DE202010017205U1 - Device for the optical measurement of a pen or rod-shaped body - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur optischen Vermessung eines stift- oder stabförmigen Körpers (1), umfassend folgende Komponenten:
– eine um eine Drehachse (D) drehbar angeordnete Spannfuttereinheit (2) mit wenigstens zwei motorisch antreibbaren Spannfutterbacken zur koaxial zur Drehachse (D) zentrierten Aufnahme und lösbar festen Arretierung des stift- oder stabförmigen Körpers (1), wobei ein mit der Spannfuttereinheit (2) in trennbare Wirkverbindung bringbarer Aktor (6) vorgesehen ist, der die Spannfuttereinheit (2) zu Zwecken des Arretierens oder Lösens des stift- oder stabförmigen Körpers (1) betätigt,
– eine Kameraeinheit (21) mit einem Objektiv (22), dessen optische Achse (A) die Drehachse (D) orthogonal schneidet,
– ein von einer Lichtquelle (23) ausgehender Beleuchtungsstrahlengang, der den in der Spannfuttereinheit (2) arretierten stift- oder stabförmigen Körper (1) längs der optischen Achse (A) in Blickrichtung des Objektivs (22) beleuchtet,
– ein Lichtlinienprojektor (26, 27) zur Projektion einer Lichtlinie auf den in der Spannfuttereinheit (26, 27) arretierten stift- oder stabförmigen...Device for optically measuring a pen or rod-shaped body (1), comprising the following components:
- A about an axis of rotation (D) rotatably arranged chuck unit (2) with at least two motor driven chuck jaws for coaxial with the axis of rotation (D) centered recording and releasably fixed locking the pen or rod-shaped body (1), wherein one with the chuck unit (2 ) is provided in separable operative connection actuator (6) which actuates the chuck unit (2) for purposes of locking or releasing the pen or rod-shaped body (1),
A camera unit (21) having an objective (22) whose optical axis (A) orthogonally intersects the axis of rotation (D),
An illumination beam path emanating from a light source (23) which illuminates the pen or rod-shaped body (1) locked in the chuck unit (2) along the optical axis (A) in the direction of view of the objective (22),
- A light line projector (26, 27) for projecting a line of light on the in the chuck unit (26, 27) locked pen or rod-shaped ...
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optischen Vermessung eines stift- oder stabförmigen Körpers, vorzugsweise in Form eines Bewehrungsstahls, auch Betonstabstahl oder Armierungseisen, Moniereisen oder als Rippentorstahl bezeichnet. Im Weiteren ist vereinheitlicht die Rede von Betonstabstahl. Derartige stabförmige Körper dienen zur Bewehrung, d. h. Verstärkung von Stahlbetonbauten und werden je nach Abhängigkeit der einzelnen Betonbauteile zur Ausbildung von zwei- oder dreidimensionalen Gitterstrukturen verwendet, die mit Hilfe geeigneter Schalungen vollständig einbetoniert werden. Zur Gewährleistung bautechnischer Sicherheitsstandards kommen heutzutage ausschließlich Betonstabstähle mit charakteristischen Fließ- oder Streckgrenzen von wenigstens 500 N/mm2 zur Anwendung. Die hierfür erforderlichen bautechnischen Vorgaben sind beispielsweise in der
Neben den vorstehend geforderten Fließ- oder Streckgrenzen gilt es zudem auch die Haftfestigkeit des Betonstabstahls im Beton zu bedenken, d. h. eine möglichst innige Verbindung zwischen der Oberfläche des Betonstabstahls und dem Beton zu schaffen. Hierzu werden die Oberflächen der Betonstabstähle mit Querrippen versehen, die senkrecht oder schräg zur Stabachse verlaufen und somit eine verbesserte Verankerung zwischen den Betonstabstählen und dem Beton bewirken.In addition to the flow or yield strengths required above, it is also necessary to consider the adhesive strength of the reinforcing bar in the concrete, d. H. To create as intimate a connection between the surface of the reinforcing bar and the concrete. For this purpose, the surfaces of the rebars are provided with transverse ribs which are perpendicular or oblique to the rod axis and thus effect an improved anchoring between the rebars and the concrete.
