DE2908534A1

DE2908534A1 - Messlehre

Info

Publication number: DE2908534A1
Application number: DE19792908534
Authority: DE
Inventors: Joseph William Marshall
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: Integrated Photomatrix Ltd London Gb
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1979-09-13
Also published as: IT7967497A0; BE874706A; FR2419508B1; US4895449A; JPS60118904U; NL7901815A; JPS54139576A; IT1119691B; NL186405B; DE2908534C2; SE7902066L; FR2419508A1; NL186405C

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. Curt Wallach 03$34 Dipl.-lng. Qünther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 5. MRZ. 1979

Unser Zeichen: 165^3 K/Bu

British Steel Corporation, London, S.W.l, England,

Großbritannien

Meßlehre

90^837/0702

ORIGINAL INSPECTED

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Peststellung oder Messung einer Querschnittsabmessung oder einer Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt oder Querschnittsabmessung eines langgestreckten Gegenstandes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Meßlehre zur Messung der Gesamtquerschnittsabmessung und/oder der Geradlinigkeit langgestreckter Metallgegenstände, beispielsweise von Metallbarren _s Stangen oder Stäben.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist eine Meßlehre zur Peststellung oder Messung einer Querschnittsabmessung oder Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt oder Juerschnittsabmessung eines langgestreckten Gegenstandes, der sich relativ zur Meßlehre bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse vorgesehen ist, welches einen zentralen Hohlraum besitzt, durch den der zu messende Gegenstand hindurchwandern kann, daß eine Lichtquelle am Gehäuse so angeordnet ist, daß ein gebündelter Lichtstrahl nach dem sich bewegenden Gegenstand gerichtet wird, daß ein Bildsensor am Gehäuse derart angeordnet ist, daß Bilder der Grenzabschnitte des sich im gebündelten Lichtstrahl bewegenden Gegenstandes empfangen und elektrische Signale erzeugt werden., aus denen die vorerwähnte Querschnittsabmessung oder Abweichung abgeleitet werden kann und daß Mittel vorgesehen sind, um das Gehäuse um eine Achse zu drehen, die konzentrisch zu dem vom Gegenstand durchlaufenen Pfad verläuft.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Meßlehre zur Feststellung oder Messung einer Querschnittsabmessung oder einer Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt oder Querschnitt sabmes sung eines langgestreckten Gegenstandes, der sich relativ su der Meßlehre bewegt₉ dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiges Gehäuse vorgesehen ist, dessen Längsachse mit dem beabsichtigten Bewegungspfad des zu messenden Gegenstandes zusammenfällt, daß Mittel vorgesehen sind, um das Gehäuse um seine Längsachse zu drehen, daß eine Lichtquelle am

Gehäuse so angeordnet ist, daß ein gebündelter Lichtstrahl nach dem sich längs des vorbestimmten Bewegungspfades vorlaufenden Gegenstand gerichtet wird, daß ein Bildfühler auf dem Gehäuse an einer Stelle diametral gegenüber der Lichtquelle angeordnet ist, der elektrische Signale erzeugt, die repräsentativ sind für die Bilder, die von den Gegenständen empfangen werden, die durch den Lichtstrahl beleuchtet werden, und daß eine Signalauswertstufe die elektrischen Signale empfängt und Ausgänge liefert, die den von der Meßlehre festzustellenden oder zu messenden Parametern entsprechen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Peststellung oder Messung einer Querschnittsabmessung oder Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt oder Querschnittsabmessung eines langgestreckten Gegenstandes, der sich relativ zu der Lehre bewegt, in der Weise ausgestaltet, daß ein gebündelter Lichtstrahl von einer Lichtquelle nach dem sich bewegenden Gegenstand gerichtet wird, um Bilder der beiden Grenzabschnitte des Gegenstandes zu erzeugen, daß die so erzeugten Bilder von einem Lichtsensor aufgenommen werden, um elektrische Signale zu erzeugen, aus denen eine solche Querschnittsabmessung oder Abweichung abgeleitet wird, und daß die Lichtquelle und der Lichtfühler zusammen um den Bewegungspfad des Gegenstandes gedreht werden. Die Lichtquelle und der Bildfühler können auf einem Gehäuse gelagert sein, das um den Bewegungspfad des Gegenstandes herum drehbar ist. Die Lichtquelle kann entweder einen kontinuierlichen oder einen pulsierenden gebündelten Lichtstrahl liefern.

