DE4025682C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Profilen strangförmigen Guts, mit mindestens einer Licht­ strahlquelle, die einen Lichtfleck in einer gegen den Strang unter einem Winkel angeordneten Strahl­ ebene über das Profil laufen läßt, und mit mindestens einem De­ tektormodul, der von dem Profil reflektiertes Licht aufnimmt, dazu etwa in der von dem Strang und der Lichtstrahlquelle ge­ bildeten Längsebene angeordnet und auf den bestrahlten Profil­ bereich gerichtet ist sowie eine aufgenommenes Reflexionslicht bündelnde Fokussiereinrichtung für eine eindimensionale Empfän­ gerzeile aufweist, an die eine Auswertungseinrichtung ange­ schlossen ist.

Mit einer solchen Vorrichtung wird z. B. beim allgemein be­ kannten Triangulationsmeßverfahren derart gemessen, daß konti­ nuierlich oder in dicht aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die Position des Reflexionslichts auf dem Profil erfaßt und ausgewertet wird. Da die das zu einem Punkt gebündelte Reflexionslicht erfassende Empfängerzeile nur eindimensional ist, kann damit nur eine einzige Koordinate, nämlich die durch die tatsächliche Ausbildung des Strangs bestimmte Höhenkoordinate ermittelt werden. Die dazu senkrechte, horizontale Koordinate muß anderweitig bestimmt werden. Wird der Strahl zu sich selbst parallel über das Profil verschoben, so ergibt sich die hori­ zontale Koordinate entsprechend der jeweiligen vorbestimmten und damit verfügbaren Strahlpositionierung. Das Verschieben des Lichtstrahls parallel zu sich selbst bedarf jedoch hierzu ge­ eigneter Einrichtungen. Aus der EP 01 59 354 B1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Positionierung eines Lichtflecks auf einem Profil bekannt, die aus einer Kombination von ebenen Spiegeln mit einem schrittweise angetriebenen Spiegelrad besteht, welches sowohl den zugeführten Lichtstrahl als auch den reflektierten Lichtstrahl ablenkt. Aus der US 47 09 156 ist eine Vorrichtung zum Verschieben eines Lichtstrahls parallel zu sich selbst bekannt, die einen Drehspiegel hat, von dem aus das Licht einer Linse zugeführt wird, die den Lichtstrahl parallel zu sich selbst ausrichtet. Aus der DE-OS 22 56 736 ist es bei einer Vorrichtung zur Oberflächenprofilmessung bekannt, elektrooptische oder elektroakustische Strahlablenkeinrichtungen zu benutzen, um den technischen Aufwand zur Sicherstellung einer geradlinigen Abtastspur klein zu halten. Wird der Lichtstrahl über den Strang geschwenkt, so kann die horizontale Position des Lichtstrahls auf dem Profil durch Heranziehung der Winkellage des Laserstrahls bestimmt werden. Hierzu ist beispielsweise ein Winkelkodierer erforderlich. In allen vorgenannten Fällen ergeben sich systembedingte Fehler, die größere Genauigkeiten nicht zulassen.

Die Verwendung von Strahlteilern bei der Beobachtung des Streulichts für die Lasertriangulation ist aus der EP  03 42 864 A2 bekannt. Der bekannten Strahlteiler liefert zwei Teilbilder, die jeweils integral von einem Fotomultiplier eines Differentialverstärkers erfaßt werden. An den Differentialverstärker sind Vergleicher angeschlossen, um den gelieferten Differenzwert mit einem oberen und mit einem unteren Schwellwert vergleichen zu können. Eine koordinatenweise aufgelöste Erfassung des Meßobjekts ist wegen der integralen Erfassung der Teilbilder nicht möglich.

Außerdem ist es bekannt, zur Erfassung der Positionierung eines Lichtflecks auf einem Profil statt einer eindimensionalen Empfängerzeile eine zweidimensionale Empfängeranordnung zu ver­ wenden, welche die Erfassung sowohl der vertikalen, als auch der horizontalen Position des Lichtflecks auf dem Profil gestattet. Derartige sogenannte CCD-Arrays erreichen je­ doch nur Auflösungen in der Größenordnung von 10^-2 bis 10^-3. Das ist für genaue Messungen zu wenig.