So sind Betonstabstähle bekannt, die zwei diametral gegenüberliegende Längsleisten vorsehen, die sich stegartig über die übrige Stabkontur der Betonstabstähle erheben. Zwischen beiden Längsleisten sind schräg zur Stablängsachse schraubenlinienförmig verlaufende Rippenzüge vorgesehen. In der Befürchtung, dass sich die Stäbe unter Zugspannung in Richtung der Schraubenlinie verdrehen könnten, ist der Schraubendrehsinn auf beiden durch die Längsseiten getrennten Stabseiten jeweils gegenseitig orientiert. Ein diesbezüglich ausgebildeter und insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte Streckgrenze optimierter Betonstabstahl ist aus der
Ein weiteres Beispiel eines Betonstabstahls mit hoher Haftfestigkeit ist der
Die vorstehend genannten beiden Beispiele zur Ausbildung hochfester Beton- bzw. Bewehrungsstähle sollen lediglich zum Ausdruck bringen, dass es heutzutage eine große Vielzahl unterschiedlich ausgebildeter Betonstabstähle mit unterschiedlichsten Formen gibt, die sich aufgrund ihrer Ausführung, Durchmesser und Rippenausprägung voneinander unterscheiden.The above two examples for the formation of high-strength concrete or reinforcing steels are merely intended to express that today there are a large number of differently designed rebars of various shapes, which differ from each other due to their design, diameter and rib shape.
Zur Beurteilung und Sicherstellung der mechanischen Belastbarkeit der in unterschiedlichen Ausführungsformen vorliegenden Betonstabstähle sind Prüfvorrichtungen bekannt, mit denen Belastbarkeits- bzw. Bruchgrenzen quantitativ exakt bestimmbar sind. Gilt es hingegen die Bindequalität bzw. die Qualität der Haftfestigkeit von Betonstabstählen im Beton zu beurteilen, so muss die Oberflächenkontur der Betonstabstahls in Bezug auf Durchmesser und Rippengestalt vermessen werden und deren Konformität mit einer entsprechenden Normvorgabe verifiziert werden. Diese Aufgabe wird in der Regel durch zertifizierte Messlabors der Standardorganisationen und -institute durchgeführt, die letztlich über die Verwendbarkeit der jeweiligen Betonstabstähle für bestimmte Bauunternehmungen entscheiden.To assess and ensure the mechanical strength of the present in different embodiments of rebars testers are known with which Belastbarkeits- or breaking limits are quantitatively accurately determined. If, on the other hand, the binding quality or the quality of the bond strength of concrete rods in concrete is to be assessed, the surface contour of the reinforcing bars must be measured in terms of diameter and rib shape and their conformity verified with a corresponding standard specification. This task is usually carried out by certified measuring laboratories of the standard organizations and institutes, which ultimately decide on the usability of the respective rebars for certain construction companies.
Stand der TechnikState of the art
Im Rahmen der vorstehend erläuterten Standardorganisationen und -institute werden die auf Bindequalität bzw. Haftfestigkeit zu beurteilenden Betonstabstähle manuell mit Hilfe geeigneter Längen- und Winkelmessgeräte im Hinblick auf markante Geometriemerkmale der jeweiligen Prüflinge, wie Durchmesser, Rippenhöhe, Rippenlänge, Rippenwinkel, Rippenbreite, Rippenabstand sowie Rippenflanken vermessen. Die hierbei ermittelten Messwerte werden manuell in Tabellen eingetragen und mit entsprechenden tabellarisch aufgelisteten Soll- und Toleranzwerten verglichen. Im Ergebnis wird festgestellt, ob der zu prüfende Betonstabstahl mit den Prüfvorgaben „konform” oder „nicht konform” ist. Es liegt auf der Hand, dass die manuelle Prüfpraxis zum einen zeit- und kostenintensiv ist, zum anderen eine Prüfgenauigkeit aufweist, die systemimmanent vom Faktor „Mensch” abhängt.Within the framework of the above-mentioned standard organizations and institutes, the concrete bar steels to be assessed for bond quality or adhesion are determined manually with the aid of suitable length and angle measuring devices with respect to distinctive geometric features of the respective test items such as diameter, rib height, rib length, rib angle, rib width, rib spacing and rib flanks measured. The measured values determined in this case are entered manually in tables and compared with corresponding nominal values and tolerance values listed in tabular form. As a result, it is determined whether the rebar to be tested with the test specifications is "compliant" or "non-compliant". It is obvious that the manual test practice is time-consuming and cost-intensive, on the other hand, it has a test accuracy that depends systemically on the factor "human".
