DE19537458C2 - Optisches Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Meßgerät zur Erfassung der räumlichen Lage eines Teiles, vorzugsweise eines Zylinders. Der Zylinder wird optisch abgetastet in der Weise, daß er einen Teil eines Lichtbandes abschattet. Die Abschattung wird über optoelektronische Wandler in ein elektrisches Signal umgesetzt, das ein Maß für die Abschattung und damit auch ein Maß für die Eintrittstiefe des Zylinders in den Bereich des Lichtbandes darstellt.

Meßgeräte der eingangs genannten Art werden z. B. verwendet, um die Kante eines Papier- oder Metallbandes präzise zu er­ fassen. Bei solchen Anordnungen wird ein Lichtband zwischen einer gabelförmig ausgebildeten Lichtschranke erzeugt, durch die das jeweils zu erfassende Band verläuft. Schwankungen der Bandposition bewirken eine veränderte Abschattung in dem Gabelbereich. Eine anschließende optoelektronische Auswertung liefert ein analoges Signal, aus dem die Position des Bandes ableitbar ist. Es sind auch andere Verfahren bekannt, bei denen z. B. die Position eines Zylinders über eine optoelek­ tronische Kamera erfaßt wird. Bei definiertem Hintergrund und definierter Geometrie ist es dann mit Hilfe einer Rechner­ auswertung möglich, die präzise Position zu erfassen.

Für besondere Anwendungen sind die o. g. Verfahren jedoch nicht geeignet. Bei Anwendung einer optischen Meßgabel ist es z. B. nicht möglich, die Lage von Zylindern präzise innerhalb des Lichtbandes zu erfassen, weil dies eine hochgenaue Linearität der Lichtverteilung innerhalb des Lichtbandes voraussetzt.

Auch Verschmutzungen führen bei dieser Anordnung zu Fehl­ messungen. Die zweite beschriebene Methode mit Hilfe einer optoelektronischen Kamera ist auch sehr empfindlich gegen Verschmutzungen und rauhe Umweltbedingungen, wie z. B. hohe Temperaturen über 100°C.

In der DE 38 25 295 C2 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Position einer Papierkante beschrieben, die aus einer Zeile lichtemittierender Elemente als Sender und gegenüber­ liegend ein als Querschnittswandler ausgebildetes Glas­ faserbündel aufweist. Die lichtemittierenden Elemente sind nacheinander pulsierend angesteuert. Eine Auswertungs­ schaltung identifiziert das jeweils noch von der Papier­ kante abgedeckte, lichtemittierende Element und setzt die so erfaßte Position der Papierkante in ein elektrisches Signal um.

Diese Vorrichtung weist ähnliche Meßfehler auf, wie sie bereits eingangs bei einer gabelförmig ausgebildeten Licht­ schranke beschrieben wurden, insbesondere führt der Ausfall nur eines lichtemittierenden Elementes zu einem Störsignal.

In der DE-OS 22 47 161 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Breite eines streifenförmigen Körpers, z. B. die Breite eines Magnetbandes beschrieben. An jeder Kante des Bandes ist z. B. eine optische Lichtschranke, bestehend aus einer LED und eine Fotodiode angeordnet. Die elektrische Auswertung der beiden Lichtschrankensignale führt zur Breitenbestimmung des Magnetbandes.

Eine ähnliche Anordnung ist in der US 4900913 beschrieben, wobei hier die Länge eines Gegenstandes ermittelt wird.

Beide oben beschriebenen Techniken sind fehlerbehaftet und empfindlich gegen rauhe Umwelteinflüsse.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Meßgerät anzugeben, das die räumliche Lage, vorzugsweise eines Zylinders, be­ rührungslos erfaßt, eine hohe Erfassungsgenauigkeit aufweist und unempfindlich gegen rauhe Umwelteinflüsse, wie Tempera­ turen über 100°C, ist und das auch in Vakuum eingesetzt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Das optische Meßgerät besteht aus einem Verstärkergehäuse, in dem mindestens je zwei optoelektronische Sender und Empfänger eingebaut sind. Diese Sender und Empfänger sind so aufeinander abgestimmt, daß sie nicht nur einen gleichen Temperaturgang, sondern auch gleiche Verstärkungskennlinien für die Signalverstärkung aufweisen. Für unterschiedliche optische Signale an den Empfängereingängen und schwankenden Umgebungstemperaturen können daher am Ausgang des Verstärkergehäuses Signale für jeden Empfängerkanal abgeleitet werden, deren Differenz nahe­ zu Null ist. Der Einbau der optoelektronischen Einheiten in ein gemeinsames Gehäuse sorgt dafür, daß Umwelteinflüsse, die auf das Verstärkergehäuse einwirken, wie z. B. Temperatur­ schwankungen, in immer gleicher Weise auf jeden optoelektro­ nischen Verstärker einwirken. Die ist eine wesentliche Voraus­ setzung dafür, daß die zwei Signalausgänge der optoelektronischen Empfänger für eine Differenzbildung herangezogen werden können.

