DE2908534C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßlehre der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine solche Meßlehre ist aus der US-PS 39 01 606 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung, die zur Messung des Durch­ messers einer runden Stahlstange während eines Walzvor­ ganges dient, ist eine ortsfeste Lichtquelle vorgesehen, die über eine Linse parallelisierte Lichtstrahlen auf die Stange richtet, deren Schatten zusammen mit den an der Stange vorbeilaufenden Lichtstrahlen auf einen Schlitz fokussiert wird, hinter dem ein Schirm mit lichtempfind­ lichen Elementen angeordnet ist, auf dem ein vergrößertes Bild des Werkstücks erzeugt wird. Die Stange wird dabei einer Vibration unterworfen, um Meßfehler auszugleichen. Durch diese bekannte Vorrichtung kann nur der mittlere Durchmesser über einem einzigen Querschnitt eines runden Gegenstandes festgestellt werden. Eine Änderung im Durch­ messer, der nicht dem geprüften Durchmesser entspricht, wird maskiert und bleibt unerkannt. Auch lassen sich der­ artige Meßlehren nicht zur Überprüfung von Werkstücken einsetzen, die hinsichtlich ihrer Querschnittsgestalt variierende Abmessungen besitzen, beispielsweise ovale Stangen oder polygonale Querschnitte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßlehre zu schaffen, die Abweichungen einer vorbestimmten Quer­ schnittsgestalt über den gesamten Umfang erkennt und auch zur Prüfung von unrunden Werkstücken geeignet ist.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeich­ nungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die drehbare Lagerung wird der gesamte Umfang des Werkstücks abgetastet, und es wird eine kontinuierliche Messung der Oberflächengestalt vorgenommen.

Es ist zwar durch die DE-PS 9 32 933 bereits eine Material­ prüfvorrichtung bekannt geworden, bei der eine Röntgen­ strahlquelle zusammen mit einem Beobachtungsschirm um einen Prüfling schwenkbar angeordnet ist. Hier erfolgt jedoch keine kontinuierliche Drehung, sondern eine Ver­ schwenkung jeweils nur um 90°, um eine Untersuchung des Prüflings in zwei zueinander senkrechten Richtungen durchführen zu können. Im übrigen handelt es sich gat­ tungsgemäß um eine völlig andere Vorrichtung, bei der nicht die Oberflächengestalt, sondern Materialfehler in isolierten elektrischen Leitungen im Durchlaufverfahren festgestellt werden sollen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Meßlehre kann benutzt werden, um die Querschnittsab­ messung eines Metallstabes oder einer Metallstange fest­ zustellen, der aus einem Walzstuhl austritt. Außerdem oder stattdessen kann die Meßlehre benutzt werden, um die Geradlinigkeit einer Metallstange festzustellen. Bei die­ ser letztgenannten Ausbildung wird die Stange sowohl vor als auch hinter der Lehre abgestützt, um zu gewährlei­ sten, daß eine Stange, wenn sie gerade ist, sich im we­ sentlichen in der Längsachse der Öffnung des zylindri­ schen Gehäuses bewegt. Die Lehre kann benutzt werden, um Gegenstände zu messen, die verschiedene Querschnitte be­ sitzen. So können beispielsweise die Abmessungen von Ge­ genständen festgestellt werden, die einen kreisförmigen, einen quadratischen, einen hexagonalen, einen rautenför­ migen oder einen ovalen Querschnitt besitzen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Meßlehre,

Fig. 2 einen Vertikalschnit einer Meßlehre gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Meßlehre gemäß Fig. 2 in Arbeitsstellung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Meßlehre wird ein konti­ nuierlicher oder ein gepulster gebündelter Lichtstrahl (1) einer Lichtquelle (2) über eine Kondenserlinse (3) nach einem Werkstück in Gestalt einer sich bewegenden Stange (4) geschickt, um Bilder gegenüberliegender Grenz­ abschnitte der Stange (4) zu erzeugen. Die Bilder werden durch eine Abbildungsoptik (7) auf zwei Reihen (8 und 9) von Photodioden (5, 6) abgebildet, die über eine elektri­ sche Schaltung mit einer elektronischen Signalverarbei­ tungsstufe (14) verbunden sind, die Ausgangssignale lie­ fert, die Größe und/oder Geradlinigkeit der Stange (4) repräsentieren, die durch den Lichtstrahl (1) abgetastet werden.

