DE1900136A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Abmessungen eines Gegenstandes,insbesondere der Abmessungen eines Stahlstabes beim Walzen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Abmessungen eines Gegenstandes,insbesondere der Abmessungen eines Stahlstabes beim Walzen

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Hinbest Lionel Frederick
Brian Hemsley
Marshall Joseph William
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    • G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
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Description

THE BRITISH IRON AND STEEL RESEARCH ASSOCIATION, 24 Buckingham Gate, London, S.W.1, England
Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Abmessungen eines Gegenstandes Jinsbes. der Abmessungen eines Stahlstabes beim Walzen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur genauen Bestimmung oder Messung einer Abmessung eines Gegenstandes und sie lässt sich insbesondere zur Messung eines Abmasses eines sich schnell bewegenden Gegenstandes wie z.B. den Durchmesser einer in Vibration befindlichen ötahlstange, die gewalzt wird, oder den Durchmesser eines Stromes geschmolzenen Metalls.verwenden.
Die Erfindung schafft ein Gerät zum Feststellen oder Messen einer Abmessung eines Gegenstandes und die Anordnung besteht aus einer Fernsehkamera, die entsprechend für eine Einzelzeilenabtastung abgewandelt ist, einer Einrichtung zum Aussenden und zum Lenken eines Lichtimpulses kurzer Zeitdauer auf den Gegenstand, um ein Schattenbild des Gegenstandes in einer Kamera abzubilden, einer Einrichtung zum Vorsehen eines Austastsignals, um den Elektronenstrahl der Kamera für eine vorgegebene Zahl von aufeinanderfolgenden Abtastungen (lines) auszulöschen, einerEinrichtung zum Triggern der lichtaussendenden Vorrichtung um einen Lichtimpuls während der Austastperiode auszusenden, einer weiteren Einrichtung zum Entfernen des Austastsignals, um ein wiederholtes Abtasten des Abbilds durch den Strahl in Richtung der zu messenden Abmessung vorzusehen, um somit nacheinander-
folgende Videoabtastungen (video lines) zu erhalten, und bestellt aus einer Einrichtung zum Erfassen oder Messen der Dauer des Abbildabschnitts einer ausgewählten Videoabtastung, um dadurch die Abmessung des Gegenstandes bestimmen oder messen zu können.
Die Erfindung richtet sich ebenso auf ein Verfahren zum Bestimmen oder Messen eines Abmasses eines Gegenstandes, und es besteht 'darin, eine Fernsehkamera im Sinne einer einzelnen Zeilenabtastung zu verändern, einen Lichtimpuls kurzer Zeitdauer auszusenden und auf einen Gegenstand zu lenken, um ein Schattenbild des Gegenstandes in einer Kamera vorzusehen, weiterhin besteht das erfindungsgemasse Verfahren in der Anwendung eines Austastsignals um den Elektronenstrahl der Kamera für eine vorgegebene Zahl von aufeinanderfolgenden Zeilen oder Abtastungen auszulöschen, die lichtaussendende Einrichtung zu triggern, um einen Liehtimpuls vorzusehen, der während der Austastperiode andauert, entfernen des Austastsignals, um die Abbildung durch den Strahl wiederholt in Richtung der zu messenden Abmessung abtasten zu können, um somit nacheinanderolgende Videozeilen oder -abtastungen vorzusehen, und darin, die Dauer des Abildabschnitts einer ausgewählten Videozeile oder -abtastung zu erfassen oder zu messen, um dadurch die Abmessung eines zu erfassenden oder zu messenden Gegenstandes feststellen zu können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen. In dieser zeigt:
Pig. 1 das Gerät nach der vorliegenden Erfindung im Blockdiagramm;
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Pig. 2 schematisch, ein optisches System des
Gerätes, wenn der zu messende Gegenstand erhitzt ist;
Pig. 3 die Betriebsperiode des Gerätes, die durch den logischen Modul (module) gesteuert wird; und
Pig. 4 die Yideozeilenwellenform.
