DE2639802A1

DE2639802A1 - Verfahren und anordnung zum beruehrungsfreien messen

Info

Publication number: DE2639802A1
Application number: DE19762639802
Authority: DE
Inventors: Per Dipl Ing Strandberg
Original assignee: Kockums Automation AB
Current assignee: Kockums Automation AB
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-04-21
Also published as: AU1811176A; US4097159A; SE388272B; NO143545C; NO143545B; SE7511507L; FI762589A; DE2639802C3; FI59300C; NO763512L; GB1532834A; FI59300B; DE2639802B2; CA1078172A; AU504039B2

Description

PATENTBYRAN KLAUBiR & CO Kommenciitbolag · STOCKHOLM

Postadress: Box 40049 · 103 42 Stockholm Besöksadress / Office address: Sergels Torg 12 Tel. (08) 10 43

Hinr*lchurj0*?«rtig zur Weiterleitung erhalten

PatenfanWäffiä

«S. R. BEETZ SEN. = DIPL=ING. K. LAMPRECHT
I. R. BEETZ JR. - RA DIPL-PHYS. U. HElDRICH
DR.-1NG. W. TlMPE - DIPL-ING. J. SIEGFRIED
Ste'nsdorfstraße 10 - 8000 München 22

080-25-97OP 3. 9. 1976

Kockums Automation AB
Remadivisionen, Vaster äs, Schweden.

Verfahren und Anordnung zum berührungsfreien Messen.

Die Erfindung betrifft eis ^/erfahren und eine Anordnung zum berührungsfreien Messen mit optischer Abtastung eines Messgegenstandes in dessen Querschnitt drei bis vier Messpunkte, die z.B. den Längenkanten am Gegenstand oder anderen wichtigen Stellen entsprechen, vermessen sein sollen.

Obwohl die Erfindung im Folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert wird* ψιο der Messgegenstand ein Brett mit zwei s.g. Baumkanten ist, und olbssoM. sich die Erfindung zu dieser Anwendung besonders gut eignet,? so Ist sie keineswegs darauf oder auf Gegenstände mit ähnlichem Aussehen beschränkt.

In der Sägewerksindustrie ist: es bekannt, Gegenstände wie Bretter mittels verschiedener Anordnungen optisch abzutasten, die zumindest einen Licht sender und eineB I=Ic htempf anger aufweisen, wobei die empfangenen Lichtsignale zu elektrischen Signalen umgewandelt werden_ff welche., gegebenenfalls nach entsprechender Bearbeitung Xtfie Verstärkung od, dgloj- in eine Auswerteeinheit, wie z.B. eine Compu-

0S818/073

teranlage eingespeist werden, wo sie entsprechend einem vorgewählten Programm verarbeitet werden um ein zu Indikations- und/oder Steuerzwecken brauchbares Ausgangssignal, bzw. eine ganze Serie solcher Signale, zu liefern. Bei manchen der hiebei angewandten Computerprogramme, bei denen eine s.g. Optimierung der auswertbaren Fläche oder des auswertbaren Volumens angestrebt wird, muss ein und derselbe Messgegenstand in einer Vielzahl/ von Abständen voneinander befindlichen Messebenen vermessen werden, da der Querschnitt der Brettes sich der Länge nach verändert.

Die vorbekannten optischen Abtastverfahren und -einrichtungen arbei- ' ten entweder mit reflektiertem Licht oder nach dem Abschirmprinzip. Im erstgenannten Fall ist das Messergebnis ganz vom Helligkeitskontrast (Unterschied im Rückstrahlvermögen) zwischen der in der Regel dunkleren Baumkante und der reingesägten ebenen Brettfläche, und/ /oder von der mehr oder minder scharfen Ausgestaltung der Grenzlinie zwischen der Baumkante und der ebenen Fläche abhängig. Die Messerg_ebnisse sind deshalb recht unverlässlich, da sowohl unbedeutende Helligkeitsunterschiede_/ wie auch ganz unscharfe Übergänge zwischen einer Baumkante und einer reingesägten ebenen Fläche in der Praxis vorkommen.

Bei Messung nach dem Abschirmprinzip wird nach vorbekannter Art der Schatten vermessen,welchen der beleuchtete Messgegenstand z.B. auf eine Garnitur von Lichtempfängern wirft. Das Auflösungsvermögen, d.h. die Messgenauigkeit, ist vom gegenseitigen Abstand der einzelnen Empfänger abhängig. Im allgemein kann hiebei in jeweiliger Richtung immer nur die grösste Abmessung, d.h. bei einem Brett diejenige der breiteren ebenen Fläche, festgestellt werden, da diese für die Grosse des Schattens ausschlaggebend ist. Zur Bestimmung einer optimal ausnutzbaren Fläche oder eines optimal ausnutzbaren Volumens ist es jedoch notwendig die Abmessungen gerade der schmäleren ebenen Fläche (der "Oberseite" des Brettes) zu kennen.

