DE2105185C3 - Method and arrangement for non-contact measurement of the width or position of an object by means of a viewing beam - Google Patents

Method and arrangement for non-contact measurement of the width or position of an object by means of a viewing beam

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DE2105185C3
DE2105185C3 DE19712105185 DE2105185A DE2105185C3 DE 2105185 C3 DE2105185 C3 DE 2105185C3 DE 19712105185 DE19712105185 DE 19712105185 DE 2105185 A DE2105185 A DE 2105185A DE 2105185 C3 DE2105185 C3 DE 2105185C3
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Helmut 5670 Opladen Kubisiak
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Exatest Meßtechnik GmbH, 5090 Leverkusen
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Description

Gegenstand des Hauptpatentes 2015 694.9 ist ein Verfahren zur berührungslosen Messung der Breite oder Lage eines sich gegenüber seinem Hintergrund abhebenden Gegenstandes durch fotoelektrische Abtastung mittels eines Sichtstrahles, der mittels eines optischen Ablenksystems über einen mit einer Blendenanordnung versehenen fotoelektrischen Detektor geführt wird, dessen helligkeitsproportionales Abtastsignal bezüglich seines zeitlichen Verlaufs zur Erfassung der Helligkeitssprünge an den Gegenstandskar.ten ausgewertet wird, wobei eine Vorabtastung des Gegenstandes mittels eines Hilfssichtstrahles, der dem Meßsichtstrahl zeitlich vorausgeht, durchgeführt wird unter Überlagerung der von beiden Sichtstrahlen herrührenden Abtastsignale am Detektorausgang, und aus dem Überlagerungssigna! der voüer Heiligkeit oder voller Dunkelheit des Hilfssichtstrahls entsprechende Amplitudenanteil erfaßt und der Zeitpunkt des Durchgangs des von einem vorgegebenen Faktor beeinflußten Uberlagerungssignals durch den ebenfalls von einem S vorgegebenen Faktor beeinflußten Amplitudenanteil als Kriterium für die Auslösung eines der Gegenstandskante zugeordneten Helligkeitssprungsignals ausgewertet wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein
The subject of the main patent 2015 694.9 is a method for the contactless measurement of the width or position of an object that stands out against its background by photoelectric scanning by means of a viewing beam which is guided by means of an optical deflection system over a photoelectric detector provided with a diaphragm arrangement, whose scanning signal is proportional to its brightness is evaluated over time to detect the jumps in brightness on the object cards, with a pre-scanning of the object by means of an auxiliary visual beam, which temporally precedes the measuring visual beam, is carried out with superimposition of the scanning signals originating from the two visual beams at the detector output, and from the superimposition signal! The amplitude component corresponding to the voüer holiness or full darkness of the auxiliary sight beam is detected and the point in time of the passage of the superimposed signal influenced by a given factor through the amplitude component also influenced by an S given factor is evaluated as a criterion for the triggering of a brightness jump signal assigned to the edge of the object.
The present invention now relates to a

■o besonderes Problem, das bei solchen berührungslosen Breiten- oder Lagenmeßverfahren auftritt. Da die Amplitude des auszuwertenden Signals von der Helligkeitsdifferenz zwischen dem Gegenstand und dem Hintergrund abhängt, diese Helligkeitsdifferenz■ o particular problem that occurs with such non-contact width or position measurement methods. Since the Amplitude of the signal to be evaluated from the difference in brightness between the object and depends on the background, this difference in brightness

is aber stark schwanken kann, muß eine Regelung vorgesehen werden, um solche Schwankungen auszugleichen. Es wird mithin ein Sollwert für die auszuwertende Amplitude — also das elektrische Signal am Ausgang des Fotodetektors bzw. am Ausgang nachgeschalleter Verstärker — vorgegeben, und die Verstärkung wird so eingeregelt, daß das Detektorausgangssignal dem Sollwert folgt. Um das Detektorausgangssignal mit dem Sollwert aber vergleichen zu können, muß eine Messung des Istwerts erfolgen. Dieser Istwert ist bei den bisher üblichen Verfahren die maximale Amplitude des Detektorausgangssignsls.but if it can fluctuate a lot, a regulation must be provided provided to compensate for such fluctuations. It is therefore a setpoint for the amplitude to be evaluated - i.e. the electrical signal at the output of the photodetector or at the output downstream amplifier - specified, and the gain is adjusted so that the detector output signal follows the setpoint. To compare the detector output signal with the nominal value, however the actual value must be measured. This actual value is the one in the methods that have been used up to now maximum amplitude of the detector output signal.

