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Verfahren zur Messung von Profilabmessungen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Fernmessung aller Abmessungen eines Profils, ausgehend von zwei
Festpunkten, Diese Erfindung ist bei komplexen Profilen, wie beispielsweise Doppel-T-Trägern
vor allem dann, wenn derartige Produkte asymmetrisch sind, von besonderem Interesse.
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Wegen der im allgemeinen großen Anzahl von Abmessungen und der zum
Messen derselben erforderlichen Zeit ist die Messung von Profilabmessungen schon
immer eine Haupt sorge des Hüttenmannes gewesen. In den meisten Fällen nämlich werden
diese Abmessungen durch Kontakt zwischen der Messvorrichtung und dem Profil gemessen,
so daß sie nur durch häufiges Verschieben der Messvorrichtung bestimmt werden können.
Darüberhinaus muß zur Betätigung der Messvorrichtungen ein Bedienungsmann unbedingt
zugegen sein. Hierdurch wird das Interesse verständlich, das ein Verfahren zur Fernmessung
aller Abmessungen eines Profils ausgehend von zwei Festpunkten wecken kann.
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In der Praxis ist es ½r möglich, die Messung von Abmessungen auf Abstandsmessungen
zu stützen. Von diesem Gedanken ausgehend ist bereits vorgeschlagen oraen, den Abstand
zwischen einem bestimmten Festpunkt und Hättenwerkserzeugnissen wie zum Beispiel
Brammen, Profilen usw. mittels eines beispielsweise opfiischen Telemeters zu messen,
das als Beobachtungsgerät insbesondere eine Fernsehkamera umfasst.
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Die Verwendung derartiger optischer Telemeter beruht auf der Tatsache,
dass der Abstand zwischen einem Objekt und einem vorbestimmten Punkt dadurch gemessen
wird, dass von einem Sender aus eine sichtoare Strahlung bzw. eine Infrarotstrahlung
auf das ObJekt projiziert wird, deren Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung bekannt
ist. An einem Punkt, dessen Lage in Abhängigkeit von der stellung des Senders bekannt
ist, wird der Winkel gemessen, den das vom Objekt auf diesen Punkt reflektierte
Strahlenbündel mit der Bezugsrichtung bildet, wodurch es ohne weiteres möglich ist,
den Abstand zwischen dem Objekt und dem Sender zu errechnen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem alle Abmessungen von
Profilen durch Abstandsmessungen der vorbeschriebenen Art und durch Winkekmessungen
bestimmt werden können.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Beobachtungspunkte gewählt werden, die relativ zueinander festliegen und
sich beiderseits des Profils auf einer Geraden befinden, welche sich mit einer Fläche
des Profils unter einem Winkel von weitgehendst 90° schneidet,dass an jedem dieser
Punkte ein Telemeter angeordnet wird, dass diuse Telemeter o geschwenkt werden,
dass sie jeweils den ihnen zuewandten Abschnitt der Profilkontur vollstendig abtasten,
dass im Verlauf dieser Abtastung der jeden Beobachtungspunkt von allen den abcetasteten
Kontur abschnitt bildenden Punkten trennende Abstand sowie die Richtun
eines
Jeden dieser Abstände relativ zu einer Bezugsstellung gemessen werden, dass in bestimmten
Momenten die auf eine kleine Anzahl von für die Profilkontur charakteristischen
Punkten bezogenen Abstands- und Richtungswerte gespeichert werden, und dass mittels
einfacher und an sich bekannter Berechnungen alle Profilabmessungen von diesen gespeicherten
Werten abgeleitet werden.
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Erfindungsgemäss sind mindestens vier Punkte als für die Profilkontur
charakteristisch anzusehen; und zwar: a) die beiden Enden dieser Kontur, d.h. der
erste und der letzte beim Abtasten der Kontur durch das Telemeter erfasste Punkt;
b) der Schnittpunkt der die beiden Beobachtungspunkte verbindenden Geraden mit der
im wesentlichen senkrecht zu dieser Geraden gerichteten Profilfläche; c) ein Punkt,
Üer auf der Fläche eines jeden Schenkels der Kontur gelegen ist, welcher der Weitgehendst
senkrecht zu der die beiden Beobachtungspunkte verbindenden Geraden angeordneten
Frofililäche zugewandt ist.
