DE4105838A1 - Optoelektronisches messverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Meßverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 24 02 480 bekannt. Dabei wird eine Impulsauswertungs­ einrichtung durch Vergleich der von einer Kabelnachbildung er­ haltenen Meßimpulse mit vorgegebenen Sollwerten kalibriert. Die von räumlich begrenzten Störstellen auf der Isolierhülle verur­ sachten Störstellen werden ausgeblendet, indem aus dem Bild­ signal ein Schwellwertsignal gebildet wird, das zu einem positi­ ven Ausgangssignal umgeformt wird. Diesen Signal geht erst dann auf Null zurück, wenn mindestens eine komplette, vom Elektronen­ strahl abgetastete Zeile des Bildes dunkel ist. Auf dem Videosi­ gnal wird außer der Dezentrierung eines Leiters in einer Kabel­ hülle auch der Außendurchmesser der Hülle bestimmt.

Nachteilig ist hierbei, daß nur Störstellen, die am Rand des Meßobjekts entstehen, wie z. B. durch Wassertröpfchen, elektro­ nisch ausgetastet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Meßverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches es gestattet, die Lage eines Körpers zwischen zwei Referenzobjekten mit möglichst großer Unterdrückung von Störsignalen berührungs­ frei zu messen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher er­ läutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Meßordnung,

Fig. 2 eine Schaltskizze der Auswerte-Elektronik,

Fig. 3 eine Schaltung der Weiterverarbeitung der Signale und Fig. 4 ein Signalschaubild.

Bei der hier vorliegenden Erfindung wird nicht die Lage eines Leiters in einer Isolierhülle bestimmt, sondern die Position ei­ nes Quarzrohres 3 (s. Fig. 1) in einem zylindrischen Hohlraum. Der Hohlraum wird einerseits von einer im Durchmesser veränder­ lichen Ofenblende 6 gebildet, andererseits vom Quarzrohr 3 selbst. Der Ofen 11 dient zur Erhitzung des Quarzrohres. Zur leichten Auswertung wird die Position des Quarzrohres mittels zweier Reflektoren 4 und 5 bestimmt, welche als Referenz dienen. Die Spalte 13 und 14 werden durch die Lichtbündel 9 und 10 aus­ geleuchtet.

Die Fig. 1 zeigt die Meßanordnung mit Kamera 12, Beleuchtungs­ einrichtung mit Lampen 1 und 2 und Fokussierung mittels Linsen 7 und 8 sowie für die Referenzimpulse wichtigen Reflektoren 4 und 5. Statt des hier dargestellten Quarzrohres könnte auch die Lage eines anderen Objektes vermessen werden. Die Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß Störimpulse weitgehend unter­ drückt werden und die Kontrastbildung durch die elektronischen Maßnahmen verbessert wird. Das hellerleuchtete Meßobjekt, bei­ spielsweise ein Quarzrohr zeigt infolge von Verunreinigungen, Kratzern usw. im Bild-, oder Videosignal helle Störstellen 29, die eine Auswertung des Videosignals erschweren bzw. unmöglich machen würden. In den Zeilen 1 und 3 der Fig. 4 sind solche Störstellen 15 bzw. die Impulse 29 und 29a eingezeichnet.

Mittels der in Fig. 2 gezeichneten Schaltung werden diese Stör­ stellen ausgeblendet. Das Videosignal 22 mit Synchronimpulsen 21 (s. Fig. 4) gelangt an den Operationsverstärker 31, wo eine Schwellwertbildung stattfindet (Fig. 2). Die nachfolgenden In­ verter 32 und 33 ermöglichen eine konträre Ausleuchtung des Roh­ res bzw. der Meßnippel im Vergleich zum Hintergrund. Das Monoflop 34, getriggert durch den H-Impuls, ermöglicht im Zu­ sammenspiel mit dem UND-Gatter 35 eine Unterdrückung von Randstörungen 29 und 29a (Fig. 4, 1. und 3. Zeile, Impulsver­ lauf 22 und 38), wobei sich als Ausgangssignal der Impulsverlauf 30 einstellt (2. Zeile der Fig. 4 und Fig. 2).