Der Bildsensor kann von einem einzigen Bildsensor oder von zwei Bildsensoren gebildet werden, die um einen vorbestimmten Abstand versetzt zueinander angeordnet sind. Jeder Sensor kann eine Photodioden-Anordnung umfassen, die in der Lage ist, elektrische Signale einer oder mehreren elektronischen Auswertstufen zu liefern.

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Die Meßlehre kann benutzt werden, um die Quersehnittsabmessung eines Metallstabes oder einer Metallstange festzustellen, der aus einem Walzstuhl austritt. Außerdem oder stattdessen kann die Meßlehre benutzt werden, um die Geradlinigkeit der Metallstange festzustellen. Bei dieser letztgenannten Ausbildung wird die Stange sowohl stromauf als auch stromab der Lehre abgestützt, um zu gewährleisten_s daß eine Stange, wenn sie gerade ist, sich im wesentlichen in der Längsachse der öffnung des zylindrischen Gehäuses bewegt. Die Lehre kann benutzt werden;, um Gegenstände zu messen, die verschiedene Querschnitte besitzen. So können beispielsweise die Abmessungen von Gegenständen festgestellt werden, die einen kreisförmigen, einen quadratischen, einen hexagonalen_s einen raudenförmigen oder einen ovalen Querschnitt besitzen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer

gemäß der Erfindung ausgebildeten Meßlehre ,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt einer Meßlehre ge

mäß Fig. Ij

Fig. 3 eine Seitenansicht der Meßlehre gemäß

Fig. 2 in Arbeitsstellung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Meßlehre wird ein kontinuierlicher oder ein gepulster gesammelter Lichtstrahl 1 der WoIframglühfadenlampe 2 über eine Kondenserlinse 3 nach einer sich bewegenden Stange 4 geschickt_s um Bilder gegenüberliegen der Grenzabschnitte der Stange H zu erzeugen. Die Bilder 5 und 6 werden durch eine Linse 7 auf zwei Reihen 8 und 9 von Photodioden abgebildet, die über eine elektrische Schaltung mit einer elektronischen Yerarbeitungseinheit 14 verbunden sind, die Ausgangssignale liefert, die Größe und/oder Geradlinigkeit

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der Stange 4 repräsentieren, die durch den Parallellichtstrahl 1 abgetastet wird·

Die Lampe 2, die Linsen 3,7 und die Photodiode 8,9 sind sämtlich auf einem rohrförmigen Gehäuse 10 montiert, durch das die Stange 4 hindurchtreten kann, wobei Lampe und Photodiodenreihen diametral gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. In der Innenwand des Gehäuses 10 sind optische Flachglasfenster 11,12 eingebaut, um eine Beleuchtung der Stange 4 zu ermöglichen, wenn diese durch die zentrale Öffnung des Gehäuses 10 hindurchtritt. Das Gehäuse 10 ist um seine Längsachse drehbar, um eine schraubenförmige Abtastung des Umfangs der Stange zu bewirken, wenn diese durch den Mittelkanal des Gehäuses 10 hindurchtritt. Bei einer Stange mit einem Durchmesser in einem Bereich zwischen 20 und 80 mm hat sich eine Drehzahl des Gehäuses von etwa 100 u/^in. als zweckmäßig erwiesen, wodurch sich ein vollständiger Meßzyklus einer Stange von 250 mm Länge bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 m/min, ergibt.

In Fällen, wo die Bewegung der Stange 4 in Ebenen normal zu ihrer Bewegungsrichtung begrenzt ist, kann ein kontinuierlicher Parallellichtstrahl benutzt werden. Wenn jedoch solche Bewegungen stattfinden können, wird ein gepulster Sammellichtstrahl benutzt, um die Lage der Stange wirksam "einzufrieren" wenn die Messung erfolgt.