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Die Bestimmung der beiden Enden der Kontur erfolgt erfindungsgemäss
bevorzugt dadurch, dass das erste vom Telemeter im Verlauf seiner Drehung, d.h.
zu Beginn der Konturabtastung erfasste Ende durch Registrierung des Ausgenblicks,
da der Wert des gemessenen Abstands von einem unbegrenzten Wert auf einen bestimmten
Wert und umgekehrt übergeht, ermittelt wird, und dass im Hinblick auf das zweite
Ende, d.h. am Schluss der Eonturabtastung der Moment registriert wird, da der Wert
des gemessenen Abstands von einem bestimmten Wert auf einen unbegrenzten Wert übergeht.
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Nach einer bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsform ist die
Bezugsstellung, relativ zu welcher die Richtung eines jeden gemessenen Abstands
bestimmt wird senkrecht zu der die beiden Beobaciltungspunkte verbindenden Geraden.
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Der Schnittpunkt der die beiden Beobachtungspunkte verbindenden Geraden
mit der hierzu senkrecht gerichteten Profilfläche wird erfindungsgemäß bevorzugt
dadurch bestimmt, daß der Moment festgehalten wird, da der Wert des für die Richtung
des gemessenen Abstands relativ zur Bezugsstellung repräsentativen Winkels gleich
900 ist.
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Ebenso wird der Punkt, der auf der Fläche eines jeden Schenkels gelegen
ist, welcher der senkrecht zu der die beiden Beobachtungspunkte verbindenden Geraden
verlaufenden Fläche zugewandt ist, erfindungsgemäß möglichst dadurch ermittelt,
daß der Augenblick festgehalten wird, da der zeitliche Differentialquotient des
Produktes des gemessenen Abstands mit dem Kosinus des für den Verlauf dieses Abstands
relativ zur Bezugs stellung repräsentativen Winkels gleich Null wird.
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Zur Errechnung aller Abmessungen des Profils ausgehend von den gespeicherten
Abstands- undRichtungsw sten ,die in der Tat die Polarkoordinaten der für die Kontur
charakteristischen Punkte sind, werden nach einer besonders vorteilhaften erfi6-dungsgemäßen
Ausführungsform diese Informationen in einen Rechner gegeben, wo sie nach einem
einfachen und an sich bekannten Programm während der Umdrehung des Telemeters verarbeitet
werden, und wird der Speicher möglichst am Ende der Umdrehung des Telemeters auf
Null zurückgestellt dergestalt, daß eine neue Messreihe bei Beginn eines neuen Abtastvorgangs
begonnen werden kann.
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Zur Durchführung derartiger Messungen wird auf dieses Profil eine
Strahlung von entsprechender Wellenlänge projiziert und wird die vom Profil zurückgeworfene
Strahlung erfasst.
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Im Hinblick auf eine hOhe Genauigkeit in der Größenordnung von beispielsweise
0.1 mm wird zweckmäßigerweise ein Sender eingesetzt, der eine stark gerichtete Strahlung
wie zum Beispiel einen Laser oder ein Bündel millimetrischer oder submillimetrischer
Wellen projiziert.
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Erfindungsgemäss hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Drehung
der beiden Telemeter so zu synchronisieren, dass der von jedem der beiden Beobachtungspunkte
aus gemessene Richtung für entsprechende Punkte der Kontur genau gleich ist (αi
= Ebenfalls erfindungßgemäss sind die Abstande, welche die Beobachtungspunkte von
jeder-der senkrecht zu der diese beiden Beobachtungspunkte verbindenden Geraden
angeordneten Flächen des Profils trennen, zweckmässgerweise gleich, wenn die Jlanschbreite
der Hälfte der Summe der unteren und oberen Abmessungen entspricht, welche für die
Bertigung bei dieser Breite zulässig sind.
