separated by various distances to make up for corrections for errors that occur in the system. As shown in FIGS. 4 and 5, the control strips are fastened as individual strip elements on the circumference of the rotating scanning head 11 by means of circular bands 34 and screws 35. According to FIG. 6, the approximately 800 lines have a different distance from one another, which is determined by the corrections that are introduced into the control strips, so that the thickness of the object 12 can be changed and the non-linearities in the scanning, which are due to the cylindrical design, can be compensated for of the readhead. The lines of the control strips 33 are thus offset by a distance which is determined by a correction of a non-linear scanning (FIG. 6 b) and by a linear correction for the thickness of the object (FIG. 6 c). By combining the two corrections from FIGS. 6 b and 6 c results in an overall correction that is shown in FIG. 6d is shown. The in F i g. The correction shown in FIG. 6 b represents the correction of an error which occurs because the angle for a unit of length of the object directly below the scanning device is greater than the angle for the same unit of length at some distance from the center of the scanning device, which is indicated by point B. . If the object to be measured 12 has a different thickness or height with respect to the height of the scanning head 11, the scanning angle per unit length of the steel body changes. To correct this change, the method shown in FIG. 6 c function shown introduced. The identical to each other control strips 33 are attached to the circumference of the scanning head 11 at locations that are viewed through a third phototransistor 36 and from a

Lichtquelle 37 beleuchtet werden können. Wie der F i g. 2 zu entnehmen ist, sind der Fototransistor 36 und die Lichtquelle 37 beweglich an einem Stab 38 befestigt. Dieser wiederum wird durch einen Servomechanismus (nicht dargestellt) gesteuert, der sich nach Einstellung der Walzen richtet, die der Gegenstand 12 durchläuft. Diese Walzeneinstellung wird auf ein Potentiometer übertragen, das mechanisch mit den Walzen des Walzwerkes verbunden ist und das ein elektrisches Signal erzeugt, das von der Höheneinstellung der Walzen und damit von der Höhe der Dicke des Gegenstandes 12 abhängig ist. Dieses elektrische Signal wird dem Servomechanismus zugeführt, der den Fototransistor 36 und die Lichtquelle 37 einstellt und bewirkt, daß diese längs des Einstellstabes 38 auf eine gewünschte Stelle längs der Zählmarkierungen 33 bewegt werden. Durch die Wahl des Punktes, an dem der Fototransistor 36 die Zählmarkierungen abliest oder zählt, kann eine Korrektur in die Zählung eingeführt werden, die vom Fototransistor 36 für die nichtlineare Abtastung und für die Dicke des zu messenden Gegenstandes 12 bestimmt wird. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß zusätzliche Korrekturfaktoren in einfacher Weise dadurch eingeführt werden können, daß zusätzliche Korrekturspannungen für derartige zusätzliche Faktoren dem Signal zugefügt werden, das den Servomechanismus steuert, der den Fototransistor 36 und die Lichtquelle 37 einstellt. Derartige zusätzliche Korrekturspannungen können für Größen, wie Geschwindigkeitsänderungen, die durch mit den Walzen umlaufende Tachometer erfaßt werden, oder Schrumpfungen bei Abkühlung, deren Maß durch ein Potentiometer, das für Temperaturänderungen geeignet ist, erfaßt werden kann, vorgesehen werden. Alle diese Korrekturspannungen müssen in geeigneten Addiernetzwerken kombiniert werden, bevor sie dem Servomechanismus zur Einstellung des Fototransistors 36 zugeführt werden. Das Abgabesignal, das vom Fototransistor 36 aufgenommen wird, erscheint so, wie es bei 39 in F i g. 8 dargestellt ist, und stellt eine Reihe von Zählmarkiersignalimpulsen gleicher Amplitude dar, deren Anzahl in einem gegebenen Zeitintervall in Beziehung zur Abmessung des zu messenden Gegenstandes 12 gesetzt wird. Es ist erwünscht, daß in der Anordnung, die das Licht der Lichtquelle 37 auf die Steuerstreifen 33 fokussiert, Fokussierlinsen vorgesehen sind. In ähnlicher Weise sollen Fokussierlinsen in der Traganordnung für den Fototransistor 36 vorhanden sein, um eine Scharfeinstellung des Fototransistors auf eine einzelne Linie des Steuerstreifens unmittelbar unter der Beleuchtungsquelle 37 zu ermöglichen.Light source 37 can be illuminated. As the fig. 2 can be seen, the phototransistor 36 are and the light source 37 movably attached to a rod 38. This in turn is controlled by a servo mechanism (not shown) controlled, which depends on the setting of the rollers that the object 12 runs through. This roller setting is transmitted to a potentiometer, which is mechanical is connected to the rolls of the rolling mill and which generates an electrical signal that is sent by the Height adjustment of the rollers and thus on the height of the thickness of the object 12 is dependent. This electrical signal is fed to the servomechanism, the phototransistor 36 and the Adjusts the light source 37 and causes it to move along the adjustment rod 38 to a desired location lengthways of the counting marks 33 are moved. By choosing the point at which the phototransistor 36 the Reads or counts counting marks, a correction can be introduced into the count, which is made by the Phototransistor 36 intended for non-linear scanning and for the thickness of the object 12 to be measured will. It should be pointed out at this point that additional correction factors can be easily added Way can thereby be introduced that additional correction voltages for such additional Factors are added to the signal that controls the servo mechanism that controls the phototransistor 36 and the light source 37 adjusts. Such additional correction voltages can be used for quantities such as speed changes that are detected by tachometers rotating with the rollers, or Shrinkage when cooling, its degree by a potentiometer, which is suitable for temperature changes is, can be detected, provided. All of these correction voltages must be in suitable Adding networks are combined before the servo mechanism to adjust the phototransistor 36 are fed. The output signal picked up by phototransistor 36 appears as shown at 39 in FIG. 8 and represents a series of count marker signal pulses equal amplitude, the number of which in a given time interval in relation to the dimension of the object to be measured 12 is set. It is desirable that in the arrangement that the light of the light source 37 is focused on the control strip 33, focusing lenses are provided. In a similar way focussing lenses should be present in the support arrangement for the phototransistor 36 for focusing of the phototransistor to a single line of the control strip immediately below the source of illumination 37 to enable.