Die vorliegende Erfindung stellt sich, die ÄafgaSie ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das bzw. die im wesentlichen nach dem Abschirmprinzip arbeitet, ohne jedoch auf einer Schattenmessung zu beruhen. Die Erfindung geht von einem

709816/0738

Verfahren aus, bei dem ein Messgegenstand, in dessen Querschnitt drei bis vier Messpunkte vermessen werden sollen, eine Relativbewegung gegenüber einem Abtastsystem durchführt, welches zumindest zwei je einen Abtaststrahl aussendende Sender und zumindest zwei auf diese Abtast strahl en ausgerichtete Empfänger enthält, welche bei Abschirmung und Wiederfreigabe der Abtaststrahlen durch den Messgegenstand elektrische Ausgangssignale erzeugen, welche zusammen mit Signalen von einem die Relativbewegung des Messgegenstandes erfassenden Lageanzeiger, in eine Auswerteeinheit wie Computoranlage od. dgl. eingegeben werden. Erfindungsgemäss kreuzen sich zumindest zwei Abtaststrahlen oder deren Projektionen auf eine hypothetische, mit den Abtaststrahlen parallele Projektionsebene und verlaufen hiebei schräg zur Richtung der Relativbewegung, wobei das Ausgangssignal, welches erzeugt wird wenn der erste Abtaststrahl in einem Abtaststrahl paar unterbrochen bzw. abgeschirmt wird, als Bestimmung eines Messpunktes im Querschnitt des Messgegenstandes bewertet wird, während dasjenige Ausgangssignal, welches erzeugt wird wenn die Abschirmung des zweiten Abtaststrahles im gleichen Abtaststrahlpaar aufgehoben wird, als Bestimmung eines anderen Messpunktes an der gleichen, im wesentlichen parallel mit der Richtung der Relativbewegung verlaufenden Kante im Querschnitt des Messgegenstandes bewertet wird. Unter "Relativbewegung" wird hiebei verstanden dass sowohl der Messgegenstand bewegt werden kann und das Abtastsystem stillstehen kann, wie umgekehrt, wobei eventuell beide Teile sich auch gleichzeitig bewegen können, doch auf unterschiedliche Weise.

Durch die Schräglage der Abtaststrahlen gegenüber der Bewegungsrichtung wird einerseits die Mess empfindlichkeit bestimmt und anderseits das Ausmass, in welchem von einer Querschnittskante verbogene Ecken erfasst werden können, wie dies im weiteren bei der Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert sein wird. Der günstigste Winkel ist somit im wesentlichen von der Form des Messgegenstandes abhängig.

Hiebei ist hervorzuheben dass es im Prinzip unwesentlich ist, an welcher Stelle der Kreuzungspunkt der Abtaststrahlen oder der Abtaststrahlprojektionen liegt. Wesentlich ist, dass von den Abtast-

709816/0738

strahlen ein "Messkreuz" gebildet wird, mittels weichen! ein Parallelogramm vermessen wird, dessen Seiten mit den betreffenden Abtaststrahlen parallel sind, und in welches der Messgegenstand eingeschrieben werden kann. Dadurch .wird Information über die Ausdehnung des Messgegenständes in zwei Richtungen erhalten, wobei jedoch viele Messgegenstände eine derartige Quer Schnittsform haben, dass die Berührungspunkte der Abtaststrahlen bereits die gesuchte Messinformation liefern können. Die einfachste Querschnittsform ist begreiflicherweise, ein Kreis bzw. in der Praxis eine kreisähnliche Kurve, und da wird mit dem Verfahren gemäss der Erfindung der Wert des Durchmessers in zwei verschiedenen Richtungen erhalten.

Das Verfahren eignet sich jedoch insbesondere zur Anwendung bei drei- - oder vierkantigen Gegenständen, wenn die Orientation des Gegenstandes, die Bewegungsrichtung und die Schräge der Abtaststrahlen so gewählt wird, dass man von vorherein weiss, dass die Eerührungspunkte die gesuchten Messpunkte, d.h. die Eckpunkte im Querschnitt des Gegenstandes, bilden. Bei Kenntnis der Lage eines Eckpunktes im Verhältnis zu einer bekannten, parallel mit der Bewegungsrichtung verlaufenden Bezugsebene, kann die Lage des Eckpunktes auch in anderen Richtungen bestimmt xtferden. Die erwähnte Kenntnis kann hiebei auf verschiedene Weise erworben werden, z„B. durch mechanische Ausrichtung des Messgegenstandes, dadurch dass eine oder einige seiner Abmessungen vorbekannt sind, oder mittels einer im Folgenden beschriebenen Zweistrahlvermessung.

