DE3500815C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur optischen Messung der Form von langge­ streckten Gegenständen.

Bei der optischen Messung der Form von langgestreckten Gegen­ ständen, z. B. von Brettern, entsteht eine Schwierigkeit aus der geometrischen Tatsache, daß die Form der zu messenden Objekte grundlegend von der Form des Bildbereiches des Meß­ instrumentes (z. B. ein Quadrat) abweicht. Wenn weiterhin der gesamte zu messende Gegenstand in den Bildbereich paßt, ist die relative Größengenauigkeit der Breite um einen Grad geringer als die relative Größengenauigkeit der Länge.

Es wurden schon verschiedene Versuche unternommen, dieses Problem zu lösen. Zum Beispiel wurden mehrere Kameras in einer Linie entlang der Längserstreckung des zu messenden Gegen­ standes angeordnet. Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 28 11 744 bekannt. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß eine große Anzahl von Meßgeräten benötigt wird, wobei weiterhin noch das Problem auftrat, die einzelnen Bilder aneinander zu reihen.

Ein aus der DE-OS 29 45 456 bekanntes Verfahren ist, den Gegenstand in Form von mehreren aufeinanderfolgenden Bildern in dem Abtastraum zu bewegen. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist wieder die Schwierigkeit, eine genügend lange ungestörte Laufstrecke für den Gegenstand zu schaffen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, wenig­ stens einen der oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Vorrichtung zur opti­ schen Messung der Form von langgestreckten Gegenständen zu schaffen, welche diese Form genau erfaßt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung ist, daß das Bild mittels eines Spiegels oder einer Linse mit einem unterschiedlichen Kurvenradius in unterschiedlichen Richtungen verzerrt wird, so daß die Meßkamera die Länge und Breite des zu messenden Gegenstandes gleich groß "sieht" und danach die Schärfe des Bildes unter Verwendung einer Schlitzblende in der Meßoptik der Kamera erhalten wird.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Insbesondere ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß sogar ein langer Gegenstand dem Bildbereich der Meß­ kamera angepaßt werden kann. Weiterhin kann durch die Größenreduzierung mittels des Spiegels die relative Größengenauigkeit für die Breite und die Länge des Gegen­ standes gleich hoch gemacht werden (z. B. 1% für die Breite und 1% für die Länge, obwohl die Länge bezüglich der Breite 10fach ist).

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 in teilweise schematischer perspektivischer Dar­ stellung eine Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung;

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Teil der Vor­ richtung gemäß Fig. 1 in seitlicher Schnittdar­ stellung;

Fig. 3 in Schnittdarstellung von oben schematisch einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Vorderansicht einer Schlitzscheibe, die vor einer Kamera angeordnet wird;

Fig. 5 die Darstellung eines zu messenden Gegenstandes, der in seiner Längsrichtung reduziert wurde, auf der Bildebene der Kamera; und

Fig. 6 ein Profil der Spiegeloberfläche, wie sie im praktischen Einsatz verwendet wird.

Gemäß Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Meßplattform 2 auf, welcher nacheinander gesägte Bretter 1 zugeführt werden. Über der Meßplattform 2 ist ein Spiegel 5 angeordnet, der die Aufgabe hat, das Bild des Brettes 1 auf der Meßplattform 2 einer Optik 6 einer Kamera 3 zuzu­ führen. Die Kamera 3, vorzugsweise eine Videokamera, ist mit einer Bildverarbeitungsvorrichtung 4 verbunden, um die Bildinformation von der Kamera 3 in Steuerdaten, z. B. zur Optimierung des Sägevorganges, zu wandeln. Die redu­ zierte Form des Brettes 1 kann auf einem Beobachtungs­ monitor 8 überwacht werden.