Dem Bekannten gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum berührungsfreien Messen von Pro­ filen strangförmigen Guts mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß in zwei Dimensionen eine gleich gute, hoch auflösungsgenaue Erfassung der Position eines Lichtflecks auf dem Profil ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das von dem Detek­ tormodul aufgenommene Reflexionslicht von der Fokussiereinrich­ tung zu einer quer zu der Empfängerzeile angeordneten Bünde­ lungslinie fokussiert ist, und daß Reflexionslicht einem der Fokussiereinrichtung vorgeordneten Strahlteiler zugeführt ist, der einen Teil des Reflexionslichts auf eine zweite linienbündelnde Fokussiereinrichtung lenkt, deren Bündelungslinie quer zu einer zweiten eindimensio­ nalen und an die Auswertungseinrichtung angeschlossene Empfän­ gerzeile und quer zu der ersten Bündelungslinie verläuft.

Für die Erfindung ist die Erkenntnis von Bedeutung, daß das Reflexionslicht alle Informationen über die Positionierung des Lichtflecks in jeder Koordinate mit sich führt und es daher möglich sein muß, diese Informationen durch geeignete Ausbil­ dung des Detektormoduls zu gewinnen. Hierzu wird der der Fokus­ siereinrichtung vorgeordnete Strahlteiler verwendet, der einen Teil des Reflexionslichts einer zweiten Fokussiereinrichtung zuführt. Diese Fokussiereinrichtung ist so ausgebildet, daß sie das Licht ebenfalls linienbündelt, ihre Bündelungslinie jedoch quer zu der Bündelungslinie der ersten Fokussiereinrichtung an­ geordnet ist. Infolgedessen kann mit der zweiten Fokussierein­ richtung die Positionierung des Lichtflecks in einer Richtung erfaßt werden, die senkrecht zu derjenigen Richtung ist, welche durch die erste Fokussiereinrichtung bestimmt wird. Für jede dieser beiden Richtungen bzw. Koordinaten ist eine eindimensio­ nale Empfängerzeile vorhanden, mit der sich Auflösungen in der Größenordnung von 10^-3 bis 10^-4 erreichen lassen. Infolgedessen ist die Messung der Position des Lichtflecks und damit die Mes­ sung des Profils im Vergleich zu einer flächenhaften Erfassung des Lichtflecks wesentlich genauer, und zwar in jeder der Rich­ tungen. Das wird durch keine der bekannten Meßvorrichtungen er­ reicht.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung so aus­ gebildet, daß die Strahlebene mit einem von der strangvertika­ len Querschnittsebene abweichenden Einfallswinkel angeordnet ist, und daß die Längsachse des Reflexionslichts mit einem vor­ bestimmten Meßwinkel gegen die Querschnittsebene geneigt ist.

Bei bekannten Meßvorrichtungen ist die Strahlebene des einstrahlenden Lichts im wesentlichen senkrecht zum Strang an­ geordnet, also innerhalb der strangvertikalen Querschnittsebe­ ne. Hierdurch soll erreicht werden, daß der Lichtfleck bei ei­ ner Höhenänderung des Profils seine Position nicht in Richtung des Strangs verändert. In diesem Fall könnte aus jeder Posi­ tionsänderung auf eine Höhenänderung des Profils an der betref­ fenden Stelle geschlossen werden. Eine derartige Anordnung des Lichtstrahls bzw. der Strahlebene hat jedoch den Nachteil, daß sie häufig fehlerbehaftet ist, weil ohne erhöhten meßtechni­ schen Aufwand nicht sicherzustellen ist, daß die Strahlebene auch tatsächlich senkrecht zum Strang angeordnet ist. Darüber hinaus muß der Detektormodul unter einem spitzen Winkel zur Strahlebene angeordnet werden, der es lediglich gestattet, ei­ nen geringen Anteil des Reflexionslichts zu erfassen. Infolge­ dessen sind derartige bekannte Meßvorrichtungen nicht nur feh­ lerbehaftet, sondern auch vergleichsweise wenig empfindlich bzw. besitzen einen vergleichsweise kleinen Meßbereich. Die An­ ordnung des bekannten Detektors im spitzen Winkel zur Strahl­ ebene ist auch durch die Höhe des Strangs bedingt bzw. durch die in der Nähe der Strahlebene gegebenen eingeengten Platzver­ hältnisse, welche beispielsweise durch die räumliche Erstrec­ kung der Lichtquelle beeinflußt werden. Den vorbeschriebenen Nachteilen wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch ausgewichen, daß die Strahlebene mit einem von der strangverti­ kalen Querschnittsebene abweichenden Einfallswinkel angeordnet ist, und daß die Längsachse des Reflexionslichts, also die Meß­ ebene, mit einem vorbestimmten Meßwinkel gegen die strangverti­ kale Querschnittsebene geneigt ist.

