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Vorrichtung zur Bestimmung der Breite und des Volumens von länglichen
Gegenstanden Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der
Breite und des Volumens von länglichen Gegenständen, insbesonder Baumstämmen, bei
der ein von einem photoelektrischen Drehatrahltaster erzeugter Lichtstrahl quer
zu den zu vermessenden Gegenständen bewegbar ist.
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In einer bekannten Einrichtung zur Messung der Breite von Gegenständen
sind zu beiden Seiten eines bewegten Gegenstands mit Spiegeln versehene, synchron
umlaufende Bänder, Zahnriemen oder Ketten angeordnet. Die Spiegel lenken den Lichtstrahl
einer Lichtschranke quer zu dem zumessenden Gegenstand um.
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Bei Unterbrechung des Lichtstrahls durch den Gegenstand werden Impulse,
die von einem mit dem Antrieb der Spiegel gekuppelten Impulsgenerator oder einem
quarzstabilisierten Oszillator kommen, als MaB für die Breite des Gegenstands in
einem Zähler aufsummiert. Um die Transportgeschwindigkeit des Gegenstands zu berücksichtigen,
müssen die Bänder, Zahnriemen oder Ketten schräg zur Längsrichtung des Gegenstands
eingestellt werden (Offenlegungsschrift 1 929 775).
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Bei einer bekannten Anordnung zur Bestimmung des Volumens zylindrischer
GegRsta:nde wird die QuerschnittsSläche mittels eines Von einem photoelektrischen
Drehstrahltaster erzeugten Lichtstrahls sbgetastet. Während der Abdunklung einer
Lichtschranke durch den Gegenstand werden Impulse abwechselnd in
einen
Zähler und eine Multiplikationseinrichtung eingegeben, der eine Multiplikatorstufe
und ein weiterer Zähler nachgeschaltet sind CDP 1 205 303).
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Der Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung
der.Breite und des Volumens länglicher Gegenstande mit möglichst wenig mechanisch
bewegten Teilen zu entwickeln, die bei veränderlicher Transportgeschwindigkeit der
Gegenstände ohne Nachstellung einwandfrei arbeitet und mit geringem schaltungstechnischen
Aufwand den Mittelwert des Durchmessers der gesamten Länge oder-von einstellbaren
Abschnitten und das Volumen liefert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während eines
pro Längeneinheit des bewegten Gegenstands von einem Impulsgeber abgegebenen Signals
für die Dauer der Unterbrechung des Strahlengangs erste Impulse, deren Frequenz
der Drehzahl eines Drehspiegels proportional ist, einem ersten und zweiten Zähler
zuführbar sind, daß dem zweiten Zähler ein Sieb-Multiplizierer nachgeschaltet ist
und daß nach beendeter Eingabe der Impulse in den zweiten Zähler für die Dauer der
Unterbrechung des Strahlengangs zweite Impulse, derenFrequenz im Verhältnis N'ii/4
zur Frequenz der ersten Impulse steht, dem Takt-Eingang des Sieb-Multiplizierers
zuführbar sind, dem ein dritter Zähler nachgeschaltet ist. Unter Sieb-Multiplizierer
ist hierbei eine Anordnung- zu verstehen, die eine digitale Frequenzmultiplikation
durchführt.
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Da der Drehspiegel nur eine kleine Masse aufweist, kann seine Drehzahl
sehr hoch eingestellt werden. Auch bei sehr großer Transportgeschwindigkeit der
zu messenden Gegenstände ist deshalb die Beeinflussung der Messung vernachlässigbar
klein.
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Die Anordnung ermittelt den Durchmesser und das Volumen von durch
den zeitlichen Abstand der Signale des Impulsgebers bestimmen Abschnitten des Gegenstands.
Der Inhalt des dritten Zählers stellt das mittlere Volumen des während einer Messung
durch den Lichtstrahl bereits abgetasteten Teils eines Gegenstands
dar.
Um den mittleren Durchmesser zu erhalten, kann das Ergebnis im ersten Zähler durch
die Anzahl der abgetasteten Abschnitte dividiert werden.
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In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, daß der Impulsgeber
ein von den bewegten Gegenständen in Drehung versetzbares Rad aufweist und daß das
Ausgangssignal des Impulsgebers auf ein UND-Glied geführt ist, dessen weitere Eingänge
mit negierten Ausgangssignalen von Lichtschranken beaufschlagbar sind, die in einem
bestimmten Abstand, in Transportrichtung der Gegenstände gesehen, nebeneinander
angeordnet sind.
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Mittels dieser Ausführungsform können unregelmäßig geformte Enden
der Gegenstände, z.B. die Wurzeln von Holzstämmen, für die Ermittlung des mittleren
Durchmessers und Volumens ausgeschlossen werden.
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Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß dem UND-Glied neben
einer Steuerschaltung für die von einer Reflexionslichtschranke abgegebenen Signale
eine erste und zweite Impulsuntersetzerstufe nachgeschaltet ist, daß durch die in
UND-Verknüpfung stehenden Ausgangssignale der beiden Impulsuntersetzerstufen ein
Umschalter fortschaltbar ist, dessen Eingänge mit Ausgängen für höhere Stellenwerte
am ersten Zähler und dessen Ausgänge mit Speichern in Verbindung stehen, und daß
durch das Ausgangssignal der zweiten Impulsuntersetzerstuie über ein Verzögerungsglied
der Lösch-Eingang des ersten Zählers beaufschlagbar ist. Diese besonders einfach
aufgebaute Anordnung liefert die mittleren Durchmesser von durch das Untersetzungsverhältnis
der Untersetzerstufen festgelegten Abschnitten des länglichen Gegenstands.Die Anzahl
der Speicher richtet sich nach der maximalen Zahl der Abschnitte, in die ein länglicher
Gegenstand eingeteilt werden soll. Die am ersten Zähler an den Umschalter angeschlossene
Anzahl Ausgänge mit höherem Stellenwert ist in Übereinstimmung mit dem Untersetzungsverhältnis
der Impulsuntersetzerstufen auszuwählen.
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Wenn das Untersetzungsverhältnis einstellbar ist, können die Abschnitte
der zu messenden Gegenstände an deren unterschiedliehe Logen angepaßt werden.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß mit den
Ausgangssignalen der Lichtschranken der Lösch-Eingang des ersten Zählers, die Lösch-Eingänge
der Speicher und ein dem dritten Zähler nachgeschaltetes UND-Glied beaufschlagbar
sind. Diese Ausführungsform beginnt selbsttätig bei der Erfassung eines bewegten
Gegenstands mit der Bestimmung des Durchmessers und des Volumens und zeigt die Werte
an, wenn der Gegenstand die Vorrichtung verlassen hat.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß für die
ersten und zweiten Impulse je ein Impulsgenerator mit steuerbarer Frequenz vorgesehen
ist, dessen Ausgang einerseits auf eine für die Dauer der Unterbrechung des Strahlengangs
durchlässige Torschaltung und andererseits auf den Eingang einer Impulsuntersetzerschaltung
geführt ist, der ein Phasendiskriminator nachgeschaltet ist, dessen zweiter Eingang
an eine Impulsformerstufe angeschlossen ist, die mit einem photoelektrischen Empfänger
verbunden ist, der entsprechend der Drehzahl des Drehspiegels mit Lichtstrahlen
beaufschlagbar ist, und daß der Diskriminatorausgang mit dem Steuereingang des Impulsgenerators
verbunden ist. Diese Anordnung dient zur Erzeugung von Zählimpulsen mit großer Impulsfrequenz,
die der Drehzahl des Drehspiegels proportional ist. Mit einer großen Impulsfrequenz
erreicht man eine Verbesserung des Auflösungsvermögens für die Ermittlung des Durchmessers.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand einer
Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schema einer Vorrichtung, Fig. 2 ein Blockschaltbild
einer Anordnung zur Erzeugung von Zählimpulsen.