Die Lichtquelle (2), die Linsen (3, 7) und die Photodiode (5, 6) sind sämtlich auf einem rohrförmigen Gehäuse (10) montiert, durch das die Stange (4) hindurchtreten kann, wobei Lichtquelle und Photodiodenreihen diametral gegen­ überliegend zueinander angeordnet sind. In der Wand des Gehäuses (10) sind optische Fenster (11, 12) eingebaut, um eine Beleuchtung der Stange (4) zu ermöglichen, wenn diese durch das Gehäuse (10) hindurchtritt. Das Gehäuse (10) ist um seine Längsachse drehbar, um eine schrauben­ förmige Abtastung des Umfangs der Stange (4) zu bewirken, wenn diese durch das Gehäuse (10) hindurchtritt. Bei einer Stange mit einem Durchmesser in einem Bereich zwi­ schen 20 und 80 mm hat sich eine Drehzahl des Gehäuses von etwa 100 u/min 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 ge­ pulster Sammellichtstrahl benutzt, um die Lage der Stange wirksam "einzufrieren", wenn die Messung erfolgt.

Im folgenden wird auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen, wo die der Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind. Die Meßlehre weist ein zylindri­ sches Gehäuse (21) auf, welches in einem Ständer (22) von zwei Wälzlagern (23) drehbar abgestützt ist. Das Gehäuse besteht aus zwei Abschnitten, nämlich einem Auslauf­ abschnitt (24) über dem Ständer (22) und einem Einlauf­ abschnitt (25), der vom Auslaufabschnitt (24) durch eine Stahlringscheibe (26) getrennt ist, und an dieser Ring­ scheibe (26) ist der Einlaufabschnitt (25) durch Schrau­ ben (27) festgelegt. Die Ringscheibe (26) ist ihrerseits mit dem Auslaufabschnitt (24) über Schrauben (28) verbun­ den und trägt an der nach hinten weisenden Stirnfläche eine Riemenscheibe (29), über die ein Riemen (30) läuft, der durch einen Elektromotor (31) (Fig. 3) angetrieben wird, um das zylindrische Gehäuse (21) um seine Längs­ achse zu drehen.

An der nach vorn weisenden Stirnfläche der Ringscheibe (26) befindet sich eine ringförmige Aluminiumträgerplatte (33), die die Lichtquelle (2), die beiden Linsen (3, 7) und die Photodioden (5, 6) trägt. Die Linsen (7) und die Dioden-Reihen (8, 9) sind so angeordnet, daß sie der Lichtquelle (2) und der Linse (3) diametral gegenüberlie­ gen. Der gerichtete Lichtstrahl tritt aus der Lichtquelle (2) in die Diodenreihen (8, 9) über die optischen Fenster (11, 12) ein, die auf gegenüberliegenden Seiten des Ein­ laufabschnittes (25) des Gehäuses (21) angeordnet sind.

Das Ende des Einlaufabschnitts (25), das dem Auslaufab­ schnitt (24) entgegengesetzt liegt, trägt eine Stahlring­ scheibe (34) mit gleichem Innen- und Außendurchmesser wie die Ringscheibe (26). Die Ringscheibe (34) ist am Ein­ laufabschnitt (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 (34) ist mittels Schrauben (37) ein Schleifringaufbau (38) befestigt, der mit der Stromquelle für die Lampe (2) in Verbindung steht und elektrische Signale über eine elektrische Verbindung (39) von den Diodenreihen (8, 9) erhält, um diese Signale der Elektronikauswertstufe (14) zuzuführen. Das stationäre Gehäuse (41) des Schleifring­ aufbaus (38) wird von einem hohlen festen Ständer (42) getragen, und die elektrische Verdrahtung von dem Schleifringaufbau (38) verläuft nach unten durch den hoh­ len Ständer (42) nach der elektronischen Signalverarbei­ tungsstufe.

Ein Ständer (44) trägt außerdem einen stationären Ein­ laufführungstrichter (43), durch den das zu messende Werkstück hindurchtritt, wenn es nach dem Gehäuse (21) wandert. Der Führungstrichter (43) steht in das benach­ barte Ende des Einlaufabschnitts (25) des Gehäuses (21) bis zu einer Stelle vor, die kurz stromauf der Fenster (11, 12) liegt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird das zu messende Werk­ stück durch Diabolo-Rollen (45) getragen, die sowohl vor als auch nach der Meßlehre so angeordnet sind, daß das zu messende Werkstück, wenn es gerade ist, durch die Meß­ lehre derart hindurchläuft, daß seine Längsachse mit der Längsachse des rohrförmigen Gehäuses (21) zusammen­ fällt.