Jeder Sender kann nämlich in Weiterentwicklung der Erfindung in seiner Messebene (d.h. in der Ebene des vermessen Querschnittes des MessgegenStandes) mit zwei Empfängern zusammenarbeiten, oder umgekehrt kann jeder Empfänger in seiner Messebene mit zwei Sendern zusammenarbeiten « Die verdoppelten Organe werden hiebei z.B. so angeordnet, dass die betreffenden zwei Abtaststrahlen z_oB. einen Winkel von ungefähr 3° bis 45 miteinander einschliessen. Bei dieser Anordnung, wo also vier Äbtaststrahlen oder deren Projektionen auf einer gemeinsamen Ebene einander kreuzen? wird Information über die Lage der vier Eckpunkte eines trapezförmigen Gegenstandes (bzw,, Gegenstandes mit trapezförmigem Querschnitt) erhalten^ ohne dass sich dieser Gegenstand in bekannten Verhältnis zu einer bestimmten Bezugsebe-

709818/073

ne befinden müsste. Wenn es sich um ein Paralleltrapez handelt, und die parallelen Seiten einen bekannten Winkel mit der Bewegungsrichtung einschliessen, v/erden sogar nur drei Abtaststrahlen benötigt, d.h. bloss eines der Organe braucht verdoppelt zu sein.

Eei Messgegenständen, deren Querschnitt sich der Länge nach ändert, was, wie bereits angeführt, bei Brettern oft der Fall ist, wird die Abtastung in an sich bekannter Weise in mehreren miteinander parallelen Ebenen vorgenommen, und die Ausgangs signale der Empfänger werden hiebei vorzugsweise in eine einzige Auswerteeinheit eingespeist, wo sie nach einem eingelegten Programm verarbeitet werden, beispielsweise zu Optimierungsζwecken.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens enthält ein Abtastsystem mit zumindest zwei Sendern und zumindest zwei Empfängern für Abtaststrahlen, eine Anordnung zur Relativbewegung des Messgegenstandes gegenüber dem Abtastsystem, und ferner einen Lageanzeiger,, welcher der Relativbewegung entsprechende Signale erzeugt, sowie e.ine Auswerteeinheit wie Computer anlage od. dgl., in welche die Ausgangssignale der Empfänger und des Lageanzeigers eingespeist werden, und ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei zusammenarbeitende Sender-Empfängerpaare so angeordnet sind, dass die betreffenden Abtaststrahlen oder deren Projektionen auf eine hypothetische, mit den Abtaststrahlen parallele, Projektionsebene einander kreuzen und die Abtaststrahlen hiebei schräg zur Richtung der Relativbewegung des Messgegenstandes verlaufen.

Ein Empfänger wird im einfachsten Fall von einem Fotodetektor irgend eines herkömmlichen Typs, ohne jedwede Ergänzungen, gebildet. Vorzugsweise kann er jedoch mit einem Lichtleiter versehen werden, dessen Stirnfläche so untergebracht ist, dass sie den Abtaststrahl vom zugehörigen Sender abfangen kann und somit den Aufnahmeteil des ganzen Empfängers bildet, während der Endabschnitt des Lichtleiters gegenüber demjenigen Teil des Fotodetektors angebracht wird, der zur Lichtaufnahme bestimmt ist und anderwertig den optischen Eingang bilden würde. Unter optischen Ein- bzw. Ausgang wird derjenige Teil eines Funktionselementes verstanden, durch welchen ein empfangener Strahl aufgenommen bzw. ein ausgesandter Strahl herausgelassen wird.

709816/0738

Dadurch v/ird ein besonders bedeutender Vorteil in dem Fall gewonnen, wo in mehreren parallelen Ebenen vermessen werden soll, denn anstatt Fotodetektoren mit zugehörigen Druckschaltungsplatten in jeder Messebene direkt im eigentlichen Messfeld anordnen zu müssen, können die elektronischen Komponenten in einem einzigen gemeinsamen Elektronikschrank untergebracht werden, wo auch die übrige elektronische Ausrüstung ihren Platz findet. Eine weitere Vereinfachung kann hiebei dadurch erreicht werden, dass eine Anzahl Sender gemäss dem Zeitmultiplexprinzip nacheinander gezündet wird und die entsprechenden Lichtleiter auf der Empfängerseite zu einem und demselben Empfänger geführt werden. Die hiedurch zustandegekommene bedeutende Vereinfachung besteht im wesentlichen darin, dass eine Anzahl von Fotodetektoren· mit zugehörigen Druckschaltungsplatten gänzlich entfallen kann.

Als Sender kann im Prinzip jede geeignete Lichtquelle angewandt werden. Da keine besonders starke Leuchtleistung verlangt wird, eignen sich Lumineszenzdioden ausgezeichnet, wobei es insbesondere vorteilhaft ist derartige anzuwenden, welche unsichtbare Strahlung abgeben die von einem Fototransistor aufgenommen werden kann.

