DE2015693C3 - Vorrichtung zur berührungslosen Querschnittsmessung von durchlaufendem draht-, band- oder profilförmigem Meßgut - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptp.itents 15 48 209 ist eine Vorrichtung /ur berührungslosen Querschnittsmessung von laufendem draht-, band- oder profilförmigem Gut, vorzugsweise Walzgut, das mittels Linsen abgebildet wird und dessen so erhaltene Bilder an den Blenden fotoelektrischer Detektoren voi beigeführt werden, tieren Ausgangssignale elektronisch ausgewertet werden, wobei die Linsen paarweise einander diametral gegenüber auf einem um die Sollage des Meßgutes rotierenden Linsenring angeordnet sind und zwei ebenfalls diametral einander gegenüber auf einem weiteren, /um Linsenring konzentrischen Detektorring angeordneten Detektoren vorgesehen sind, sowie zur Ausschaltung des durch eine Ablage des Meßgutes in Richtung der optischen Achse hervorgerufenen Meßfehlers ein von beiden Detektorausgängen mit den jeweiligen Meßimpulsen gemeinsam angesteuerter Mittelwertstilallkreis vorgesehen ist.

Durch tliese Anordnung werden Meßfehler eliminiert, die durch eine Verlagerung oiler Ablage des Meßgutes in Richtulli; der oplisc hen Achse hervorgerufen werden.

Nun können aber auch weitere Fehler in die Messung dadurch eingeführt werden, daß das Meßgut sich auch noch seitlich verlagert, d. h. quer zur optischen Achse (unter der optischen Achse soll diejenige Linie verstanden sein, die das Meßgut, die Linse und den Detektor miteinander verbindes).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung nach dem Hauptpatent derart weiterzuführen, daß auch Meßfehler infolge der erwähnten

ίο seitlichen Ablage kompensiert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur elektronischen Auswertung der Ausgangssignale der Detektoren ein Fehlersignalgenerator vorgesehen ist für die Abgabe von der mittleren zeitlichen Verschiebung der beiden von einem Linsenpaar in den Detektoren ausgelösten Meßimpulse proportionalen Fehlerimpulsen, die einem Korrekturschaltkreis für das Ausgangssignal des Mittelwertschaltkreises aufgeschaltet sind.

Man macht also von der Tatsache Gebrauch, daß infolge des geometrisch-konstruktiven Aufbaus der Vorrichtung bei einer seitlichen Ablage eine zeitliche Verschiebung zwischen den Meßimpulsen eines »Paares« vorliegt. Unter einem Paar von Meßimpulsen sind

2ί wie im Haupipatcnt die von einem Linsenpaar in dem (oder jedem) Detektorpaar ausgelösten Impulse zu verstehen.

Die mittlere zeitliche Verschiebung ist dabei der zeitliche Abstand zwischen den Impulsmitten; wenn

«:■ beide Impulse gleich lange dauern — entsprechend einer Ablage Null in Richtung der optischen Achse —, so genügt die Ermittlung des Anstiegs- oder Abfallflankenabstandcs. Sind die Meßimpulse eines Paares jedoch nicht gleich lang und noch dazu zeitlich verschoben —

\*. entsprechend einer Ablage sowohl in Richtung der optischen Achse als auch quer zu ihr — , so muß für eine korrekte Fehlerkompensation die zeitliche Verschiebung der Impulsmitten ermittelt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein

to Integrierschaltkreis für die so ermittelten Fehlerimpulse vorgesehen, der mithin ein sich mit der Größe der Ablage änderndes Spannungs- oder Stromsignal liefert, mit dem der Meßwert zu korrigieren ist, und zwar dadurch, daß das Fehlersignal über einen Funktions-

u schaltkreis geführt wird, der das Signal mit einem von der Funktion zwischen Ablage und Fehler abhängigen Faktor beaufschlagt.

Diese Beaufschlagung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Fehlerkurven durch eine Gerade

■χι angenähert werden, so daß nur ein konstanter Faktor eingeführt zu werden braucht. Es können jedoch auch variable Faktoren gemäß der näherungsweise einer Winkel-Funktion folgenden Fehlerkurve eingeführt werden, oder — einfacher — variable Faktoren gemäß

v. einer quadratischen Kurve, die inneihalb zulässiger Meßfehlergren/en mit der Winkel-Funktion übereinstimmt.