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die vorstehend erläuterte Überprüfung der Haftfestigkeit bzw. Bindequalität von Betonstabstählen vom Einflussfaktor „Mensch” zu befreien und die Qualität des Prüfergebnisses zu objektivieren. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Überprüfung schnell und kostensparend, vorzugsweise vollautomatisch durchzuführen und dennoch ein belastbares Prüfergebnis über die Haftfähigkeit eines Bewehrungsstahls zu erhalten.The invention has for its object to exempt the above-described review of the bond strength or binding quality of rebars of the influence factor "human" and to objectify the quality of the test result. In addition, it is desirable to perform the review quickly and cost-effectively, preferably fully automatically and still obtain a reliable test result on the adhesion of a reinforcing steel.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Lösungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie insbesondere aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel zu entnehmen. The solution of the problem underlying the invention is specified in claim 1. The solution ideas advantageously further features are the subject of the dependent claims and in particular from the description with reference to the embodiment shown in the figures.
Zur objektivierten Erfassung der Haftfestigkeit bzw. Bindequalität von Betonstabstählen wird die Geometrieerfassung eines zu überprüfenden Betonstabstahls mit Hilfe eines rechnergestützten, automatisierten Messgerätes unter Nutzung optischer Erfassungssysteme durchgeführt. Hierzu wird von einem zu überprüfenden Betonstabstahls ein etwa 20 cm langer Probenkörper abgetrennt, der zur optischen Konturerfassung in die lösungsgemäß ausgebildete Vorrichtung eingesetzt wird. Zur weiteren Beschreibung der lösungsgemäßen Vorrichtung wird allgemein Bezug genommen auf einen stift- oder stangenförmig ausgebildeten Körper, anstelle des Begriffes „Betonstabstahlprobe”, zumal die im weiteren zu beschreibende lösungsgemäße Vorrichtung in der Lage ist, die Oberflächenkontur von ganz allgemein stift- oder stabförmig ausgebildeten Körpern zu erfassen, wie beispielsweise Körper in Form der bereits vorstehend erläuterten Betonstabstähle aber auch in Form von Schrauben, Gewindeabschnitten, oder ähnlichen Langteilen.For objectified detection of the bond strength or bond quality of rebars, the geometry detection of a rebar to be tested is carried out with the aid of a computer-aided, automated measuring device using optical detection systems. For this purpose, about 20 cm long sample body is separated from a test to be checked rebar steel, which is used for optical contour detection in the solution designed device. For further description of the device according to the invention, reference will generally be made to a pin-shaped or bar-shaped body, instead of the term "reinforcing bar sample", especially as the solution device according to the invention to be described hereinafter is capable of forming the surface contour of generally pin-shaped or bar-shaped bodies to capture, such as body in the form of the already explained above rebars but also in the form of screws, threaded sections, or similar long parts.
Die lösungsgemäße Vorrichtung verfügt über eine um eine Drehachse drehbar angeordnete Spannfuttereinheit mit wenigstens zwei motorisch antreibbaren Spannfutterbacken, in die der optisch zu vermessende stift- oder stabförmige Körper zentrisch mit einem Stabende stinrseitig einsetzbar ist und zu Untersuchungszwecken lösbar fest arretiert werden kann. Zudem ist eine Kameraeinheit mit einem Objektiv vorgesehen, das über eine optische Achse verfügt, die orthogonal zur Drehachse, um die sich die Spannfuttereinheit und letztlich auch der in der Spannfuttereinheit zentrisch arretierte stabförmige Körper dreht, orientiert ist. Eine zusätzlich vorgesehene Lichtquelle emittiert einen sogenannten Beleuchtungsstrahl, der den in der Spannfuttereinheit arretierten und sich drehenden stift- oder stabförmigen Körper längs der optischen Achse des Objektivs und in Blickrichtung des Objektivs beleuchtet, so dass die Kameraeinheit den sich drehenden stift- oder stabförmigen Körper in seiner vollständigen Silhouette im Lichte der Lichtquelle erfasst. In Strahlrichtung des Beleuchtungsstrahls hinter dem sich drehenden Körper ist eine Reflektorfläche angebracht, an der der Beleuchtungsstrahl reflektiert wird, sodass sich der drehende Körper aus der Blickrichtung der Kameraeinheit in einer Auflicht- und Gegenlichtdarstellung präsentiert. Auf diese Weise zeichnet sich exakt die Silhouette des Körpers in der Kameraeinheit ab.The device according to the solution has a rotatable about a rotation axis arranged chuck unit with at least two motor driven chuck jaws, in which the optically to be measured pen or rod-shaped body centric with a rod end is used stinrseitig and can be locked releasably fixed for investigation purposes. In addition, a camera unit is provided with a lens which has an optical axis which is oriented orthogonally to the axis of rotation about which the chuck unit and, ultimately, the rod-shaped body centrically locked in the chuck unit rotates. An additionally provided light source emits a so-called illumination beam, which illuminates the pen or rod-shaped body locked and rotating in the chuck unit along the optical axis of the objective and in the direction of the objective so that the camera unit can move the rotating pen or rod-shaped body in its direction full silhouette captured in the light of the light source. In the beam direction of the illumination beam behind the rotating body, a reflector surface is mounted, on which the illumination beam is reflected, so that the rotating body presents itself from the viewing direction of the camera unit in a reflected light and backlighting. In this way, exactly the silhouette of the body in the camera unit is distinguished.