Der vorbestimmte Meßwinkel wird zweckmäßiger Weise unter Berücksichtigung des Einfallswinkels gewählt. Vorteilhafterwei­ se sind beide Winkel gleich groß und/oder betragen zusammen 90°.

Dadurch, daß die Winkel gleich groß bemessen werden, ist der vorbestimmte Meßwinkel gleich dem Ausfallswinkel des Refle­ xionslichts. Der Detektormodul kann die größtmögliche Menge an Reflexionslicht erfassen und die Meßvorrichtung ist dementspre­ chend empfindlich. Betragen die Winkel zusammen 90°, so ist der Detektormodul genau senkrecht zu der Strahlebene ausgerichtet und erfaßt das Reflexionslicht vom Fußpunkt seiner Längsachse auf der Strahlebene ausgehend in den radialen Richtungen der Strahlebene gleichmäßig. Wenn die Winkel gleichgroß sind und zugleich zusammen 90° betragen, ergibt sich außerdem eine gleichmäßige Verteilung des oberhalb des Strangs für die Anord­ nung der Lichtstrahlquelle und des Detektormoduls zur Verfügung stehenden Raums, so daß beide mit entsprechendem Volumen ausge­ bildet werden können.

Die bekannte strangvertikale Anordnung der Strahlebene soll auch Fehler infolge einer Torsion des Strangs vermeiden. Derartige Torsionen würden bei Schräganordnung der Strahlebene ebenfalls Höhenmeßfehler ergeben. Solche Meßfehler werden durch die bekannte strangvertikale Anordnung der Strahlebene zwar in gewissem Umfang vermieden, eine tatsächlich jedoch vorhandene Torsion des Strangs bleibt jedoch auch unerfaßt. Die Meßvor­ richtung soll daher in Ausgestaltung der Erfindung so weiterge­ bildet werden, daß sie es auch erlaubt, die Torsion des strang­ förmigen Guts zu bestimmen und ihre Auswirkung zu beseitigen. Das wird dadurch erreicht, daß die Lichtstrahlquelle einen wei­ teren Lichtfleck in einer der ersten Strahlebene parallelen Strahlebene axial versetzt über das Profil laufen läßt, und daß die Auswertungseinrichtung eine Torsion des Strangs aus den Po­ sitionen der Lichtfleckabbildungen der beiden Lichtflecke auf den Empfängerzeilen berechnet.

Hierbei ist von Bedeutung, daß nicht nur ein einziger Lichtfleck verwendet wird, sondern ein weiterer Lichtfleck in­ folge eines zweiten Meßstrahls, der dem den ersten lichtfleck­ erzeugenden ersten Meßstrahl parallel ist. Die beiden Meßstrah­ len und damit die von diesen erzeugten Lichtflecke sind aus­ schließlich axial versetzt, also in Längsrichtung des Strangs, so daß aus von der Meßvorrichtung ermittelten Höhenabweichungen der Lichtflecke auf die Torsion des Strangs geschlossen werden kann. Das Messen wird mit Hilfe der Positionen der Lichtfleck­ abbildungen der beiden Lichtflecke auf den Empfängerzeilen er­ reicht, wobei die Berechnung von der Auswertungseinrichtung vorgenommen wird.

Um eine hohe Genauigkeit bei der Parallelausrichtung der die Lichtflecke erzeugenden Strahlen zu erreichen, sind die beiden Lichtflecke mit einem den Strahl einer einzigen Licht­ quelle verdoppelnden optischen Element erzeugt. Das optische Element ist zweckmäßiger Weise eine planparallel geschliffene Glasplatte, die den Strahl der Lichtquelle einerseits mit ihrer strahlzugewendeten Außenfläche und andererseits mit ihrer die­ ser Außenfläche parallelen Innenfläche der gegenüberliegenden Außenwand reflektiert.