Man hat festgestellt, daß diese Winkel-Funktion für eine seitliche Ablage des Meßgutes bei Ablage Null in

mi Richtung tier optischen Achse gilt. Die Fehlerkurve ändert sich jedoch noch, wenn neben tier seitlichen Ablage amh noch eine Ablage in Richtung der optischen Achse voi liegt. Diese Korrektur kann man gemäß einem weiteren zweckmäßigen Merkmal der

κι Erfindung dadurch vornehmen, daß das Verhältnis /.wischen den Impulsdauern der Meßimpulse gebildet wirtl und die so gewonnene Größe einem Steuereingarig des I imktionssiliallkieises zugeführt wirtl. Dies ist

jedoch nur bei extremen Genauigkeitsanforderungen erforderlich.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die F i g. 1 der Zeichnung zeigt dabei in schematischer Form das Schaltbild des elektronischen Teils der Vorrichtung, und F i g. 2 stellt dar, wie die Fehlerimpulse gewonnen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß es für den Elektronik-Fachmann ein leichtes ist, die Schaltung auch für digitale Signalausweriung zu entwerfen, wobei sich gegebenenfalls gegenüber der dargestellten Analog-Ausführung Verbesserungen erzielen lassen.

Auf den Leitungen 10 und 12 gelangen die zeillich gegeneinander verschobenen und unterschiedliche Länge aufweisenden Meßimpulse je an einen Differenzierschaltkreis 14 bzw. 16. Für die Ermittlung der Fehlerimpulse sind dabei zwei Fälle zu unterscheiden: Einmal überlappen sich die Meßimpulse teilweise (Impulse 10' und 12' in F i g. 2), oder aber sie überdecken einander vollständig (Impulse 10" und 12" in Fig. 2, unterer Teil). Welcher der beiden Impulse zuerst eintrifft, ist für die absolute Größe des Fehlersignais belanglos, weil die Anordnung völlig symmetrisch aufgebaut ist. Wie eine einfache geometrische Hetrach tung zeigt, ist die zeitliche Verlagerung der Meßimpulsmitten im Fall der Meßimpulse 108,12' proportional der Summe der Anstiegs- bzw. Abfallflankenabstände, im Fall der Meßimpulse 10", 12", jedoch der Differenz derselben. In jedem Fall müssen zunächst diese Flankenabstände gewonnen werden. Die Anstiegs- und Abfallflanken beider Meßimpulse werden repräsentiert durch positive bzw. negative Nadelimpulse am Ausgang der Differenzierschaltkreise 14 bzw. 16, so daß durch Gleichrichterpaare 18 und 20 die Flipflopschaltkreise 22 bzw. 24 angesteuert werden können, an deren Ausgang die Impulse 22', 24' (Fig. 2, oberer Teil) oder aber 22", 24" (Fig.2, unterer Teil), erscheinen. Um festzustellen, ob eine Summen- oder Differenzbildung der Impulse am Ausgang der Flipflops 22, 24 erforderlich ist, sind UND-Gatter 26, 27, 28, 29 vorgesehen. Das Kriterium, ob einer der Impulse am Ausgang der Flipflops 22 und 24 bezüglich seiner Impulsdauer positiv oder negativ zu bewerten ist, ist bestimmt durch das koizidente Vorhandensein eines der beiden Meßimpulse 10', 12' bzw. 10", 12". Deshalb werden diese Meßimpulse den anderen Eingängen der vier UND-Gatter 26 — 29 zugeführt, nachdem sie durch Gleichrichten der Nadelinipulse mittels Gleichrichter 30, 32 und Ansteuern von Flipsflops 34, 36 normiert worden sind. Der so geformte Meßimpuls am Ausgang von Flipflop 34 liegt an je einem Eingang der UND-Gatter 26 und 28, während der entsprechende Meßimpuls von der Leitung 12 an je einem Eingang der UND-Gatter 27 und 29 liegt. Die UND-Gatter 26 und 27 werden von den Impulsen am Ausgang des Flipflops 22 beaufschlagt, die UND-Gatter 28 und 29 von den Ausgangsimpulsen des Flipflops 24. Aus Fig. 21 läßt sich leicht entnehmen, welche Ausgangsimpulsdauern der vier UND-Gattern 26 und 29 sind Verstärker mit einer Verstärkung von t-1 nachgeschaltet, den UND-Gattern 27 und 28 solche mit einer Verstärkung von —1, so daß insgesamt vier Verstärker 36, 37, 38, 39 vorgesehen sind. Obwohl an sich die Impulsdauern zu addieren bzw. zu subtrahieren sind, kann man doch Amplitudenverstärker einsetzen, da den Verstärkern ohnehin ein Summier- und Integrierschaltkreis 40 nachgeschaltet ist und die Impulse am Ausgang der UND-Gaher gleiche Amplitude besitzen.
Auch die Meßimpulse am Ausgang der Flipflops 34,

ίο 36 werden einem gemeinsamen Summier- und Integrierschaltkreis 42 zugeführt, dessen analoges Ausgangssignal in einem Korrekturschaltkreis 44 modifiziert wird. Der Korrekturschaltkreis kann beispielsweise .ils Mulliplizierschaltkreis ausgebildet sein. Der Faktor, mit dem das Meßsignal am Ausgang der Summier- und Integrierschaltkreise 42 beaufschlagt wird, wird in einem Funktionsschaltkreis 46 erzeugt.