Im Betrieb wird der Abtastkopf 11 über dem Podest des Walzwerkes so angeordnet, daß er etwa 17 m über dem Ausstoßtisch liegt, auf welchem die Stahlbrammen od. dgl., die gemessen werden sollen, zu liegen kommen. An dieser Stelle liegt die Temperatur des Stahls in der Größenordnung von 800 bis 1300° C. Dabei ist das Material, das durch den Fototransistor 17 und durch die entsprechenden Durchlaßöffnungen 13 betrachtet werden kann, rot- oder weißglühend. Der Abtastkopf 11 läuft mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 875 Umdr./Min. entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung der Pfeile in F i g. 1 um. Wenn jede der Durchlaßöffnungen 13 die Betrachtungsfläche des Gegenstandes 12 durchläuft, wobei diese Fläche durch die Grenzpunkte A und C und den mittleren Punktß festgelegt ist, erzeugen die drei Fototransistoren 24, 25 und 26 Signalimpulse, die die zeitliche Abtastung der Betrachtungsfläche durch die Durchlaßöffnungen 13 anzeigen. Sämtliche acht Durchlaßöffnungen 13 tasten diese Fläche in einer einzigen Umdrehung des Abtastkopfes 11 ab. Gleichzeitig damit fällt Licht vom Gegenstand 12 durch die Durchlaßöffnung 13 auf den Fototransistor, so daß einIn operation, the scanning head 11 is arranged above the pedestal of the rolling mill so that it is approximately 17 m above the discharge table on which the steel slabs or the like that are to be measured come to lie. At this point the temperature of the steel is in the order of magnitude of 800 to 1300 ° C. The material that can be viewed through the phototransistor 17 and the corresponding passage openings 13 is red or white-hot. The scanning head 11 runs at a speed of the order of 875 rev / min. counterclockwise in the direction of the arrows in FIG. 1 um. When each of the passage openings 13 passes through the viewing surface of the object 12, this area being defined by the boundary points A and C and the central point β, the three phototransistors 24, 25 and 26 generate signal pulses which indicate the time scanning of the viewing surface through the passage openings 13 . All eight passage openings 13 scan this area in a single rotation of the scanning head 11. Simultaneously with this, light from the object 12 falls through the passage opening 13 on the phototransistor, so that a

