DE1810188A1 - Verfahren zur Abstandsbestimmung auf optischem Wege - Google Patents

Verfahren zur Abstandsbestimmung auf optischem Wege

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Description

Centre National de Recherches Metallurgiques Association sans but lucratif, 46, rue Montoyer,
Brüssel / BELGIEN
Verfahren zur Abstandsbestimmung auf optischen! Wege.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstandsbestimmung auf optischem Wege. Dieses Verfahren ist besonders interessant, wenn diese Abstände die Stellungen von Punkten irgendeiner schwach oder überhaupt nicht erleuchteten Oberfläche wie beispielsweise der Oberfläche der Charge eines Schachtofens bestimmen, da hierdurch speziell das Profil dieser Charge festgestellt werden kann.
Zur Zeit gibt es zahlreiche Methoden zur Abstandsbestimmung mittels einer telemetrischen Vorrichtung, die als Beobachtungsgerät eine Fernsehkamera umfasst.
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So sind zum Beispiel äusserst zufriedenstellende Resultate mit der nachstehenden Methode erzielt worden. Ausgehend von einem bestimmten Punkt, der als Emissionspunkt bezeichnet wird, richtet man eine elektromagnetische-Strahlung auf die Oberfläche, deren Profil ermittelt werden soll. An einem anderen Punkt, der als Empfangspunkt bezeichnet wird und relativ zum Emissionspunkt genau festliegt, wird eine Fernsehkamera angeordnet, deren optische Achse in Bezug auf das Segment der Verbindungsgeraden des Emissionsund des Empfangspunktes genau bestimmt ist und deren Steradiant die gesamte zu beobachtende Fläche erfasst." Mittels der Fernsehkamera werden die von der Oberfläche bei Veränderung der Richtung der Emissionsachse nach einer vorbestimmten Gesetzmässigkeit zurückgeworfenen Strahlen aufgenommen, wodurch ausgehend von dem erhaltenen Bild das Profil der Oberfläche entsprechend der Gesetzmässigkeit der Richtungsveränderung der Emissionsachse bestimmt werden kann.
Es ist zu beachten, dass bei dieser Methode eine Zählung von Zeilen .und eine Zählung auf ein und derselben Zeile erforderlich ist, um den Winkel und den Abstand für die Stellung eines jeden PunMB.s zu ermitteln. Diese doppelte elektronische Zählung bringt den Nachteil mit sich, dass sie kostspielig ist, da zwei bestimmte Zähler angeordnet werden müssen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein analoges Verfahren, bei dem dieser Nachteil ausgeschaltet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren, bei dem ausgehend von einem festliegenden Emissionspunkt eine elektromagnetische Strahlung auf die Oberfläche gerichtet wird, deren Profil bestimmt werden soll, ist im wesentlichen dadurch gekenn-
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dass an einem relativ zum Emissionspunkt festliegenden Empfangspunkt eine Fernsehkamera angeordnet wird, deren optische Achse in Bezug auf die Emissionsachse festgelegt ist, dass mittels der Fernsehkamera die von der Oberfläche, deren Profil bestimmt werden soll, zurückgeworfenen Strahlen aufgenommen werden, dass die Richtung der Emissionsachse gemäss einer durch das gewählte Profil vorbestimmten Gesetzmässigkeit verändert wird, und dass die Stellung der Emissionsachse durch eine geeignete Vorrichtung gemessen wird, wodurch die Stellung des Bildes auf der lichtempfindlichen Fläche der Kamera durch eine einzige Zeitzählung ausgemacht werden kann.
Erfindungsgemäss wird das erhaltene Digitalsignal in ein kontinuierliches Analogsignal umgewandelt, das nach einer genau festliegenden Gesetzmässigkeit zum effektiven Abstand in Beziehung steht.
Ebenfalls wird im Rahmen dieser Erfindung das kontinuerliche Analogsignal in einen Analogrechner eingespeist, der ein kontinuierliches Signal proportional zum effektiven Abstand liefert.
Der Raumwinkel bzw. Steradiant der Fernsehkamera ist bevorzugt abgeflacht, wobei sich die grösste Erstreckung in derjenigen Ebene befindet, die von der Emissionsachse und dem optischen Mittelpunkt des Empfängers gebildet wird, oder in einer paralleibiEbene, wodurch der Empfang von störenden Lichtstrahlungen verringert werden kann.
Zur Erzielung einer grösseren Ausstrahlungsstärke mit grosser Richtungsgenauigkeit wird bevorzugt ein Laser als Emissionsgerät und speziell ein auf Impulsbasis arbeitender Laser verwendet.
-If-
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Um die Eigenstrahlung der Oberfläche zu eliminieren, wird in Verbindung mit dem Empfänger ein sehr sorgfältig ausgewähltes Interferenzfilter vorgesehen.
Es ist zu beachten, dass bei Verwendung eines Lasers für kontinuierliche Emission die Zeitzählung zur Ortung der Stellung des Bildes auf dem Empfänger eine Zählung entweder von mehreren Zeilen oder auf einer einzigen Zeile sein kann. Kommt demgegenüber ein Impulslaser zum Einsatz, so ist die Zeitzählung möglichst in Anbetracht der Kürze ' der Impulse eine Zählung auf einer einzigen Zeile.
Handelt es sich bei der Emissionsquelle um einen Impulslaser, so synchronisiert man bevorzugt die Auslösung des Impulses relativ zur Vord_erflanke der Zeile, auf der die Zeitzählung zur Ortung der .Stellung des Bildes erfolgen muss. Diese Methode ist vorteilhaft, da hierbei das Maximum der während der Zeilenabtastzeit ausgestrahlten Energie ausgenutzt und die Emission während der Abtastung der anderen Zeilen unterbrochen werden kann.
Desweiteren kann erfindungsgemäss eine Zeitzählung zwischen einer Ortung des entsprechend gewählten Zählungsanfangs und dem Bildsignal erfolgen.
Diese Ortung des Zählungsanfangs kann entweder ein festes Bild auf der lichtempfindlichen Fläche der Kamera oder die Vorderflanke der Rastersynchroni sation sein.
Die Erfindung sei weiterhin anhand des in der Zeichnung dargestellten, in nicht einschränkendem Sinne wiedergegebenen Ausführungsschemas veranschaulicht.
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Erfindungsgemäss wird ein Strahl EP von einem Emitter E auf eine Zielfläche gestrahlt. Ein zurückgeworfener Strahl PE wird von einer Fernsehkamera erfasst, deren Punkt E relativ zu E festliegt» Die Achse der Kamera relativ zu EE sowie relativ zu EP liegt fest, muss jedoch nicht unbedingt zu EP koplanar sein. Das Bild des Punktes P wird in der Ebene IC bei Pf aufgefangen und auf der Geraden AB geortet, die sich-am häufigsten weitgehendst in der Mitte des Schirmes befindet. Die Emitter/Kamera-G-ruppe kann um die Achse ER drehen, wodurch die Stellung des Punktes P auf der Zielfläche und die von P1 auf dem Bildschirm verändert wird. In jeder Stellung des Punktes P gestattet eine einzige Zählung der zwischen P' und B abgelaufenen ZeitAt die Bestimmung des Abstands EP. Das Verhältnis zwischen Δι und EP wird durch Δ t =* f (EP) ausgedrückt, wobei der Wert von EP numerisch durch ein Digitalsignal (SD) oder durch ein Analogsignal (SA) aufgrund einer kontinuierlichen Umwandlung der Zeit Δ t in eine stets messbare Spannung ^v ausgedrückt werden kann.
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Claims (1)

