DE1448394A1 - Lage- und Laengenmessvorrichtung - Google Patents

Description

• Lage- und Längenmeßvorichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lage-und Längenmeßvorrichtung mit Strahlungsempfängern für elektromagnetische Wellen, Zur Bestimmung der Stellung oder Lage eines strahlenaussendenden Gegenstandes oder Körpers, wie eines rotglühenden Bleches, Bandes, einer Slattine oder Platte, kann ein Linsensystem so angeordnet werden, daß es die Vorder-, Hinter- oder oeitenkante des zu beobachtenden Gegenstandes auf ein vorgegebenes Gesichtsfeld fokussiert. Die Stellung oder Lage dieser kante kann dann bestimmt werden, indem in der Gesichtsfeld des optischen Systemes eie Jnzahl von btrahlunsempfängern, wie J?otozellen, nebeneinander angeordnet wird, wegen des betrachtlichen Raumbedars dieser btrahlungsempfänger ist es jedoch normalerweise nicht möglich, sie so eng nebeneinander anzuordnen, daß die Stellung oder Lage der kante des Gegenstandes mit genügender Genauigkeit bestimmt werden kann.
• Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von langgestreckten Strahlenübertragungselementen, die die an dem einen Ende aufgenommene Strahlung durch Mehrachinnenreflektionen an den Wänden der Elemente zu dem anderen Ende übertragen. Die Elemente können beispiels weise als Glasfaserelemente ausgebildet sein, - welche die Strahlung auf diese weise übertragen. Die Elemente brauchen nicht norwendigerweise geradlinig zu verlaufen, sondern können den jeweiligen Anforderungen entsprechend auch gebogen sein, insbesondere dann, wenn die Elemente biegsam sind, wie dies bei Glasfaserelementen der Fall ist.
• Eine Grtungs- oder Lagemeßvorrichtung nach der Erfindung besteht aus einer reihe von langgestreckten Strahlenübertragungselementen, die jeweils die Strahlung über die gesamte Länge durch Lehrfachinnenreflektion übertragen, wobei das Aufnahme ende der einzelnen Elemente einen langgestreckten @uerschnitt besitzt und die einzelnen Aufnahmeenden der Elemente mit ihren Längsseiten parallel und dicht nebeneinander angeordnet sind, während die anderen Elementenden einzeln einer Reihe von Strahlungsempfängern gegenüberliegen, so daß die von einem einzelnen Element übertragene Strahlung jeweils von einem einzigen Strahlungsmepfänger aufgenommen wird.
• Die vorliegende Erfindung umfaßt auch Paare solcher Lagemeßvorrichungten, welche sich für die messung der Breite oder der Länge eines sich bewegenden Gegenstandes, wie einer das Walzwerk verlassenden Platine oder Platte, eignen. Bei diesem Ausführungsbeispiel der t4rfindung werden zwei Lagemeßvorrichtungen mit einem vorgegebenen Abstand voneinander in Richtung der zu messenden Größe angeordnet, wobei die Strahlungsempfänger jeweils so ausgebildet sind, daß sie ein Signal über die Anwesenheit oder Abwesenheit des Körpers oder Gegenstandes liefern und wobei die Zühlvorrichtungen vorgesehen sind, welche für die Bestimmung der zu messenden Größe auf die Signale der Strahlungsempfänger ansprechen.
• Vorzugsweise wird dazu ein optisches System- vorgesehen, das eine Kante des Gegenstandes, dessen Lage gemessen werden soll, auf die Aufnahmeenden der Elemente der Lagemeßvorrichtungen abbildet.
• Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen, die die Lage und Längenmeßvorrichtungen betreffen, beschrieben werden, wobei auf'die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
• In den Zeichnungen ist: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines lagemeßsystemes; Fig. 2 eine Ansicht des Systems von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab mit einzelnen weggebrochenen Teilen; Fig. 3 die schematische Darstellung eines für die Messung der Breite eines Gegenstandes geeigneten Meßsystems; und Fig. 4 die schematische Darstellung einer bei den in Fig. 3 gezeigten Meßsystem verwendbaren elektrischen Schaltung.
• Das in Fig. 1 dargestellte Meßsystem dient dazu, die Lage oder Stellung der Vorderkante einer heißen Metallplatte 12, die infrarote Strahlung aussendet, festzustellen. Zur Fokussierung der von der Platte 12 ausgehenden Strehlung auf das Aufnahme ende einer in der Bildebene 14 des optischen Systems liegenden Strahlenübertragungsvorrichtung 15 dient eine Linse 13. @as optische system ist mit näheren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt.