Im folgenden wird auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen, wo die der Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Meßlehre weist einen zylindrisches Meßrohr 21 auf, welches in einem festen Ständer 22 über zwei Wälzlager 23 drehbar gelagert ist. Das Meßrohr besteht aus zwei Abschnitten, nämlich einem Auslaufabschnitt 24 über dem Ständer und einem Einlaufabschnitt 25, der vom,Auslaufabschnitt 24

ist

durch eine Stahlringscheibe 26 getrennt/und an dieser Ringscheibe 26 ist der Einlaufabschnitt 25 durch Schrauben 27 fest-

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gelegt ο Die Ringscheibe 26 ist ihrerseits mit dem Auslaufabschnitt 24 über Schrauben 28 verbunden und trägt an der nach hinten v/eisenden Stirnfläche eine Riemenscheibe 29«, die mit einem endlosen Riemen 30 zusammenwirkt_s der durch einen Elektromotor 31, (Pig· 3) angetrieben wird,, um das zylindrische Meßrohr 21 um seine Längsachse zu drehen.

An der nach vorn weisenden Stirnfläche der Platte 26 befindet sich eine ringförmige Aluminiumträgerplatte 33, die die Lichtquelle 2_S die beiden Linsen 3_S7 und die Photodioden-Anordnungen 8,9 trägt. Die Linsen 7 und die Dioden-Reihen S₃9 sind so angeordnet, daß sie diametral der Lichtquelle und der Linse 3 gegenüberliegend befindlich sind» Der gerichtete Lichtstrahl tritt aus der Lichtquelle 2 in die Diodenreihen 8₃9 über die optischen Flachglasfenster 11_S12 ein j, die auf gegenüberliegenden Seiten des Einlauf abs chnitts 25 des Meßrohres 21 angeordnet sind.

Das Ende des Einlaufabschnitts 25_S das dem Auslaufabschnitt 2k entgegengesetzt liegt₉ trägt eine Stahlringscheibe 34 mit gleichem Innen- und Außendurchmesser wie die Ringscheibe 26» Die Ringscheibe 3k ist am Einlaufabschnitt 25 mittels Schrauben 35 befestigt. Der Abstand zwischen den beiden Scheiben 26 und 34 ist durch einen Abdeckring 36 abgeschlossen., der durch Schrauben am äußeren Umfang der beiden Scheiben befestigt ist. An der nach außen weisenden Fläche der Stahlscheibe 3k ist mittels Schrauben 37 ein Schleifringaufbau 38 befestigta der mit der Stromquelle für die Lampe 2 in Verbindung steht und elektrische Signale über eine elektrische Verbindung 39 von den Diodenreihen 8_S9 erhält, um diese Signale der Elektronikauswertstufe 14 zuzuführen. Das stationäre Gehäuse 41 des Schleifringaufbaus 38 wird von einem hohlen festen Ständer 42 getragen und die elektrische Verdrahtung von dem Schleifringaufbau 38 verläuft nach unten durch den hohlen Ständer 42 nach der elektronischen Verarbeitungsstufe 14. ,

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Ein Ständer 44 trägt außerdem einen stationären Einlaufführungstrichter 43, durch den die zu messende Metallstange hindurchtritt, wenn sie nach dem Meßrohr 21 wandert. Der Führungstrichter 43 steht in das benachbarte Ende des Einlaufabschnitts 25 des Meßrohres 21 bis zu einer Stelle vor, die kurz stromauf der Fenster 11,12 liegt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird die zu messende Stange durch die Diabolo-Rollen 45 getragen, die sowohl stromauf als auch stromab der Meßvorrichtung derart angeordnet sind, daß die Stange, wenn sie gerade ist, durch die Meßvorrichtung derart hindurchläuft, daß ihre Längsachse im wesentlichen mit der Längsachse des Meßrohres 21 zusammenfällt.

Eine weitere elektronische Behandlungsstation 47 empfängt Signale von der Meßvorrichtung, die repräsentativ sind der gemessenen Querschnittsabmessung der Stange, die durch das Meßrohr 21 hindurchtritt. Die von der Behandlungsvorrichtung empfangenen Signale werden mit einem Standardbezugssignal verglichen, wodurch sich ein Fehlersignal ergibt, welches der Abweichung zwischen gemessenem Signal und Standardbezugssignal entspricht.

