DE3219389C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optisch-elektrische Meßeinrich­ tung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.

Eine derartige Meßeinrichtung ist aus der DE 27 29 576 A1 bekannt. Sie enthält auf einer mittels eines Antriebs an einer kreisbogenförmigen Führung verschwenkbaren, kreisringförmigen, den auszumessenden strang­ ringförmigen Gegenstand umgreifenden, C-förmigen Schwenkhal­ terung einerseits eine Lichtquelle und dieser gegenüberliegend und durch das vom strangartigen Gegenstand durchsetzte Meß­ feld getrennt eine Lichtdetektor-Reihenanordnung, welche gegenüber der Lichtquelle je nach Größe des Schattenmaßes des auszumessenden Gegenstandes mit Bezug auf eine bestimmte Winkelstellung der Schwenkhalterung in veränderlichem Maße abgeschattet wird und Ausgangssignale an eine Auswerteinrich­ tung liefert.

Diese bekannte Meßeinrichtung hat den Nachteil, daß die Meß­ genauigkeit durch das Auflösungsvermögen der Lichtdetektor­ reihe beschränkt ist und daß die Berechnung des jeweiligen Schattenmaßes aus den Ausgangssignalen der Lichtdetektorreihe in der Auswerteinrichtung vergleichsweise kompliziert ist.

Aus der US-Patentschrift 38 70 890 ist es ferner bekannt, den Querschnitt strangartiger Gegenstände mittels einer optisch- elektrischen Meßeinrichtung in der Weise auszumessen, daß eine Lichtquelle einen scharf gebündelten Lichtstrahl auf einen Drehspiegel richtet, der diesen Lichtstrahl in einer Abtast­ ebene verschwenkt, wonach der Strahl durch ein Prisma aufgeteilt wird und die verschwenkten Teilstrahlen mittels jeweils eines Kollimators zu Parallel-Verschiebungsbewegungen oder Abtastbewegungen innerhalb eines vom auszumessenden strangartigen Gegenstand durchdrungenen Meßfeldes veranlaßt werden und auf der gegenüberliegenden Meßfeldseite durch Fokussierungsmittel jeweils auf Lichtdetektoren hin abgelenkt werden, derart, daß Schattenmaße des auszumessenden Gegenstan­ des in zwei verschiedenen Richtungen gewonnen werden.

Diese bekannte Meßeinrichtung ist zwar nicht durch das Auf­ lösungsvermögen einer Lichtdetektoranordnung beschränkt, ermöglicht aber nicht die fehlerfreie Ausmessung von das Meßfeld durchdringenden strangartigen Gegenständen mit symmetrischem unrundem Querschnitt.

Aus der JP 56-1 28 405 A in Patents Abstracts of Japan, P-96, 8. Januar 1982, Vol. 6/No. 2 ist eine Meßeinrichtung bekannt, bei der Lichtquelle und -detektor einer optischen Abtasteinheit den Meßbereich kontinuierlich umrunden. Ein Winkelstellungsgeber, der es erlaubt, den Querschnitt eines Gegenstands mittels einer Schwenkbewegung anstelle einer kontinuierlichen Umrundung zu bestimmen, sowie eine Begrenzung auf eine Schwenkbewegung anstelle der kontinuierlichen Drehung ist nicht erkennbar.

Aus der DE 29 26 140 A1 ist es bekannt, Querschnittsgrößen von Werkstücken mittels einer optisch-elektrischen Meßeinrichtung auszumessen, welche einen das Werkstück zentrisch tragenden Drehtisch aufweist, welcher das Werkstück innerhalb eines Meßfeldes dreht, das von parallel zur Aufsetzebene des Drehtisches orientierten Licht­ abtastebenen eines Laserstrahls durchsetzt ist, so daß Schattenmaße des Werkstückes in Abhängigkeit von der Drehung des Drehtisches ermittelt und aufgezeichnet werden können.

