DE4034398A1

DE4034398A1 - Appts. for opto-electronic measuring of body geometry - has opto-electronic transceiver elements fitted to measuring channel with defined spacing

Info

Publication number: DE4034398A1
Application number: DE19904034398
Authority: DE
Inventors: Hartmut Luge
Original assignee: Individual
Current assignee: Luge Hartmut 01723 Mohorn De
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1992-04-30

Abstract

The appts. for measuring and identification of the geometry of bodies contains opto-electronic transmission (1) and reception elements (2), between which the objects are moved and/or rotated. The opto-electronic elements are connected to a measuring channel (3) to form a flat light barrier. The receiver element separation is max 60 percent of the smallest body dimension in the measuring plane. All opto-electronic elements are driven by a clock pulse generator (4) with a synchroniser (5) and selector (6). The receiver elements feed an amplifier filter (7), followed by a two-stage comparator (8) and an optical transmission power control (9). USE/ADVANTAGE - For precise measuring and indentifying bodies with large geometric differences, esp. rods with very different dia., under adverse working conditions.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optoelektro nischen Messung/Erkennung von Geometrien verschiedenster Körper, die in einem Meßkanal auf verschiedenste Weise bewegt werden. Es ist bekannt mit optoelektronischen Sende- und Empfangselementen Körper beim Unterbrechen der Lichtstrahlen zu orten. Probleme entstehen durch Streulicht der Sende elemente, wenn die Körper die Lichtstrahlen in einer aus reichenden Entfernung von den Empfangselementen unterbrechen, so daß das ausgesendete Streulicht anderer optoelektronischer Sendeelemente auf ein optoelektronisches Empfangselement fällt und kein entsprechendes Signal ausgelöst wird. Außerdem führen Verschmutzungen der optoelektronischen Sende und Empfangselemente zu Meßfehlern, da nachlassende Lichtintensität zu falschen Signalen führen kann, der nur durch ständige Reinigung der optoelektronischen Elemente entgegengewirkt werden kann. Eine andere übliche Art der Verminderung dieser Fehler ist die Verstärkung der mit den optoelektronischen Empfangselementen ermittelten elektro nischen Signale. Dies ist jedoch nur bis zu einem begrenzten Maße möglich, da alle Meßfehler auch bei schwachem Licht signal verstärkt werden und es dann zu falschen Meßaussagen kommen kann.The invention relates to a device for optoelectro African measurement / recognition of different geometries Bodies that move in different ways in a measuring channel will. It is known with optoelectronic transmit and Receiving elements body when interrupting the light rays to locate. Problems arise from stray light from the transmitter elements when the body's rays of light in one interrupt the sufficient distance from the receiving elements, so that the emitted stray light from other optoelectronic Transmitting elements on an optoelectronic receiving element falls and no corresponding signal is triggered. In addition, contamination of the optoelectronic Transmit and receive elements for measurement errors, since the end of decay Light intensity can lead to wrong signals, which only through constant cleaning of the optoelectronic elements can be counteracted. Another common type of Reduction of these errors is the amplification of those with optoelectronic receiving elements determined electro African signals. However, this is only to a limited extent Dimensions possible because all measurement errors even in low light signal are amplified and then false measurement statements can come.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit optoelektronischen Sende- und Empfangselementen verschiedenster geometrischer Körper, insbesondere stabförmiger mit verschiedensten Durchmessern, die in einem Meßkanal bewegt werden zu erkennen bzw. die Abmessungen bzw. Konturen zu ermitteln und dabei unter rauhen Umwelteinflüssen wie Staub, Schmutz und Streulicht, relativ konstante Meßsignale zu erhalten.The object of the invention is to use optoelectronic transmission and receiving elements of various geometric bodies, in particular rod-shaped with different diameters, which are moved in a measuring channel or to recognize the Determine dimensions or contours and under harsh environmental influences such as dust, dirt and scattered light, to obtain relatively constant measurement signals.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß opto elektronische Sende- und Empfangselemente in Form einer Lichtschranke an einem Meßkanal definiert angeordnet sind. Günstigerweise erfolgt die Anordnung der optoelektronischen Elemente paarweise gegenüberliegend, wobei der Abstand der einzelnen Sende- und Empfangselemente jeweils max. 50% der kleinsten zu messenden bzw. erkennbaren Geometrie ist. According to the invention this object is achieved in that opto electronic transmission and reception elements in the form of a Light barrier are arranged in a defined manner on a measuring channel. The optoelectronic is advantageously arranged Elements in pairs opposite one another, the distance between the individual transmitting and receiving elements max. 50% of the smallest geometry to be measured or recognizable.