Dagegen ist solange nichts einzuwenden, solange nach der Schattenmethode gearbeitet wird, da dann die maximale Helligkeitsdifferenz auch tatsächlich an den Gegenstandskanten vorliegt. Anders sieht es dagegen aus bei der Messung von selbstleuchtenden Gegenständen, beispielsweise bei Warmbandstraßen. Hier ist nämlich häufig eine erheblich schnellere Abkühlung der Kanten als der Hauptmasse des Gegenstandes zu beobachten, was dazu führt, daß die Regelung nicht mehr ihren Zweck erfüllt. Denn der auszuwertende Teil des Meßimpulses wird ja gerade an der Kante erzeugt, und die Amplitude dort schwankt trotz der Regelung entsprechend der sich ändernden Temperaturverteilung in Richtung der Abtastung.There is nothing wrong with this as long as the shadow method is used, since then the maximum brightness difference is actually present at the edges of the object. It looks different, however when measuring self-luminous objects, for example in hot strip mills. Here is namely often a significantly faster cooling of the edges than the main mass of the object observe what leads to the regulation no longer serving its purpose. Because the part to be evaluated of the measuring pulse is generated at the edge, and the amplitude there fluctuates in spite of the regulation according to the changing temperature distribution in the direction of the scan.

Dies hat einen zusätzlichen Meßfehler zur Folge, da bei den herkömmlichen Verfahren ein Schwellenwertdetektor vorgesehen ist, durch den der Zeitpunkt des Überschreitens einer Schwellenamplitude als Bezugspunkt für die Messung selbst erfaßt wird.This results in an additional measurement error, since a threshold value detector is used in the conventional methods is provided through which the point in time when a threshold amplitude is exceeded as a reference point is recorded for the measurement itself.

In Weiterbildung des Verfahrens nach dem Hauptpatent liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen zusätzlichen Meßfehler zu reduzieren oder zu eliminieren, indem die Amplitudenregelung auf den Istwert der Helligkeit an der Gegenstandskante bzw. in deren Nähe ausgerichtet wird.In further development of the process according to the main patent the present invention is based on the object of reducing this additional measurement error or to eliminate it by adjusting the amplitude control to the actual value of the brightness at the edge of the object or is aligned in their vicinity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die an sich bekannte Verstärkungsregelung des elektrischen Teils der aus dem Überlagerungssignal erfaßte Amplitudenanteil des Hilfssichtstrahles auf konstante Höhe geregelt wird.According to the invention, this object is achieved in that for the gain control of the known per se electrical part of the detected from the superimposition signal amplitude portion of the auxiliary visual beam constant height is regulated.

Dies ist dadurch möglich, daß bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent in dem Überlagerungssignal eine nachfolgend »Plateau« genannte Stufe auftritt, die amplitudenmäßig erfaßbar ist im Gegensatz zu dem stetigen Übergang bei den bisher üblichen Verfahren, bei denen eine solche Unstetigkeit nicht vorliegt.This is possible because in the method according to the main patent in the superposition signal subsequently called "plateau" occurs, which is detectable in terms of amplitude in contrast to the steady transition in the previously customary processes in which there is no such discontinuity.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist als Fotodetektor ein Fotovervielfacher vorgesehen, dessen Fotokatode mit den Sichtstrahlen beaufschlagt wird. Gemäß der Erfindung wird dann der Regelkreis so ausgebildet, daß der Regelkreis einenIn a preferred embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention a photomultiplier is provided as a photodetector, the photocathode of which is exposed to the sight rays will. According to the invention, the control loop is then designed so that the control loop a

Spitzenwertdetektor für den Amplitudenanteil umfaßt, der mit seinem Ausgang an den Istwerteingang des Reglers angeschlossen ist, dem als Stellglied der Hochspannungserzeuger für den Foto ve n'ielfacher nachgeschaltet ist. Dies hat den Vorteil, daß das »Stellglied« — also der Fotovervielfacher selbst — bei sich ändernder Hochspannung eine sich linear ändernde Verstärkung bewirkt, so daß Verzerrungen weitgehend ausgeschlossen sind.Includes peak value detector for the amplitude component, the output of which is connected to the actual value input of the Controller is connected, which acts as an actuator of the high voltage generator for the photo many times is downstream. This has the advantage that the "actuator" - that is, the photo multiplier itself - at changing high voltage causes a linearly changing gain, so that distortions largely excluded are.

Im Hauptpaient ist eine Schaltungsanordnung be- ίο schrieben, bei der der Amplitudenanteil des Hilfssichtstrahls am Ausgang einer sogenannten Sarr.ple-Hoid-Schaltung abgreifbar ist Der Eingang des Spitzenwertdetektors kann dann mit dem Ausgang der Sample-Hold-Schaltung mindestens während eines Teiles des »Holde-Schaltzustandes verbunden werden, in dem die Amplitude des »Plateaus« vorhanden istA circuit arrangement is in the main paient where the amplitude component of the auxiliary sight ray The input of the peak value detector can be tapped at the output of a so-called Sarr.ple-Hoid circuit can then with the output of the sample-hold circuit at least during part of the »Holde switching state in which the Amplitude of the "plateau" is present

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden, die ein Blockschaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung darstellt, und zwar derjenigen Teile, die zum Regelkreis gehören.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, which shows a Block diagram of an arrangement according to the invention, namely those parts that make up the control loop belong.

Der Fotovervielfacher 510 ist mit einer Doppelblende 512 versehen, so daß sich gemäß der Lehre des Hauptpatentes zwei Sichtstrahlen ergeben, die am Ausgang des Vervielfachers ein Überlagerungssignal erzeugen. Dieses Signal wird einem Sample-Hold-Schaltkreis 514 zugeführt, der das »Plateau« — also den Amplitudenanteil, welcher vom ersten (Hilfs-)sichtstrahl herrührt, festhält. Dies wird in hier nicht näher erläuterter Weise durch eine Steuerung bewirkt, die am Steuereingang 516 des Sample-Hold-Schaltkreises 514 angeschlossen ist.The photomultiplier 510 is provided with a double diaphragm 512 so that, in accordance with the teaching of the main patent, there are two lines of sight which generate a superimposed signal at the output of the multiplier. This signal is fed to a sample-and-hold circuit 514 , which holds the "plateau" - that is, the amplitude component that originates from the first (auxiliary) visual ray. This is brought about in a manner not explained in greater detail here by a control which is connected to the control input 516 of the sample-and-hold circuit 514 .

Am Ausgang des Sample-Hold-Schaltkreises 514 liegt das auszuwertende Amplitudensignal, das gemäß der Lehre des Hauptpatentes in hier nicht weiter interessierender Weise verarbeitet wird. Ferner ist an den Ausgang eine »Plateau«-Austaststufe 518 angeschlossen, mit der die »Plateau«-Amplitude erfaßt und ausgetastet wird. Die Austastung ist erforderlich, weil ja beim Umschalten in den Sample-Betrieb am Ausgang des Sample-Hold-Schaltkreises 514 nicht mehr die »Plateau«-Amplitude steht; die Austastung ist natürlich synchronisiert mit der Steuerung der Sample-Hold-Schaltung. At the output of the sample-and-hold circuit 514 is the amplitude signal to be evaluated, which is processed in accordance with the teaching of the main patent in a manner not of further interest here. Furthermore, a "plateau" blanking stage 518 is connected to the output, with which the "plateau" amplitude is detected and blanked. The blanking is necessary because when switching to the sample mode, the "plateau" amplitude is no longer present at the output of the sample-and-hold circuit 514; the blanking is of course synchronized with the control of the sample-and-hold circuit.

Der Austaststufe 518 ist ein Spitzenwertdetektor 520, etwa in Form eines Spitzengleichrichters mit nachgeschaltetem Speicherkreis hoher Entladezeitkonstante, nachgeschaltet, der den Istwert an den entsprechenden Eingang eines Reglers 522 liefert. Die Bauart des Reglers ist nicht erfindungswesentlich und in das Belieben des Fachmanns gestellt Dem Regler wird in üblicher Weise eine Gleichspannung als Sollwert zugeführt, und aus der Differenz wird ein Steuersignal für den Hochspannungserzeuger 524 gewonnen, der den Fotovervielfacher 510 mit Betriebsspannung versorgt.The blanking stage 518 is followed by a peak value detector 520, for example in the form of a peak rectifier with a downstream storage circuit with a high discharge time constant, which delivers the actual value to the corresponding input of a controller 522. The design of the controller is not essential to the invention and left to the discretion of the skilled artisan The controller is supplied with a DC voltage as a target value in a conventional manner, and from the difference a control signal for the high voltage generator 524 is obtained, which supplies the photomultiplier 510 with operating voltage.