Zusätzlich ist ein Lichtlinienprojektor zur Projektion einer Lichtlinie auf den in der Spannfuttereinheit arretierten stift- oder stabförmigen Körper derart ausgebildet und angeordnet, so dass zum einen die Lichtlinie mit der Drehachse zusammenfällt und zum anderen der von dem Lichtlinienprojektor ausgehende Lichtlinienstrahlengang mit der optischen Achse des Objektivs einen Winkel α ≠ 0° einschließt, vorzugsweise 20° ≤ α ≤ 40°, besonders vorzugsweise α = 30°. Mit Hilfe des Lichtlinienprojektors kann die Oberfläche des stift- oder stabförmigen Körpers unter Einsatz des sogenannten Lichtschnittverfahrens erfasst werden, bei dem die an der Oberfläche des stift- oder stabförmigen Körpers abgebildete Lichtlinie von der Kameraeinheit, die über einen ortsauflösenden Bildsensor verfügt, vorzugsweise in Form eines CCD-Chips, erfasst und entsprechend ausgewertet wird.In addition, a light line projector for projecting a light line on the pen or rod-shaped body locked in the chuck unit is formed and arranged so that the light line coincides with the rotation axis and the light-line beam path outgoing from the light line projector coincides with the optical axis of the lens Angle α ≠ 0 °, preferably 20 ° ≤ α ≤ 40 °, particularly preferably α = 30 °. With the help of the light line projector, the surface of the pen or rod-shaped body can be detected using the so-called light-section method, in which the light line imaged on the surface of the pen or rod-shaped body of the camera unit, which has a spatially resolving image sensor, preferably in the form of a CCD chips, recorded and evaluated accordingly.
Durch die Kombination der beiden vorstehend bezeichneten optischen Beobachtungsweisen, zum einen die ortsaufgelöste Erfassung der Seitenansicht des stift- oder stabförmigen Körpers und zum anderen die Oberflächenkonturerfassung mittels Lichtschnittverfahrens ist es möglich, nach einer Drehung des stift- oder stabförmigen Körpers von wenigstens 360° um die Körperlängsachse, sämtliche relevanten und für die Beurteilung der Haftfestigkeit erforderlichen Geometriemerkmale wie Durchmesser, Rippenhöhe, Rippenlänge, Rippenwinkel, Rippenbreite, Rippenabstand und Rippenflanke in einer ausreichenden Genauigkeit ermittelt und ausgewertet werden.The combination of the two above-described optical observation, on the one hand, the spatially resolved detection of the side view of the pen or rod-shaped body and the other surface contour detection by light-section method, it is possible after rotation of the pen or rod-shaped body of at least 360 ° about the body longitudinal axis All relevant geometric features such as diameter, rib height, rib length, rib angle, rib width, rib distance and rib flank that are required and relevant for assessing the adhesive strength can be determined and evaluated with sufficient accuracy.
Ebenso ist jedoch auch die Geometrie und Konturerfassung von vergleichbaren stift- oder stabförmigen Körpern möglich. Die lösungsgemäße Vorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform als portable Einheit ausgeführt und vollständig in einem Gehäuse integriert, so dass zur Durchführung einer optischen Vermessung eines stift- oder stabförmigen Körpers kein speziell ausgebildetes Personal erforderlich ist. Vielmehr bedarf es zur Vermessung eines stift- oder stabförmigen Körpers lediglich einer zentrierten Einführung des zu untersuchenden Körpers in die Spannfuttereinheit. Der eigentliche Messvorgang erfolgt nach entsprechender Arretierung vollkommen automatisiert. Lediglich zur Entnahme des zu vermessenden stift- oder stabförmigen Körpers bedarf es einer Endarretierung und entsprechender Entnahme des Körpers aus der entsprechenden Messvorrichtung.Likewise, however, the geometry and contour detection of comparable pen or rod-shaped bodies is possible. The solution according to the device is designed in a preferred embodiment as a portable unit and completely integrated in a housing, so that no specially trained personnel is required to carry out an optical measurement of a pen or rod-shaped body. Rather, it requires only a centered introduction of the body to be examined in the chuck unit for measuring a pen or rod-shaped body. The actual measuring process takes place completely automatically after appropriate locking. Only for the removal of the pen or rod-shaped body to be measured requires an end locking and appropriate removal of the body from the corresponding measuring device.
