DE2507040B2 - Optoelektronische messvorrichtung fuer die lage einer kontrastierenden kante eines gegenstandes - Google Patents

Description

. 2. Optoelektronische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (20) durch einen Laser mit einem Gauß'schen Intensitätsprofil gebildet ist

3. Optoelektronische Meßvomchtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet daß dem Schalter (15) ein Nulldurchgangsdetektor (7 und eine Impulsformschaltung (18) nachgeschaltet sind.

Strahlenbündel, und diesem sind ehi Differenzierglied Aeine Anzeige und/oder Aufzeichnungseinrichtung ™* l^ung der Lage der kontrastierenden Kante Scheeordnet. Die Kantenlage wird mit Hilfe des SL_nzierg_Bedes als Signal mit maximaler Intensität ^^m^J_ten ^e _ermittelt, die der kontrastierenden Kante "™»^ _Die Differentiation erfolgt nach der Zeit, J™g«£ _{erhaltene signal m bezug} aufeine definierte

Soottiinaie (Kantenlage) symmetnschist £°°™ J_{n der} DT-OS 20 17 400 bekannten öei_{das signal} ^_{1 eme}m Differenzierglied

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Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Meßvorrichtung für die Lage einer kontrastierenden Kante _Messen ^ j^^essers,der Position ^^UIJ^g _D- _{ke von we}ichen, empfindlichen, wannen ?* bewegenden Gegenständen sind berohningssicno |_{rforderlichi da der}en Meßgenauigke.t ögen ausreichend groß sind und die Η?^^^ Meßwerte unabhängig von der

^dJ°_\ ^e™ _Zusammensetzung des Prüfgegenstandes chemischen

sinu. _{ps 3? 65 m ist ein}e optische Meßeinnch-

™ . _hrieben, bei der ein Laserstrahlbündel parallel ^esc ^ ^ _{den D hmesser} eines

^astwa g _bestinimen. Hierbei wird dem

^Ge^_ktronischen Wandler ein Schwellwert vorgepno Beeinflussung des Strahlenbundels durch

g«>^Cl" j _{de Kante} zu akkomodieren. ist eine d e ^nt™» Amplituden- bzw. Verstärkungsregelung *^ Di Messung ist jedoch ungenau.

^^ des Strahlenbündels entspre-

da die Winke ^ ^ _Strah,_enbünde, _{in der}

chend groö ^se _{den Kante des} Gegenstandes

Nahe de komra ^ _{Meßbefeich dner so},_chen

™|_{st demzu}f_olge sehr eng begrenzt, und die

3J?6 405 XS'optische Meßeinrich-Gegenstandes beschrieben, bei _des Mittelpunktes des Strahlenbün-Bezugskante ermittelt wird, wobei die ^_{B kame} nicht mit einer Kante des zu ™^^C _n ^hG_egen ^g _standes übereinstimmen muß. Der JJ^JJJJ Strahlenbundels wird hierbei relativ zu ^M"^^P""_a,_{t bestimm}t. Die Meßgenauigkeit ist hierbei zur Steuerung von industriellen Abläufen, wie z. B. beim Hochgeschwindigkeitsstrangpressen von Aluminium, nicht ausreichend. Hierbei sind nämlich Genauigkeiten

^^^ggFS es bekannt die

oder die Schatten

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derUgederkomraslierendenKtMdesG die dem Wmdlerelement nachgeschallel isL

Eineoptodetnoni«*.M="'"'"*""⁸*' b'egnn genannten Art lsi aus der DT-OS 23 29 717 De«mni

^^«^,,bewegung in dem R.um Schen dem Gegenstand und dem Drehspiegel lohn ungemS Seirgebnissen. Auf den Su.hleng.ng üb Drehspiegel hinter dem Objekt

Bild wird mit Hilfe eines Drehspiegels abgetastet und über einen Spalt auf einen Photodetektor übertragen. Die Ausgangssignale werden dreinui differenziert und zur Erzeugung eines Meßsignajs rechtwinklig abgeschnitten. Hierbei ist der Drehspiegel im Strahlengang ebenfalls hinter dem Objekt angeordnet Die Messung ist jedoch sehr empfindlich gegen Staubpartikel im Spalt Insbesondere wird bei dieser Meßweise ein Schattoibild und nicht der Gegenstand selbst abgetastet, und aus diesem Grunde ist die räumliche Zuordnung der Röntgenstrahienquelle des Objekts und des Schirme*, konstant zu halten, und Schwingungen sowie entsprechende Fehlausrichtungen müssen vermieden werden.