Man erkennt, daß der Amplitudenverlauf des Überlagerungssignals nur insoweit interessiert, als er im Bereich des »Plateaus« liegt, und zwar sowohl was die Regelung gemäß vorliegender Erfindung angeht als auch, soweit die eigentliche Signalauswertung betroffen ist Infolgedessen kann man einen etwaigen weiteren Anstieg der Amplitude über die doppelte »Plateauhöhe« hinaus ignorieren und einfach mittels Begrenzerstufen abschneiden, die in dem Blockschaltbild nicht dargestellt sind. Auf diese Weise läßt sich der gesamte Bereich der Verstärkungsstufen etc. für die Messung selbst ausnützen, und man arbeitet immer zumindest annähernd in einem Bereich gleichbleibender Genauigkeit. It can be seen that the amplitude curve of the superimposition signal is only of interest to the extent that it is in the Area of the "plateau" is, both in terms of the regulation according to the present invention and also, as far as the actual signal evaluation is concerned Ignore the increase in amplitude above twice the "plateau height" and simply use the limiter steps cut off, which are not shown in the block diagram. In this way the whole Use the range of the gain levels etc. for the measurement yourself, and you always work at least approximately in a range of constant accuracy.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur berührungslosen Messung der Breite oder Lage eines sich gegenüber seinem Hintergrund abhebenden Gegenstandes durch fotoelektrische Abtastung mittels eines Sichtstrahls, der mittels eines optischen Ablenksystems über einen mit einer Blendenanordnung versehenen fotoelektrischen Detektor geführt wird, dessen helligkeitsproportionales Abtastsignal bezüglich seines zeitlichen Verlaufs zur Erfassung der Helligkeitssprünge an den Gegenstandskanten ausgewertet wird, wobei eine Vorabtastung des Gegenstandes mittels eines Hilfssichtstrahls, der dem Meßsichtstrahl zeitlich vorausgeht, durchgeführt wird unter Überlagerung der von beiden Sichtstrahlen herrührenden Abtastsignale am Detektorausgang, und aus dem Überlagerungssignal der voller Helligkeit oder voller Dunkelheit des Hilfssichtstrahles entsprechende Amplitudenanteil erfaßt und der Zeitpunkt des Durchgangs des von einem vorgegebenen Faktor beeinflußten Überlagerungssignals durch den ebenfalls von einem vorgegebenen Faktor beeinflußten Amplitudenanteil als Kriterium für die Auslösung eines der Gegenstandskante zugeordneten Helligkeitssprungsignals ausgewertet wird, nach Patent 2015 6945, dadurch gekennzeichnet, daß für die an sich bekannte Verstärkungsregelung des elektrischen Teils der aus dem Überlagerungssignal erfaßte Amplitudenanteil des Hilfssichtstrahles auf konstante Höhe geregelt wird.1. Method for non-contact measurement of the width or position of a person opposite his Background of the object by photoelectric scanning by means of a visual beam, the one provided with an aperture arrangement by means of an optical deflection system photoelectric detector is performed, the brightness-proportional scanning signal with respect to his chronological sequence for the detection of the changes in brightness is evaluated at the object edges, with a prescan of the object by means of an auxiliary sight ray which precedes the measuring sight ray in time is carried out under Superposition of the scanning signals originating from the two lines of sight at the detector output, and off corresponding to the superimposed signal of the full brightness or full darkness of the auxiliary visual ray Amplitude component detected and the time of passage of the predetermined Factor influenced by the superposition signal also by a predetermined factor influenced amplitude component as a criterion for triggering one assigned to the edge of the object Brightness jump signal is evaluated, according to patent 2015 6945, characterized in that that for the known gain control of the electrical part of the superposition signal detected amplitude portion of the auxiliary sight beam is regulated to a constant level. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der als fotoelektrischer Detektor ein Fotovervielfacher (510) vorgesehen ist.dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis einen Spitzenwertdetektor (520) für den Amplitudenanteil umfaßt, der mit seinem Ausgang an den Istwerteingang des Reglers (522) angeschlossen ist, dem als Stellglied der Hochspannungserzeuger (524) für den Fotovervielfacher (510) nachgeschaltet ist2. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, in which a photomultiplier (510) is provided as the photoelectric detector, characterized in that the control circuit comprises a peak value detector (520) for the amplitude component, which has its output on the actual value input of the controller ( 522) is connected to which the high-voltage generator (524) for the photomultiplier (510) is connected downstream as an actuator 3. Anordnung nach Anspruch 2 mit einem Sample- Hold-Schaltkreis, an dessen Ausgang im »Holdw-Schaltzustand der Amplitudenanteil abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Spitzenwertdetektors (520) mit dem Ausgang des Sample-Hold-Schaltkreises (514) mindestens während eines Teils des »Hold«-Schaltzustandes verbunden ist.3. Arrangement according to claim 2 with a sample and hold circuit, at the output of which in the »Holdw switching state the amplitude component can be tapped, characterized in that the input of the peak value detector (520) with the output of the sample and hold circuit (514) is connected during at least part of the "Hold" switching state.
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