ίο langer Zeitimpuls, wie bei 31 in F i g. 8 angedeutet, am Ausgang des Fototransistors 17 erzeugt wird. Die Zeitdauer dieses Signalimpulses hängt von der Länge des Gegenstandes 12 ab. Um diese Länge zu messen, werden die bei 39 gezeigten Steuerstreifenimpulse durch den Fototransistor 36 erzeugt, der einen zugehörigen Steuerstreifen 33 abliest, der so angeordnet ist, daß er mit der Durchlaßöffnung 13 für den Gegenstand 12 übereinstimmt. Wenn eine besondere Durchlaßöffnung die Länge des Gegenstandes von A bis C in F i g. 1 abtastet, wird durch den Fototransistor 36 eine Anzahl von Steuerstreifenmarkierimpulsen erzeugt, die von der Länge des Gegenstandes abhängen.
Wie bereits beschrieben, ändert sich der Abstand der Steuerstreifenmarkierungen 33 von der Kante des Streifens aus, und zwar in Abhängigkeit von den Korrekturfaktoren für die nichtlineare Abtastung des Abtastkopfes und für die Dicke des Gegenstandes. In ähnlicher Weise ist die Anzahl der Steuerstreifenmarkierimpulse, die in einem gegebenen Zeitintervall erzeugt werden, von der Lage der Steuerstreifenmarkierungen abhängig, die der Fototransistor 36 betrachtet, wobei die Korrekturfaktoren in die Ausgangssignalzählung, die durch den Fototransistor bewirkt wird, eingeführt werden. Die von den Fototransistoren 17, 24, 25, 26 und 36 erzeugten Ausgangssignalimpulse werden der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt, wo sie eine Längenanzeige des vom Abtastkopf 11 abgetasteten Gegenstandes 12 auslösen. Zweckmäßigerweise wird dieser Teil der Einrichtung luftgekühlt, um zu verhindern, daß die Umgebungstemperatur des Abtastkopfes zu hohe Werte annimmt. Weiterhin ist es erforderlich, daß eine regelmäßige Wertung vorgenommen und die Einrichrung dauernd überwacht wird, so daß die optischen Teile der Einrichtung sich nicht mit Staub oder anderen Verunreinigungen belegen, die Fehlanzeigen der Einrichtung ergeben oder die Steuerstreifen bedecken würden, so daß tatsächlich Impulse verlorengehen könnten.ίο long time pulse, as at 31 in FIG. 8 indicated, is generated at the output of the phototransistor 17. The duration of this signal pulse depends on the length of the object 12. To measure this length, the control strip pulses shown at 39 are generated by the phototransistor 36 which reads an associated control strip 33 which is arranged to coincide with the passage opening 13 for the object 12. If a particular passage opening extends the length of the article from A to C in FIG. 1 scans, phototransistor 36 generates a number of control strip marking pulses which depend on the length of the object.
As already described, the spacing of the control strip markings 33 changes from the edge of the strip, to be precise as a function of the correction factors for the non-linear scanning of the scanning head and for the thickness of the object. Similarly, the number of control bar mark pulses generated in a given time interval is dependent on the location of the control bar marks viewed by phototransistor 36, the correction factors being incorporated into the output count effected by the phototransistor. The output signal pulses generated by the phototransistors 17, 24, 25, 26 and 36 are fed to the electronic device 14, where they trigger a length display of the object 12 scanned by the scanning head 11. This part of the device is expediently air-cooled in order to prevent the ambient temperature of the scanning head from assuming too high values. Furthermore, it is necessary that a regular evaluation is carried out and that the device is continuously monitored so that the optical parts of the device are not covered with dust or other impurities that would result in incorrect displays of the device or cover the control strips so that pulses could actually be lost .

Ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltung, die in Verbindung mit der Abtastkopfeinrichtung 11 benutzt wird, ist in F i g. 7 dargestellt. Die logischen Schaltkreise umfassen einen Bereichsdetektor 41, eine Ablesetorschaltung 42 und eine Zähleinrichtung 43. Die Aufgabe des Bereichsdetektors 41 besteht darin, ein elektrisches Abgabesignal zu erzeugen, das anzeigt, daß ein zu messender Gegenstand, z. B. eine Bramme aus heißem Stahl, innerhalb des durch die Grenzen A, B, C der Abtastfläche definierten Bereichs zu liegen kommt und daß der Gegenstand innerhalb dieses Bereichs seine exakte Lage einnimmt. Damit die Längenmessungen nur vorgenommen werden, wenn der Gegenstand in der Stellung B sichtbar ist und an den Stellen A und C unsichtbar ist, steuert der Bereichsdetektor die Ablesetorschaltung und läßt den Zähler nur zählen, wenn diese Bedingung erfüllt ist. Die Ablesetorschaltung 42 wird durch den Be-A block diagram of the electronic circuitry used in connection with the scan head assembly 11 is shown in FIG. 7 shown. The logic circuits comprise an area detector 41, a reading gate circuit 42 and a counter 43. The task of the area detector 41 is to generate an electrical output signal which indicates that an object to be measured, e.g. B. a slab of hot steel, comes to lie within the area defined by the limits A, B, C of the scanning surface and that the object assumes its exact position within this area. So that the length measurements are only made when the object is visible in position B and invisible in positions A and C , the area detector controls the reading gate circuit and only lets the counter count when this condition is met. The reading gate circuit 42 is through the loading

reichsdetektor betätigt und dient dazu, daß die Zähleinrichtung 43 eine Anzeigeeinrichtung 124 entsprechend den Signalen aus dem Bereichsdetektor ein- und ausschaltet. Eine Zählschaltung 89 bewirkt dann eine Abgabezählung vom Steuerstreifen. Die Signalimpulse werden numerisch sichtbar, z. B. durch eine Reihe von Anzeigelampen 124, und ergeben eine digitale Anzeige der Länge des Gegenstandes 12, der durch den Abtastkopf betrachtet wird.range detector actuated and is used to ensure that the counter 43 a display device 124 accordingly switches the signals from the area detector on and off. A counting circuit 89 then operates a donation count from the tax strip. The signal pulses are numerically visible, e.g. B. by a Series of indicator lights 124, and provide a digital display of the length of the item 12 being viewed through the readhead.

Beim Betrieb werden die Zählmarkierimpulse, die vom Fototransistor 36 geliefert werden, vorzugsweise über einen Vorverstärker und einen Verstärker einem UND-Tor 77 zugeführt. Das UND-Tor 77 wird in Abhängigkeit von den Abmessungen des zu messenden Gegenstandes geöffnet, wobei die Messung durch Sichtimpulse vom Fototransistor 17 her erfolgt, während der Stahlblock innerhalb des Meßbereichs liegt, was durch ein Signal vom Bereichsdetektor 41 festgestellt wird. Die Zählimpulse vom Fototransistor 36 werden dann über das UND-Tor 77 dem Binärzähler 89 zugeführt. Der Binärzähler 89 kann mit einem Binär-Dezimal-Umsetzer 123 verbunden werden, der die Anzeigeeinrichtung 124 speist. Es ist erwünscht, daß das Ablesetor 42 die Durchführung von allen Messungen, die bei einer Umdrehung des Abfühlkopfes 11 ausgeführt werden, ermöglicht. Im vorliegenden Fall erfolgen acht Messungen, bevor der Zähler 89 rückgesetzt wird. Die Anzeige- und Sichteinrichtung 124 am Ausgang des Binär-Dezimal-Umsetzers 123 bewirkt dann eine Anzeige der Gesamtlänge, die in acht Abtastvorgängen des zu messenden Gegenstandes erhalten wird. Durch Teilung der Anzeigen aus der Sichteinrichtung 124 durch den Faktor 8 wird ein echtes Maß für die Abmessung des zu betrachtenden Gegenstandes erhalten. Diese Teilung kann durch einen Skalenfaktor an der Sichteinrichtung oder elektronisch durchgeführt werden.In operation, the count marker pulses provided by phototransistor 36 are preferred An AND gate 77 is supplied via a preamplifier and an amplifier. The AND gate 77 is in Depending on the dimensions of the object to be measured open, taking the measurement through Visual impulses from the phototransistor 17 takes place while the steel block is within the measuring range which is detected by a signal from the area detector 41. The counting pulses from the phototransistor 36 are then fed to the binary counter 89 via the AND gate 77. The binary counter 89 can with a binary-to-decimal converter 123, which feeds the display device 124. It is desirable that the reading gate 42 takes all measurements during one revolution of the sensing head 11 can be executed. In the present case, eight measurements are made before the Counter 89 is reset. The display and viewing device 124 at the output of the binary-decimal converter 123 then causes a display of the total length, which in eight scanning operations of the to be measured Object is obtained. By dividing the displays from the viewing device 124 by the By a factor of 8, a real measure of the dimensions of the object to be viewed is obtained. These Graduation can be carried out by a scale factor on the viewing device or electronically.