Diese bekannte Meßeinrichtung ist nicht für das Ausmessen von unrunden Querschnitten strangartiger Gegenstände geeignet, die selbst um ihre Achse nicht gedreht werden können. Weiter ist bei dieser bekannten Meßeinrichtung eine Möglichkeit, das em­ pfindliche optische System um den auszumessenden Gegenstand herum zu verschwenken und rasch Querschnittsabmessungen zu ermitteln, nicht erkennbar.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine optisch-elektrische Meßeinrichtung zur Bestimmung von unrunden Querschnitten strangartiger Gegenstände mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 so auszugestalten, daß das den jeweiligen Querschnitt kennzeichnende Meßergebnis rasch und mit großer Genauigkeit zur Verfügung steht und insbesondere repräsentative Meßergebnisse auch dann gewonnen werden können, wenn der auszumessende strangartige Gegenstand während der Messung in Axialrichtung bewegt ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Es zeigt sich, daß bei der hier angegebenen optisch-elek­ trischen Meßeinrichtung ein mit hoher Genauigkeit arbeitendes Meßsystem mit Lichtquelle, Drehspiegel, Kollimator, Fokussie­ rungsmitteln und Lichtdetektor ohne nachteilige Beeinflussung der Meßgenauigkeit auf der angetriebenen Schwenkhalterung montiert werden kann und in Zusammenwirkung mit der Auswerte­ einrichtung ein rasches Errechnen des zu ermittelnden Quer­ schnittes aus Schattenmaßen des zu unter­ suchenden Gegenstandes gestattet, ohne daß die Schwenkhalte­ rung während eines Meßzyklus den strangartigen Gegenstand vollständig umkreisen muß, derart, daß die der Auswertung zugrundegelegten Schattenmaße zeitlich so rasch hintereinander gewonnen werden können, daß das Meßergebnis bei in Axialrichtung bewegtem strangartigem Gegenstand für ein sehr kurzes Längenstück dieses Gegenstandes repräsentativ ist.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung ist eine optisch-elektrische Meßeinrichtung zur Bestimmung von unrunden Querschnitten strangartiger Gegenstände mit verschwenkbarem optischem System dargestellt.

Die Meßeinrichtung enthält eine an einer Gerätebasis 1 befestigte, sich über einen Winkel von etwa 270° erstreckende kreisbogenförmige Führung 2, in der eine etwa C-förmige oder hufeisenförmige Schwenkhalterung 3 verschwenkbar gelagert ist, wie durch den Pfeil P und eine strichpunktiert angegebene Schwenkstellung der Schwenkhalterung 3 bei 4 deutlich gemacht ist.

Längs der kreisförmigen Führung 2 erstreckt sich ein Zahnkranz 5 mit Innenverzahnung, in welche das Antriebsritzel 6 eines Antriebsmotors 7 eingreift, der an der Schwenkhalterung 3 befestigt ist. Dem Antriebsmotor 7 kann über eine Leitung 8 sowie über ein von der Schwenkhalterung 3 zu Schalteinrichtungen auf der Seite der Gerätebasis 1 führendes flexibles Kabel 9 elektrische Energie zugeführt werden, derart, daß die Schwenkhalterung 3 durch den Antriebsmotor in eine jeweils gewünschte Schwenkstellung bewegt wird.

Auf dem rechts liegenden Schenkel der Schwenkhalterung 3 ist eine Quelle für einen scharf gebündelten Lichtstrahl, beispielsweise ein Laser 10 montiert, dessen Ausgangsstrahl 11 auf einen Drehspiegel 12 trifft, der von einem Spiegelmotor 13 in Umdrehung versetzt wird. Der Drehspiegel 12 und der Spiegelmotor 13 befinden sich ebenso wie der Laser 10 auf der Schwenkhalterung 3. Der von dem Drehspiegel 12 in einer Abtastebene verschwenkte, reflektierte Lichtstrahl trifft auf einen Kollimator 14, welcher die Schwenkbewegungen des Lichtstrahls in eine Parallel-Verschiebungsbewegung umformt, derart, daß die Abtastlichtstrahlen parallel zueinander ein zwischen den Schenkeln der Schwenkhalterung 3 gelegenes Meßfeld 15 überstreichen, wenn der Drehspiegel 12 in Umdrehung versetzt ist.

Auf der von dem Kollimator 14 entfernten Seite des Meßfeldes 15 treffen die Abtastlichtstrahlen auf ein Fokussierungsmittel 16, welches an dem links liegend dargestellten Schenkel der Schwenkhalterung 3 montiert ist und die Abtast-Lichtstrahlen auf einen Lichtdetektor 17 fokussiert, der sich ebenfalls auf dem betreffenden Schenkel der Schwenkhalterung 3 befindet. Die Detektor-Ausgangssignale werden über eine Leitung 18 und das zuvor bereits erwähnte flexible Kabel 9 der Auswerteinrichtung zugeleitet.