Die optische Übertragungsstrecke eines Sender/Empfänger- Paares besteht aus den optoelektronischen Einheiten, der Weiterleitung der optischen Signale über Lichtleitkabel, und die Überführung des kreisrunden Querschnittes der Lichtleitkabel in einen möglichst schmalen rechteckigen Querschnitt, der strichförmig ausgebildet ist. Dies ge­ schieht mit Hilfe von Querschnittswandlern. Diese Quer­ schnittswandler sind so ausgelegt, daß sie bei fortschrei­ tender Abschattung ihres Querschnittes und bei konstanter Beleuchtung mit einer definierten flächenhaften Lichtquelle ein Signal liefern, das proportional zur Abschattung ver­ läuft. Je ein Paar Lichtwandler sind so ausgewählt, daß ihre Kennlinien bei dieser Abschattung übereinstimmen. Auch bei größerer Entfernung der Querschnittswandler von einander, z. B. 1 m, ist eine sehr präzise Abschattung möglich, die überraschenderweise nahezu unabhängig von der Entfernung zu einem der Querschnittswandler ist. Diese Eigenschaft ermög­ licht es auch, heiße Teile wie z. B. glühende Rohre in einer Dimension z. B. der Höhenposition zu erfassen. Ist es erforderlich, auch eine zweite Dimension z. B. Links/Rechts­ verschiebung zusätzlich zu erfassen, so kann mit einem zweiten Verstärkergehäuse und einer Lichtbandanordnung, die in derselben Ebene aber senkrecht zur ersten Lichtbandanord­ nung angeordnet ist, gearbeitet werden. Gerade bei hochpolierten Teilen, wie auch bei undefinierten Reflexionsmöglichkeiten, ist es denkbar, daß jeweils ein Sender eines optischen Bandes den Empfänger eines anderen optischen Bandes erreicht. Um solche Störungen zu unterdrücken, sind die optoelektronischen Empfänger und Sender so aufeinander abgestimmt, daß sie periodisch ein- oder ausgeschaltet sind, in der Weise, daß nur ein Lichtband in einer Periode eingeschaltet ist. Durch die Wahl einer hohen Schaltfrequenz ist praktisch eine zeitgleiche Erfassung in allen Lichtbändern möglich.

Anhand von Ausführungsbeispielen ist die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 Das Verstärkergehäuse (1) ist aus Edelstahl ge­ fertigt und weist einen druck- und vakuumdichten Stecker (15) auf, an dessen Anschlußleitung die analogen Signale abgegriffen werden können.

Fig. 2 Die vordere Ansicht des Verstärkergehäuses (1) mit den Anschlüssen für die Sender und Empfangsausgängen (2, 3, 4, 5) ist dargestellt. Die Lichtleitkabel (13) sind über Adapter (14) verlängert. Diese Adapter sind so ausgebildet, daß die jeweiligen Lichtleitkabel in ihrer Längsrichtung gedreht werden können. Die Lichtleitkabel enden in den Querschnittswandlern (9, 10, 11, 12) wobei je zwei Querschnittswandler (9, 10) eine bandähnliche (7) optische Übertragungsstrecke bilden. Die Lichtbänder werden durch einen Zylinder in Frontalansicht (17) jeweils zur Hälfte abgedeckt. Bei präziser Mittenausrichtung dieses Zylinders (17) sind die Ausgangssignale A1 und A2 am Anschluß (16) gleich. Die Ausgangssignale A1, A2 sind einer Auswertungselektronik zugeführt, die beide Signale voneinander subtrahiert. Im Nulldurchgang des verarbeiteten Signals ist die präzise Position des Zylinders (17) erreicht.

Fig. 3 zeigt die Mittensteuerung eines Transportbandes (17). Auch hier sind die Lichtbänder (7, 8) bei richtiger Posi­ tionierung des Transportbandes (17) jeweils zur Hälfte abge­ deckt.

Claims (8)

1. Optisches Meßgerät zur Erfassung der räumlichen Lage eines Teils, das aus mindestens einem druck- und vakuumdichten Verstärkerge­ häuse (1) besteht,
in dem mindestens je zwei einander zugeordnete optoelektroni­ sche Sender und Empfänger eingebaut sind,
an dem für die optoelektronischen Sender und Empfänger je ein Anschluß (2, 3, 4, 5) für ein Lichtleitkabel (13) vorgesehen ist, die kreisrunden Querschnitte der daran angeschlossenen Licht­ leitkabel (13) am meßseitigen Ende durch einen Querschnitts­ wandler (9, 10, 11, 12) in einen schmalen rechteckigen Querschnitt überführt werden,
die Querschnittswandler der einander zugeordneten lichtaussen­ denden und die lichtempfangenden Lichtleiter (9, 10, 11, 12) Lichtschranken mit zueinander parallel verlaufenden Lichtbän­ dern (7, 8) bilden, und beim Messen gegenüberliegende Randungen des Teils jeweils teilweise in die Lichtbänder hineinragen und ein Lagesignal durch Subtraktion der Meßsignale der optoelek­ tronischen Empfänger in einer Auswerteschaltung gewonnen wird.

2. Optisches Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erfassende Teil ein Zylinder ist der in der als richtig zu erfassenden Position gerade je eine Hälfte der Lichtbänder abdeckt.

3. Optisches Meßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine zweite Lichtbandanordnung, bestehend aus zwei Lichtbändern vorgesehen ist, die senkrecht zu den Lichtbändern (7, 8) ist und in derselben Ebene liegt.

4. Optisches Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erfassende Teil ein Band (17) ist, das in der als richtig zu erfassenden Position gerade je eine Hälfte der Lichtbänder (7, 8) abdeckt.

5. Optisches Meßgerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitkabel über Adapter (14) verlängerbar sind.

6. Optisches Meßgerät nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinien der optischen Empfänger miteinander übereinstimmen.

7. Optisches Meßgerät nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Empfänger und Sender so aufeinander abgestimmt sind, daß sie periodisch ein- oder ausgeschaltet sind, in der Weise, daß nur ein Licht­ band in einer Periode eingeschaltet ist.

8. Optisches Meßgerät nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder optoelektronische Empfänger den Grad der Abdeckung des Lichtbandes an seinem Ausgang (16) als elektrisches Signal darstellt.