Nach den Piguren 1 und 3 enthält das Gerät ein Stroboskop 1, um einen Liehtimpuls kurzer Zeitdauer auf den Gegenstand zu richten und einer TV-Kamera 2 mit einer Kameraröhre vom Typ Vidicon und diese Kamera ist für eine einzelne Zeilenabtastung abgewandelt; der zu messende Gegenstand erzeugt ein Schattenbild auf der Vidiconkameraröhre, und in Pigur 4 ist eine typische Zeilenwellenform gezeigt. Wenn die Stange erhitzt ist, muß ein geeignetes Filter 9 zwischen der Stange und der Kameraröhre platziert werden; das Pilter filtert die abgestrahlte Energie von der Stange aus, während es das Licht von dem Stroboskop überträgt, so daß dennoch ein Schattenabtoild des Gegenstandes erzeugt wird.
In dem Pail, wenn die Kamera auf dem 625-Zeilensystem arbeitet, wird ein Punkt auf üer Einzelzeilenabtastung alle 64 .Mikrosek. wieder abgetastet; es können auch andere Zeilenfrequenzen verwendet werden.
Wenn ein Punkt auf dem Schirm einer Vidiconkameraröhre einem kurzen Blitz (eine Mikrosekundendauer) einer Lichtenergie ausgesetzt wird, so tritt eine Zeitverzögerung von 5 Zeilen oder 320 Mikrosek. als Minimum auf, bevor die Ladung an diesem Punkt durch den verminderten Widerstand abgesaugt wird, um ein verwendbares Speicherbild zu schaffen.
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Es bedarf einer Zahl von bis zu 20 Abtastungen durch, den Elektronenstrahl über einen entladenen Punkt auf dem Schirm, um diesen wieder voll aufzuladen, um das Abbild an diesem Punkt zu entfernen.
Um diese Speicherschirmcharakteristiken zu erreichen, wird das Gerät entsprechend der Betriebsperiode (Siehe Mg. 3) betrieben, und dies wird durch eine Kamerasteuereinheit 2A und logischen Modul 3 erreicht.
Die vollständige Betriebsperiode entspricht 64-Zeilenabtastungen oder 4,096 m, Sek. Für 32 nacheinanderfolgende Zeilenabtastungen wird an die Vidiconkatode ein Austastsignal 7 angelegt, um den Elektronenstrahl zu unterdrücken. Das Stroboskop wird zum Zeitpunkt 8 bei einem Minimum von 5 Zeilenabtastungen vom Ende der Austastperiode getriggert, so daß ein verwendbares gespeichertes Bild besteht; in der Praxis kann das Stroboskop zu Beginn der Austastperiode getriggert werden. Das Austasten wird dann entfernt und das Bild wird wiederholt für die nächsten 32 Zeilen
abgetastet und dann wiederholt sich der Zyklus, das Bild wird in Richtung der Abmessung, die gemessen werden soll, abgetastet.
Der Modul enthält ein "VideP-Tor,1* so daß nur die erste Videozeile nach dem Austasten zum Messen der Abmessung des Gegenstandes verwendet wird, die verbleibenden 31 werden verwendet, um das gespeicherte Bild von der Kameraröhre zu entfernen.
Das abgetastete Bild sieHt eine Virdeozeilenwellenform (siehe Figur 4) vor. Diese Y/ellenform wird so verarbeitet, daß ein einzelner rechteckiger Impuls (nicht gezeigt) erhalten
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wird, der gleich dem Zeitintervall zwischen O und D ist, der den Bildabschnitt der Wellenform darstellt. Dieser Intervall wird gemessen indem man den Impuls in die Zähl-»er/Zeijt gebereinheit 4 einführt, die die Zeit in 1/100 Mikrosekundeneinheiten aufteilt und einen entsprechenden binär kodierten Dezimalausgang dem analogen Abschnitt der Differenz-einheit 5 zuführt.