Damit die Vorrichtung insbesondere für den automatisierten Einsatz geeignet ist, wird sie so weitergebildet, daß die Auswertungseinrichtung den Torsionswinkel und mit dem Torsionswinkel unter Heranziehung der Sollabmessungen des Profils und des zeitgleich mit den Profilen ermittelten Lagewinkels einer Bezugsachse des Strangs das Sollprofil der Meßstelle des Strangs berechnet und das Sollprofil mit dem Istprofil der Meßstelle vergleicht und Abweichungen anzeigt und/oder für eine Prozeßsteuerung verwendet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen und anhand eines Blockfunktionsbildes erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer schematischen Darstellung der wichtigsten Elemente einer Meßvorrichtung für das Profil eines Strangs,

Fig. 1a eine Ansicht in Richtung A der Fig. 1,

Fig. 2 eine schaubildliche Detaildarstellung wichtiger Elemente eines Detektormoduls,

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung eines tordier­ ten Strangs,

Fig. 4 Darstellungen von Profilumrissen, bezogen auf be­ stimmte Stellen der Längsachse des Strangs der Fig. 3, und

Fig. 5 ein Blockfunktionsbild zur Erläuterung des Meß- und Berechnungsverfahrens zur Erfassung der Torsion des in Fig. 3 dargestellten Strangs.

Der in den Fig. 1, 1a dargestellte Strang 1′ hat ein winkel­ förmiges Profil 1 mit einem horizontalen Profilabschnitt 3 und einem dazu vertikalen Profilabschnitt 3′ zur Erläuterung unter­ schiedlicher Höhen- und Seitenlagen eines Lichtflecks 8 bzw. 8′′ auf dem Profil 1. Der Lichtfleck 8 wird mit einem Licht­ strahl 6 erzeugt, den eine Lichtstrahlquelle 4 zur Verfügung stellt. Der von dieser Lichtstrahlquelle 4 erzeugte Vorstrahl 4′ wird einer Strahlformungs- und Strahlablenkeinheit 5 zuge­ führt. Diese Einheit 5 formt den Strahl 6 und fokussiert ihn, und sie lenkt ihn gemäß Fig. 1a über einen Winkelbereich α ab. Dieser Winkelbereich α wird genügend groß gewählt, um die in Frage kommenden Profile 1 in deren Querrichtung vollständig zu erfassen bzw. zu bestrahlen. Der Lichtstrahl 6 spannt eine Strahlebene 7 auf. Diese Strahlebene 7 bzw. die optische Achse 6′ der Lichtquelle 4 und der Einheit 5 schließen mit der strangvertikalen Querschnittsebene 10 einen Einfallswinkel ϕ_e ein, so daß der Lichtfleck 8 auf dem horizontalen Profilab­ schnitt 3 im Vergleich zum Lichtfleck 8′′ auf der oberen Kante des vertikalen Profilabschnitts 3′ nicht nur eine andere Höhen­ lage in x-Richtung des Koordinatensystems 2 aufweist, sondern auch eine andere Lage in z-Richtung hat, abgesehen davon, daß er auch eine unterschiedliche Lage in y-Richtung aufweist. Be­ zieht man jedoch die möglichen Lagen eines Lichtflecks 8, 8′′ auf die Strahlebene 7, so ist ersichtlich, daß alle möglichen Lagen des Lichtflecks durch nur zwei Koordinaten bestimmbar sind, nämlich die in Fig. 2 dargestellten Koordinaten y und 6′, wobei letztere Koordinate der optischen Achse 6′ entspricht.