Es können auch andere Lichtquellen zum Beispiel eine Laserdiode anstelle der Wolframglühfadenlampe benutzt werden, um den Lichtstrahl 1 zu erzeugen.

Wenn die Meßvorrichtung in Betrieb befindlich ist, dann läuft die zu messende Stange längs des Pfades der durch die strichlierte Linie in Fig. 3 angedeutet ist. Die Diabolo-Rollen sind so angeordnet, daß eine gerade Stange vorbestimmten Durchmessers durch das Meßrohr 21 der Meßvorrichtung derart hindurchläuft, daß die Längsachse der Stange im wesentlichen mit der Längsachse des Meßrohres zusammenfällt. Die Stange durchläuft den Einlaßführungstrichter 43 und läuft durch das Meßrohr 21 hindurch.

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Wenn die Stange an den Penstern 11_S12 vorbeiläuft ₉ dann xcLrd ihr Umfang durch den gesammelten Lichtstrahl 1 der Wolframlampe 2 beleuchtet und die Bilder der gegenüberliegenden Grenzabschnitte der beleuchteten Stange werden von den Photodiodenreihen 8j,9 empfangen. Die Größe und Lage der empfangenen Bilder werden benutzt, um eine Information zu erzeugen., welche Aufschluß über Größe, Gestalt und Geradlinigkeit der zu messenden Stange gibt. Der Durchmesser der Stange wird in jedem Augenblick dadurch bestimmt₉ daß die Zahl der Dioden im Stangenschatten und der Abstand der die beiden Diodenreihen trennt summiert wird. Abweichungen von einem vorbestimmten Durehmesser können leicht dadurch festgestellt werden, daß die gemessenen Vierte mit einem Standardwert verglichen werden₉ der dem erforderlichen Stangendurchmesser entsprcht.

Wenn die Stange einen ovalen Querschnitt besitzt, erzeugt dies eine zyklische Änderung der Bildgröße,, die von jeder Photodiodenreihe 8,9 nacheinander empfangen wird., während eine Änderung der Geradlinigkeit der Stange eine zyklische Änderung der Lage der Bilder bewirkt, die von den beiden Photodiodenreihen empfangen werden.

Weil Änderungen in Bezug auf die Geradlinigkeit der Stange die gleichen zyklischen Veränderungen in den von den Photodiodenreihen empfangenen Bildern erzeugen, wie jene die erzeugt würden, wenn sich der Stangendurchmesser insgesamt ändert infolge der konsequenten Bewegung der Längsachse des Meßrohres, werden Signale_s die dem gemessenen Stangendurchmesser entspreche^ der Auswertungsstufe 47 zugeführt, deren Ausgangssignale benutzt werden, um die Stangengeradlinigkeitsmessung automatisch im Hinblick auf die Änderungen des gemessenen Stangendurchmessers zu kompensieren»

Wenn eine Abweichung im Stangendurchmesser.» in der Stangengestalt oder in der Geradlinigkeit der Stange durch die Meßvorrichtung

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festgestellt wird, dann kann ein Warn- oder Anzeigesystem in Tätigkeit gesetzt werden, um die Aufmerksamkeit der Bedienungsperson zu wecken oder einen defekten Abschnitt der gemessenen Stange zu kennzeichnen.

Es ist klar daß die Erfindung auch zum Messen langgestreckter Gegenstände benutzt werden kann, die nicht metallisch ausgebildet sind.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-lng. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

2908534 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

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Datum: =· . . ■

Unser Zeichen: 165*13 K/Bu

Patentansprüche :

Meßlehre zur Peststellung oder Messung einer Querschnitts- -^' abmessung oder einer Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt oder Querschnittsabmessung eines langgestreckten Körpers_a der sich relativ zu der Meßlehre bewegt, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gehäuse mit einem zentralen Hohlraum vorgesehen ist₃ durch den der zu messende Gegenstand hindurch wandert, daß am Gehäuse eine Lichtquelle montiert ist, die derart angeordnet ist, daß ein gebündelter Lichtstrahl nach dem sich bewegenden Gegenstand gerichtet xtfird, daß ein Bildsensor am Gehäuse so angeordnet istj, daß er die Bilder der Grenzabschnitte des sich im gebündelten Lichtstrahl bewegenden Gegenstandes empfängt und elektrische Signale erzeugt, aus denen die Querschnittsabmessung oder die Abweichung abgeleitet werden kann, und daß Mittel vorgesehen sind, um das Gehäuse um eine Achse zu drehen, die konzentrisch zum Bewegungspfaa des zu messenden Gegenstandes verläuft.