Schließlich befindet sich auf der Schwenkhalterung ein Abtastkopf 19, welcher optische Rastermarken 20 der Führungsbahn 2 abtastet und Ausgangssignale über eine Leitung 21 und das flexible Kabel 9 der Auswerteinrichtung auf der Seite der Gerätebasis zuführt.

Der Laser 10, der Drehspiegel 12 und der Spiegelmotor 13, der Kollimator 14, das Fokussierungsmittel 16 und der Lichtdetektor 17 wirken in an sich bekannter Weise derart zusammen, daß der Abtast-Lichtstrahl von einem im Meßfeld 15 befindlichen Gegenstand 22 während der Parallel-Verschiebungsbewegung des Abtast-Lichtstrahles für eine bestimmte, von der Größe des Querschnittes in der Abtastrichtung abhängige und am Ausgangssignal des Lichtdetektors 17 meßbare Zeit abgeschaltet wird. Aus der Drehgeschwindigkeit des Spiegel­ motors 13 und dem zeitlichen Verlauf der Detektorsignale des Detektors 17 kann in der Auswerteinrichtung 23 die Abmessung des Querschnittes des Gegenstandes 22 in Abtastrichtung be­ rechnet werden. Das Ergebnis wird in der Anzeigeeinrichtung 24 angezeigt oder registriert. Gleichzeitig erfolgt eine Anzeige oder Registrierung eines Winkelwertes, der aus den Ausgangs­ signalen des Abtastkopfes 19 ermittelt wird und der angibt, in welcher Stellung sich die Schwenkhalterung 3 relativ zur Gerätebasis 1 befunden hatte, als eine Abtastung des Gegen­ standes 22 und eine Aufzeichnung eines entsprechenden Durch­ messerwertes erfolgte. In dieser Weise lassen sich beliebig viele Richtungen des Querschnittes des Gegenstandes 22 be­ züglich des Schattenmaßes untersuchen, wobei eine Zuordnung zu dem jeweiligen Schattenmaß aufgezeichnet wird.

Der Abtastkopf 19 kann in Abwandlung gegenüber der gezeigten Ausführungsform auch kapazitive oder induktive Rastermarken abtasten. Auch ist es möglich, mit der Ausgangswelle des An­ triebsmotors 7 einen Drehmelder zu koppeln, um der Winkelstel­ lung der Schwenkhalterung 3 gegenüber der Gerätebasis 1 ent­ sprechende Signale zu bilden.

Weiter kann die kreisbogenförmige Führung 2 auch in anderer Weise ausgebil­ det sein und beispielsweise einen rohrflanschartigen Ansatz der Schwenkhalterung 3 umfassen, welcher von der Berandung der­ jenigen Gehäuseteile der Schwenkhalterung 3 in Axialrichtung wegsteht, welche das Meßfeld 15 begrenzen. Der Rohransatz kann eine der Unterbrechung der kreisbogenförmigen Führung 2 entsprechende Öffnung aufweisen, um das Meßfeld 15 von einer Seite zugänglich zu hal­ ten, so daß langgestreckte, strangartige Gegenstände 22 in das Meßfeld 15 eingebracht werden können, ohne daß ein zugängliches Ende des Gegenstandes 22 zur Verfügung steht, welches durch eine ringartige Anordnung durchgefädelt werden müßte.

Verläßt der strangartige Gegenstand 22 in einer kontinuier­ lichen Vorschubbewegung eine Produktionsmaschine oder eine Be­ arbeitungsmaschine, beispielsweise eine Strangpreßmaschine, so ist dafür Sorge getragen, daß die Schwenkhalterung zur Be­ stimmung mehrerer Durchmesserwerte oder Schattenmaße in ver­ schiedenen Richtungen sehr rasch in die jeweils erforderliche Schwenkstellung gebracht wird, damit die gemessenen und ange­ zeigten Durchmesserwerte oder Schattenmaße sich mindestens näherungsweise auf ein und denselben Querschnitt beziehen.