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Ungeachtet der Methoden der Abstands- und der Winkelmessung erfordern
die auf diese leise erhaltenen Daten nur sehr einfache Berechnungen, um die gewünschten
Abmessungen abzuleiten. gies ist gegeaärtig auf Digital- oder Analogbasis sehr schnell
zu erreichen, ohne dass it.der wirtschaftlichen Rentabilität der Vorrichtung unvereinbare
Kosten entstehen.
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Die beigefügte Zeichnung ist als ein im nicht einschränkenden Sinne
zu betrachtendes Beispiel ahzusehen und dient zum besseren Verständnis der vorliegenden
Erfindung.
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Das in dieser Figur dargestellte Profil ist ein symetrischer I-Träger,
dessen Abmessungen gemessen und dessen Symmetrie überprüft werden sollen. Die beiden
Beobachtungspunkte dieses Profils sind mit 0 und 0' bezeichnet3 sie liegen relativ
zueinander fest und befinden sich beiderseits des Stegs auf einer Geraden OO', ,
welche sich mit dem Steg weitgehendet in dessen Mitte und unter einem Winkel gleich
900 schneidet, Ein erstes Telemeter ist bei 0 und ein weiteres Telemeter bei 0'
angeordnet. Diese Telemeter werden so geschwenkt, dass
sie jeweils
den ihnen zugewandten Abschnitt der Profilkontur vollständig abtasten, d.h. das
bei 0 angeordnete Telemeter die Kontur 1 bis 5 und das bei 0' befindliche Telemeter
die Kontur 1' bis 5'. Während dieser Abtastung wird der jeden Beobachtungspunkt
von allen den abgetasteten Konturabschnitt bildenden Punkten trennende Abstand gemessen
und die Richtung eines jeden Abstandes relativ zu einer Bezugsstellung bestimmt.
Unter diesen Bedingungen wird jeder der Kontur punkte durch zwei Werte erfasst:
den Abstand (di) und die Richtung(il). Zu bestimmten Zeitpunkten werden die Abstands-und
Richtungs werte für eine kleine Anzahl von für die Profilkontur charakteristischen
Punkten gespeichert. Für das bei 0 angeordnete Telemeter sind für den entsprechend
zugewandten Konturabschnitt fünf charakteristische Punkte massgebend: a) die Punkte
(1) und (5) sind die beiden Enden der abgetasteten Kontur, b) der Punkt (3) ist
der Schnittpunkt der Geraden OO' mit dem Steg des Profils, c) die Punkte (2) und
(4) befinden sich an der Fläche eines jeden dem Profilsteg zugewandten Schenkels.
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Die Bezugsstellung (OP); relativ zu welcher die Richtung eines jeden
Abstands ( I) bis (55) bestimmt wird, verläuft senkrecht zur Richtung 00'.
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Der Punkt (1) wird auf folgende Art und Weise ermittelt. Bevor nicht
die optische Achse des sich drehenden Telemeters auf die Kontur (1) bis (5) auftrifft,
ist der gemessene Abstandswert (di) unbegrenzt. Demgemäss wird der Punkt (1) dadurch
bestimmt, dass der Augenblick erfasst wird, da der vom Eelerieter gemessene Abstand
von einem unbegrenzten Wert auf einen beXtimsten Wert übergeht. Umgekehrt wird der
Punkt (5) durch Regiatrierung des Moments bestimmt, da der vom Telemeter gemessene
Abstand von einem bestimmten Wert auf einen unbe grenzten Wert übergeht.
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Der sich in der Mitte des Stegs des Profils befindende Punkt (3) wird
einfach dadurch ermittelt, daß der Moment erfasst wird, da der WinkeloLgleich 900
ist. Dieser Wert ergibt sich aus der Tatsache, daß die gewählte Bezugsstellung senkrecht
zur Richtung 00' liegt.
