DE1548209C3 - Vorrichtung zur berührungslosen Querschnittsmessung von durchlaufendem draht-, band- oder profilförmigem Meßgut - Google Patents

Description

digkeit des Linsenringes unterschiedlichen Geschwindigkeit drehen.

Für den Fall, daß das zu messende Gut nicht selbstleuchtend ist, wird vorgeschlagen, es zusätzlich zu beleuchten, wobei die Beleuchtungskörper an dem Linsenring angebracht sind.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich alle zweidimensionalen Lageschwankungen des Meßgutes automatisch bei der Integration der Impulsfolgen der beiden Detektoren bzw. durch Korrektursignale berücksichtigen, so daß keine Meßfehler durch Lageänderungen des Meßgutes aus der zentrischen Mittellage auftreten können.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt

Fig. la und Ib in schematisch dargestellter Ansicht und im Schnitt nach Linie A-A ein Ausführungsbeispiel mit zwei diametral gegenüberliegenden Linsen und zwei in gleicher Weise zueinander angeordneten Detektoren,

F i g. 2 die Vorrichtung nach den F i g. 1 a und 1 b in vergrößertem Maßstab, jedoch mit nach oben aus der zentrischen Mittellage heraus angehobenem Meßgut,

Fig. 3 die Vorrichtung nach den Fig. la und Ib ebenfalls in vergrößertem Maßstab, wobei das Meßgut aus der zentrischen Mittellage heraus zur linken Seite hin verschoben ist,

Fig. 4a 1 und 4a2 für genau zentrisch in der Meßvorrichtung liegendes Meßgut die von den DetektorenlO bzw. 11 abgegebenen Impulse sowie deren Mittelwerte einzeln und summiert,

Fig. 4b 1 und 4b2 die Ausgangsimpulse der Detektoren 10 bzw. 11 bei in der Senkrechten verschobenem Meßgut sowie die gebildeten Mittelwerte,

Fig. 4c 1 und 4c2 die von den Detektoren 10 bzw. 11 abgegebenen Impulse für Meßgut, das sich seitlich aus der zentrischen Mittellage verlagert hat,

Fig. 4dl und 4d2 die durch Differenzen der Vorderflanken der Ausgangsimpulse gemäß F i g. 4 c 1 und 4c2 sich ergebenden Impulsnadeln,

F i g. 4 e eine durch Auf- und Zusteuerung eines Tores mittels der Impulsnadeln erhaltene neue Impulsfolge nebst deren Mittelwert.

Der zu messende glühende Draht 1 (F i g. 1 a, I b) schießt aus einem Führungsrohr 2 in die Meßapparatur und verläuft dann in eine nicht dargestellte Verlängerung des Führungsrohres. Zwei diametral gegenüberliegende Linsen 3 und 4, die sich jeweils im Abstand T₁ von der Achse des zu messenden Drahtes befinden, bilden letzteren in entgegengerichteten Richtungen ab. Das Bild des Drahtes wird auf einem Kreis 9 mit dem Radius r₂ scharf abgebildet.

Befinden sich die Linsen in einem Kreisring 6 und rotiert dieser Ring um die Drahtachse, so laufen die beiden scharfen Bilder des Drahtes ständig auf dem Kreis 9 entlang. Solange diese Bilder an den beiden Detektoren 10 und 11 vorbeilaufen, werden diese belichtet und geben für die Zeitdauer der Belichtung elektrische Signale, welche einer elektronischen Vorrichtung 12 zugeführt werden, die die Signale verarbeitet.