Dadurch ist gesichert, daß der zu messende bzw. zu erkennende Körper an beliebigen Stellen im Meßkanal die Lichtschranke passieren kann und eine definierte Führung nicht erforderlich ist. Dies wirkt sich besonders positiv aus, wenn mit der Vor richtung auch Geschwindigkeiten von Gegenständen gemessen werden sollen, die im Meßkanal ohne Führung bewegt werden und dabei an beliebigen Stellen der dann zu verwendenden zwei hintereinander angeordneten zwei Meßebenen ein Signal eines optoelektronischen Empfangselementes auslösen.This ensures that the one to be measured or recognized Body at any point in the measuring channel can happen and a defined tour is not required is. This has a particularly positive effect when using the front direction also measured object speeds are to be moved in the measuring channel without guidance and at any point of the two to be used two measuring planes arranged one behind the other a signal one Trigger optoelectronic receiving element.

Die optoelektronischen Sende- und Empfangselemente (1), (2) werden von einem Taktgenerator (4) mit Synchronisations einheit (5) und Selektionseinrichtung (6) angesteuert, so daß in bestimmter freiprogrammierter Folge und Geometrie nur jeweils ein Sende- und Empfangselementepaar zur Messung aktiviert wird, um den Streulichteinfluß der anderen optoelektronischen Sendeelemente auszuschließen.The optoelectronic transmission and reception elements ( 1 ), ( 2 ) are controlled by a clock generator ( 4 ) with a synchronization unit ( 5 ) and selection device ( 6 ), so that in each freely programmed sequence and geometry only one pair of transmission and reception elements for measurement is activated to exclude the influence of scattered light from the other optoelectronic transmission elements.

Die Taktfrequenz ist dabei so hoch zu wählen, daß ent sprechend der Geschwindigkeit mit der der Körper bewegt wird, ein geringster Meßfehler entsteht. Das von den optoelektro nischen Empfangselementen (2) gemessene Signal wird in einer Verstärker- Filtereinheit (7) aufbereitet und anschließend einer Zweistufenkomperatoreinheit (8) bestehend aus zwei Komperatoren zugeführt. Die Komperatoren vergleichen das verstärkte Meßsignal mit einem Maximal- bzw. Minimalwert und lösen bei Über- bzw. Unterschreiten, die Regelung in einer optischen Sendeleistungsregeleinrichtung (9) aus. Dadurch wird die Sendeleistung der optoelektronischen Sendeelemente (2) an veränderliche äußere Bedingungen, die durch Streulicht oder Verschmutzung hervorgerufen werden, angepaßt. Somit entfällt eine aufwendigere nachträgliche Aufbereitung der Meßsignale bzw. ein ständiges Sauberhalten der optoelektronischen Sende- und Empfangselemente. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es außerdem möglich, die Kontur von Gegenständen zu messen, die definiert entweder translatorisch oder rotatorisch durch bzw. zwischen der Meßebene bewegt werden. Es muß durch geeignete Ein richtungen gewährleistet sein, daß eine genaue Zuordnung der optoelektronischen Empfangselemente zur erfolgten Bewegung des Gegenstandes erfolgen kann. Die Bewegung kann dabei kontinuierlich oder taktförmig sein. The clock frequency is to be chosen so high that the smallest speed error arises accordingly at the speed at which the body is moved. The signal measured by the optoelectronic receiving elements ( 2 ) is processed in an amplifier filter unit ( 7 ) and then fed to a two-stage comparator unit ( 8 ) consisting of two comparators. The comparators compare the amplified measurement signal with a maximum or minimum value and trigger the control in an optical transmission power control device ( 9 ) if the values are exceeded or undershot. As a result, the transmission power of the optoelectronic transmission elements ( 2 ) is adapted to changing external conditions which are caused by scattered light or contamination. This eliminates the need for more complex subsequent processing of the measurement signals or the need to keep the optoelectronic transmitting and receiving elements clean. With the device according to the invention, it is also possible to measure the contour of objects which are definedly moved either translationally or rotationally through or between the measuring plane. It must be ensured by means of suitable devices that an exact assignment of the optoelectronic receiving elements to the movement of the object can take place. The movement can be continuous or cyclical.