Der-Ausgang des Summier- und Inlegrierschaltkreises 40 wird mit dem Eingang des Funktionsschallkreises 46 verbunden, an dessen Ausgang ein analoges Signal in Form eines Faktors erscheint, mit dem das Ausgangssignal des Integrierschaltkreises 42 in dem Korrektur schaltkreis 44 beaufschlagt wird. Die Größe dieses Faktors hängt von der Höhe des analogen Eingangssignals für den Funktionsschaltkreis 46 ab. Der l'unkiionsschaltkreis kann je nach der geförderten MelSgenauigkeit ausgelegt werden.

In erster Näherung läßt sich die Fehleikurvenseh.ir. d. h.die Kurven, welche die Meßgutpositionen miteiiuin

so der verbinden, bei denen der Meßfehler die gleiche absolute Größe besitzt, welcher abhangt von der seitlichen Verlagerung und mit der Verlagerung in Richtung der optischen Achse, als Parameter durch eine einzige gemeinsame Gerade annähern. In diesem Fall ist das analoge Ausgangssignal des F'unktionsschaltkreises einfach dem analogen Ausgangssignal des Summier- und Integrierschaltkreises 40 direkt proportional. Es konnte festgestellt werden, daß mit dieser Annäherung bereits sehr gute Resultate /u erzielen waren.

In zweiter Näherung wird die Gerade durch eine quadratische Funktion ersetzt, so daß der Ausgang des Funktionsgenerators proportional ist dem Quadrat des Ausgangssignals des Summier- und Integrierschalikrei ses 40. Die Fehlerkorrektur wird dadurch noch

r> gesteigert.

Will man noch die Abhängigkeit des Fehlers von der Verlagerung in Richtung der optischen Achse berücksichtigen, so wird ein Verhältnisschaltkreis 48 vorgese hen, dessen Ausgangssignal analog ist und dem

jo Verhältnis der Meßimpulsdduem proportional ist. Das Ausgangssignal des Verhältnisschaltkreises 48 kann dann einem weiteren Steuereingang des Funktionsschaltkreises 16 zugeführt werden. Die Ausführung der einzelnen Schaltkreise bieten für den Elektnwikf.ich-

Ii mann keinerlei Schwierigkeiten, so dal) auf die näheren Einzelheiten hier nicht eingegangen zu werden braue In. Wie gesagt, ist eine entsprechende Ausbildung auch mit digital arbeitenden Schaltgliedern möglich. Das Signal am Ausgang des Korrekturschaltkreises kann bei

do analoger Ausbildung der Schaltung direkt ein An/ei geinstrument beaufschlagen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur berührungslosen Querschnittsmessung von durchlaufendem draht-, band- oder profilförmigem Meßgut, vorzugsweise Walzgut, das mittels Linsen abgebildet wird und dessen so erhaltene Bilder an den Blenden fotoelektrischer Detektoren vorbeigeführt werden, deren Ausgangssignale elektronisch ausgewertet werden, wobei die Linsen paarweise einander diametral gegenüber auf einem um die Sollage des Meßgutes rotierenden Linsenring angeordnet sind und zwei ebenfalls diametral einander gegenüber auf einem weiteren, zum Linsenring konzentrischen Detektorring angeordnete Detektoren vorgesehen sind, sowie zur Ausschaltung des durch eine Ablage des Meßgutes in Richtung der optischen Achse hervorgerufenen Meßfehlers ein von beiden Detektorausgängen mit den jeweiligen Meßimpulspaaren gemeinsam angesteuerter Mittelwertsehahkreis vorgesehen ist, nach Patent 15 48 209, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektronsichen Auswertung der Ausgangssignale der Detektoren ein F'ehlersignalgenerator vorgesehen ist für die Abgabe von der mittleren zeitlichen Verschiebung der beiden von einem Linsenpaar in den Detektoren ausgelösten Meßimpulse (10, 12) proportionalen Fehlerimpulsen, die einem Korrekturschaltkreis (44) für das Ausgangssignal des Mitielwertschaltkreises (42) aufgeschaltet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen Integrierschaltkreis (40) für die Fehlerimpulse, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Funktionsschaltkreises (46) zur beeinflussung des so erzeugten Fehlersignals mit einem von der Funktion zwischen Ablage und Fehler abhängigen Faktor verbunden ist.

J. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Verhältnisschaltkreis (48) für die Erzeugung eines Verhältnissignals, das dem Verhältnis der Dauer der Meßimpulse proportional ist und an einen Steuereingang des Funktionsschaltkreises (46) angelegt ist.