Liegt nun der Draht 1 genau zentrisch in der Meßvorrichtung, so ist die Zeitdauer der beiden Signale der Detektoren 10 und 11 jeweils gleich lang. Es entstehen zwei Folgen von im Idealfall rechteckigen Impulsen (s. Fig. 4a). Ist jedoch der Draht zu einer Linse hin verschoben, wie in der F i g. 2 dargestellt, so ist ein Bild des Drahtes vergrößert, das andere hingegen im gleichen Verhältnis verkleinert, so daß der eine Detektor ein längeres, der andere ein kürzeres Signal abgibt (s. Fig. 4b). Im Mittel sind jedoch beide Signale wieder gleich lang. Integriert man daher etwa die Impulsfolgen nach Fig.4a und 4b, so ergeben sich in beiden Fällen gleich große Gleichspannungssignale.

Verlagert sich der Draht seitlich aus dem Zentrum, wie in F i g. 3 dargestellt, so werden gleichfalls die Abbildungen aus dem Kreis 9 entgegengesetzt verlagert, wobei das eine Signal früher, das andere später ankommt (s. Fig. 4c). Man kann nun die Vorderflanken der Impulse differenzieren (s. Fi g. 4 d), wobei der zeitliche Abstand δ t der beiden sich ergebenden Impulsnadeln direkt proportional zu der Verlagerung 2 ö s des Bildes auf dem Kreis 9 ist:

Steuert man nun mit der ersten Impulsnadel ein Tor auf und mit der zweiten wieder zu, so ergibt sich eine neue Impulsfolge (s. Fig. 4e), deren Mittelwert ein Gleichspannungssignal ergibt, dessen Dauer direkt proportional zu öt ist und somit zur Korrektur ausgenutzt werden kann.

Das gleiche kann geschehen, wenn jeder einzelne Impuls ausgewertet werden soll, indem mit einer nachfolgenden digitalen Auswertung an Stelle der bisher erwähnten analogen elektronischen Vorrichtung Mittelwerte errechnet und diese mit einer Korrektur für die seitlichen Verlagerungen versehen werden. Dies geschieht dadurch, daß für die Dauer eines Signals der Detektoren 10 und 11 jeweils ein Zähler in Betrieb gesetzt und ihre Ergebnisse addiert werden. Zählt dieser Zähler mit einer Frequenz / in der Zeit t der Dauer eines Impulses so, daß

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ist, so ist die Summe der beiden Zählungen gleich dem Wert des Drahtdurchmessers. In ganz ähnlicher Weise können die Zeitdifferenzen ό t zweier Impulsnadeln nach A b b. 4 e in hochfrequente Impulse umgesetzt und so ein Korrektursignal gebildet werden.

Montiert man nunmehr die Detektoren 10 und 11 auf einen sich mit dem Kreis 9 deckenden Ring, so kann man durch Drehen dieses Ringes jeden Durchmesser des Drahtes messen. Dabei muß sich jedoch dieser Ring (9) auf jeden Fall langsamer als der Ring (6) drehen oder schrittweise vorangehen und während des Drehens die Auswertung 12 unterbrechen. Es ist dabei ohne Belang, ob sich der Ring (9) vorwärts oder rückwärts dreht. Er kann auch hin und her pendeln, wobei flexible Meßleitungen abgeführt werden. Statt der besagten beiden Detektoren lassen sich ohne weiteres beliebig viele Detektorenpaare auf den Kreis 9, jeweils um einen vorbestimmten Winkel gegeneinander versetzt, anordnen. Auf diese Weise läßt sich bei genügender Anzahl von Detektorenpaaren auf ihre Drehbewegung verzichten. Nach der Auswertung wird der ermittelte Meßwert durch ein Anzeigeinstrument (13) angezeigt.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß sich der Draht auch um seine Längsachse drehen darf. Die einzige Voraussetzung hierbei ist, daß die Drehrichtung des Drahtes und des Detektorringes (9)

mit den Detektoren bei gleicher Richtung nicht auch gleiche Geschwindigkeit besitzen. Auch wenn sich beide nur wenig unterscheiden, wird der Draht durch Messen einmal rundum voll erfaßt, besonders dann, wenn in einer Pendelhalbperiode des Detektorringes (9) die Drehbewegung des Ringes und die des Drahtes gegenläufig ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann noch dadurch erweitert werden, daß die Zahl der Linsen auf dem Linsenring (6) erhöht und damit eine höhere Meßfrequenz erreicht wird. Der Abstand von Linse zu Linse ist dann gleich, und je zwei zusammengehörige Linsen stehen sich diametral gegenüber.

Man muß damit rechnen, daß nicht jedes Meßobjekt glüht, und daher keine Lichtstrahlung abgibt, mit welcher eine Abbildung durch die Linsen stattfinden kann. Für diesen Fall sieht die Erfindung vor, auf dem Linsenring (6) zusätzlich Lampen zu montieren, die das Meßobjekt beleuchten. Vorzugsweise stehen mindestens zwei Lampen 14 und 15 einander diametral so gegenüber, daß ihre Verbindungslinien senkrecht auf der Verbindungslinie der Linsen 3 ίο und 4 stehen (F i g. 1 a). Die Lampen beleuchten dann das Meßobjekt vollkommen: ihre Leuchtkraft muß so groß sein, daß das von der Linse erzeugte Bild der Detektoren in genügender Weise aussteuert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Ein drittes bekanntes Verfahren schließlich proji- Patentansprüche: ziert das selbstleuchtende Bild des Drahtes oder seine Schatten auf ein Lineal, welches von den Enden

1. Vorrichtung zur berührungslosen Quer- nebeneinanderliegender Lichtleiter gebildet wird. Die schnittsmessung von durchlaufendem draht-, s anderen Enden des Lichtleiters sind auf dem Umfang band- oder profüförmigem Meßgut, vorzugsweise eines Kreises angeordnet, welchem eine rotierende Walzgut, das mittels Linsen abgebildet wird und Scheibe gegenüberliegt; auf deren Umfang wiederum dessen so erhaltene Bilder an den Blenden foto- sitzt das Ende eines Lichtleiters, welches an den elektrischer Detektoren vorbeigeführt werden, gegenüberliegenden Lichtleitern vorbeigeführt wird, deren Ausgangssignale elektronisch ausgewertet _i0 so daß sie von den beleuchteten Lichtleitern das werden, dadurch gekennzeichnet, daß , Licht empfangen und an einen im Mittelpunkt der zwei sich einander diametral gegenüberliegende Drehscheibe gegenüberliegenden Detektor vermitteln Linsen (3, 4) auf einem um die Sollage des Meß- kann.

guts (1) rotierenden Linsenring (6) angeordnet Alle Verfahren besitzen den Nachteil, daß sich sind und das Meßgut in entgegengesetzte Rieh- t₅ der Meßwert bei schwankendem Abstand zwischen tungen auf zwei ebenfalls diametral einander Draht und Linse des Meßgerätes verändert, denn der gegenüber auf einem weiteren, zum Linsenring Draht wird stets unter einem bestimmten Winkel be-(6) konzentrischen Detektprring (9) angeordnete obachtet, der sich mit dem genannten Abstand verDetektoren (10, 11) abbilden, und daß die elek- größert oder verkleinert. Zudem ist durch die Brenntrischen Ausgangssignale der beiden Detektoren 20 weite der Linse und die unveränderliche Bildweite für die Zeitdauer der· Belichtung einem Mittel- des Meßgeräts eine Gegenstandsweite festgelegt, die wertschaltkreis (12) zugeführt werden, in dem nur innerhalb eines engen, vom zulässigen Meßfehdurch digitale oder analoge Auswertung der Im- ler bestimmten Bereichs, variiert werden darf,
pulsfolgen der beiden Detektoren der gemein- Es bleibt für alle genannten Meßverfahren der same Mittelwert gebildet wird. 05 weitere Nachteil, daß mit einem Gerät jeweils nur in