Der Inhalt einer Bildzeile wird über das UND-Gatter 36 nun in einen Speicher 37 geschrieben. Der Speicher kann ein RAM-Bau­ stein, Schieberegister oder eine Verzögerungsleitung sein. Par­ allel zum Einspeichervorgang gelangt das Bildsignal 38 über ein ODER-Gatter 39 an den Vor-Rückwärtszähler 40. Dieser befindet sich mit Hilfe des von Synchronsignalen angesteuerten Flip-Flops 41 beispielsweise im Zustand vorzählen. Der Zähler zählt jetzt die Anzahl aller Impulse des Signals 38, beispielsweise 8, wie in Fig. 4, 4. Zeile eingezeichnet.

Die Bildzeile ist nun zu Ende und eine neue beginnt mit einem neuen H-Impuls. Dadurch kippt das Flip-Flop 41, wodurch das UND- Gatter 36 das Videosignal sperrt und der Zähler 40 in den Zu­ stand "rückzählen" gelangt. Ober das UND-Gatter 41a gelangt jetzt der Speicherinhalt des Speichers 37 einerseits über das ODER-Gatter 39 an den Vor-Rückzähler 40 und andererseits an den Zähler 42, der nur vorzählt. Ersterer zählt jetzt zurück, also wie im Beispiel aufgeführt 8, 7, 6 . . . Über die angeschlos­ senen Gatter 43-48 werden die Zählerstände "0" und "1" ausge­ wertet. Am Zeilenende stehen jetzt am UND-Gatter 49 in Signal 52 zwei Impulse zur Verfügung, die den Impulsen 50 und 51 in Fig. 4, 4. Zeile entsprechen (Signal 28).

Der Zähler 42 wertet mit Hilfe der Gatter 53-58 bzw. 63 nur die ersten beiden Impulse aus, entsprechend den Impulsen 59 und 60 des Videosignals (Fig. 4, 4. Zeile). Am UND-Gatter 61 entsteht das Signal 52a. Die ODER-Gatter 62 und 63 fassen jeweils die Si­ gnale "0" und "1" des Zählers 40 während des Rückzählens und die Signale "1" und "2" während des Vorzählens des Zählers 42 zusam­ men. Das UND-Gatter 63a bewirkt, daß der Vor-Rückzähler 40 nur bezüglich jeder 2. Zeile rückgesetzt werden kann. In Fig. 2 wird mit 17 der Reset-Impuls mit 18 der V-Reset, mit 19 der Takt und mit H der High-Impuls bezeichnet.

Am Ausgang des ODER-Gatters 64 steht jetzt das von den Störim­ pulsen befreite digitalisierte Videosignal 28 (s. Fig. 4, 4. Zeile) zur weiteren Auswertung zur Verfügung. Diese wird in der Schaltung, die in Fig. 3 eingezeichnet ist, durchgeführt. Die dazugehörigen Impulsdiagramme sind in Fig. 4 zu sehen, die dort dargestellten Signale sind an den entsprechenden in Fig. 2 und 3 gekennzeichneten Stellen vorhanden.

Das entstörte Videosignal 28 gelangt an vier Flip-Flops 65-68. Die Flip-Flops 65 und 68 schalten bei der ansteigenden Flanke, 66 und 67 bei der abfallenden. Die Signale 70 und 71 werden im UND-Gatter 72 zusammengefaßt. Sein Ausgang führt das Signal 27, welches eine Impulsbreite besitzt, die dem Rohrdurchmesser ent­ spricht.