181ΟΊ
Patentansprüche
1. Verfahren zur AbStandsbestimmung insbesondere im Hinblick auf die Feststellung des Profils einer Oberfläche , bei dem ausgehend von einem festliegenden Emissionspunkt eine elektromagnetische Strahlung auf die Oberfläche gerichtet wird-, deren Profil bestimmt werden soll, dadurch gekennzeichnet3 dass an einem relativ zum Emissionspunkt festliegenden Empfangspunkt eine Fernsehkamera angeordnet wird, deren optische Achse im Verhältnis zur Emissionsachse festgelegt ist, dass mittels der Fernsehkamera die von der Oberfläche} deren Profil bestimmt werden soll, zurückgeworfenen Strahlen aufgenommen werden, dass die Richtung der Emissionsachse gemäss einer durch das gewählte Profil vorbestimmten Gesetzmässigkeit verändert wird, und dass die Stellung der Emissionsachse durch eine geeignete Vorrichtung gemessen wird, wodurch die Stellung des Bildes auf der lichtempfindlichen Fläche der Kamera durch eine einzige Zeitzählung ausgemacht werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet*
dass das erhaltene Digitalsignal in ein kontinuierliches Analogsignal umgewandelt wird, das nach einer genau bestimmten Gesetzmässigkeit zum wirklichen Abstand in Beziehung steht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das kontinuierliche Analogsignal in einen Analogrechner eingespeist wird, der ein kontinuierliches Signal proportional zum wirklichen Abstand liefert.
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k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet! dass der Raumwinkel der Fernsehkamera abgeflacht ist, wobei seine grösste Erstreckung in oder parallel zu der Ebene liegt, die von der Emissionsachse und dem optischen Mittelpunkt des Empfängers gebildet wird, wodurch der Empfang von störenden Lichtstrahlungen verringert werden kann.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Emissionsgerät ein Laser verwendet wird, wodurch eine grössere Ausstrahlungsstärke mit grosser Richtungsgenauigkeit möglich ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnets dass als Emissionsgerät ein Impulslaser zum Einsatz kommt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet3 dass zur Eliminierung der Eigenstrahlung der Oberfläche in Verbindung mit dem Empfänger ein sehr sorgfältig ausgewählter Interferenzfilter vorgesehen wird.
8. Verfahren nach einem, der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet3 dass im Falle eines Impulslasers als Emissionsquelle die Auslösung des Impulses relativ zur Vorderflanke der Zeile synchronisiert wird, auf der die Zeitzählung zur Ortung der Stellung des Bildes erfolgen muss.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet 3 dass eine Zeitzählung zwischen einer Ortung des entsprechend gewählten Zählungsanfangs und dem Bildsignal erfolgt.
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10» Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnetΛ dass die Ortung des Zählungsanfangs durch ein festes Bild auf der lichtempfindlichen Fläche der Kamera , ;
erfolgt. · : : ; ■.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurchgekennzeichnet* dass die Ortung des Zählungsfangs durch die Vorderflanke der Rastersynchronisatiori gebildet wird.
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