Durch Anwendung von moduliertem Direktlicht kann in hohem Grade Störungsfreiheit bzw. völlige Unabhängigkeit von äusserer Beleuchtung mit sichtbarem oder unsichtbarem Licht, welches nicht gerade in der für die Sender gewählten Frequenz moduliert ist, erreicht werden.

Ausdrücke wie "optisch", "Abtaststrahl" u. dgl. beziehen sich somit in der vorliegenden Beschreibung und in den angeschlossenen Patentansprüchen sowohl auf das sichtbare, wie auf das unsichtbare Strahlungsgebiet.

Irgend eine kritische Grenze dafür, was als Kante und was als Oberseite betrachtet werden soll, gibt es beim erfindungsgemässen Verfahren, zum Unterschied von den Reflexionsmethoden, überhaupt nicht.

Zur Ausrichtung des Abtaststrahles auf die Verbindungslinie zwischen dem Sender und dem zugehörigen Empfänger wird mit Vorteil ein Blendenelement vor dem Sender und/oder dem Empfänger angeordnet. Während durch Anordnung eines Blendenelementes vor dem Sender der ausgesandte

7098.1-6/073-β

Strahl in eine bestimmte Richtung ausgerichtet wird, hat ein Blendenelement vor dem Empfänger selektive Wirkung, indem es bloss den gehörigen Abtaststrahl und keine anderen Abtaststrahlen hindurchlässt. Andere Störstrahlung wird hiebei desto besser abgeschirmt, je kleiner die Blendenöffnung ist. Diese sollte daher so klein wie möglich gewählt werden, doch mit Rücksicht darauf, dass sich die zugehörigen Sender und Empfänger leicht aufeinander ausrichten lassen.

Am einfachsten wird ein Blendenelement in der Form einer Platte mit jeweils einer Blendenöffnung für die optischen Aus- bzw. Eingänge eines jeden Senders bzw. Empfängers angeordnet. Hiebei kann der Zwischenraum zwischen der jeweiligen Platte und der Stirnseite der betreffenden Sender bzw. Empfänger mit Vorteil zu einem Kanal ausgestaltet werden, in welchen Druckgas(z.B.Druckluft)eingeblasen werden kann zwecks Reinhaltung sowohl der Blendenöffnungen, wie der optischen Aus- und Eingänge. Sowohl die Sender wie die Empfänger können auch mit üblichen Linsensystemen zur Bündelung der jeweiligen Abtaststrahlen versehen werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der anschliessenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den angeschlossen Patentansprüchen hervor.

Die Erfindung soll nun anhand von einigen Ausführungsbeispielen gemäss den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Hiebei zeigen

FIGUR 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens,

FIGUR 2A bis 2C drei verschiedene Möglichkeiten zur Unterbringung des Messgegenstandes im Verhältnis zu einer Bezugsebene,

FIGUR 3 eine schematische Darstellung eines abgeänderten Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung, und

FIGUR 4 und 5 in Draufsicht und im Schnitt eine erfindungsgemässe Anordnung zur Vermessung in mehreren Messebenen.

709816/0738

Gemäss Fig. 1 wird ein Brett 3 auf einem mit Mitnehmern 4 versehenen Förderer 5 in Richtung des Pfeiles P bewegt. Ein Lageanzeiger 6, beispielsweise ein Impulsgeber/ erzeugt Signale welche der Bewegung des Förderers 5 und somit auch des Brettes 3 entsprechen. Der Antrieb des Förderers ist herkömmlicher Art und ist übersichtlichkeitshalber nicht eingezeichnet. Unter dem Förderer, der im wesentlichen lichtdurchlässig ist, wie dies z.B. bei bekannten Kettenförderen der Fall ist, sind zwei Sender 11 und 12, und über dem Förderer zwei mit diesen Sendern zusammenarbeitende Empfänger 21, 22 angeordnet. Der Sender 11 sendet einen Abtaststrahl ln_ und der Sender 12 einen Abtaststrahl 2ii aus. Diese zwei Abtaststrahlen, die das eingangs erwähnte Attaststrahlpaar bzw. Messkreuz bilden, werden in der Zeichnung Fig. 1 in vier nacheinander folgenden Zeitmomenten m, n, £ und p_ gezeigt .Mit voll ausgezogenen Linien werden hiebei die Abta st strahlen im Moment n_, dem zweiten in der Zeitfolge, gezeigt. Es ist selbstverständlich, dass auch die Abtaststrahlen Ip, 2m und 2£ in Wirklichkeit aus den Sendern 11, 12 ausgehen und auf die Empfänger 21, 22 ausgerichtet sind, da es sich ja immer um die gleichen Strahlen handelt,- es. ist das Brett 3, welches in den einzelnen Momenten m_, n, o_, p_ seine Lage geändert hat.