Das Durchmessersignal 27 (s.a. Fig. 4, 9. Zeile) wird im UND- Gatter 73 mit Zählimpulsen 74 und dem Zeilenselectsignal 75 ver­ knüpft. Über eine Zusatzelektronik, welche die Zeilen pro Bild zählt, kann diejenige Zeile ausgewählt werden, die in der Folge ausgewertet werden soll. Dies entfällt bei Verwendung einer Zei­ lenkamera anstelle einer CCD-Kamera. Die Dauer des Zeilenselect­ impulses entspricht der Zeitdauer einer Zeile. Der Zählerbau­ stein 76 zählt die im Signal 27 enthaltenen Zählimpulse, die im Speicher 77 abgespeichert werden. An Buchse 20 liegt der Zähler­ reset an, durch das Signal 23 bzw. 24 erfolgt seitlich richtig die Übernahme des Zählerstandes in den Speicher. Ein Steuerrech­ ner, welcher hier nicht dargestellt ist, wird an die Buchse 26 angeschlossen.

Das Signal 27 gelangt über einen Inverter 78 an die UND-Gatter 79 und 80 (Signal 81), wo es mit den Signalen 70 und 71 ver­ knüpft wird. An den Ausgängen von 79 und 80 entstehen die Si­ gnale 82 und 83. Ihre Impulsbreiten stehen im direkten Zusammen­ hang mit den beiden Luftspalten 13 und 14 (s. Fig. 1). Beide Signale werden wie das Durchmessersignal mit dem Zeilenselectsi­ gnal 75 und den Zählimpulsen in den UND-Gattern 84 und 85 ver­ knüpft und gelangen an die Zähler 86 und 87 bzw. an die Speicher 88 und 89. Von dort gelangen sie an den Steuerrechner, der die beiden Informationen in Millimeter umrechnet, um sie im Anzei­ gendisplay sichtbar zu machen (Impuls 25 und 26, s. Fig. 3). Die Informationen werden beispielsweise für die Blendennachstel­ lung und zum Einstellen der Blendenposition verwendet.

Claims (9)

1. Optoelektronisches Meßverfahren zum Messen von Abständen zwischen einem Meßobjekt und zwei Referenzobjekten mittels einer Videokamera, deren Bildsignale zur Ermittlung der Abstände zeilenweise einer Auswerte-Elektronik zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildsignal (22) mit einem Schwellwertschalter (31) digitalisiert, an einen oder zwei Inverter (32, 33) gelangt, danach in zwei Signalzweige aufgespalten wird, dabei über je zwei hintereinander geschaltete Teilerstufen geführt und anschließend über eine Und-Verknüpfung (72) wieder zusammengefaßt wird, wobei im ersten Signalzweig das anschließende Flip-Flop (65) bei der ansteigenden Flanke, das anschließende Flip-Flop (67) bei der abfallenden Flanke, und daß im zweiten Signalzweig das erste Flip-Flop (66) bei der abfallenden, das daran anschließende Flip-Flop (68) bei der ansteigenden Flanke des Videosignals (28) schaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das digitalisierte Videosignal (38) zwischen dem Inverter (33) und den beiden Teilerstufen (65, 66) eine Störimpulsaustast- Einrichtung durchläuft, in der ein zwischengespeichertes, digitalisiertes Videosignal so mit seinem Originalsignal verknüpft wird, daß Störimpulse (29), verursacht von räum­ lich begrenzten Störstellen (15) des Meßobjektes (3), unterdrückt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Impulse (27, 82, 83) Zählimpulse (74) überlagert werden, die in den folgenden Zählern (76, 86, 87) gezählt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Inverterstufe (32) einge­ schaltet/ausgeschaltet wird, wenn Referenz- und Meßobjekt gegenüber dem Hintergrund dunkel erscheinen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine CCD-Kamera verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Zeilenkamera verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Bildröhrenkamera verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zeilenauswertung durch die Elektronik nur dann erfolgt, wenn ein Zeilenselectsignal (75) einen "Hochpegel" besitzt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur eindeutigen Bestimmung der Lage des Meßob­ jektes eine zweite um 90 Grad zur ersten versetzte Kamera und ein weiteres Referenzobjekt verwendet werden.