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Die Bestimmung der Punkte (2) und (4), die sich an der F1äche eines
jeden der beiden dem Steg zugewandten Schenkel befinden, erfolgt mit Hilfe des Produkts
des gemessenen Abstands (di) mit dem Kosinus des Winkels (d i>' der für die Richtung
dieses Abstands relativ zur Bezugs stellung (0P) repräsentativ ist. Bezieht man
sich nämlich auf die beigefügte Figur, so kann festgestellt werden, daß die Projektion
des Abstands d2 auf der Geraden OP für jeden Punkt wie beispielsweise (2) konstant
ist, der sich auf dieser Fläche des dem Steg zugewandten Schenkels befindet. Wird
demzufolge der zeitliche Differentialquotient des Produktes d cosc kontinuierlich
errechnet, so wird dieser Differentialquotient in dem Momentgleich Null, da die
optische Achse des Telemeters auf die Fläche mit dem Punkt (2) auftritt, und während
der gesamten Abtastdauer für diese Fläche. Es ist offensichtlich, daß das Gleiche
für den auf der Fläche des anderen, dem Steg zugewandten Schenkels liegenden Punkt
(4) gilt.
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Die gleichen Messungen werden für die Punkte 1' bis 5' relativ zur
Bezugsstelung 0' P' durchgeführt.
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Die Abstands- und Winkelwerte für die Punkte 1 bis S und i' bis 5',
die entsprechend gespeichert wurden, werden dann in einen Rechner eingegeben, der
alle Abmessungen des Profils auf der Grundlage der folgenden einfachen Formeln ermittelt:
Flanschdicke
el = dl cosα1 1 d2 cos α 2 e2 = d5 cosα 5 - d4 cos α 4 e3
= d1' cosα1' - d2' cosα2' e4 = d5' cosα5' - d4' cosα4' Stegdicke
a = D - (d3 + d3'= Schenkelbreite bl = d3 - d1 sin b2 = d3 - d5 sinα5 b3 =
d3' - d1' sinα1' b4 = d3' - d5' sin α5' Flanschbreite B1 = D - (d1 sinα1
+ d1' sinα1') B2 = D - (d5 sinα5 + d5' sinα5') Flanschhöhe und
Flanschparallelität H1 = d1 cosα1 + d5 cosα5 H2 = d1' cos α1'
+ d5' cosα5' Es kann somit festgestellt werden, dass es nach Messung der Abstände
(di) und der Richtung (αi) genügt, die Ausdrücke d sinα und d cos auszurechnen,
um durch einfache Addition oder Substraktion die Werte aller Abmessungen des Profils
zu erhalten.
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Die Berechnungen werden während der Umdrehung des Telemeters durchgeführt
und der Speicher am Ende der Umdrehung auf Null zurückgestellt dergestalt, dass
bei Beginn eines neuerlichen Abtastvorgangs eine i-£eue Messreihe gestartet werden
kann.
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Das vorbeschriebene Beispiel bezieht sich auf die Anwendung des erfindungsgemässen
Verfahrens auf Greyträger mit Parallelflanschen von konstanter Dicke und mit einer
bestimmten Anzahl spitzer Winkel.
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Im Falle eines Proiils mit flanschen oder Schenkeln, deren Dicken
nicht konstant sind (zum Beispiel Normalträger ouer U-Profile), wird als Nenndicke
die Dicke des Schnenkels oder des FlansclLes gewählt, wie sie iii ciilem bestimmten
Abstand von der Kante des Schenkels oder des Flansches gegeben ist.
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Mittels einer entsprechenden, aber einfachen Berechnung ist es im
Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens ebenfalls möglich, die gewünschten Dicken
an diesen Stellen zu bestimmen, was beweist, dass das Verfahren bei allen Arten
von herkömmlichen Proiilen anwendbar ist.
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Pantentsprüche: