DE3923275C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur opti­ schen Messung von Werkstückprofilen profilerzeugender Maschi­ nen, insbesondere von Walzprofilen in einem Walzspalt, mit ei­ ner Lichtquelle, deren Lichtstrahl von einer Strahlformungsop­ tik in Längserstreckungsrichtung des im Meßbereich konvexen Werkstücks im wesentlichen tangential auf dessen Profil gerichtet ist, und mit einer den in Strahlrichtung hinter dem Meßbereich fokussierten Lichtstrahl auswertenden optischen Einrich­ tung.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 48 10 894 be­ kannt. Es soll eine Banddicke gemessen werden. Das Band wird durch einen Spalt geführt, der von einem Spaltbegrenzungslineal und einer Walze begrenzt wird, über die das Band geführt ist. Zur Erfassung der Banddicke wird ein Lichtstrahl quer über den bandfreien Spalt und ein anderer Lichtstrahl quer über den durch das Band verengten Spalt zwischen der Walze und dem Spaltbegrenzungslineal geführt. Die Lichtstrahlen sind auf den Spalt fokussiert, um geringe Änderungen in den Spaltabmessungen genügend genau erfassen zu können. In Strahlrichtung hinter dem Spalt ist für jeden Strahl eine auswertende optische Einrichtung vorhanden, die mit je einem Zähler zusammenwirkt, so daß die Dauer des Lichteinfalls ausgewertet werden kann. Durch Differenzbildung der Zählerwerte wird die Banddicke bestimmt. Infolge der Fokussierung des Strahls auf den Spalt hat die bekannte Vorrichtung eine nur geringe Tiefenschärfe. Bereits geringe Positionierungsfehler ergeben große Meßfehler. Hinzu kommt die Empfindlichkeit der bekannten Vorrichtung durch den Schwingspiegel, der erforderlich ist, um die Lichtstrahlen über den Spalt zu bewegen. Die bekannte Vorrichtung ist daher verbesserungsfähig, insbesondere wenn an den profilerzeugenden Maschinen Vibrationen und Schwingungen auftreten.

Aus der PCT/WO 86/07 443 ist eine Vorrichtung zur Abbildung von Profilen bekannt, die eine mit Blitzröhren ausgeführte Querbestrahlung eines Profils beinhaltet, das mit einer Videokamera beobachtet wird, um Profildaten zu gewinnen, mit deren Hilfe Rechner Kenndaten des untersuchten Profils berechnen. Diese bekannte Vorrichtung setzt also eine Querbeleuchtung des Profils voraus und erfordert darüber hinaus eine durch die Schräganordnung der Videokamera bedingte aufwendige Berechnung des effektiven Profils aus dem perspektivisch verzerrten Bild der Videokamera. Daher ist die bekannte Vorrichtung ebenfalls sehr positionsempfindlich.

Aus der DE-PS 10 92 669 ist eine lichtelektrische Vorrichtung zur Feinlängenmessung bekannt, mit der Licht scharf gebündelt zwischen Walzen gestrahlt wird, um deren sich geringfügig ändernden Abstand zu messen. Die Intensität der durch einen hinter den Walzen angeordneten Rückstrahler erzeugten Reflexion des Meßstrahls wird mit der Intensität der Reflexion eines Normals verglichen, das dem zu messenden Spalt ähnlich ist, jedoch keine Relativbewegungen aufweist. Auch diese Vorrichtung ist durch Fokussierung des Lichts positionsempfindlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei­ ne Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend zu verbessern, daß eine genaue und kontrastreiche Profilerfas­ sung ohne Abtastung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Lichtstrahl einen das zu messende Profil bei dessen Erzeugung gleichzeitig beleuchtenden Querschnitt aufweist, daß die Fokussierebene des hinter dem Meßbereich fokussierten Lichtstrahls vor der Bildebene einer Profilabbildungseinrichtung liegt und daß im Bereich der Fokussierebene eine Schlierenblende vorhanden ist.

Aufgrund der Ausbildung der Vorrichtung ohne zu Funktionszwecken fortwährend zu bewegende Teile ist sie für den rauhen Betrieb bei profilerzeugenden Maschinen geeignet. Zu solchen Maschinen gehören Umformeinrichtungen, wie Walzanlagen und Extruder. Der Einsatz der Vorrichtung kommt jedoch auch an spanabhebenden Maschinen infrage, sofern die zu messenden Profile tangential zu ihrer Oberfläche mit dem Lichtstrahl beleuchtet und tangential beobachtet werden können. Tangential bedeutet dabei in Längserstreckungsrichtung des zu messenden Profils, und zwar in einem Meßbereich, in dem das Werkstück eine konvexe Krümmung aufweist.

Für die Erfindung ist zunächst von Bedeutung, daß das ge­ samte zu messende Profil gleichzeitig bestrahlt wird, indem der Lichtstrahl in seinem Querschnitt entsprechend bemessen ist. Ein derartiger Lichtstrahl ermöglicht grundsätzlich die gleich­ zeitige Vermessung des gesamten Profils bzw. Profilteils. Die tangentiale Bestrahlung des konvexen Profils mit dem Licht­ strahl schafft die Voraussetzung dafür, daß mit einer Schlie­ renblende gemessen werden kann. Schlierenblenden sind solche Bauelemente, die eine Erfassung von Licht nach dem Schlieren­ verfahren ermöglichen, sei es im Dunkelfeldverfahren oder im Hellfeldverfahren. Mit dem Ausdruck Schlierenblende sollen auch alle dem Schlierenverfahren physikalisch verwandten physikali­ schen Verfahren zur deutlichen Abbildung nicht lichtabsorbie­ render Objekte verstanden werden, soweit diese lichtselektie­ rende Wirkung haben.

Letztlich ist von Bedeutung, daß in Strahlrichtung hinter dem Profil eine Fokussiereinrichtung angeordnet ist, deren Fo­ kussierebene vor der Abbildungseinrichtung liegt. Durch die Fo­ kussiereinrichtung, die tangential zum Profil beobachtet, wird das tangential am konvexen Profil vorbeigeleitete Licht gesam­ melt und derart gebündelt, daß in der Fokussierebene die bei den Schlierenverfahren bekannten Raumfilterungen durchgeführt werden können, um die genaue Abbildung des bestrahlten Profils zu erreichen.

Mit der Vorrichtung kann das Werkstückprofil besonders kontrastreich abgebildet werden. Das gilt insbesondere für sol­ che Umformeinrichtungen, bei denen z. B. aufgrund von Eigenhei­ ten des Umformprozesses eine sonstige genaue Abbildung des Pro­ fils nicht möglich ist, z. B. wegen übermäßiger Lichtentwicklung beim Walzen. Die Vorrichtung hat außerdem den erheblichen Vor­ teil, unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Werk­ stücks genau zu messen.

Durch die Anwendung des Schlierenverfahrens beim optischen Messen von Werkstückprofilen wird es durch die Verwendung des tangentialen Lichtstrahls ermöglicht, zwischen dem direkten, an den Tangentialflächen des Werkstückprofils nicht abgebeugten Licht und letzterem zu unterscheiden und dieses zu der ge­ wünschten kontrastscharfen Abbildung des Profils heranzuziehen. Vorteilhafterweise sind die nicht vom bestrahlten Profil abge­ lenkten Strahlen von der Schlierenblende ausblendbar. Damit ar­ beitet die Vorrichtung nach dem Dunkelfeldverfahren. Die ausge­ blendeten direkten Lichtstrahlanteile werden also nicht zur Ab­ bildung herangezogen. Die Abbildung des Profils erfolgt nur durch Streulicht, also durch von der Profiloberfläche abgelenk­ te Lichtstrahlanteile, die infolge der Tangentialeinstrahlung des Lichts auf das Profil entsprechend gering sind und zu der gewünschten kontrastreichen Profilabbildung führen.

Die Steuerung der Schlierenblende in ihre exakte Relativ­ lage zum Lichtstrahl wird dadurch erreicht, daß in der Fokus­ sierebene ein lichtempfindliches Positionsmeßelement vorhanden und an eine Verstelleinheit zur Korrektur der Lage der Schlie­ renblende relativ zur Lichtstrahllage angeschlossen ist. Das Meßelement ist beispielsweise eine Halbleitersonde, ein soge­ nannter positionsempfindlicher Detektor PSD. Das Positionsmeß­ element wird in den Lichtstrahl gebracht und dabei wird seine Position gemessen. Dem Meßergebnis bei veränderter Lichtstrahl­ lage entsprechend wird die Blendenlage relativ zur Lichtstrahl­ lage beispielsweise dadurch korrigiert, daß das Meßelement mit dem Brennfleck zur Deckung gebracht wird.

In Lichtstrahlrichtung hinter der Fokussierebene sind eine Detektoroptik und ein Detektor als Teile der Abbildungseinrich­ tung angeordnet. Mit der Detektoroptik kann der hinter der Schlierenblende vorhandene Lichtstrahl auf den Detektor gebün­ delt werden.

Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß im Lichtstrahl in Lichtstrahlrichtung hinter dem Werkstück ein Umgebungslicht- und/oder ein Werkstückeigenleuchten-Filter an­ geordnet ist bzw. sind. Die konkrete Anordnung des Filters hängt von der jeweiligen Ausbildung der Vorrichtung ab. Er wird zweckmäßigerweise baulich im Sinne einer Baueinheit integriert. Grundsätzlich kann der Filter als dem Meßbereich nächstes opti­ sches Bauteil angeordnet werden, wenn sichergestellt ist, daß die nachfolgenden optischen Bauteile nicht durch Fremdlicht be­ einflußt werden.

Damit die Meßergebnisse des Detektors ausgewertet werden können, ist an den als elektronische Kamera ausgebildeten De­ tektor ein dessen Signale verarbeitender Speicher angeschlos­ sen. Dessen Speichergrößen können dann weiterverarbeitet wer­ den.

Eine Weiterverarbeitung der Speichergrößen zur konturge­ naueren Abbildung der Werkstückprofile wird dadurch erreicht, daß an den Detektor und/oder an den Speicher eine die von den Nachbarbereichen außerhalb des Werkstücks hervorgerufenen Luft­ oder Gasschlieren diskriminierende elektronische Auswertungs­ schaltung angeschlossen ist.

An die Auswertungsschaltung ist eine Profilanzeige- und/ oder -ausgabeeinrichtung und/oder eine Maschinensteuereinrich­ tung angeschlossen. Damit kann das Abbildungsergebnis veran­ schaulicht und/oder zur Profilerzeugung verwertet werden.

In einigen Anwendungsfällen herrschen im Bereich der Pro­ filerzeugung Platzprobleme. Um diese zu lösen ist die Vorrich­ tung so ausgebildet, daß die Lichtquelle und die Profilabbil­ dungseinrichtung auf derselben Seite des beleuchteten Werk­ stückprofils angeordnet sind, daß auf der gegenüberliegenden Seite dieses Werkstückprofils ein Spiegel für den Lichtstrahl vorhanden ist und daß zwischen diesem Werkstückprofil und der Strahlformungsoptik ein das vom Spiegel reflektierte Licht aus dem Strahl ausblendender Strahlteiler vorgesehen ist.

Für Walzanlagen ist es besonders vorteilhaft, daß der dem Profil tangentiale Lichtstrahl in einer Walzanlage den gesamten profilgebenden Walzenumriß beleuchtet, daß eine den vom Werkstück freien Walzspalt abbildende Anordnung mit Schlierenblende vorhanden ist und daß der Detektor fortlaufend ein dem Füllgrad des Walzspalts proportionales Ausgangssignal zu erzeugen vermag. Diese Vorrichtung ermöglicht eine on-line-Messung der zeitlichen Entwicklung des Werkstückprofils. Darüber hinaus kann der Füllgrad on-line bestimmt werden und das diesem Füll­ grad proportionale Ausgangssignal kann zur Beeinflussung des Walzvorgangs herangezogen werden. Das Walzen wird also so ge­ steuert bzw. geregelt, daß sich das gewünschte Walzgut ergibt, indem der Walzspalt weggeregelt wird.

Als Lichtquelle zur tangentialen Beleuchtung des Werk­ stückprofils oder des Walzenumrisses ist ein Laser vorhanden. Diese Lichtquelle ist soweit wie möglich punktförmig, so daß sich eine hohe Meßgenauigkeit ergibt. Außerdem ist die Licht­ quelle von hoher spektraler Brillanz und damit weitgehend un­ abhängig von den Eigenschaften des Werkstücks oder des zu ver­ messenden Produkts, wie beispielsweise Eigenleuchten. Infolge der Brillanz des Lichts kann die Meßvorrichtung auch bei nor­ maler Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zweier Walzen mit dazwischen befindlichem Walzgut,

Fig. 2 eine Abbildung des Walzspaltes in einer in Fig. 2 nä­ her bezeichneten Detektionsebene,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der wesentlichen Be­ standteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 5 bis 5b Darstellungen zur Auswertung des bestrahlten Profils mittels Schlierenblende.

In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand einer speziellen Umformanlage erläutert, nämlich anhand einer Walzen­ anlage, wie sie zum Längswalzen und zum Ringwalzen bei einer Warmumformung eingesetzt wird. Die zu profilierenden Werkstoffe weisen Temperaturen im Bereich von 1000°C auf, so daß sich die zu formenden Werkstücke in dem glühenden Zustand befinden.

Die Walzanlage besteht im wesentlichen aus einem Dorn 2 und aus einer Kaliberwalze 3 mit dem profilbestimmenden Kaliber 4. Diese Walzen 2, 3 werden zur Umformung des Werkstücks 1 in an sich bekannter Weise angetrieben. Infolgedessen wird das Werk­ stück 1 zwischen ihnen hindurchgezogen und erfährt durch das Kaliber 4 der Walze 3 eine Profilierung. Aus Fig. 1 ist ersicht­ lich, daß das Werkstück 1 das profilgebende Kaliber 4 der Walze 3 nicht vollständig ausfüllt. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Werkstück die gewünschte Sollprofilierung in mehreren Schritten bzw. Walzendurchläufen erhält. Wenn das Ka­ liber 4 durch das Werkstück 1 nicht wie gewünscht oder voll­ ständig ausgefüllt ist, kann es daran liegen, daß der Walzvor­ gang in unerwünschter Weise abläuft. In jedem Stadium der Pro­ filierung kann es sein, daß Haltepunkte und Rückzugseffekte auftreten, so daß die Füllung bzw. der Füllgrad des Kalibers trotz weiteren Walzens wieder abnimmt. Es kann auch sein, daß sich das Profil des Werkstücks 1 im Kaliber 4 während des Walz­ vorgangs so ändert, daß bestimmte Bereiche des Kalibers 4 schneller gefüllt werden als andere. Für das Walzen ist es da­ her von Bedeutung, daß das Profil 5 des Werkstücks 1 bestimmt werden kann, bzw. daß der Füllgrad des Kalibers 4 bestimmt wer­ den kann. Derartige Bestimmungen wurden bisher mit umfangrei­ chen Testserien ermittelt, bei denen die Umformung nach ver­ schiedenen Bearbeitungsdauern unterbrochen wurde, um von den Werkstücken Schnitte anzufertigen, anhand derer die zeitliche Profilentwicklung ermittelt werden konnte. Eine derartige um­ ständliche und zeitraubende Bestimmung des Werkstückprofils kann durch die beschriebene Vorrichtung vermieden werden.

Zur Messung des Profils 5 wird eine Lichtquelle 6 herange­ zogen, die einen Lichtstrahl 7 erzeugt, der zu einer Strahlfor­ mungsoptik 8 gelangt. Mit Hilfe der Strahlformungsoptik 8 er­ hält der Lichtstrahl 7 einen Querschnitt 31, mit dem der ge­ samte profilgebende Walzenumriß 35 der Kaliberwalze 3 beleuch­ tet wird, in Fig. 1 dargestellt als Beobachtungsfeld 16.

Aus den Fig. 1, 3 ist ersichtlich, daß das Werkstück 1 durch den Lichtstrahl 7 im Bereich des zu messenden Profils 5 der Querschnittsebene 13 tangential beleuchtet wird. Tangential ist dabei im Sinne der Längserstreckungsrichtung 40 des Werkstücks 1 zu verstehen. Fig. 3 zeigt dazu eine parallele Strahlführung 39. Stattdessen ist aber auch ein divergenter oder konvergenter Strahlverlauf möglich, sofern die Beleuchtung des Werkstückpro­ fils 5 in der Walzebene 13 zumindest im wesentlichen tangential ist.

Außerdem muß natürlich dafür gesorgt sein, daß das Licht bzw. der Lichtstrahl 7 bis zu dem zu messenden Profil 5 einen ungestörten Durchtritt hat, also ungestört beispielsweise durch den Verlauf des Werkstücks 1, durch Walzstaus od. dgl. Das Werk­ stück 1 wurde daher in Fig. 3 ringförmig dargestellt, um den un­ gestörten Lichtdurchtritt durch den freien Bereich zwischen dem Werkstückprofil 5 und dem Umriß 35 der Kaliberwalze 4 in der Ebene 13 zu veranschaulichen. Grundsätzlich ist erforderlich, daß das Werkstück 1 im Meßbereich konvex ausgebildet ist, um die gewünschte Profilabbildung zu erreichen.

Die Beobachtung des Werkstücks 1 bzw. des Walzenumrisses 35 erfolgt hinter der Ebene 13, senkrecht dazu, also tangential zum Werkstück 1. In der Richtung des Lichtstrahls 7 hinter dem beleuchteten Profil der Ebene 13 ist eine Fokussiereinrichtung 9 angeordnet, mit der das das Profil 5 bzw. den freien Walz­ spalt 36 zwischen Profil 5 und Walzenumriß 35 passierende Licht fokussiert wird. Es ergibt sich eine Fokussierebene 10, die vor der Bildebene einer Abbildungseinrichtung 9, 12, 14 angeordnet ist. Die Abbildungseinrichtung 9, 12, 14 besteht aus der zur Ab­ bildung beitragenden Fokussiereinrichtung 9, einer Detektorop­ tik 12 und aus einem beispielsweise als elektronische Kamera ausgebildeten Detektor 14 zur Auswertung des den Walzspalt 36 passierenden Lichts. Dieses Licht ist jedoch in besonderer Weise aufbereitet, um den Walzspalt möglichst konturenscharf bzw. kontrastreich abzubilden. Das erfolgt mit einer Schlieren­ blende 11, die im Bereich der Fokussierebene 10 angeordnet ist. Ihre Darstellung ist lediglich schematisch, da sie je nach Art des eingesetzten Schlierenverfahrens unterschiedlich ausgebil­ det ist. Ihre Wirkung wird unten erläutert.

Zwischen der Detektoroptik 12 und dem Detektor 14 ist ein Filter 15 angeordnet, der aus dem zu detektierenden Licht Lichtanteile herausfiltert, die die Abbildung des Werkstück­ bzw. Walzenprofils beeinträchtigen könnten. Das ist beispiels­ weise Umgebungslicht oder Licht, das von einem Eigenleuchten des Werkstücks 1 herrührt, das sich in glühendem Zustand befin­ den kann.

Um die vom Detektor 14 herrührenden Meßsignale verarbeiten zu können, ist an den Detektor 14 ein Speicher 18 angeschlos­ sen, der von üblicher Ausbildung ist und daher nur als Block dargestellt wurde. Dasselbe gilt für die nachfolgenden Schal­ tungen, nämlich eine Auswertungsschaltung 19, welche der elek­ tronischen Aufbereitung dient, die weiter unten beschrieben ist. Diese Auswertungsschaltung 19 kann eine Profilanzeigevor­ richtung und/oder eine Profilausgabeeinrichtung 20 speisen, wie auch eine Maschinensteuereinrichtung 21, so daß das Ergebnis der Auswertungsschaltung 19 sowohl zur Beobachtung eingesetzt werden kann, als auch zur Beeinflussung des Walzvorgangs, bei­ spielsweise der Walzgeschwindigkeit oder des Abstands der Wal­ zen 2, 3 voneinander.

Um eine genaue Messung durchführen zu können, ist es er­ forderlich, die Schlierenblende 11 stets radial exakt auf den Lichtstrahl 7 bzw. auf ihre Lage relativ zum Brennfleck des Lichtstrahls 7 auszurichten. Hierzu ist ein in den Figuren nicht dargestelltes Positionsmeßelement vorhanden, beispiels­ weise ein Halbleiterdetektor. Dieser sogenannte positionsem­ pfindliche Detektor PSD ist lichtempfindlich und wird im Brenn­ punkt 37 des von der Fokussiereinrichtung 9 fokussierten Licht­ strahls 7 angeordnet. Die minimale Außenabmessung des Meßelements ist darauf abzustimmen, daß der Brennfleck abge­ deckt wird. Die maximale Außenabmessung des Meßelements ist da­ durch gegeben, daß der vom Objekt zur Detektoroptik 12 gelan­ gende Lichtstrahlenanteil der abgelenkten Strahlen zur Anzeige ausreicht. Das gilt für die unten erwähnte Dunkelfeldmessung. Sofern sich beim Walzen eine Änderung der Lage des Lichtstrahls ergibt, beispielsweise durch den Walzvorgang selbst oder durch Störungen oder Justageänderungen im Meßbereich, so wird dies vom Meßelement ermittelt, das mit einer Verstelleinheit 22 ver­ bunden ist. Die Wirkverbindung 38 zwischen Meßelement und Ver­ stelleinheit 22 ist gepunktet eingezeichnet. Diese Verstellein­ heit 22 verschiebt die Schlierenblende 11 relativ zum Brenn­ fleck, so daß exakt gemessen werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind die Lichtquelle 6 und die Abbildungseinrichtung 12, 14 jeweils auf einer Seite der Ebene 13 angeordnet. Das kann je nach den räumlichen Gege­ benheiten der Umformungsanlage unerwünscht sein. In Fig. 4 ist infolgedessen eine Ringwalzanlage 34 dargestellt, bei der die Lichtquelle 6 und die Abbildungseinrichtung 12, 14 auf derselben Seite 33 des beleuchteten Werkstückprofils 5 bzw. der formge­ benden Walzen 2, 3 angeordnet sind. Für die Lichtführung ist es erforderlich, auf der der Seite 33 gegenüberliegenden Seite der Anlage 34 einen Spiegel 24 bzw. Reflektor für den Lichtstrahl 7 anzuordnen. Der Spiegel 24 reflektiert das Licht zurück durch den Walzspalt 36 auf einen Strahlteiler 23, der es auf die Fo­ kussiereinrichtung 9 ausblendet. Im übrigen entspricht die Aus­ bildung der Vorrichtung gemäß Fig. 4 derjenigen gemäß Fig. 3.

Zur Messung des Profils 1 bzw. zur Messung des Füllgrades des Walzspaltes 36 wird das für andere Zwecke bekannte Schlie­ renverfahren herangezogen, bei dem die Richtung, in die eine Objektstelle das Licht lenkt, über die Kennzeichnung der be­ treffenden Objektstelle in der Bildebene entscheidet. Grenzfäl­ le des Schlierenverfahrens sind Dunkelfeld-, Hellfeld- und Pha­ senkontrastverfahren. Dunkelfeldverfahren bedeutet, daß das di­ rekte nicht abgebeugte Licht nicht an der Bildabbildung mit­ wirkt. Es muß also von der Schlierenblende ausgeblendet werden. Demgemäß werden durch die Schlierenblende 11 alle nicht durch das Werkstück 1 oder die Walze 3 abgelenkten Strahlenanteile des Lichtstrahls 7 ausgeblendet. Zur Abbildung der Ebene 13 bzw. zur Abbildung von dessen Walzspalt 36 tragen also nur die­ jenigen Strahlenanteile bei, die an dem Werkstück 1 oder an der Walze 3 abgelenkt wurden. Derartige Ablenkungen entstehen durch Streuungen oder Streifreflexionen an den Oberflächen dieser Objekte. Infolgedessen erscheint das Beobachtungsfeld 16 bei der Dunkelfeldabbildung auf einer Detektorebene 16′ des Detek­ tors 14 gemäß Fig. 2, wobei das Feld im Idealfall dunkel ist, bis auf die Objektumrisse 17, die hell erscheinen. Im Walzspalt 36 sind jedoch im allgemeinen Luftschlieren vorhanden, also Teile oder Bereiche des Luftspalts unterschiedlicher Tempera­ tur, hervorgerufen durch das heiße Werkstück 1. Diese Luft­ schlieren führen ebenfalls zu Ablenkungen des Lichtstrahls 7, so daß sie sich bei der Dunkelfeldabbildung als Aufhellungen 27 innerhalb der Umrisse 17 darstellen. Sie sind mit 27 bezeich­ net.

Es ist sinnvoll, derartige Schlierenabbildungen 27 von den Werkstück- bzw. Walzenumrissen zu diskriminieren. Das erfolgt rechnerisch mit der Auswertungsschaltung 19 unter Berücksichti­ gung des Intensitätsverlaufs. Die Kurven 23 der Fig. 5a und 24 der Fig. 5b veranschaulichen, wie die Intensität entlang der Li­ nie A-A gemäß Fig. 5 bei Dunkelfeldabbildung bzw. bei Hellfeld­ abbildung verläuft. Bei Dunkelfeldabbildung ergibt sich gemäß Fig. 5a ein steiler Intensitätsgradient im Bereich der Profil­ bzw. Walzenkontur. Die dazwischenliegenden Luftschlieren weisen einen wesentlich geringeren Gradienten 25 auf, können also rechnerisch durch Gradientenbestimmung diskriminiert werden.