Der Bereichsdetektor 41 übt die zusätzliche Funktion aus, zu. bestimmen, ob der Stahlblock in der richtigen Meßstellung liegt. Ein Signal aus dem Fototransistor 17 wird dem Bereichsdetektor 41 in einer solchen Weise zugeführt, daß das Triggern des Tores 42 gesperrt wird, wennThe area detector 41 has the additional function of. determine whether the steel block is in the correct measuring position. A signal from the phototransistor 17 is fed to the area detector 41 in fed in such a manner that the triggering of the gate 42 is disabled when

a) ein Signal aus dem Transistor 17 vorhanden ist, falls ein Signal aus dem Transistor 24 auftritt,a) a signal from transistor 17 is present if a signal from transistor 24 occurs,

b) nicht gleichzeitig Signale aus den Transistoren 17 und 25 auftreten undb) signals from transistors 17 and 25 do not occur at the same time and

c) ein Signal aus dem Transistor 17 eintrifft, falls der Transistor 26 ein Signal abgibt.c) a signal from the transistor 17 arrives if the transistor 26 emits a signal.

Wenn somit Brammen gemessen werden sollen, deren Länge größer als der Meßbereich ist, oder wenn eine Bramme nicht die richtige Meßstellung einnimmt und eine fehlerhafte Anzeige ergeben würde, kann die Messung durch Steuerung des Tores 42 gesperrt werden, das seinerseits eine Betätigung des UND-Tores 77 für ganz kurze Zeit oder für weitere Messungen verhindert und damit keine Impulse mehr vom Fototransistor 36 zum Zähler 89 durchläßt. Thus, if slabs are to be measured whose length is greater than the measuring range, or if a slab does not take the correct measuring position and an incorrect display results would, the measurement can be blocked by controlling the gate 42, which in turn is an actuation of the AND gate 77 for a very short time or for further measurements and thus no impulses more of the phototransistor 36 to the counter 89 lets through.

Die Rückstellung des Zählers 89 und der Sichteinrichtung 124 nach jeder Messung auf Null läßt sich durch an sich bekannte Maßnahmen erreichen. Die Rückstellimpulse können vom Zähler selbst oder vom Tor 42 (mit einer kleinen Verzögerung nach jedem achten Impuls aus dem Tor 42) erhalten werden.The resetting of the counter 89 and the viewing device 124 to zero after each measurement can be carried out by means of known measures. The reset pulses can come from the meter itself or from the Gate 42 (with a small delay after every eighth pulse from gate 42).