Haben die zu vermessenden strangartigen Gegenstände elliptischen Querschnitt, so lassen sich durch die Bestimmung dreier Schattenmaße mit Abtastrichtungen, welche bekannte Winkel mit­ einander einschließen, der größte und der kleinste Durchmesser, also die Hauptachsen der Ellipse, und ihre Winkellage relativ zu einer Bezugsrichtung in geeigneten Auswerteinrichtungen be­ rechnen.

Es lassen sich auch der größte und der kleinste Meßwert aus einer Vielzahl von Meßwerten selektieren, welche während einer Schwenkbewegung der Schwenkhalterung 3 über 180° anfallen. Hierzu wird in an sich bekannter Weise ein Komperatorausgangs­ signal dazu verwendet, ein Register aufzudatieren, wenn ein folgender Meßwert gegenüber einem vorausgegangenen Meßwert größer ist, und ein anderes Register aufzudatieren, wenn ein Meßwert gegenüber einem vorausgegangenem Meßwert kleiner ist.

Bei der beschriebenen Meßeinrichtung ist der Vorteil festzu­ stellen, daß keine gesonderten Einrichtungen zur Manipulation des zu vermessenden Gegenstandes erforderlich sind, welche die Oberfläche des Gegenstandes beschädigen könnten, welche die Zugänglichkeit des Meßfeldes einschränken und welche, soll der Gegenstand 2 in Richtung seiner Längsachse bewegt werden, ver­ gleichsweise kompliziert ausgebildet werden müssen.

Claims (8)

1. Optisch-elektrische Meßeinrichtung zur Bestimmung von unrunden Querschnitten strangartiger Gegenstände,

• - mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor, wobei von der Lichtquelle ausgesandte und auf den Lichtdetektor ge­ richtete Lichtstrahlen von dem im dazwischenliegenden Meß­ feld befindlichen strangförmigen Gegenstand je nach dessen Querschnitt teilweise abgeschattet werden,
• - mit einer Schwenkhalterung, welche um den strangförmigen Gegenstand mittels eines Antriebs an einer kreisbogenför­ migen Führung schwenkbar ist und auf welcher die Licht­ quelle und der Lichtdetektor befestigt sind, wobei das dazwischenliegende Meßfeld einseitig frei zugänglich ist und
• - mit einer Auswerteinrichtung für die Ausgangssignale des Lichtdetektors,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Lichtquelle einen scharf gebündelten Lichtstrahl (11) erzeugt, der mittels eines Drehspiegels (12) in einer Ab­ tastebene verschwenkt wird,
• - daß die Schwenkbewegung des Lichtstrahls innerhalb des Meßfeldes mittels eines Kollimators (14) in eine Parallel- Verschiebungsbewegung umgeformt wird,
• - daß der Lichtstrahl jenseits des Meßfeldes durch Fokussie­ rungsmittel (16) auf den Lichtdetektor (17) hin abgelenkt wird,
• - daß ein Winkelstellungsgeber (19, 20) zwischen der Schwenk­ halterung (3) und ihrer Führung (2) vorgesehen ist zur Bestimmung der Winkelstellung der Schwenkhalterung relativ zu einer Gerätebasis,
• - daß der Schwenkbereich der Schwenkhalterung bis etwa 180° beträgt, und
• - daß die Auswerteeinrichtung zur Berechnung des Querschnittes des strangförmigen Gegenstandes aus der Zuordnung der Aus­ gangssignale des Lichtdetektors und des Winkelstellungs­ gebers ausgelegt ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisbogenförmige Führung (2) sich über mehr als 180° erstreckt.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Winkelstellungsgeber (19, 20) einen Abtast­ kopf (19) zur Abtastung optischer Rastermarken (20) aufweist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Winkelstellungsgeber einen Abtastkopf zur Abtastung kapazitiver oder induktiver Rastermarken enthält.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen den relativ zueinander bewegten elektrischen Bauteilen über ein flexibles Kabel (9) erfolgt.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen den relativ zueinander bewegten elektrischen Bauteilen über eine Schleifringanordnung erfolgt.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung (23) zur Be­ stimmung eines Maximaldurchmessers und eines Minimaldurch­ messers des Querschnittes des Gegenstandes ausgebildet ist.