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Von einer Reflexionslichtschranke 1 ausgehendes Licht wird auf einen
Drehspiegel 2 geworfen. Nach der Reflexion am Drehspiegel 2 gelangt das Licht zu
einem Umlenkspiegel 3. Der Umlenkspiegel 3 richtet das Licht gegen einen Parabolspiegel
4,
der das Licht auf einen Tripelspiegel 5 wirft. Am Tripelspiegel
5 wird das Licht in seine Einfallsrichtung reflektiert und gelangt über den Parabolspiegel
4, den Umlenkspiegel 3, den Drehspiegel 2 zurück zur Reflexionslichtschranke 1.
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In den parallelen Strahlengang der Lichtstrahlen zwischen dem Parabolspiegel
4 und dem Tripelspiegel 5 werden Baumstämme 6 geschoben, die den Strahlengang unterbrechen.
Der Baumstamm 6 kann mittels nicht näher dargestellter Rollen transportiert werden.
Den Baumstamm 6 berührt ein Meßrad 7 eines Impulsgebers 8. Das Meßrad 7 und der
zugehörige Impulsgeber 8 sind so angeordnet, daß sie von den vom Parabolspiegel
4 ausgehenden Lichtstrahlen nicht erfaßt werden.
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Zwei weitere Reflexionslichtschranken 9, 10 sind, in Transportrichtung
der Stämme 6 gesehen, nebeneinander in einem einstellbaren Abstand befestigt. Den
Lichtschranken 9, 10 ist ein Xripelspiegel 11 zugeordnet. Damit sich die von den
Lichtschranken 1 und 9 bzw. 10 ausgehenden Strahlen nicht gegenseitig beeinflussen,
sind die Lichtschranken 9, 10 so montiert, daß die von ihnen kommenden Lichtschranken
senkrecht zu den vom Parabolspiegel 4 ausgesandten Strahlen verlaufen.
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Die Ausgänge der Lichtschranken 9, 10 sind einerseits an Eingänge
eines ODER-Glieds 12 und andererseits an Invertierglieder 13, 14 angeschlossen.
Der Impulsgeber 8 und die Invertierglieder 13, 14 sind mit Eingängen eines UND-Glieds
15 verbunden, dessen Ausgang auf den Eingang einer Steuerschaltung 16 geführt ist,
die mit den von der Reflexlichtschranke 1 kommenden Signale beaufschlagbar ist.
Die Steuerschaltung 16 hat zwei Ausgänge, die jeweils mit Eingängen vor Torschaltungen
17, 18 in Verbindung stehen. Durch die vom UND-Glied 15 abgegebenen Signale werden
die von der Licht;schranlre 1 kommenden Signale abwechselnd auf die erste oder zweite
Torschaltung 17 bzw. 18 geschaltet.
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Die Eingänge der Torschaltungen 17, 18 stehen mit Impulsgebern 19,
20 in Verbindung, deren Impulsfrequenz regelbar ist. Die Impulsfrequenzen der beiden
Impulsgeber 19, 20 werden über einen photoelektrischen Empfänger 21, der bei jeder
Hin- und Herbewegung des vom Parabolspiegel 4 ausgehenden Lichtstrahls mit Licht
beaufschlagt wird, mit der Drehzahl des Drehspiegels 2 synchronisiert.
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Die Torschaltung 17 speist zweiZähler 22, 23. Dem Zahler 23 ist ein
Sieb-Multiplizierer 24 nachgeschaltet, der eine digitale Frequenzmultiplikation
durchführt. Sieb-Multiplizierer sind auch unter der Bezeichnung: "Rate Multipliers"
bekannt.
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Der Frequenz-Eingang des Sieb-Multiplizierers 24 ist an den Ausgang
derTorstufe 18 angeschlossen. Der Ausgang des Sieb-Multiplizierers 24 ist mit dem
Eingang eines weiteren Zeihlers 25 verbunden, dem über ein UND-Glied 28 ein Speicher
26 nachgeschaltet ist, der Anzeigelampen 27 speist.