Die seitens der Messvorrichtung gewonnenen optischen Bildinformationen, die die Kameraeinheit während einer Vermessung des stift- oder stabförmigen Körpers von dem entsprechenden Körper aufnimmt, werden im Rahmen einer entsprechenden rechnerbasierten Auswerteeinheit ausgewertet und über eine geeignete Schnittstelle für eine weitere Ausgabe beispielsweise an einer externen Monitoreinheit zur Verfügung gestellt.The optical image information obtained by the measuring device, which the camera unit receives from the corresponding body during a measurement of the pen or rod-shaped body, is evaluated in the context of a corresponding computer-based evaluation unit and transmitted via a suitable interface for a further output provided, for example, to an external monitor unit.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability
Zur Betätigung der Spannfuttereinheit
Ferner sieht die lösungsgemäße Vorrichtung zur optischen Erfassung der Außenkontur des stift- oder stabförmigen Körpers
Zudem ist an der Objekthalteplatte
Schließlich ist neben der Objektivhalteplatte
Die in
Zur Erläuterung der Funktionsweise des Aktors
In Verbindung mit der in
Gleichzeitig wird der Getriebemotor
Mit dem Loslassen der Spanntaste
Schließlich sei auf die
Lüftereinheiten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- stift- oder stabförmiger Körper, Betonstahlpen-shaped or rod-shaped body, reinforcing steel
- 22
- SpannfuttereinheitChuck unit
- 33
- SpannfutterbackenChuck jaws
- 44
- Zentrierscheibecentering
- 55
- motorisch angetriebener Drehtellermotor driven turntable
- 66
- Aktoractuator
- 77
- Spanntastetension button
- 88th
- Betätigungstaste zum LösenOperation button to release
- 99
- Ein/Aus-SchalterOn / off switch
- 1010
- Getriebemotorgearmotor
- 1111
- BefestigungsfußMounting foot
- 1212
- Verlängerungsbuchseextension jack
- 1313
- VierkantschlüsselSquare key
- 1414
- Kugellagerball-bearing
- 1515
- KugellagerhalteringBall race ring
- 1616
- Hubmagnetsolenoid
- 1717
- HubmagnethalterHubmagnethalter
- 1818
- Hebellever
- 1919
- RückziehfederRetraction spring
- 2020
- Freilauf-LanglöcherFreewheel slots
- 2121
- Kameraeinheitcamera unit
- 2222
- telezentrisches Objektivtelecentric lens
- 2323
- Lichtquelle, telezentrische InfrarotlichtquelleLight source, telecentric infrared light source
- 2424
- Reflektorfoliereflector sheet
- 2525
- Infrarotfilterinfrared filter
- 2626
- Laserlaser
- 2727
- Linienoptikline optics
- 2828
- Laserfächerlaser fan
- 2929
- Laserlinielaser line
- 3030
- ObjektivhalteplatteLens retaining plate
- 3131
- ObjektivhalteplatteLens retaining plate
- 3232
- KamerabefestigungswinkelCamera mounting bracket
- 3333
- Laserhalterlaser holder
- 3434
- Montageplattemounting plate
- 3535
- Öffnung für PrüflingeOpening for examinees
- 3737
- LAN-AnschlussLAN port
- 3838
- GrafikkartenanschlussGraphics Card Connector
- 3939
- NetzteilanschlussPower connector
- 4040
- USB-AnschlüsseUSB ports
- 4141
- LüfterFan
- 4242
- Festplattehard disk
- 4343
- Netzteilpower adapter
- 4444
- Rechnerplatinecomputer board
- 4545
- Schlüsseloch für eine externe Betätigung des Verriegelungsmechanismus in der SpannfuttereinheitKeyhole for external actuation of the locking mechanism in the chuck unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 69007677 B2 [0004] DE 69007677 B2 [0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- DIN 1045-1:2008-08 [0001] DIN 1045-1: 2008-08 [0001]
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