Mit dem in Fig. 1 dargestellten Detektormodul 9 wird das vom Profil 1 reflektierte Licht erfaßt. Der Detektormodul 9 ist derart auf das Profil 1 gerichtet, daß er den gesamten vom Lichtstrahl 6 bestrahlten Profilbereich erfaßt. Die Grenzstrah­ len des in Fig. 2 dargestellten Reflexionslichts 23 sind in Fig. 1 mit 23′, 23′′ bezeichnet. Dieses Reflexionslicht 23 hat eine Längsachse 21, die gemäß Fig. 1 einen Fußpunkt 25 mit der Strahlebene 7 bildet. Es ist ersichtlich, daß die Grenzstrahlen 23′, 23′′ symmetrisch zu der Längsachse 21 angeordnet sind. Die Längsachse 21 bildet mit der strangvertikalen Querschnittsebene 10 den aus Fig. 1 ersichtlichen Meßwinkel ϕ_a. Dieser Meßwinkel ϕ_a ist frei vorbestimmbar und im Falle der Fig. 1 gleich dem Ein­ fallswinkel ϕ_e des Strahls 6 bzw. der Strahlebene 7 gewählt. In­ folgedessen steht die Längsachse 21 senkrecht auf der Strahl­ ebene 7 und vom Fußpunkt 25 aus wird das von dem Profil 1 re­ flektierte Licht achssymmetrisch erfaßt. Da der Einfallswinkel ϕ_e im Mittel gleich dem Meßwinkel ϕ_a ist, kann der Detektormodul 9 näherungsweise die größtmögliche Menge von Reflexionslicht 23 erfassen.

Der Detektormodul 9 ist im wesentlichen gemäß Fig. 2 ausge­ bildet, hat also eine Fokussiereinrichtung 12 in Gestalt einer Zylinderlinse. Diese fokussiert das Reflexionslicht 23 bzw. ei­ nen Teil davon auf eine Bündelungslinie 13, was durch zwei Grenzstrahlen 26 des Reflexionslichts 23 angedeutet ist. Die Fokussierung durch die Fokussiereinrichtung 12 erfolgt auf eine eindimensionale Empfängerzeile 14, die quer zur Bündelungslinie 13 angeordnet ist. Die Empfängerzeile 14 besteht aus nebenein­ ander angeordneten und diskret abzufragenden Sensoren, bei­ spielsweise Fotodioden. Ändert sich das Reflexionslicht 23 be­ züglich seiner y-Koordinate, so wird die Bündelungslinie 13 in die entsprechende Richtung seitlich verschoben, was mit der Em­ pfängerzeile 14 von einer nicht dargestellten Auswertungsein­ richtung erfaßt werden kann. Die Auswertungseinrichtung fragt die Empfängerzeile 14 kontinuierlich ab, wenn der Lichtfleck kontinuierlich über das Profil 1 geführt wird, oder sie fragt die Empfängerzeile 14 getaktet ab, wenn der Lichtfleck getaktet über das Profil 1 geführt wird.

Vorbeschriebenes gilt entsprechend für die Empfängerzeile 14′, die der Koordinate 6′ gemäß Fig. 2 zugeordnet ist. Hierzu wird zunächst auf die obige Ausführung hingewiesen, wonach sich jede Vertikallageänderung des Lichtflecks 8 auf dem Profil 1 in einer auf die Strahlebene 7 bezogenen Änderung in Richtung der optischen Achse 6′ der Lichtstrahlquelle manifestiert. Es genü­ gen also auch bei einer Schrägstellung der Lichtstrahlquelle 4 bzw. der Strahlformungs- und Strahlablenkeinheit 5 zwei Koordi­ naten, um die exakte Lage des Lichtflecks auf dem Profil zu er­ fassen. Die nicht dargestellte Auswertungseinheit kann die durch den Einfallswinkel ϕ_e gegebene Neigung der Strahlebene 7 rechnerisch berücksichtigen, um die Positionen aller Lichtflec­ ke 8 bzw. 8′′ auf die strangvertikale Querschnittsebene zu be­ ziehen. Infolgedessen kann das Profil 1 bzw. dessen Profilumriß mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung genau bestimmt wer­ den.