Weiterhin ist aus der Druckschrift »Integrierte Analogschaltungen« Teleskosmos-Verlag, Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart, 1970, S. < 1,64,65,71 und 72 bekannt, einen Positionsmeßwertgeber gleichzeitig mit einem Spitzendetektor und einem Nulldurchgangsdetektov zu überwachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Meßvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die ermittelten Meßwerte störungsunempfindlicher sind.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst. Differenzierglieder, photoelektronische Wandlerelemente, Komparatoren, (elektronische) Schalter sowie Null-Durchgangsdetek oren und Impulsformungsschaltungen sind an sich bekannt.

Bei der optoelektronischen Meßvorrichtung gemäß der Erfindung wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebenen Merkmale erzielt, daß die ermittelten Meßwerte vom Vorliegen zweier Bedingungen abhängig gemacht werden können, nämlich davon, ob die zweite Ableitung, die vom zweiten Differenzierglied ermittelt wird, Null ist und die erste Ableitung gleichzeitig einen Mindestwert aufweist, wobei dieser Vergleich mit Hilfe eines Komparators ausgeführt wird. Hierbei werden vergleichsweise kleine Maxima, bei denen die zweite Ableitung ebenfalls Null ist, nicht angezeigt, so daß die gemäß der optoelektronischen Meßvorrichtung der Erfindung ermittelten Meßwerte genauer und störungsunempfindlicher sind, so daß die erfindungsgemäße optoelektronische Meßvornchtung auch für die Steuerung nach Maßgabe von Dicken, Längen oder anderen bestimmenden Größen verwendet werden kann.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen wiedergegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert

F i g. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer optoelektronischen Meßvorrichtung;

F i g. 2 zeigt eine Anzahl von Kurven, wobei

(a) den Ausgang eines photoelektronischen Wandlerelements nach dem Überstreichen der kontrastierenden Kante durch das schmale Strahlenbündel,

(b) die erste Ableitung von 2(a) und

(c) die zweite Ableitung von 2(a) zeigen.

F i g. 3 zeigt schematisch eine Schaltung zum Bestimmen des Punktes, an dem der Mittelpunkt eines schmalen Slxahlenbündels mit der kontrastierenden Kante des Gegenstandes zusammenfällt.

Die Vorrichtung kann mit verschiedenen Strahlungsenergiequellen betrieben werden; bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels wird auf einen Laserstrahl Bezug genommen.

Unter Bezugnahme auf Fi g. 1 erzeugt eine Energie-

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quelle 20 in Form eines Lasers (Gaslaser) ein schmales Strahlenbündel 22, das auf einen Spiegel 23 trifft, mit dem das Bündel durch eite linse 28 geführt wird und daraufhin wird das Bündel auf einem gleichförmig rotierenden Spiegelpolygon 24 fokussiert, so daß ein drehend geführtes Abtaststrahlenbündel 26 erzeugt wird. Eine linse 28 wandelt das drehbar geführte Abtaststrahlenbündel 26 in ein linear geführtes Abtaststrahlenbündel 30 um, das einen Prüfgegenstand 32 überstreicht und auf eine linse 34 auftrifft, die das Bündel auf einem photoelektronischen Wandler 10 fokussiert Der Durchmesser des Prüfgegenstandes 32 ist direkt proportional zu der Zeitdauer, während der das Bündel 30 unterbrochen ist Da das Bündel 30 ungefähr einen Durchmesser von 1 mm — gleich jenem des Laserstrahls 22 — aufweist muß die genaue Zeit ermittelt werden, während der ein konstanter Teil des Strahlenbündels die Kanten des Prüfgegenstandes 32 überstreicht

Als photoelektronischer Wandler 10 können eine Vakuumphotodiode, ein Photoelektronenvervielfacher, eine Siliziumphotozelle oder eine PIN-Photodiode in Frag¹* kommen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 ist dem photoelektronischen Wandler 10 ein Vorverstärker 11 nachgeschaltet der eine Kurve l(h). die in Fig. 2(a) dargestellt ist, liefert, h bezeichnet die Koordinate, die dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Strahlenbündels und der Kante entspricht. l(h) geht von einer maximalen Intensität auf eine Null-Intensität nach einem bestimmten Abstand zurück, der dem Durchmesser des Strahlenbündels entspricht Die Kanten des Gegenstandes 32 liegen genau im Wendepunkt El der Kurve 2Ca/ Da der photoelektronische Wandler 10 die Intensität mißt, muß der Punkt JEVauf der Kurve 2(a) mit höchster Genauigkeit bestimmt werden, falls eine gute Auflösung erzielt werden soll.