• Die Strahlenübertragungsvorerichtung 15 besteht aus einer Reihe von Strahlenübertragungselementen 16, deren unteres Aufnahmeende jeweils in Richtung der Bewegung der Platte 12 eine Dicke von 0,13 mm (0,005 Zoll) und eine Länge von ungefähr 25 mm (1 Zoll) senkrecht zu dieser Richtung besitzt. Die unteren Enden der Elemente 16 sind der Reihe nach dicht nebeneinander angeordnet, wobei die Längsrichtungen der Enden parallel zueinander verlaufen mit einem engen Abstand von 0,13 mm (0,005 Zoll) dazwischen. Die Elemente 16 erstrecken sich nach oben und konvergieren allmählich, so daß das obere Ende 16 jeweils einen engen kreisförmigen Querscdhnitt besitzt.
• Die elemente können aus einer großen Anzahl von einzelnen Glasfaserfäden mit kreisförmigem suerschnitt bestehen, deren unteren Enden in Längsrichtung der unteren Enden der Elemente zu einem im wesentlichen geradlinigen Teil auseinandergezogen sind, während die oberen Enden an der spitze zusammengebündelt sind, um insgesamt das obere Ende 17 zu bilden Das obere Ende 17 der Elemente 16 endet jeweils nahe einer zugehörigen Fotozelle 180 Die Fotozellen 18 sind dicht an dem oberen Ende 17 angeordnet, um eine größtmögliche Strahlungsmenge aufzunehmen. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, eine oder mehrere Linsen zwischen den oberen Enden 17 der Elemente und den Fotozellen 18 anzuordnen. Die Fotozellen 18 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer rechteckigen Anordnung zusammengefaßt, es kann aber auch jede andere geeignete Anordnung verwendet werden, da die oberen Enden der Elemente 16 in jeder beliebigen Ebene oder um einen winkel versetzt angeordnet werden können. Die Fotozellen sind so ausgebildet, daß, sie jeweils von einem bestimmten Teil des Weges der Flatte 12 Strahlung aufnehmen und diese Fotozellen werden zu einem Zeitpunkt von Strahlung erregt, wobei sie die Stellung der Vorderkante der Platte 12 zu diesem Zeitpunkt anzeigen.
• Das Auflösungsvermögen des Systems ist durch die Anzahl der verwendeten Elemente, die einer-gegebenen Länge Entaprechen, begrenzt und die erzielte Genauigkeit hängt von der Genauigkeit der Anordnung der elemente ab.
• Die Strahlenübertragugsvorrrichtung 15 kann in gleicher wiese auch gut für die Lüngen- oder Breitenmessung eines. strahlenemittierenden oder strahlenunterbrechenden Gegenstandes oder Körpers verwendet werden.
• Zur messung der Längenabmessung zwischen zwei im wesentlichen geraden parallelen Kanten eines Gegenstandes, wie einer Platte, werden zwei der beschriebenen Meßvorrichtungen 15 in Richtung der zu messenden Längenabmessung mit abstand voneinander (gleich der Nominalbreite) angeordnet, wobei die Längsseiten der Aufnahmeenden der Elemente 16 der Vorrichtungen 15 senkrecht zu der Richtung der zu messenden tängenabme ssung angeordnet werden0 Bei Fig. 4 wird der Mittelpunkt des Bildes 12A von der Fotozelle 180 dargestellt. Links und rechts von der Fotozelle 180 sind sieben Fotozellen 181, 182 ... 187 angeordnet, wobei selbstverständlich die Zahl der verwendeten Fotozellen von der gewünschten Genauigkeit abhängt. enn eine der Fotozellen 181, 182 000 187 an der rechten weite der Fotozelle außer Betrieb ist, dann liegt die Materialkante unter dem Nennwert und, wenn eine der Fotozellen 181, 182 ... 187 an der linken Seite der Fotozelle 180 in Betrieb ist, dann liegt die Laterialkante oberhalb des NominalwertesO Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel würde von den mit den Botozellen 181, 182, 183 verbundenen Elementen 16 keine Strahlung ausgesendet werden und diese Fotozellen würden keine Signale liefern.
• Die Ausgangsimpulse der Fotozellen 183, 184, 185, 186., 187 werden über die Leitungen 20 zu Verstärkern 22 geleitet, von denen aus die Impulse zu den einzelnen Triggerschaltungen 24 geführt werden, die mit Und-Torschaltungen 26 zur Bildung einer logischen Schaltung verbunaen sind. Diese ist so aufgebaut, das jeweils nur eine Und-Torschaltung 26 zu einer bestimmten Zeit ein Ausgangssignal liefert, und dies ist diejenige, die der letzten in Betrieb befindlichen Fotozelle zugeordnet ist. Bei dem gezeigten ausführungsbeispiel wurde dies der Foto zelle 183 entsprachen. Die und-torschaltungen 26 speisen über eine Leitung 27 eine Transistorschaltandordnung 28, die zusammen mit einem Parallelwiderstand 30 an den Eingang eines Rechenverstärkers 32 -angeschlossen ist, dessen Impulse zu einem Meßgerät 34 geleitet werden, welche dann die Abweichung von dem Sollwert anzeigt. Jede der Und0Torschaltungen 26 ist über die Schaltanordnung 28 mit einem zugehörigen Einzelwiderstand 30 verbunden, wobei die Widerstände der starahlungsempängernummer oder der Stellung- der Materialkante entsprechend bemessen sind.