Aus der Zeichnung geht jedoch in diesem Zusammenhang klar hervor, dass der Messgegenstand auch stillstehen und das Sender-Empfänger— system einer Bewegung ausgesetzt werden kann, um das angestrebte Ziel zu erreichen»

Das zweite Moment n_ entspricht dem Zeitpunkt, in welchem der Abtaststrahl In demnächst vom linken oberen Eckpunkt p_ des Brettquerschnittes, der einen der Messpunkte bildet, abgeschirmt sein wird. Der Abtaststrahl 2ii ist hiebei bereits von der Unterseite des Brettes 3 bei X abgeschirmt, und war dies schon -eine Zeitlang, nämlich seit dem ersten Moment n_₇ wo sich das Brett 3 in einer derart in der Zeichnung nach rechts verschobenen Lage befand, dass der linke untere Eckpunkt A, der ein weiterer der Messpunkte ist, den Abtaststrahl 2n unterbrochen hat (also als A in X war) .

Im Moment m wurde im Empfänger 22 zufolge des Überganges von Hell zu Dunkel ein Signal erzeugt mit Hilfe wessens - in Korrelation mit der Signalfolge vom Lageanzeiger 6 - die Lage von A festgestellt

709816/0738

wurde. Eine analoge Signalerzeugung in Bezug auf den Eckpunkt D wird demnächts im Empfänger 21 statt finden, wenn der Abbruch des Abtaststrahles In. dort einen gleichartigen He 11-D unk el über gang verursacht.

Im dritten Moment o_ wird der Abtaststrahl 2c_ vom oberen rechten Eckpunkt C_ (einem weiteren der Messpunkte) wieder freigegeben. Im Empfänger 22 wird da zufolge des Dunkel-Hellüberganges ein Signal erzeugt, welches in Korrelation mit den Signalen vom Lageanzeiger 6 die Lage des Eckpunktes C angibt. Auf analoge Weise wird im vierten Moment p_ der Abtaststrahl lp_ vom unteren rechten Eckpunkt B (dem letzten Messpunkt) freigegeben, wodurch die Lage auch dieses Eckpunktes bestimmt werden kann.

Die derart erhaltenen Lagebestimmungen beziehen sich eigentlich auf Projektionen der Eckpunkte A, B_, C_, D auf eine Bezugsebenen Z_ (Fig. 2A-2C). Zur genauen Bestimmung der gegenseitigen Lage der Eckpunkte wird noch eine Information über die Dicke t_ des Brettes 3 benötigt. In der Praxis ist dies meistens ein vorbekannter Wert (normalisierte Brettdicke).

In den Zeichnungen Fig. 2A_r 2B und 2C werden drei Auswertemöglichkeiten mit Hilfe einer Bezugsebene Z_ dargestellt, welche entweder von der Fördererfläche selbst (2A, 2C) oder beispielsweise von besonderen Schienen 7,gegen welche der Messgegenstand von Anpressorganen 8 gepresst wird (2B), gebildet sein kann. Bei den Verfahren gem. Fig. 2A und 2B wird bei der Messung Information über die wichtigen Eckpunkte C und p_ erhalten auch wenn t_ nicht bekannt ist, und wenn t_ bekannt ist, dann auch über die.übrigen Messpunkte A und B. Gemäss 2C wird Information über die Eckpunkte A und B erhalten, wobei zur Bestimmung von C_ und D Kenntnis von t_ gefordert wird.

Im Spezialfall der Breiten- und Dickenmessung bei Gegenständen mit rechtwinkligem Querschnitt geben alle drei Methoden Bescheid sowohl über die Breite, wie über die Dicke. Wenn der Gegenstand bzw. sein Querschnitt trapezförmig ist, benötigt man Information über den Abstand A-Z und B-Z um die Eckpunkte A bzw. E gemäss

709816/0738

Fig. 2A und 2B bestimmen zu können. Entsprechendes gilt auch für die Eckpunkte G und D_ in Fig. 2C.

Es ist offensichtlich und geht auch aus den Zeichnungen hervor, dass die Sender und Empfänger auf willkürlicher Seite der Bewegungsbahn des Messgegenstandes liegen können, und dass die Schräge der Abtaststrahlen gegenüber dieser Bahn, d.h. der Winkel oC , keinen Einfluss auf das Messprinzip als solches hat, sondern bloss auf die erzielte Messgenauigkeit und den Umstand, welche Querschnittsformen (mit Hinsicht auf die Schrägkeit ihrer Kanten) messbar sind. Wenn der Abtaststrahl z.B. in einem Winkel von oC'■=■ 2 0° gegen die Bahn geneigt ist, so können keine Gegenstände vermessen werden, deren Kanten unter einem kleineren Winkel, z.B. 15°, zur Bahn geneigt sind. Der Eckpunkt D in Fig. 1 wäre da vom Eckpunkt A verdeckt und ähnlicherweise G_ von B.