Die Spiegeloberfläche des Spiegels 5 weist in Längs- und Quererstreckung verschiedene Wölbungen auf, so daß das Bild des Brettes 1, das auf die Optik 6 der Kamera 3 reflektiert wird, im Vergleich zu der Querrichtung eine Reduzierung in der Längenrichtung erfährt (vgl. Fig. 3 und 5). Dies wird dadurch erreicht, daß das Profil der Spiegeloberfläche des Spiegels 5 in Längsrichtung des Brettes 1, das gemessen wird, bezüglich des Brettes 1 konvex ist, wohingegen das Profil der Spiegeloberfläche in Querrichtung des Brettes 1 linear oder eben ist. Dies hat zur Folge, daß die Länge des Brettes 1, das zu messen ist, in der Bildebene der Kamera 3 reduziert ist, so daß die Länge ähnlich der Breite des Brettes 1 erscheint.

Um die Meßgenauigkeit aufrechtzuerhalten, ist eine enge schlitzförmige Öffnung 7 in der Optik 6 der Kamera 3 ent­ halten, wobei diese Öffnung im Beispielsfall horizontal und quer zur Längenerstreckung des Brettes 1 angeordnet ist. Diese Öffnung 7 bewirkt, daß die Strahlanteile des Lichtes, welche die Länge des Brettes 1 darstellen, die Optik 6 nur innerhalb eines Bereiches entsprechend der Schlitz­ breite der Öffnung 7 betreten können. Im Gegensatz dazu können die Strahlanteile des Lichtes, welche die Breite des Brettes 1 darstellen, die Optik 6 innerhalb eines Bereiches betreten, der der gesamten Länge der Öffnung 7 entspricht.

Wenn z. B. Nutzholz abgekantet wird, erreicht das Brett 1 querlaufend die Prüfstelle und läuft dann nach dem ent­ sprechenden Ausrichten zur Abkantstation. Mittels des ge­ krümmten Spiegels 5 kann die Bildebene der Kamera 3 die gesamten Abmessungen des Brettes 1 erfassen. Die Bild­ fläche kann z. B. 600 mm × 600 mm groß sein, wobei die Kamera 3 ein Videobild mit dem Verhältnis 4/3 bildet, das auf dem Monitor 8 überwacht werden kann. Das Videosignal, welches die gleichen Informationen enthält, wird digitali­ siert und einem Steuercomputer zugeführt, welcher die Form des Stückes aus dem Bild herausanalysiert, die Säge­ position optimiert und die notwendigen Daten für eine entsprechende Ausrichtung des Brettes 1 liefert.

Das Prinzip, wie die Schärfe des Bildes aufrechterhalten wird, geht aus den Fig. 2 und 3 hervor. In diesen Figuren sind einige Punkte auf dem Brett 1 darstellt, die mittels des Spiegels 5 auf eine Bildebene 9 der Kamera 3 abgebildet werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung wird in diesem Beispiel ein Spiegel 5 darge­ stellt, der nur in einer Hauptrichtung gekrümmt ist. Somit ist der Spiegel 5 in der Schnittebene YZ gekrümmt und in der Ebene XY gerade.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, treffen alle Lichtstrahlen in der Ebene XY die gerade Spiegeloberfläche und werden gemäß den bekannten Gesetzen der Optik auf der Bildebene scharf abgebildet, d. h., alle Strahlen, die von einem Punkt in verschiedenen Richtungen verlaufen, treffen in der Bild­ ebene 9 wieder auf den gleichen Punkt. Fig. 3 zeigt Licht­ strahlen, die von den Punkten A 1 und A 2 ausgehen, wobei diese Strahlen den folgenden Verlauf nehmen:

Punkt A 1: P 11, L 11, B 1 und A 1, P 12, L 12, B 1;
Punkt A 2: A 2, P 21, L 21, B 2 und A 2, P 22, L 22, B 2.

Die Punkte A 3 und A 4 werden in der Bildebene 9 ebenfalls entsprechend abgebildet.

In der Ebene YZ werden Lichtstrahlen, die in verschiedenen Richtungen verlaufen, aufgrund der Wölbung des Spiegels 5 nicht mehr auf der Bildebene 9 in einem Punkt abgebildet, sondern in Form von Linien. Fig. 2 zeigt den Verlauf von drei Strahlen, die vom Punkt A 1 oder A 2 ausgehen:
A 1, P 11, B 1, wobei dieser Strahl im gleichen Punkt endet wie das Licht, das in der Ebene YX gemäß Fig. 3 abgebildet wird, genauso wie die Strahlverläufe an der Seite: A 1, P 12, B 13 und A 1, P 14, B 14.