Ähnliches gilt für Hellfeldabbildung. Gemäß Fig. 5b sind die durch Luftschlieren hervorgerufenen Gradienten 26 ebenfalls we­ sentlich geringer, als die Gradienten im Bereich der Profil­ bzw. Walzenkontur, so daß eine rechnerische Diskriminierung mit Hilfe der Auswertungsschaltung 19 ermöglicht wird.

Mit Hilfe der Auswertungsschaltung 19 kann jedoch nicht nur die Objektkontur genügend genau bestimmt werden, sondern es kann auch der Füllgrad berechnet werden, indem z. B. bei einer Hellfeldanordnung über die gesamte Querschnittsebene 13 inte­ griert wird. Das Ausgangssignal ist dann direkt proportional zum Füllgrad.

Die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschreiben das Walzen von Werkstücken. Stattdessen können Werkstücke aber auch extrudiert oder sonstwie behandelt werden, sofern sich Profile ergeben, deren tangentiale Bestrahlung und Beobachtung möglich ist. Derartige Werkstücke können aus metallischen, nichtmetal­ lischen oder organischen Werkstoffen bestehen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur optischen Messung von Werkstückprofilen profilerzeugender Maschinen, insbesondere von Walzprofilen in einem Walzspalt, mit einer Lichtquelle, deren Licht­ strahl von einer Strahlformungsoptik in Längserstreckungs­ richtung des im Meßbereich konvexen Werkstücks im wesentlichen tangential auf dessen Profil gerichtet ist, und mit einer den in Strahlrichtung hinter dem Meßbereich fokussierten Lichtstrahl auswertenden optischen Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (7) einen das zu messende Profil (5) bei dessen Erzeugung gleichzeitig beleuchtenden Querschnitt (31) aufweist, daß die Fokussierebene (10) des hinter dem Meßbereich fokussierten Lichtstrahls (7) vor der Bildebene einer Profilabbildungseinrichtung (9, 12, 14) liegt und daß im Bereich der Fokussierebene (10) eine Schlierenblende (11) vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht vom bestrahlten Profil (5) abgelenkten Strahlen des Lichtstrahls (7) von der Schlierenblende (11) ausblendbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fokussierebene (10) ein lichtempfindliches Positionsmeßelement vorhanden und an eine Verstelleinheit (22) zur Korrektur der Lage der Schlierenblende (11) relativ zur Lichtstrahllage angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Lichtstrahlrichtung (32) hinter der Fokussierebene (10) eine Detektoroptik (12) und ein Detektor (14) als Teile der Abbildungseinrichtung (9, 12, 14) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtstrahl (7) in Lichtstrahlrichtung (32) hinter dem Werkstück (1) ein Umgebungslicht- und/oder ein Werkstückeigenleuchter- Filter (15) angeordnet ist bzw. sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den als elektronische Kamera ausgebildeten Detektor (14) ein dessen Signale verarbeitender Speicher (18) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Detektor (14) und/oder an den Speicher (18) eine die von den Nachbarbereichen außerhalb des Werkstücks (1) hervorgerufenen Luft- oder Gasschlieren diskriminierende elektronische Auswertungsschaltung (19) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Auswertungsschaltung (19) eine Profilanzeige- und/oder -Ausgabeeinrichtung (20) und/oder eine Maschinensteuereinrichtung (21) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (6) und die Profilabbildungseinrichtung (9, 12, 14) auf derselben Seite (33) des beleuchteten Werkstückprofils (5) angeordnet sind, daß auf der gegenüberliegenden Seite dieses Werkstückprofils (5) ein Spiegel (24) für den Lichtstrahl (7) vorhanden ist und daß zwischen diesem Werkstückprofil (5) und der Strahlformungsoptik (8) ein das vom Spiegel (24) reflektierte Licht aus dem Strahl (32) ausblendender Strahlteiler (23) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Profil (5) tangentiale Lichtstrahl (7) in einer Walzanlage (34) den gesamten profilgebenden Walzenumriß (35) beleuchtet, daß eine den vom Werkstück (1) freien Walzspalt (36) abbildende Anordnung mit Schlierenblende (11) vorhanden ist und daß der Detektor (14) fortlaufend ein dem Füllgrad des Walzspalts (36) proportionales Ausgangssignal zu erzeugen vermag.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (6) zur tangentialen Beleuchtung ein Laser vorhanden ist.