Der Punkt E/wird, wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt, exakt bestimmt. Nach Differenzierung der Kurve 2(a) erhält man die Kurve 2(b). Die Differentiation kann mit einer bekannten elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Die Kurve 2(b) weist am Punkt El der Kurve 2(a) ein Maximum auf, da die Veränderung an diesem Punkt am größten ist Eine zweite Differentiation ergibt die zweite Ableitung des Signals des photoelektronischen Wandlers 10, dessen Verlauf in 2(c)dargestellt ist. Die Kurve in 2(c) weist an dem Punkt El einen Nulldurchgang auf.

Durch die entsprechend in F i g. 3 gezeigte Schaltung mit einem ersten und einem zweiten Differenzierglied kann die Kante des Prüfgegenstandes 32 exakt ermittelt werden.

Das Ausgangssignal des photoelektronischen Wandlers 10. die Kurve 2(a), wird in einem Vorverstärker 11 verstärkt und liegt an einem ersten Differenzierglied 12 an, wobei ein der ersten Ableitung entsprechendes Signal 2b erzeugt wird. Dieses erste Ableitungssignal 26 liegt an zwei weiteren Schaltungselementen, einem zweiten Differenzierglied 13 zum Erzeugen einer zweiten Ableitung 2(c) und einem Komparator 14 an, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Absolutwert der ersten Ableitung über einem Mindestwert liegt

Der Schalter 15 ist so geschaltet, daß das zweite Ableitungssignal 2c von dem zweiten Differenzierglied 13 nur dann durchgeht, wenn der Komparator 14 ein Ausgangssignal liefert, bei dem der Absolutwert des ersten Ableitungssignals 2(b) über einem Mindestwert und im Bereich des Maximums liegt Mit dem

Komparator 14 wird ein Mindestwert für das erste Ableitungssignal 2(b) vorgegeben, und der Schalter 15 läßt das Signal 2(c) nur während der Zeit durch, bei der der Absolutwert der ersten Ableitung 2(b) oberhalb des Mindestwertes liegt. Das sich ergebende Signal 16 geht durch einen Null-Durchgangsdetektor 17. Der Ausgang des Null-Durchgangsdetektors 17 liegt an einer Impulsformungsschaltung 18 an und erzeugt einen Impuls, dessen Vorderflanke die Koinzidenz des Mittelpunktes des Strahlenbündels mit der kontrastierenden Kante anzeigt

F i g. 2 zeigt die ermittelten Signale beim Überstreifen der Vorderkante des Gegenstandes. Zum Messen des Gegenstandes 32 in F i g. 1 überstreicht das Strahlenbündel beide Kanten des Gegenstandes. Wenn das Strahlenbündel hinter dem Gegenstand austritt, ergeben sich ähnliche Kurvenzüge wie jene, die in F i g. 2 dargestellt sind, jedoch steigt die Kurve 2(a) von Null auf ein Maximum an, und die Kurven 2(b) und 2(c) verlaufen umgekehrt. Die Abmessung des Prüfgegenstandes wird durch den Abstand zwischen den beiden Kanten bestimmt. Zur einfacheren Messung kann die

ίο Kurve 2(b) für die Vorderkante des Gegenstandes 32 gekippt werden, so daß sich derselbe Kurvenverlauf wie für die vordere Kante ergibt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   L Optoelektronische Meßvorrichtung fur die Lage einer kontrastierenden Kante eines Gegenstandes,beiderdie kontrastierende Kante mit einem von einer Energiequelle erzeugten schmaleriStrahlenbündel abgetastet wird und das schmale Strahlenbündel und wenigstens eine kontrastierende Kante

   gegeneinander beweglich sind, mit einem photoelek- ία ionischen Wandlerelement, das das durch die kontrastierende Kante des Gegenstandes beemflußte Strahlenbündel erfaßt und erste Signale liefert, mit einem ersten Differenzierglied, das aus den ersten Signalen zweite Signale mit maximaler «5 intensität an den der kontrastierenden Kante entsprechenden Punkten erzeugt, und einer Aus-Werteinrichtung zur Ermittlung der Lage der kontrastierenden Kante des Gegenstandes, die dem Wandlerelement nachgeschaltet ist g e k e η η zeichnetdurch folgende Merkmale:

   a) der Ausgang des ersten Differenz.erghedes(12) ist mit dem Eingang eines zweiten Differenziergliedes (13) und mit dem Eingang eines Komparators verbunden;

   b) der Auswerteinrichtung ist ein Schalter (15) vorgeordnet, an den die Ausgänge des Komparators (14) und des reiten Differenzierghedes (13) derart gelegt sind, daß der Schalter (15) fur die Ausgangssignale des zweiten Differenziergliedes (13) nur dann durchlässig ist, wenn der Komparator (14) einem Schwellwert der zweiten Signale zugeordnete Ausgangssignale he-