Eine elektronische Auswertestufe (47) empfängt Signale von der Meßlehre, die repräsentativ sind für die gemesse­ ne Querschnittsabmessung der Stange, die durch das Gehäu­ se (21) hindurchtritt. Die von der Meßlehre empfangenen Signale werden mit einem Standardbezugssignal verglichen, wodurch sich ein Fehlersignal ergibt, welches der Abwei­ chung zwischen gemessenem Signal und Standardbezugssignal entspricht.

Es können als Lichtquelle eine Wolframglühfadenlampe oder eine Laserdiode benutzt werden.

Wenn die Meßlehre in Betrieb befindlich ist, dann läuft das zu messende Werkstück längs des Pfades, der durch die strichlierte Linie in Fig. 3 angedeutet ist. Die Diabolo- Rollen sind so angeordnet, daß eine gerade Stange vorbe­ stimmten Durchmessers durch das Gehäuse (21) derart hin­ durchläuft, daß die Längsachse der Stange mit der Längs­ achse des Gehäuses zusammenfällt. Die Stange durchläuft den Einlaßführungstrichter (43) und läuft durch das Ge­ häuse (21) hindurch.

Wenn das Werkstück einen ovalen Querschnitt besitzt, er­ zeugt 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 Stangendurch­ messer insgesamt ändert infolge der konsequenten Bewegung der Längsachse des Gehäuses, werden Signale, die dem ge­ messenen Stangendurchmesser entsprechen, 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 festgestellt wird, dann kann ein Warn- oder Anzeigesystem in Tätigkeit gesetzt werden, um die Aufmerksamkeit der Bedienungsperson zu wecken oder einen defekten Abschnitt des gemessenen Werkstücks zu kennzeichnen.

Es ist klar, daß die Erfindung auch zum Messen langge­ streckter Werkstücke benutzt werden kann, die nicht me­ tallisch ausgebildet sind.

Claims (3)

1. Meßlehre zur Feststellung oder Messung einer Quer­ schnittsabmessung oder einer Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt von langgestreckten Werk­ stücken, die sich relativ zu der Meßlehre bewegen,
mit einem parallel gebündelten Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle aus auf das zu messende Werkstück gerichtet wird, und
mit Photodioden, die die Bilder der Grenzabschnitte des sich durch den Lichtstrahl bewegenden Werk­ stücks empfangen und die elektrische Signale erzeu­ gen, aus denen die Querschnittsabmessung des Werk­ stücks bestimmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiges Gehäuse (10) vorgesehen ist, welches um seine Längsachse drehbar ist und dessen Längsachse mit dem Durchlaufpfad des zu messenden Werkstücks (4) zusammenfällt,
daß die Lichtquelle (2) und die die Lichtbündelung bewirkende Optik (3) am drehbaren Gehäuse fest so an­ geordnet sind, daß der gebündelte Lichtstrahl auf das Werkstück (4) gerichtet wird, wenn dieses das Gehäuse (10) durchläuft,
daß die Photodiodenanordnung (5, 6) aus einer Viel­ zahl individueller Photodioden (5, 6) besteht, die so abgetastet werden, daß die elektrischen Signale der tatsächlichen Größe und räumlichen Anordnung der reellen Bilder des Werkstücks entsprechen, die von der Photodiodenanordnung empfangen werden,
daß die Signale einer Signalverarbeitungsstufe (14) zugeführt werden, deren Ausgangssignale der gemesse­ nen Dimension des Werkstücks (4) entsprechen, und
daß die der gemessenen Dimension des Werkstücks (4) entsprechenden Signale zur Bestimmung der Abweichung von einer vorbestimmten Gestalt einer elektronischen Auswertungsstufe (47) zugeführt werden.

2. Meßlehre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Diabolo-Rollen (45) sowohl vor als auch nach der Meßlehre so angeordnet sind, daß das langgestreckte zu messende Werkstück (4), wenn es gerade ist, durch das rohrförmige Gehäu­ se (10) derart hindurchtritt, daß seine Längsachse mit der Längsachse des rohrförmigen Gehäuses zusam­ menfällt.

3. Meßlehre nach den Ansprüchen 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß eine gepulste Lichtquelle (2) Verwendung findet.