Es versteht sich, daß bei einer Profilgestaltung abwei­ chend von der Darstellung in den Fig. 1, 1a statt der dargestell­ ten Meßvorrichtung eine ausgebaute Meßvorrichtung mit mehreren Lichtstrahlquellen, Strahlformungs- und -ablenkeinheiten sowie Detektormodulen verwendet werden muß, die dann winkelmäßig der Profilierung des Strangs entsprechend um den Strang herum ver­ teilt werden. Aufgrund einer solchen Verteilung um den Umfang eines Strangs herum kann das gesamte Strangprofil erfaßt wer­ den, also nicht nur der gemäß Fig. 1a beleuchtete Profilanteil, wobei davon ausgegangen wird, daß die Auswertungseinheit in der Lage ist, die Meßdaten mehrerer Detektormodule gleichzeitig zu erfassen und daraus den kompletten Profilumriß des Strangs zu berechnen.

In Fig. 2 wird eine Bestrahlung der zweiten eindimensiona­ len Empfängerzeile 14′ mit einem Anteil des Reflexionslichts 23 dadurch erreicht, daß der Fokussiereinrichtung 12 ein Strahl­ teiler 11 vorgeordnet ist, der den durch die Grenzstrahlen 27 veranschaulichten Strahlanteil des Reflexionslichts 23 einer zweiten Fokussiereinrichtung 12′ zuführt, die einen Linienfokus aufweist, also eine Bündelungslinie 13′ erzeugt. Diese Bünde­ lungslinie 13′ ist quer zu der Empfängerzeile 14′ und auch quer zu der Bündelungslinie 13 der ersten Fokussiereinrichtung 12 angeordnet. Sie erfaßt mithin Lageänderungen des Lichtflecks 8 auf dem Profil 1 in der 6′-Koordinate. Die beiden Empfängerzei­ len 14, 14′ haben die gewünschte größtmögliche Auflösungsgenau­ igkeit, so daß die Lage des Lichtflecks 8 bzw. 8′′ mit entspre­ chend großer Genauigkeit zweidimensional erfaßt bzw. berechnet werden kann.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung besteht, wie in Fig. 1, aus einer Lichtstrahlquelle 4, einer Strahlformungs- und -ablenkeinheit 5 und einem Detektormodul 9, der im wesentlichen gemäß Fig. 2 ausgebildet ist. Mit Hilfe dieser Vorrichtung soll strangförmiges Gut ebenso vermessen werden, wie mit der Vor­ richtung der Fig. 1. Zusätzlich soll jedoch die Tordierung des Strangs 1′ erfaßt werden. Zur Vereinfachung ist der Strang 1′ als ebener Streifen in etwa schaubildlicher Ansicht darge­ stellt. Sein Profil ergibt sich als Profil 19 in Fig. 4, wenn gemäß Fig. 3 vertikal und senkrecht zur Darstellungsebene ge­ schnitten wird.

In dem Strahlengang 6 der Lichtstrahlquelle 4 ist ein op­ tisches Element 16 angeordnet, mit dem eine Verdoppelung des Lichtstrahls erfolgt. Dieses Element 16 ist beispielsweise eine planparallel geschliffene Glasplatte, welches Licht mit seiner strahlzugewendeten Außenfläche 16′ und mit seiner strahlzuge­ wendeten Innenfläche 16′′ reflektiert, und zwar in einander pa­ rallelen Strahlebenen 17, 18. Jeder Teilstrahl der Ebenen 17, 18 erzeugt infolgedessen Lichtflecke 8, 8′ auf dem Außenumriß des Strangs 1′. Die Strahlebenen 17, 18 sind unter demselben Ein­ fallswinkel ϕ_e gegen die vertikale Querschnittsebene 10 darge­ stellt. Infolge der Umlenkung des Strahls durch das optische Element 16 ergibt sich eine etwas andere Anordnung der Licht­ strahlquelle 4 und der Einheit 5. Die Lichteinstrahlungsver­ hältnisse auf den Strang 1′ sind jedoch im Vergleich zu der Vorrichtung der Fig. 1 nicht geändert. Dasselbe gilt auch für die Anordnung des Detektormoduls 9, dessen Meßwinkel ϕ_a des Re­ flexionslichts 23 wie zu Fig. 1 beschrieben gewählt werden kann.

Bei den folgenden Betrachtungen bzw. zu den beschriebenen Messungen wird lediglich vorausgesetzt, daß der axiale Abstand zwischen den Lichtflecken 8 und 8′ klein gegen die Periodenlän­ ge der Torsion ist.