Zu den messbaren Gegenständen gehören jedoch ausser aller Gegenstände, deren Querschnitt in einem Parallelogram "eingerahmt" werden kann, im Prinzip auch Dreieckformen mit genügender Neigung der Kanten, da diese Formen als ein Sonderfall eines Vierecks mit zwei "verschmolzenen" Eckpunkten (z.B. C und D) betrachtet werden können,

Es ist ferner offensichtlich, dass die Lage des Kreuzungspunktes der Attaststrahlen, der in den Zeichnungen nicht eingezeichnet ist und der erhalten wird, wenn in Fig. 1 der Strahl ^n_ gegen den Strahl In hin gezogen wird, an keiner bestimmten Stelle liegen muss.

Je nach der grösseren oder kleineren Regelmässigkeit des Messgegenstandes "in der Tiefe", d.h. rechtwinklig zur Zeichenebene der Fig. 1, bzw» in der Zeichenebene der Fig. 4, ist es mehr oder minder kritisch/ ob beide Abtaststrahlen eines Abtaststrahlpaares tatsächlich in einer Ebene liegen, oder ob sie z.B. im Abstand von einigen Millimetern nebeneinander verlaufen. Aus diesem Grund wird als Bedingung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens angegeben, dass entweder die ASrtaststrahlen selber, oder aber deren Projektionen auf eine hypothetische, mit ihnen parallele Ebene (wie z.B. die Zeichenebene von Fig. 1) sich kreuzen sollen.

70981670730

Gemäss Fig. 3 arbeiten zwei in gleicher Messebene angeordnete Sender 11A, llB bzw» 12A, 12B mit einem einzigen Empfänger 21 bzw. 22 zusammen. Gleichwohl kann auch ein Sender mit zwei in gleicher Messebenen angeordneten Empfängern zusammenarbeiten, da es für das erfindungsgemässe Messverfahren offensichtlich unbedeutend ist, in welcher Richtung sich die Strahlen fortpflanzen und im Schema gem. Fig. 3 die Bezugszeichen für die Sender und für die Empfänger gegeneinander vertauscht werden können, ohne dass dadurch die geometrischen Prinzipe beeinträchtigt wären. Die folgenden Erläuterungen gelten somit gleicherweise für beide Fälle.

Jeder der Abtaststrahlen IA, IB bildet ein Doppelpaar mit einerseits dem Äbtaststrahl 2A, anderseits 2B. Die Situation kann auch so aufgefasst werden, als ob ein zweites Abtastsystem dem ersten in etwas winkelverschobener Lage überlagert wäre, wobei die Empfänger- (oder Sender-)Seiten beider Systeme verschmolzen wären. Da der Po&itionsuntersehied zwischen dem Durchgang einer Kante durch einen Α-Strahl (IA, 2A) einerseits und einen B-Strahl (IB, 2B) anderseits proportioneil der Höhe der Kante (von den Empfängern 21, 22 an gerechnet) ist, kann nun unabhängig von der Orientierung des Messgegenstandes die Lage aller Kanten berechnet werden. Der Messgegenstand braucht hiebei nicht parallele Seiten haben, sondern er kann auch z.B. trapezförmig sein. Diese Methode ist unabhängig sowohl von der Orientation des Messgegenstandes (nach oben oder nach unten) wie von irgendeiner Bezugsebene, was in der Zeichnung Fig. 3 durch die drei Alternativen 3, 3a, 3b für die unterbringung des Messgegenstandes angedeutet ist.

In Fig. 4 wird eine vorgezogene Anordnung zur Messung bzw. Abtastung in mehreren miteinander parallelen Messebenen, von denen jedoch nur drei, nämlich I, II, III in der Zeichnung dargestellt sind, gezeigt. Die Zeichenebene der Fig. 4 kann hiebei z.B. als eine gegen die Zeichenebene von Fig. 1 winkelrechte und den Abtaststrahl In enthaltene Ebene aufgefasst werden. Die ansehliessende Fig. 5 ist ein mit einer beliebigen Messebene I, II, III zusammenfallender Schnitt durch die Anordnung gem. Fig. 4.

Eine Anzahl von Sendern 11, vorzugsweise in der Form von Lumineszenzdioden, sind in einem Sendertalken 14 angeordnet und mittels

•709816/0731

At

Leitungen 13 an einen nicht dargestellten Oszillator als Stromquelle angeschlossen, so dass sie moduliertes Infrarotlicht ausstrahlen, Auf der Empfängersexte ist eine entsprechende Anzahl von Empfängern in einem ähnlichen Empfängerbalk 24 angeordnet. Die Empfänger bzw, deren optische Eingänge 21' werden im dargestellten Beispiel von Stirnflächen von Lichtleitern 23 gebildet. Die Lichtleiter sind im Innern des Empfangerbalkens 24 zu einem Knüppel 23' gesammelt, in dem sie zu nicht dargestellten Fotodetektoren geleitet werden. Auf diese Weise sind alle elektronischen Bestandteile aus dem Empfängerbalken 24 entfernt worden. Bei Anwendung der eingangs erwähnten Zeitmultiplexmethode wird das Knüppel 23' von allen optischen Eingängen 21' oder zumindest von einer Gruppe dieser Eingänge zu einem, einzigen Fotodetektor in einem Elektronikschrank 25 geführt.»