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Die Frequenzen der beiden Impulsgeber 19 und 20 stehen in einem Verhältnis
von 1 : l/4 zueinander.
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An das UND-Glied 15 ist ferner eine Impulsuntersetzerschaltung 29
angeschlossen, die ein Untersetz-ungsverhältnis von 1 : 50 aufweist. Der Ausgang
der Unteresetzerstufe 29 steht mit einer weiteren Impulsuntersetzerstufe 30 die
ein Untersetzungsverhältnis von 1:4 besitzt,und einem UND-Glied 31 in Verbindung.
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Der Ausgang der Untersetzerstufe 30 speist einen weiteren Eingang
des UND-Glieds 31, über ein Verzögerungsglied 32 ein ODER-Glied 33 und den Rücksetz-Eingang
eines Umschalters 34. Mittels des Umschalters 34 können Ausgänge des Zählers 22
wahlweise auf verschiedene Speicher 35, 36 und 37 geschaltet werden. Die Weiterschaltung
auf verschiedene Ausgänge wird durch Signale veranlaßt, die dem Umschalter 34 über
das UND-Glied 31 zugeführt werden Die Einstellung auf eine das erste Ausgangsstellung
erfolgt über den von der Untersetzerstufe 30 gespeistell Rücksetz-Eingang am Umschalter
34. Der Ausgang des OD15R-Glieds 33 ist mit dem Lösch-Eingang des Zählers 22 verbundes
Da
der Zähler 22 erst durch jeden hundertsten, vom Impulsgeber 8 stammenden Impuls
gelöscht wird, entsteht im Zähler,der als Dezimalzähler ausgebildet sein kann, die
Summe aus hundert gemessenen Durchmessern. Der mittlere Durchmesser ergibt sich
aus der Summe der Durchmesser dividiert durch die Zahl Hundert.
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Diese Division wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung in einfacher
Weise dadurch erhalten, daß die Stellen mit den beiden niedrigsten Stellenwerten
nicht in die Speicher 35, 36 oder 37 übertragen werden.
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Das ODER-Glied 12 speist einen Eingang des ODER-Glieds 33, die Lösch-Eingänge
der Speicher 35, 36, 37 und einen Eingang des UND-Glieds 28. Der Lösch-Eingang des
Zählers 23 ist an ein Flipflop 38 angeschlossen, dessen Setz-Eingang an die Steuerleitung
für die Torschaltung 18 und dessen Rücksetz-Eingang an die Steuerleitung für die
Torschaltung 17 angeschlossen ist.
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Ist der Impulsgeber 8 so ausgelegt, daß er zwei Impulse pro cm abgibt,
dann entsteht am Ausgang der Untersetzerstufe 30 bei bewegtem Gegenstand 6 ein Impuls
pro m.
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Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung beginnt erst dann zu arbeiten, wenn
in den Strahlengängen beider Lichtschranken 9, 10 ein Gegenstand 6 vorhanden ist.
Durch den Abstand zwischen beiden Lichtschranken 9, 10 kann die Länge eines in der
Messung nicht zu berücksichtigenden Endabschnitts des Gegenstands 6 festgelegt werden.
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Wenn ein Gegenstand die Empfänger der beiden Reflexionslichtschranken
9, 10 abdunkelt, wird das UND-Glied 15 für die vom Impulsgeber 8 kommenden Impulse
durchlässig. Wird durch einen Impuls des Impulsgebers 8 für die Dauer der Unterbrechung
des Lichtstrahls der Lichtschranke 1 die Torstufe 17 durchlässig, dann gelangt eine
dem Durchmesser des Gegenstands 6 proportionale Zahl von Impulsen in den Zähler
23. Man kann die Impulsfrequenz des Impulsgebers z.B. so groß wählen, daß je mm
vom Lichtstrahl der Lichtschranke 1 quer zum Gegenstand 6 zurückgelegten Weg ein
Impuls auftritt. Nach abgeschlossener Messung
steht dann der Durchmesser
des Gegenstands 6 an der abgetasteten Stelle in mm im Zähler 23. Der nächstfolgende,
vom Impuls geber 8 kommende Impuls macht die Torschaltung 18 während der Unterbrechung
des Lichtstrahls der Lichtschranke 1 durchlässig. An den Eingang des Sieb-Multiplizierers
24 gelangt eine Anzahl Impulse, die um den Wert tor/4 kleiner ist als die Impulszahl
im Zähler 23. Hierbei kann angenommen werden, daß sich infolge der um nur 0,5 cm
voneinander entfernten Abtaststellen auf dem Gegenstand 6 keine wesentliche Änderung
der Dauer der Abdunklung ergeben hat.