Der Analogabschnitt der Differenzeinheit sorgt, wie sein ' Name sagt, für ein analoges Signal der Differenz zwischen dem Ausgang aus dem Zähler/Zeitgeber und der vorher festgesetzten Standardabmessung. Y/enn z.B. der Durchmesser eines erhitzten 1/2 "Stabes , wie er aus einer Walzeinrichtung kommt, gemessen v/erden soll, so wird das ü-erät wie folgt vorbereitet:
Zuerst wird ein Stück eines genau runden 1/2 "Stabes ■ in die Lage gegeben, in der der gewalzte Stab sich befinden wird. Dann wählt man in der Einheit 5 die Zahl von 1/100 Mikrosekundeneinheiten, wie sie durch die Einheit 4 aufgeteilt werden, plis einer zusätzlichen Zahl von Einheiten, um die Ausdehnung mit in Betracht zu ziehen, wenn der zu walzende Stab erhitzt ist. Diese kombinierte Einstellung an der Einheit 5 stellt dann die vorher eingestellten Daten für einen 1/2 "Stab dar. Wenn ein Stab gewalzt wird, so zieht die Einheit die vorher festgesetzten Daten von der erzielten Zählung von 4 ab. Die Differenz zwischen den zweien wird als eine analoge Spannung bei 5 erhalten, d.h. eine Spannung die direkt in der Größe und lorm mit der Differenz zwischen den zwei variiert.
>se Ausgangsfehlerspannung kann dann entweder mit Hilfe eine:/ Feder eines UV-Schreibers aufgezeichnet werden, um eine kontinuierliche Fehlermessung des Stabes, der gewalzt wird
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zu erhalten, oder anders^ zu einem Galvanometer mit Skalenmittelpunkt s-Nullanzeige geführt werden. Die Fehlerspannung kann ebenso als Rückkopplungssignal zum automatischen Steuern der Walζeinrichtung verwendet werden.
Um eine einheitliche lichtintensität aus der Bogenentladungslampe des Stroboskops sicherzustellen, kann ein nicht-kohärentei Fieberoptikelement 6a zwischen der Stroboskoplampe und dem Gegenstand vorgesehen werden; ebenso kann ein kohärentes Fieberoptikelement 6b zwischen den Gegenstand und der Kameralinse vorgesehen sein, um das Schattenbild zur linse zu übertragen.
Wenn der Gegenstand heiß ist, so kann das Problem der Lichtbeugung an den He iß/Kaltluftzwischenf lachen oder Schichten auftreten, die in der Gegend des Körpers auftreten und die das Schattenbild, das in der Kamera abgebildet wird, stören könnten. In diesem Fall lässt sich eine abgewandelte Form eines Töpler-Schlierensystems zur Erzeugung von Bildern verwenden, um von dem das Abbild formende Licht jegliches Licht zu entfernen, daß an den Heiß/Kaltluftgrenzschichten einer Beugung unterworfen wurde.
In Figur 2 gelangt ein pulsierter Lichtstrahl von einer Stroboskoplampe 10 ohne Reflektor durch eine Sammellinse 11 zu einem vorderen halb versilberten Spiegel 12, der zwischen der TV-Kameralinse 13 und dem heißen Gegenstand 14 angeordnet ist. Der Strahl wird, nachdem er vom Spiegel 12 reflektiert wurde, an der geraden Kante einer Klinge oder eines Blattes 16 fokussiert, wobei diese Klinge in der Mitte oder dem Brennpunkt der Krümmung eines Kugelspiegels 18, der vorne versilbert ist, angeordnet istj ein Bild des Blattes 16 wird bei 20 durch den Spiegel 18 gebildet.
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Zur Information hinsichtlich der Erzeugung eines Bildes . mit Hilfe eines Töpler-Schlierensystems, wird auf die Enzyklopädie, Nachschlagewerk der Physik, Pergamon Press 1962, Seiten 410 und 411 hingewiesen.
Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.
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ORIGlNAl. INSPECTED

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Vorrichtung zur Erfassung oder Messung einer Abmessung eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch eine Fernsehkamera (2 ), die für eine einzelne Zeilenabtastung ausgebildet ist;
    durch eine Einrichtung (1, 3) zum Aussenden und Lenken eines Licl&mpulses kurzer Zeitdauer auf den Gegenstand, um ein Schattenbild des Gegenstandes in der Kamera (2) zu erzeugen;
    durch eine Einrichtung (2A) ein Austastsignal zum Auslöschen des Elektronenstrahls der Kamera (2) für eine vorherbestimmte Zahl nacheinanderfolgender Zeilen vorzusehen; durch eine Triggereinrichtung (3) zum Triggern der lichtsaus senden Einrichtung (1), um während der Austastperiode einen LicMmpuls auszusenden, weiter durch eine Vorrichtung zum Entfernen des Austastsignals um das Abbild wiederholt durch den Strahl in Richtung der.zu messenden Abmessungen abtasten zu können, um dadurch aufeinanderfolgende Videozeilen vorzusehen;
    und ferner durch Einrichtungen (4, 5) zum Erfassen oder Messen der Dauer (CD) eines Bildabschnittes einer von den Videozeilen ausgesuchten Zeile (64) , um die Abmessung eines zu erfassenden oder zu messenden Gegenstandes bestimmen zu können,
    2. Vorrichtng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (2A, 3) zvm Auswählen der ersten der Videozeilen für Messzwecke vorgesehen ist»
    3«, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinrichtung (3) so ausgelegt Bt, daß sie ein Stroboskop (1) nicht später als fünf Zeilenabtastungen vom Ende der Austastperiode ab triggert«,
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    4-β Vorrichtung nach allen vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (2) mit einer Varioptx (zoom lens) ausgestattet ist, um sie an verschiedene Mußbereiche von Gegenständen anpassen zu können.