Links unten in der Fig. 4 wird im Senderbalken 14 eine Senderanordnung gezeigt, die als Analogie zu der soeben beschriebenen Empfängeranordnung bezeichnet werden kann. Die optischen Ausgänge II¹ der Sender v/erden aus Stirnflächen von Lichtleitern 113 gebildet, die im Innern des Senderbalkens 13 zu einem Knüppel gesammelt sind, in dem sie zu einer Lichtquelle 115 geführt werden. Diese Anordnung kann, muss aber nicht, mit der Lichtleiteranordnung auf der Empfängerseite kombiniert werden. Es ist offensichtlich, dass die Lichtleiter auf beiden Seiten gleicher Art und Beschaffenheit sein können.

Zweckmässige optische Ein- oder Ausgänge auf den Lichtleitern werden auf einfache Weise dadurch erhalten, dass die Endpartie des Lichtleiters erwärmt wird bis dort eine perlformige Erweiterung entsteht, die wie eine Konvexlinse Licht sammelt und gleichzeitig einen mechanischen Anhalt bildet bei der Befestigung des Lichtleiters in einer Öffnung, deren Durchmesser bloss dem normalen Durchmesser des Lichtleiters entspricht.

Vor den optischen Ausgängen bzw, vor der Wand des Senderbalkens 13, in der sie angeordnet sind, ist eine Platte 15 mit je einer Blendenöffnung 16 vor jedem optischen Eingang angeordnet. Auf entsprechende Weise ist vor der- Wand des Empfängerbalkens 24, in der sich die optischen Eingänge befinden, eine Platte 15' angeordnet mit je

709816/073-β

einer Blendenöffnung 16' vor jedem optischen Eingang. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die Blendenöffnungen 16, 16' nur vor einem der beiden Balken 14, 24 angeordnet zu werden brauchen. Bei Y und Y¹ wird veranschaulicht, wie das Bl end ene leine nt vor dem Empfängerbalken 24 nicht nur Licht von anderen als dem zugehörigem Sender wirksam ausschliesst, sondern auch den grossten Teil allen übrigen Streu- und Störlichtes.

Der Raum hinter den Platten 15, 15' kann, wie aus Fig. 5 hervorgeht, vorzugsweise zu einem Kanal ausgestaltet werden, in den zu Reinhaltezwecken Druckluft z.B. in Richtung der Pfeile T (Fig. 4) eingeblasen werden kann.

Bei einer entsprechenden Anordnung die nach der Methode gem. Fig. arbeitet, ist vorzugsweise der ganze jeweilige Balken (Senderbalken 14 oder Empfängerbalken 24) verdoppelt. Der zweite Balken ist hiebei etwas unter- oder oberhalb der Zeichnungsebene der Fig. 4, amsonstens aber im wesentlichen in Deckung mit dem eingezeichneten Balken, zu denken,-Es ist jedoch anzuführen, dass es in der Regel keinesfalls notwendig ist diese Elementverdoppelung in jeder von einer Vielzahl von Messebenen durchzuführen, sondern dass es beispielsweise in der Brettmesspraxis genügt, wenn die Verdoppelung z.B. bloss in jeder fünften bis zehnten Messebene durchgeführt wird.

Es ist bereits angeführt worden, dass sowohl der Messgegenstand bewegt sein und das Abtastsystem stillstehen kann, wie umgekehrt. In der Brettmesspraxis wird mit Vorteil die erstgenannte Alternative angewandt, da man hiebei im wesentlichen ohne besondere Anstalten die Vorschubbewegung der Bretter ausnützen kann, die ohne dies für die Zuführung der Bretter an verschiedene Arbeitsstationen bei der Bearbeitung notwendig ist. Ein grosser Vorteil, den die vorliegende Erfindung mit sich bringt, liegt eben darin, dass die Bretter, Stöcke u.s.w. zu Mess- bzw. Abtastzwecken nicht in ihrer produktionsbedingten Bewegung gestoppt und/oder zu einer besonderen Messstation geführt werden müssen, wie das bei einigen früheren Methoden der Fall ist, weil das erfindungsgemässe Abtastsystem inkl. Lageanzeiger mit jeder herkömmlichen lichtdurchlassenden Fördereranlage zusammenarbeiten kann.