Eine geschlitzte Scheibe 10 verhindert den Zutritt der zuletzt erwähnten Lichtstrahlen auf die Bildebene 9, so daß jeder Punkt A nur in einem Punkt E abgebildet wird. Die Wölbung des Spiegels 5 beeinflußt die Schärfe der Darstellung somit nicht.

Es kann gesagt werden, daß eine Kamera verwendet wird, die im Prinzip in X-Richtung eine normale Linse aufweist und in Y-Richtung eine Lochkamera ist. Auf diese Art und Weise ist eine genügend hohe Empfindlichkeit gewährleistet, obwohl Lochkamera-Eigenschaften vorliegen.

Der Einfluß der Wölbung des Spiegels 5 auf die Unterschei­ dungskapazität ist annähernd:

wobei
R = Breite des Schlitzes 7
HY = Höhe des Spiegels 5 (von Kamera 3 aus gesehen)
LPA = Abstand des Spiegels 5 zu dem Gegenstand
LLA = Abstand der Linse 6 zu dem Gegenstand.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, Lösungen zu erhal­ ten, die von der beispielhaften Ausführungsform, wie sie beschrieben wurde, abweichen. Es kann z. B., wenn nötig, der Spiegel in beiden Richtungen gewölbt sein, z. B. konkav in einer Richtung und konvex in die andere Richtung, oder konvex in beiden Richtungen. Wenn die Größe von kleinen Objekten zu messen ist, ist es denkbar, den Spiegel derart anzuordnen, daß das Bild des zu messenden Gegenstandes in die entgegengesetzte Richtung reflektiert wird, weil dann die Videokamera auf der Seite der Meßplatt­ form angeordnet wird. In so einem Fall muß der Spiegel entsprechend geformt sein, z. B. konkav in einer Richtung und geradlinig bzw. eben in der anderen Richtung. Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, anstelle eines Spiegels eine Linse zu verwenden, die z. B. in einer Richtung konvex und in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung konkav ausgebildet ist.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur optischen Messung der Form von lang­ gestreckten Gegenständen (1) mit
einer Meßplatte (2) für den zu messenden Gegenstand (1);
einer elektronischen Kamera (3) zum Abbilden des zu messenden Gegenstandes (1);
einer Bildverarbeitungsvorrichtung (4), welche mit der Kamera (3) verbunden ist, um Bildinformationen von der Kamera (3) in Steuerdaten zu wandeln; und
einem Spiegel (5) der in einem Abstand von der Ebene der Meßplattform (2) angeordnet ist, um das Bild von dem Gegenstand (1) auf der Meßplattform (2) einer Optik (6) der Kamera (3) mittels Spiegelung zuzufüh­ ren,
dadurch gekennzeichnet, daß die spiegelnde Oberfläche des Spiegels (5) eine Wölbung aufweist, die in Längserstreckung unter­ schiedlich ist zu der Wölbung in der Breite, so daß das Bild des Gegenstandes (1), das in die Optik (6) der Kamera (3) reflektiert wird, verglichen mit der Breite eine Verkürzung in der Länge erfährt, und wo­ bei eine geschlitzte Scheibe (10) in der Optik (6) der Kamera (3) angeordnet ist, welche eine schmale, schlitzförmige Öffnung (7) aufweist, die derart an­ geordnet ist, daß die Strahlanteile des Lichtes, welche die Länge des Gegenstandes (1) abbilden, die Optik (6) nur in einem Bereich entsprechend der Breite der Öffnung (7) durchlaufen können, wohinge­ gen die Strahlanteile des Lichtes, welche die Breite des Gegenstandes (1) abbilden, die Optik (6) inner­ halb eines Bereiches entsprechend der Länge der ge­ samten Öffnung (7) durchlaufen können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Meßplattform (2) horizontal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmige Öffnung (7) horizontal und quer zur Längsrichtung des zu messenden Gegenstandes (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlitzte Scheibe (10) außerhalb der Optik (6) der Kamera (3) angeordnet ist.