Eine Meßvorrichtung, die in oben beschriebener Weise an einem Walzwerk oder einer ähnlichen Einrichtung, wo Längenabmessungen von Gegenständen erforderlich sind, vorgesehen ist, wird so vorgesehen, daß der Abtastkopf 11 mit einer Geschwindigkeit von etwa 875 Umdr./Min. umläuft, während der Gegenstand 12, dessen Länge gemessen werden soll, in den Meßbereich, der durch die Punkte A, B und C bestimmt ist, eingeführt wird. Im Anschluß daran wirken die Durchlaßöffnungen 13 und die zusätzlichenA measuring device, which is provided in the manner described above on a rolling mill or a similar device where length dimensions of objects are required, is provided so that the scanning head 11 at a speed of about 875 rev / min. revolves while the object 12, the length of which is to be measured, is introduced into the measuring area defined by points A, B and C. Subsequently act the passage openings 13 and the additional

ίο Öffnungen 23 im mechanischen Abtastkopf 11 mit dem Fototransistor 17 und den drei Fototransistoren 24, 25 und 26 zusammen und erzeugen elektrische impulsförmige Signale, wie es bei A, B und C und 31 in Fig. 8 dargestellt ist. Gleichzeitig erzeugt der Zählmarkierfototransistor 36 Zählsignalimpulse, wie es bei 39 in Fig. 8 gezeigt ist. Diese elektrischen Signale werden dann verstärkt und der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt. Es können hierzu Vorverstärker und Verstärker üblicher Ausführungsform verwendet werden.ίο Openings 23 in the mechanical scanning head 11 with the phototransistor 17 and the three phototransistors 24, 25 and 26 together and generate electrical pulse-shaped signals, as shown at A, B and C and 31 in FIG. Simultaneously, the count marker phototransistor 36 generates count signal pulses as shown at 39 in FIG. These electrical signals are then amplified and fed to the electronic device 14. For this purpose, preamplifiers and amplifiers of conventional designs can be used.

Die optische Meßvorrichtung nach der Erfindung ist besonders zur Messung der Dimensionen von heißen Gegenständen, z. B. weißglühenden Brammen aus Stahl u. dgl., geeignet. Hierbei werden -;Änderungen in der Geschwindigkeit der Meßvorrichtung in bezug auf den zu messenden Gegenstand auf ein Minimum reduziert. Da ferner die Vorrichtung eine Endanzeige vorsieht, die auf verschiedenen Messungen des Gegenstandes beruht, wird die Möglichkeit eines Fehlers, der bei einer einzelnen Messung auftreten kann, auf ein Minimum reduziert und die Genauigkeit der Meßvorrichtung vergrößert.The optical measuring device according to the invention is particularly useful for measuring the dimensions of hot Objects, e.g. B. incandescent steel slabs and the like., Suitable. Here are -; changes in the speed of the measuring device with respect to the object to be measured on Minimum reduced. Furthermore, since the device provides a final display based on various measurements of the subject, there becomes the possibility of an error occurring in a single measurement can be reduced to a minimum and the accuracy of the measuring device increased.

Claims

Patent claims:

1. Device for non-contact length measurement on a self-luminous object with a rotating in the manner of an endless belt, containing at least one opening Screen and with a photoelectric recording device arranged within the screen, whose output signal reproduces the measuring section, characterized in that on a marking (33) made up of numerous lines is attached to the screen (11), starting with in In a known manner, a pulse train (39) can be emitted via a photoelectric device (37, 36) is, and that an AND gate (77) is provided, of which the pulses of the pulse train (39) only while the output signal (31) reproducing the measuring section (12) can be passed to a counter (89) are.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pulse train (39) delivering photoelectric device (37, 36) depending on the distance between the The measuring section (12) and the screen (11) can be displaced approximately along the lines of the marking (33), that the lines of the marking (33) run approximately in the direction of the axis of rotation of the screen (11) and that the ends of the lines within the Marking (33) have a different distance from one another.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the screen (11) additional Openings (23) are provided, their angular position with that of the first opening (13) in the screen (11) is related, and that with these

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Additional openings (23) each have a photoelectric device (24, 27; 25, 28; 26, 29) cooperating, the output signal of which reproduces a point (A, B or C) which is fixed relative to the measuring section (12).

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the with the additional openings (23) cooperating photoelectrical

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tric devices (24, 27; 25, 28; 26, 29) and an area detector (41) is connected to the photoelectric recording device (17) which emits a signal as soon as the object (12) is between two stationary points (A and C) and at a fixed point (B) between the latter two points (A and C).

1 sheet of drawings