Eine elektronische Erfassung zum Beispiel mit Hilfe inkre mentaler Wegmeßsysteme ist zu bevorzugen, da diese Daten und die mit den optoelektronischen Empfangselementen (2) ermittelten Aussagen über Schnittstellen in einem Computer zur mathematischen Berechnung der Außenkontur des Gegen standes benutzt werden können.An electronic detection, for example with the help of incremental displacement measuring systems, is preferred, since this data and the statements about interfaces determined with the optoelectronic receiving elements ( 2 ) can be used in a computer for mathematical calculation of the outer contour of the object.

Die Genauigkeit wird dabei durch die Taktfrequenz, den Ab stand der optoelektronischen Sende- und Empfangselemente paare untereinander und den benutzten mathematischen Berechnungsverfahren bestimmt und kann durch Variationen dieser drei Parameter den Erfordernissen angepaßt werden. Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.The accuracy is determined by the clock frequency, the Ab stood the optoelectronic transmission and reception elements pairs with each other and the used mathematical Calculation methods are determined and can vary these three parameters can be adapted to the requirements. The invention is intended to be explained in more detail by means of exemplary embodiments to be discribed.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Messung von Geschwindigkeiten und in Fig. 2 ist die Vorrichtung zur Messung/Erkennung der Geometrien von Körpern dargestellt. Durch die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist es möglich, Geschwindigkeitsmessungen von Gegenständen mit undefi nierten Durchtrittspunkten durch die zwei Meßebenen der Meßkanäle (3), (11) zu messen. Der Durchtritt des Gegen standes (10) durch die Ebene des ersten Meßkanals (3) wird in der Auswerteschaltung (12) erkannt und startet den Zähl vorgang einer einer quarzstabilen Digitaluhr (13) durch Umschalten des logischen Pegels am Ausgang der Auswerte schaltung (12). Bei weiterer Bewegung des Gegenstandes in der in Fig. 1 angedeuteten Richtung durchtritt der Gegen stand an beliebiger Stelle die Ebene des zweiten Meßkanals (11) und erzeugt am Ausgang der Auswerteschaltung (14) durch Umschalten des logischen Pegels ein elektrisches Signal welches die quarzstabile Digitaluhr (13) stoppt. Die Syn chronisationseinrichtung (5) steuert eine phasensynchrone, taktfrequenzgleiche Abtastung beider Ebenen der Meßkanäle um Zeitmeßfehler durch ungleichmäßige Abtastung beider Ebenen zu vermeiden. Anhand der durch die Digitaluhr ermittelten Zeit und des bekannten Abstandes zwischen der Ebene von Meß kanal (3) und der Ebene von Meßkanal (11) läßt sich die Geschwindigkeit des Gegenstandes errechnen. Ein wesent licher Vorteil stellt der völlig wahlfreie Durchtrittspunkt durch die Ebenen der Meßkanäle dar. Fig. 1 shows a schematic representation for measuring speeds and in Fig. 2 the device for measuring / recognizing the geometries of bodies is shown. The arrangement shown in Fig. 1, it is possible to measure the speed of objects with undefined passage points through the two measuring planes of the measuring channels ( 3 ), ( 11 ). The passage of the object ( 10 ) through the level of the first measuring channel ( 3 ) is recognized in the evaluation circuit ( 12 ) and starts the counting process of a quartz-stable digital clock ( 13 ) by switching the logic level at the output of the evaluation circuit ( 12 ) . With further movement of the object in the direction indicated in Fig. 1, the object stood at any point on the level of the second measuring channel ( 11 ) and generates an electrical signal at the output of the evaluation circuit ( 14 ) by switching the logic level which the quartz-stable digital clock ( 13 ) stops. The syn chronization device ( 5 ) controls a phase-synchronous, clock frequency scanning of both levels of the measuring channels to avoid timing errors due to uneven scanning of both levels. Based on the time determined by the digital clock and the known distance between the level of the measuring channel ( 3 ) and the level of the measuring channel ( 11 ), the speed of the object can be calculated. An essential advantage is the completely optional passage point through the levels of the measuring channels.