Zu der Anordnung des Detektormoduls sei noch bemerkt, daß sie, wie auch die Anordnung der Lichtstrahlquelle 4 und der Einheit 5 frei wählbar ist, sofern das auf den Strang 1′ einge­ strahlte Licht und das von diesem Strang 1′ reflektierte Licht 23 wie zu Fig. 1 beschrieben eingestrahlt bzw. reflektiert wird. Das gilt auch für die Anordnung der Lichtstrahlquelle 4 der Einheit 5 und des Detektormoduls 9 der Fig. 1.

Die von den Lichtstrahlen der Strahlebenen 17, 18 erzeugten Lichtflecken 8, 8′ sind auf einer ebenen Fläche lediglich axial zueinander versetzt, nicht aber quer dazu, also quer zur Dar­ stellungsebene der Fig. 3. Jede bei einer Messung irgendwie ge­ artete Versetzung des Lichtflecks 8′ in Richtung y, also senk­ recht zur Darstellungsebene bzw. in Richtung der 6′-Koordinate, also in der Darstellungsebene senkrecht zu der die neutrale Achse bildenden Bezugsachse 22, ist auf eine Torsion des Strangs 1′ zurückzuführen. Das gilt exakt nur für einen Strei­ fen als Strang 1′, der senkrecht zur Darstellungsebene der Fig. 3 angeordnet ist. Bei der in Fig. 3 gewählten Darstellung gilt vorstehendes nur für die Bezugsachse 22. Beidseitig dieser Bezugsachse vor und hinter der Darstellungsebene muß die gege­ bene Schieflage des Strangs 1′ bei der Erfassung der Torsion berücksichtigt werden.

Geht man also davon aus, daß im Meßbereich 24 gegenüber dem Schnittbereich 19 eine Torsion des Strangs 1 gegeben ist, so wird das Profil 17′ für die Lichtflecke 8 der Strahlebene 17 in bezug auf das Profil 19, wie in Fig. 4 dargestellt, verdreht festgestellt. Das Profil 18′ der Lichtflecke 8′ der Strahlebene 18 ist gegenüber dem Profil 17′ etwas mehr tordiert.

Das Profil des Strangs 1′ ist rechteckig. Aufgrund der Torsion und der Winkel ϕ_e, ϕ_a werden verzerrte Profile gemessen, wie 17′, 18′ in Fig. 4. Die Profile 17′, 18′ sind identisch und unterscheiden sich nur durch ihre winkelmäßigen Relativlagen, aus denen der Torsionswinkel bestimmt werden kann.

Der Meßvorgang wird daher so durchgeführt, daß gemäß Fig. 5 zunächst das Profil 17′ und das Profil 18′ gemessen und daraus der Torsionswinkel bestimmt wird. Mit Hilfe des Torsionswin­ kels, der Solldaten des Profils und des Lagewinkels des Strangs kann das Sollprofil für 17′ berechnet werden. Die Solldaten des Profils sind konstruktiv vorgegeben und können daher im Rechner der Auswertungseinheit bereit gehalten werden. Der Lagewinkel des Strangs 1′ muß meßtechnisch erfaßt werden. Eine derartige Messung ist an sich bekannt und wird beispielsweise mit Hilfe von Lichtschranken durchgeführt. Zur Veranschaulichung wird auf Fig. 3 Bezug genommen, in der die Bezugsachse 22 des Strangs 1′ dargestellt ist. Wenn der Strang 1′ nicht die dargestellte Lage hat, sondern z. B. so angeordnet ist, daß die Bezugsachse 22 links des Meßbereichs 24 oberhalb der Darstellungsebene und rechts des Meßbereichs 24 unterhalb der Darstellungsebene ver­ läuft und/oder wenn die Bezugsachse 22 links der Meßstelle 24 oberhalb und rechts der Meßstelle 24 unterhalb der Horizontalen verläuft bzw. bei jeder anderen irgendwie gearteten Anordnung der Bezugsachse 22, kann dessen Lage durch zwei Raum-Lagewinkel bestimmt werden.