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum berührungsfreien Messen mit optischer Abtastung eines Messgegenstandes, in dessen Querschnitt drei oder vier Messpunkte vermessen werden sollen, und der eine Relativbewegung gegenüber, einem Abtastsystem durchführt, welches zumindest zwei je . einen Abtaststrahl aussendende Sender und zumindest zwei auf diese Abtaststrahlen ausgerichtete Empfänger enthält, welche bei Abschirmung und Wiederfreigabe der Abtaststrahlen durch den Messgegenstand elektrische Ausgangssigriale erzeugen welche zusammen mit Signalen von einem die Relativbewegung des Messgegenstandes erfassenden Lageanzeiger in eine Auswerteeinheit wie Computoranlage od. dgl. eingegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Abtaststrahlen oder deren Projektionen auf eine hypothetische mit den Abtaststrahlen parallele Projektionsebene einander kreuzen und hiebe! schräg zur Richtung der Relativbewegung des Messgegenstandes verlaufen, und dass das Ausgangssignal, welches erzeugt wird wenn der erste Abtaststrahl in einem Abtaststrahlpaar abgeschirmt wird, als Bestimmung eines Messpunktes im Querschnitt des Messgegenstandes bewertet wird, während dasjenige Ausgangssignal, welches erzeugt wird wenn die Abschirmung d es zweiten Abtaststrahles im gleichen Abtaststrahlpaar aufgehoben wird, als Bestimmung eines anderen Messpunktes der an der gleichen; im wesentlichen parallel mit der Richtung der Relativbewegung verlaufenden Kante im Querschnitt des Messgegenstandes bewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sender in seiner Messebene mit zwei winkelmässig gegeneinander versetzten Empfängern, oder ein Empfänger in seiner Messebene mit zwei winkelmässig gegeneinander versetzten Sendern zusammenarbeitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Abtastung in mehreren miteinander parallelen Messebenen durchgeführt wird und die AusgangsSignaIe in einen einzigen Computor zur gemeinsamen Auswertung eingespeist werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtaststrahlen von der Stirnfläche eines Lichtleiters aufgefangen werden, dessen entgegengesetzte Endpartie vor dem optischen Eingang eines Fotodetektors angeordnet ist. -

5.. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sender nach dem-Zeitmultiplexverfahren nacheinander

709816/0738

ORiGlNALiNSPECTED

gezündet werden und die entsprechenden Lichtleiter zu einem und demselben Empfänger geführt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender und die Empfänger für modulierte Strahlung angepasst sind.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, welche ein Abtastsystem mit zumindest zwei Sendern (11, 12) und zumindest zwei Empfängern (21, 22) für Abtaststrahlen (In, 2n), eine Anordnung (5) zur Relativbewegung des Messgegenstandes (3) gegenüber dem Abtastsystem und ferner einen Lageanzeiger (6), welcher der Relativbewegung entsprechende Signale erzeugt, sowie eine Auswerteeinheit wie Computer anlage od. dgl., in welche die Ausgangssignale der .Empfänger und des Lageanzeigers eingespeist werden, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei zusammenarbeitende Sender-Empfängerpaare (11, 21; 12, 22) so angeordnet sind, dass die betreffenden Abtaststrahlen (In, Ip, 2n, 2m, 2o) oder deren Projektionen auf eine hypothetische, mit den Abtaststrahlen parallele Projektionsebene einander kreuzen und hiebei schräg zur Richtung (P) der Relativbewegung des Messgegenstandes (3) verlaufen.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einem Sender in gleicher Messebene zwei winkelmässig gegeneinander versetzte Empfänger oder einem Empfänger in seiner Messebene zwei gegeneinander winkelmässig versetzte Sender zugeordnet sind (Fig. 3).

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abtastsystem hintereinander angeordnet sind in miteinander parallelen Messebenen (Fig. 5).

10. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger Lichtleiter (23) aufweisen, deren Stirnfläche zum Auffangen des AbtastStrahles vom zugehörigen Sender angeordnet ist und somit den optischen Eingang des Empfängers bildet, während die gegenüberliegende Endpartie vor dem lichtempfangenden Teil eines Fotodetektors angeordnet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,dass eine Anzahl von Sendern nach dem Zei tmultipiexprinzip zur zeitlich nacheinander folgenden Zündung angeordnet sind und die entsprechenden Lichtleiter zu einem und demselben Fotodetektor geführt sind.

709816/0738

12. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender bzw. deren optische Ausgänge von Stirnflächen (II¹) von Lichtleitern (113) gebildet werden, die von einer Lichtquelle (115) ausgehen.

13. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausrichtung der ausgesandten bzw. empfangenen Abtaststrahlen Blenden, vorzugsweise in der Form einer mit Blendenöffnungen (16, 16' ) versehenen Platte (15, 15' ) in Abstand vor dem optischen Aus- bzw. Eingang eines jeden Senders und/oder Empfängers angeordnet sind.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen den Stirnflächen der Sender bzw. Empfänger und der jeweiligen Blendenplatte (15, 15¹) zu einem Kanal (17, 17') ausgestaltet ist, in den zu Reinhaltezwecken Druckgas hineingeblasen werden kann.

15. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender aus Zumineszenzdioden und die Empfänger bzw. deren Fotodetektorteile aus Fototransistoren bestehen.

709816/0738