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- einer Richtung ein Durchmesser des Drahtes gemeskennzeichnet, daß der zum Linsenring (6) kon- sen werden kann. Will man den dazu senkrechten zentrische Detektorring (9) mit den beiden De- Durchmesser bestimmen, so muß das Meßgerät um tektoren (10, 11) dreh- oder drehpendelbar an- 90° geschwenkt oder es müssen zwei Geräte senkgeordnet ist und sich mit einer von der Dreh- 30 recht zueinander aufgebaut werden; letzteres dann, geschwindigkeit des Linsenrings unterschied- wenn die zum Schwenken benötigte Zeit nicht verliehen Geschwindigkeit dreht. loren gehen soll. Jedoch schon das Messen der

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Durchmesser von Drähten während des Walzens erkennzeichnet, daß der Linsenring (6) Beleuch- fordert bekanntlich die Messung von mindestens tungseinrichtungen (14, 15) für nicht selbst- ₃₅ drei Durchmessern, wobei deren relative Winkellage leuchtendes Meßgut (1) trägt. verschieden sein kann. Außerdem kann sich beim

Walzen ein Durchmesser um die Achse des Drahtes drehen. Es ist deshalb wünschenswert, daß alle

Durchmesser des Drahtes rundum gemessen werden

40 können. Man kann damit feststellen, ob ein Durchmesser zu groß oder zu klein ist, ohne Rücksicht

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur beruh- darauf, um welchen Durchmesser es sich handelt,
rungslosen Querschnittsmessung von durchlaufen- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

dem draht-, band- oder profilförmigem Meßgut, vor- unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verzugsweise Walzgut, das mittels Linsen abgebildet 45 fahren und Anordnungen eine Vorrichtung der einwird und dessen so erhaltene Bilder an den Blenden gangs genannten Art zu schaffen, bei der auch bei fotoelektrischer Detektoren vorbeigeführt werden, zweidimensionalen Lageschwankungen des Meßderen Ausgangssignale elektronisch ausgewertet gutes aus dem Zentrum und damit bei schwankenwerden, dem Abstand zwischen Meßgut und Abbildungs-

Zu einer derartigen Messung sind verschiedene 50 linse keine zusätzlichen Meßfehler auftreten können. Verfahren bekannt. Eines dieser Verfahren bildet Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

den Schatten etwa eines Drahtes mittels einer Linse löst, daß zwei sich einander diametral gegenüberab. Dabei wird der Strahlengang im Gerät periodisch liegende Linsen auf einem um die Sollage des Meßvon einem Drehspiegel unterbrochen und der Schat- gutes rotierenden Linsenring angeordnet sind und ten an einem lichtempfindlichen Detektor vorbei- 55 das Meßgut in entgegengesetzte Richtungen auf zwei geführt. Solange der Spiegel noch das Licht zur ebenfalls diametral ineinander gegenüber auf einem Gegenlichtquelle in den Detektor reflektiert, gibt die- · . weiteren, zum Linsenring konzentrischen Detektorser ein elektrisches Signal, das erlischt, wenn der ring angeordnete Detektoren abbilden, und daß die Schatten des Drahtes in den Detektor reflektiert elektrischen Ausgangssignale der beiden Detektoren wird. Es entsteht also ein elektrischer Impuls, dessen 60 für die Zeitdauer der Belichtung einem Mittelwert-Breite proportional zum Durchmesser des Drahtes schaltkreis zugeführt werden, in dem durch digitale ist. Selbstverständlich, kann statt des mittels einer oder analoge Auswertung der Impulsfolgen der bei-Gegenlichtquelle erzeugten Schattens des Drahtes den Detektoren der gemeinsame Mittelwert gebildet auch das eigene Licht eines glühenden Drahtes aus- wird,
genutzt werden. 65 In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der

Bei einem zweiten bekannten Verfahren wird an zum Linsenring konzentrische Detektqrring mit den Stelle eines Drehspiegels ein hin- und herbewegter beiden Detektoren dreh- oder drehpendelbar ange-Taumelspiegel benutzt. ordnet sein und sich mit einer von der Drehgeschwin-