2. Meßlehre nach Anspruch I₅ dadurch gek.ennzeichn e t j daß das Gehäuse rohrförmig ausgebildet ist und daß die Lichtquelle am Gehäuse an einer Stelle diametral gegenüber dem Bildsensor liegt und mit dem Bildsensor über Fenster im Umfang des Gehäuses in Verbindung steht.

3. Meßlehre nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge-· kennzeichnet , daß der Bildsensor eine Anordnung von Photodioden-Reihen umfaßt, die elektrische Signale an eine elektronische Auswertstufe liefern.

H. Meßlehre nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß eine gepulste Lichtquelle benutzt wird.

5. Meßlehre nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Bildsensor elektrische Signale an eine elektronische Auswertstufe liefert, die in der Lage ist, Ausgangssignale zu erzeugen, die repräsentativ sind für die Größe und/oder Geradlinigkeit des zu messenden Gegenstandes.

6. Meßlehre zur Peststellung oder Messung einer Querschnitts-Abmessung oder Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt oder Querschnittsabmessung eines langgestreckten Gegenstandes, der sich relativ zu der Meßlehre bewegt, dadurch gekennzeichnet , daß ein rohrförmiges Gehäuse vorgesehen ist, dessen Längsachse mit dem Bewegungspfad der zu messenden Gegenstände zusammenfällt, daß Mittel vorgesehen sind, um das Gehäuse um seine Längsachse zu drehen, daß eine Lichtquelle am Gehäuse so befestigt ist, daß ein gebündelter Lichtstrahl auf den sich auf dem Bewegungspfad vorschiebenden Gegenstand gerichtet wird, daß ein Bildsensor am Gehäuse an einer Stelle diametral gegenüber der Lichtquelle angeordnet ist, der elektrische Signale erzeugt, die den Bildern entsprechen, die von den Gegenständen empfangen werden, die durch die Lichtquelle beleuchtet werden, und daß eine Signalauswertstufe die erwähnten elektrischen Signale empfängt und Ausgänge liefert, die den durch die Meßlehre zu empfan-

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genden oder zu messenden Parametern entsprechen.

7» Meßlehre nach Anspruch 6₃ dadurch gekennzeichnet, daß diabolo-förmige Rollen stromauf und stromab der Meßlehre derart angeordnet sind_s daß der zu messende längliche Gegenstands vorausgesetzt daß er gerade ist₃ durch das rohrförmige Gehäuse der Meßlehre derart hindurchläuft j daß seine Längsachse im wesentlichen mit der Längsachse des rohrförmigen Gehäuses zusammenfällt.

8. Verfahren zur Peststellung oder Messung einer Querschnittsabmessung oder Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt oder Querschnittsabmessung länglicher Gegenstände., die sich relativ zu der Meßlehre bewegen, dadurch gekennzeichnet j daß ein gebündelter Lichtstrahl von einer Lichtquelle nach dem sich bewegenden Gegenstand gerichtet wird_a um Bilder von zwei Grenzabschnxtten des Gegenstandes zu erzeugen, daß die so erzeugten Bilder durch einen Bildsensor aufgenommen werden, um elektrische Signale zu erzeugen, aus denen die Querschnxttsafamessung oder die Abweichung von einer vorbestimmten Abmessung abgeleitet werden kann_s und daß die Lichtquelle und der Bildsensor zusammen um den Bewegungspfad des Gegenstandes herum gedreht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Gegenstände sowohl stromauf als auch stromab der Meßlehre in der Weise abgestützt xferden, daß die Gegenstandes wenn sie gerade sind₉ längs eines Pfades bewegt werden_s der im wesentlichen mit der Drehachse von Lichtquelle und Bildfühler übereinstimmt.

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