Die Auswertungseinheit ermöglicht nach der Ermittlung des Sollprofils für 17′ einen Vergleich mit den Istdaten des Pro­ fils 17′ bezüglich der z. B. durch die Torsion des Strangs 1 ge­ gebenen Profilabweichungen. Diese Abweichungen werden also rechnerisch erfaßt und dienen gemäß Fig. 5 der Prozeßsteuerung, also der Einflußnahme auf die Strangformung derart, daß eine unerwünschte Torsion vermieden wird.

Die Vorrichtung wird vorteilhafterweise während einer Pro­ filerzeugung eingesetzt. Zu derartigen profilerzeugenden Ma­ schinen gehören Umformeinrichtungen, die kontinuierlich arbei­ ten, wie Walzanlagen, Extrusionsanlagen, Gieß- und Spritzanla­ gen. Dabei können die Werkstücke bzw. Stränge aus metallischen, nichtmetallischen oder organischen Werkstoffen bestehen. Die Vermessung der Profile kann dabei der Qualitätskontrolle sowie der Überwachung der Fertigungseinrichtung bzw. deren Steuerung dienen. Es ist aber auch möglich, fertiggestellte Profile nach­ zuvermessen, also außerhalb des Fertigungsbetriebs.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Messen von Profilen strangförmigen Guts,

• - mit mindestens einer Lichtstrahlquelle (4), die einen Lichtfleck (8) in einer gegen den Strang (1′) unter einem Winkel (ϕ_e) angeordneten Strahlebene (7, 17) über das Profil (1) laufen läßt,
• - und mit mindestens einem Detektormodul (9), der von dem Profil (1) reflektiertes Licht aufnimmt, dazu etwa in der von dem Strang (1′) und der Lichtstrahlquelle (4) gebilde­ ten Längsebene angeordnet und auf den bestrahlten Profil­ bereich gerichtet ist sowie ein aufgenommenes Reflexions­ licht (23) bündelnde Fokussiereinrichtung (12) für eine eindimensionale Empfängerzeile (14) aufweist, an die eine Auswertungseinrichtung angeschlossen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das von dem Detektormodul (9) aufge­ nommene Reflexionslicht (23) von der Fokussiereinrichtung (12) zu einer quer zu der Empfängerzeile (14) angeordneten Bündelungslinie (13) fokussiert ist, und daß das Reflexions­ licht (23) einem der Fokussiereinrichtung (12) vorgeordneten Strahlteiler (11) zugeführt ist, der der einen Teil des Reflexionslichts auf eine zweite linienbündelnde Fokussiereinrichtung (12′) lenkt, deren Bündelungslinie (13′) quer zu einer zweiten eindimensionalen und an die Auswertungseinrichtung angeschlossene Empfängerzeile (14′) und quer zu der ersten Bündelungslinie (13) verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlebene (7, 17) mit einem von der strangverti­ kalen Querschnittsebene (10) abweichenden Einfallswinkel (ϕ_e) angeordnet ist, und daß die Längsachse (21) des Reflexionslichts (23) mit einem vorbestimmten Meßwinkel (ϕ_a) gegen die Querschnittsebene (10) geneigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (ϕ_a, ϕ_e) gleich groß sind und/oder zusammen 90° betragen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtstrahlquelle (4) einen weiteren Lichtfleck (z. B. 8′) in einer der ersten Strahlebene (17) parallelen Strahlebene (18) axial versetzt über das Profil (1) laufen läßt, und daß die Auswertungseinrichtung eine Torsion des Strangs (1′) aus den Positionen der Lichtfleckabbildungen der beiden Lichtflecke (8, 8′) auf den Empfängerzeilen (14, 14′) berechnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtflecke (8, 8′) mit einem den Strahl (6) einer einzigen Lichtquelle (4) verdoppelnden optischen Element (16) erzeugt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (16) eine planparallel geschlif­ fene Glasplatte ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswertungseinrichtung den Torsionswinkel und mit dem Torsionswinkel unter Heranziehung der Sollabmessungen des Profils (1) und der zeitgleich mit den Profilen (17′, 18′) ermittelten Lagewinkels einer Bezugsachse (22) des Strangs (1′) das Sollprofil der Meßstelle (24) des Strangs (1′) berechnet und das Sollprofil mit dem Istprofil (17′) der Meßstelle (24) vergleicht und Abweichungen angezeigt und/oder für eine Prozeßsteuerung verwendet.