    5· Vorrichtung nach allen vorangegangenen Ansprüchen, gekennzeichnet durch ein Filter (6b) zum Abhalten der abgestrahlten Energie des erhitzten Gegenstandes von der Kamera (2).
    6· Vorrichtung nach allen vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht-kohärentes Fieberoptikelement (6a) zum Empfangen des von der Bogenentladungslampe des Stroboskops (1) ausgesendeten Lichtes und zum Übertrages des Lichtstrahls mit im wesentlichen einheitlicher Intensität auf den Gegenstand verwendet ist·
    7β Vorrichtung nach allen vorangegangenen Ansprüchen, dadurc gekennzeichnet, daß ein kohärentes Fieberoptikelement (6b) zum Übertragen des Schattenbildes des zu messenden Gegenstandes zur Kameralinse vorgesehen ist»
    8» Verfahren zum Erfassen oder Messen einer Abmessung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer für eine einzelne Zeilenabtastung ausgebildeten Fernsehkamera (2) ein Lichtimpuls kurzer Zeitdauer·ausgesendet und auf den zu messenden Gegenstand gelenkt wird, um ein Schattenbild des Gegenstandes in der Kamera (2) zu erzeugen; daß ein Austastsignal (7) zum Auslöschen des Elektronenstrahls der Kamera (2) für eine vorherbestimmte Zahl von nacheinanderfolgenden Zeilen verwendet wird; daß die lichtaussendende Einrichtung (1) zur Aussendung eines Lichtimpulses während der Austastperide (7) getriggert wix daß das Austastsignal (7) entfernt wird, um das Abbild durch (Leu Strahl in Richtung der zu messenden Abmessung wiederhol
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    BAD
    abtasten zu können, um nacheinanderfolgende Videοζeilen vorzusehen, und um die Dauer (CD) des Bildabschnittes einer von den Videozeilen ausgesuchten Zeile zu erfassen oder zu messen, so daß dadurch die Abmessung eines zu erfassenden oder zu messenden Gegenstandes bestimmt werden kann·
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgesuchte Videozeile die erste der Videozeilen ist.
    10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussende Einrichtung (1) nicht später als fünf Zeilenabtastungen von dem Ende der Austastperiode (7) ab getriggert wird.
    11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussende Einrichtung (1) zu Beginn der Austastperiode (7) getriggert wird.
    12„ Verfahren nach den Ansprüchen 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (2) in einem 625-Zeilensystem betrieben wird und daß das Austastsignal (7) abwechselnd für zweiunddreißig aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen vorgesehen wird und für zweiunddreißig aufeinanderfolgende Zeilenabtastungen entfernt wird«
    13. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Gegenstand ein sich bewegender Stab ist und ausgewalzt wird.
    14e Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die erfasste Abmessung mit einem Standard- oder Normmaß verglichen wird, um den Walzspalt der Walzeinrichtung zu steuern.
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    15o Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Ge^a.stand erhitzt ist und daß das optische System zum Erzeugen des Schattenbildes vom Typ eines Töpler-Schlierensystems ist, um die durch Lichtbeugung entstehenden Ungenauigkeiten des Abbildes zu beseitigen«
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DE19691900136 1968-01-04 1969-01-02 Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Abmessungen eines Gegenstandes,insbesondere der Abmessungen eines Stahlstabes beim Walzen Pending DE1900136A1 (de)

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