Durch die in Fig. 2 dargestellte Anordnung ist es möglich, die Projektionsflächen von Körpern verschiedenster Materialien festzustellen. Durch den Körper in der Meßebene werden die Strahlengänge von mindestens einem oder mehreren optoelektronischen Sende- und Empfangselementepaaren während des Abtastvorganges der Ebene unterbrochen. Die unterbrochenen optoelektronischen Empfangselemente (2) beschreiben an sie angeschlossene digitale Speicherzellen, aus welchen beim Aus lesen der Speicherzellen anhand der Adresse und Anzahl der nichtbeschriebenen Speicherzellen die Position und damit die Projektionsfläche des Gegenstandes in der Meßebene bestimmt werden kann. Die Abtastung der Meßebene erfolgt sequentiell sowie ohne optische Elemente wie Spiegel, Linsen und Reflektoren. Durch drehen des Gegenstandes in der Meß ebene und sich daraus resultierender Projektionsfläche im Zusammenhang mit dem aktuellen Drehwinkel des Gegenstandes kann die Form des Gegenstandes durch mathematische Berech nungen ermittelt werden. Diese Berechnungen können im Online verfahren mit Hilfe eines angeschlossenen Computers in Echt zeitverarbeitung durchgeführt werden unterstützt durch ein entsprechend der Hardware entwickeltes Softwarepaket.The arrangement shown in FIG. 2 makes it possible to determine the projection surfaces of bodies of different materials. The beam paths of at least one or more pairs of optoelectronic transmitters and receivers are interrupted by the body in the measurement plane during the scanning process of the plane. The interrupted optoelectronic receiving elements ( 2 ) describe digital memory cells connected to them, from which the position and thus the projection area of the object in the measurement plane can be determined when reading out the memory cells on the basis of the address and number of memory cells not described. The measurement plane is scanned sequentially and without optical elements such as mirrors, lenses and reflectors. By rotating the object in the measuring plane and resulting projection surface in connection with the current angle of rotation of the object, the shape of the object can be determined by mathematical calculations. These calculations can be carried out online in real time using a connected computer, supported by a software package developed in accordance with the hardware.

Claims

1. Device for optoelectronic measurement / detection of the geometry of bodies which are translato rically movable and / or rotatable between optoelectronic transmitting and receiving elements in a measuring channel, in particular rod-shaped bodies of various diameters, characterized in that the optoelectronic transmitting and receiving elements ( 1 ), ( 2 ) on a measuring channel ( 3 ), in the form of a flat light barrier, the distances between the optoelectronic receiving elements ( 2 ) from one another being a maximum of 60% of the smallest body size to be measured in the measuring plane, and are arranged in a defined manner optoelectronic transmission elements ( 1 ) and the optoelectronic reception elements ( 2 ) are controlled by a clock generator ( 4 ) with a synchronization unit ( 5 ) and selection device ( 6 ) and the optoelectronic reception elements ( 2 ) have an amplifier filter unit ( 7 ), a two-stage comparator unit ( 8 ) and an optical transmission eistungsregeleinrichtung (9) are connected downstream, and the opto-electronic transmitting element (1) via the optical transmission power control means (9) are controllable.

2. Device for optoelectronic measurement according to claim 1, characterized in that in the measuring channel ( 3 ) two in the form of a flat light barrier made of optoelectronic transmitting and receiving elements ( 1 ), ( 2 ) each measuring plane arranged at a defined distance and phases synchronously scanned are.

3. Device for optoelectronic measurement according to claim 1, characterized in that an additional device for defines controlled movement of the objects by or is attached in the measuring plane.

4. Device for optoelectronic measurement according to claim 1, characterized in that the optoelectronic transmitter and receiver element pairs can be activated individually via a clock generator with a synchronization unit ( 5 ).