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Der Sieb-Multiplizierer 24 gibt an den Zähler 25 eine Impulsfolge
ab, die dem Quadrat des gemessenen Durchmessers, multipliziert mit dem Paktor, proportional
ist. Entsprechend der Einstellung des Impulsgebers 7 ist dies das Volumen des Gegenstands
je cm Länge. Mit dem Abklingen des Steuersignals an der Torstufe 18 wird der Speicher
38 gesetzt, der den Zähler 23 löscht. Zu Beginn des nächsten, vom Impulsgeber 8
abgegebenen Impulses wiederholt sich der oben beschriebene Vorgang. Dabei werden
im Zähler 25 laufend alle Volumina pro cm Länge des Gegenstands 6 aufsummiert. Nach
Abschluß der Berechnung steht im Zähler 25 das mittlere Volumen des Gegenstands
6.
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Im Zähler 22 werden gleichzeitig die mittleren Durchmesser je cm Länge
des Gegenstands über eine Länge von 1 m aufsummiert.
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Der durch 100 dividierte Inhalt des Zählers 22 wird in die Speicher
35, 36, 37 übertragen. Der mittlere Durchmesser des ersten Meters des Gegenstands
gelangt in den Speicher 35.
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Durch den vom Impulsgeber 8 abgegebenen einhundertsten Impuls wird
der Speicher 22 gelöscht und der Umschalter 34 auf den Speicher 36 geschaltet, in
den der mittlere Durchmesser des zweiten Meters des Gegenstands 6 eingegeben wird.
Die Auswahl des nächsten Speichers 37 erfolgt nach einem weiteren Meter, den der
Gegenstand 6 zurückgelegt hat. Die Anzahl der Speicher 35 ... 37 richtet sich nach
der maximal zu erwartenden Länge der Gegenständc 6.
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Um die Vorrichtung an Gegenstände 6 mit unterschiedlichen Längen anpassen
zu können, kann dem UND-Glied 15 eine Untersetzerstufe 39 mit variablem Untersetzungsverhältnis
nachgeschaltet sein.
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Der Impulsgeber 19 enthält einen Taktgenerator 40, der z.B.
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Impulse mit einer Frequenz von 300 kHz erzeugt. Der Ausgang des Generators
40 ist an die Torschaltung 17 nd eine Impulsuntersetzerstufe 41 angeschlossen, die
eine Untersetzung von 1 : 1 OQO haben kann. Die Untersetzerstufe 41 speist den einen
Eingang eines Diskriminators 42, dessen Ausgang mit dem Eingang zur Steuerung der
Taktgeberfrequenz am Generator 40 verbunden ist. Der zweite Eingang des Diskriminators
42 ist an eine Impulsformerstufe 43 angeschlossen, die vom photoelektrischen Empfänger
21 gespeist wird. Die Drehzahl des Spiegelrads 2 wird z.B. so hoch eingestellt,
daß der Empfänger 21 pro Sekunde 300 mal beleuchtet wird. Über den Diskriminator
42 wird demnach eine Synchronisation der Frequenz des Generators 40 mit der Drehzahl
des Spiegelrads 2 hergestellt.
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Der Aufbau des Taktgebers 20 entspricht dem Aufbau des Eaktimpulsgenerators
19, wobei die Frequenz des Generators 40 ist/4 . 300 kHz beträgt. Das Untersetzerverhältnis
der Stufe 41 ist ebenfalls NjJ/4 1 000.