• Da nur von einer einzigen Und-Torschaltung ein Ausgangssignal geliefert wird, ist jeweils nur ein Widerstand angeschlossen. Der Ausgang des Rechenverstirkers 32-entspricht daher der letzten im Betrieb befindlichen Fotozelleneinheit 18 und somit der Lage der Materialkante.
• An der anderen Kante wird eine ähnliche Anordnung verwendet, wobei die Impulse von dieser Anordnung über die Leitung 36 zu dem Meßwerk 34 geleitet werden, welches daher die algebraische Summe der Ausgangssignale der beiden Strahlenübertragungsvorrichtungen 15 anzeigt.
• Zur messung der länge eines Gegenstandes kann eine Anordnung verwendet werden, wie sie in einem anderen Vorschlag der Anmelderin (derbritischen Patentanmeldung 41 558/59 (5922)) beschrieben ist, wobei die verwendete Schaltung der von Fig. 4 mit der Ausnahme entsprechen würde, daß die Strahlungsempfänger von Null aus aufwärts numeriert würden, da keine negativen Werte vorgesehen sind. In diesem Falle würde ein Digitalausgang erforderlich sein, und dieser könnte zweckmäßig von einem geeigneten Decoder hinter den Transistorschaltungen geliefert werden. Es könnte aber auch ein A/D-Uns=etzer hinter dem Rechenverstärker das gleiche Ergebnis liefern.

Claims (8)

1. /7/ li U t z a n 5 p -r ü c h e 1-. Lage- oder Ortungsmeßvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Reihe langgestreckter Strahlenübertragungs- -elemente (16), die die Strahlung über ihre gesamte Länge durch Mehrfach-Innenreflektion übertragen, wobei die Aufnahmeenden der Elemente jeweils einen langgestreckten Querschnitt besitzen und in einer Reihenanordnung mit den Längsseiten parallel zueinander mit engem Abstand nebeneinander angeordnet sind, während die anderen Enden (17) der Elemente (16) jeweils einzelp Strahlungsempfängern (18) gegenüberliegen, wobei die von einem Element (16) übertragene Strahlung jeweis einen einzigen Strahlungswempfänger (18) erregt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende (17) der Elemente (16) im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (16) aus einer Anzahl von einzelnen Fäden gebildet ist, die kreisförmigen Querschnitt besitzen, wobei die Aufnahmeenden der Fäden zu einer im wesentlichen geraden Linie auseinandergezogen sind, während die anderen Enden (17) zusammengebündelt sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3 zur Feststellung der Lage oder Stellung einer im wesentlichen geraden Kante eines Gegenstandes (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseiten der Aufnahmeenden der Elemente (16) parallel zu der zu messenden Kante verlaufen und daß ein optisches System (13) vorgesehen ist, daß das von der Kante des Gegenstandes ausgehende Licht auf die Aufnahmeenden der Elemente (16) fokussiert.
5. 5. Vorrichtung zur Messung der Linearabinessung zwischen zwei im wesentlichen parallelen Kanten eines Gegenstandes mit zwei Lagemeßvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen vorgegebenen Abstand in Richtung der zu messenden Abmessung voneinander angeordnet sind, wobei die Aufnahmeenden der Elemente der Vorrichtung im wesentlichen die Form einer geraden, senkrecht zur Richtung der zu messenden Abmessung verlaufenden Linie besitzen und die Strahlungsempfänger (18) der Vorrichtungen (15) so ausgebildet sind, daß sie ein die Anwesenheit oder Abwesenheit des Gegenstandes (12) anzeigendes Signal liefern (Fig. 3).
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß auf die Signale von den strahlungsmepfängern (18) ansprechende Zählvorrichtungen (24 bis 34) zur Berechnung der zu messenden Abmessung vorgesehen sind (Fig. 4).
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme enden der Elemente (16) der Lagemeßvorrichtungen zu beiden Seiten des Weges eines bewegichen Gegenstandes (12), wie beispielsweise einer Plattine, eines Bandes, einer Platte oder dergleichen, angeordnet sind und daß die Zählvorrichtungen (24 bis 34) eine kontinuierliche messung der-Breite des Gegenstandes liefern.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeenden der Elemente (16) der Lagemeßvorrichtungen an dem eg eines sich bewegenden Gegenstandes (12)., wie beispielsweise einer Plattine oder Platte, mit Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Längsseiten der Aufnahmeenden im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Gegenstandes (12) verlaufen und die Zänhlvorrichtungen so ausgebildet sind, daß sie eine Messung der Länge des Gegenstandes liefern,