DE4244521A1 - Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen des Bewegungszustandes eines länglichen Objektes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen des Bewegungszustandes, insbesondere zum Messen der Geschwindigkeit, eines länglichen Objektes, beispielsweise eines Kabels, und/oder zur Bestimmung der vom Objekt zurückge­ legten Wegstrecke, bei dem die Oberfläche des Objektes vor­ zugsweise, wenigstens in einem Bereich, beleuchtet, bevorzugt mit inkohärentem Licht beleuchtet wird und bei dem unter Aus­ nutzung einer auf der Oberfläche des Objektes (natürlich) vor­ handenen, vorzugsweise stochastischen (Reflexions-)Struktur mittels eines Ortsfrequenzfilterverfahrens unter Einsatz eines Sensors, vorzugsweise einer CCD-Zeilenkamera, eine Ausgangs­ schwingung erhalten wird, deren Frequenz ein Maß für die Ge­ schwindigkeit des Objektes relativ zum Sensor ist.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen des Bewegungszustandes eines läng­ lichen Objektes, vorzugsweise zur Durchführung des vorgenann­ ten Verfahrens.

Das gattungsgemäße Verfahren, also im wesentlichen eine berührungslose Geschwindigkeitsmessung nach dem sogenannten Ortsfrequenzfilterverfahren, ist aus verschiedenen Veröffent­ lichungen dem Prinzip nach bekannt. Ein solches Verfahren wird insbesondere dann herangezogen, wenn sowohl ein Berühren, als auch ein Markieren, des Objektes, dessen Geschwindigkeit zu messen ist, nicht gut möglich ist, zum Beispiel wenn die Fließgeschwindigkeit von flüssigem Stahl gemessen werden soll. Ein solch heißer Stahlfluß kann nicht markiert werden, so daß eine Zeitstoppung der Zeit, die eine Markierung für eine be­ stimmte Wegstrecke benötigt und eine Errechnung der Geschwin­ digkeit des Stahls aus diesen Meßwerten nicht möglich ist.

Eine berührungslose Geschwindigkeitsmessung nach dem Orts­ frequenzfilterverfahren ist statt dessen dann möglich, wenn das zu vermessende Objekt eine Struktur aufweist, insbesondere eine Helligkeitsstruktur aufweist.

Eine relativ populärwissenschaftliche Einführung in die Prinzipien des Ortsfrequenzfilterverfahrens ist aus der Zeit­ schrift "Meßtechnik", Heft 3/91, Seite 16 ff, entnehmbar.

Verfahren und Vorrichtungen im Zusammenhang mit dem Orts­ frequenzfilterverfahren im Hinblick auf spezielle Anordnungen sind aus den beiden DDR-Patentschriften DD-2 91 848 und DD-218 170 entnehmbar.

Die vorliegende Erfindung geht gattungsmäßig von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung gemäß DD-2 18 170 aus.

Bei Ortsfrequenzfilterverfahren wird die Geschwindigkeit eines Objektes durch eine örtliche Filterwirkung gitterartiger Strukturen in ein schmalbandiges Signal (Ausgangsschwingung) umgesetzt, dessen Frequenz proportional zur Geschwindigkeit des Objektes ist. Die Gitterstruktur kann dabei entweder bei der Beleuchtung des Objektes, z. B. durch Interferenz oder Pro­ jektion, oder aber bei inkohärenter Beleuchtung durch eine gitterförmige Bewertung des erfaßten Helligkeitsprofils reali­ siert werden. Ein Helligkeitsprofil des Objektes ergibt sich aus einer auf der Oberfläche des Objektes vorhandenen Struk­ tur, die vorzugsweise zu stochastisch verteilten Zonen unter­ schiedlicher Helligkeit auf der Oberfläche des Objektes führt, entweder weil das Objekt selbst strahlt, wie z. B. heißer Stahl, aber in unterschiedlichen Zonen mit unterschiedlicher Helligkeit, oder indem die unterschiedlichen Zonen der Ober­ fläche einen unterschiedlichen Reflexionsgrad für die Beleuch­ tungsstrahlung einer außenstehenden Lichtquelle aufweisen, sei es durch unterschiedliche Absorptionskoeffizienten für die Be­ leuchtungsstrahlung, sei es durch eine Rauhigkeit der Oberflä­ che, die zu unterschiedlichen Reflexionswinkeln bezüglich des Sensors führt.

Wird diese stochastische Helligkeitsstruktur durch ein re­ gelmäßiges Gitter gefiltert, so kommt es am Ausgang dieses Filters aufgrund der, Relativbewegung zwischen Objekt und Git­ ter zu einer Schwingung als Funktion der Zeit, deren Frequenz unmittelbar proportional zu dieser (zu messenden) Relativge­ schwindigkeit ist.

Bekannte Ortsfrequenzfilterverfahren werfen jedoch einige Probleme in der Praxis auf.

Die üblicherweise verwendeten Gitterstrukturen sind als Rechteckfunktionen als Funktion des Ortes darstellbar, wenn die Durchlässigkeit des Gitters über dem Ort aufgetragen wird. Dabei kommt es zu einer Ortsfrequenzübertragungsfunktion, bei der insbesondere die dritte Harmonische stört, indem sie uner­ wünschte und die Auswertung störende Oberwellen in der Aus­ gangsschwingung erzeugt, deren Frequenz zum Maß der zu be­ stimmenden Geschwindigkeit genommen wird. In der DD-2 91 848 wird zur Verminderung dieser störenden Oberwellen vorge­ schlagen, bei Verwendung einer TV-Kamera als Sensor, diesen Sensor in streifenförmige Teilbildelemente aufzuteilen, bei denen die jeweilige Elementenbreite im Verhältnis 1 zu 3 zur Gitterkonstante des auszubildenden Gitters gewählt wird. Hier­ durch wird zwar eine Verringerung der störenden Oberwellen erreicht, ohne jedoch den Effekt völlig beseitigen zu können.

Ein zweites Problem besteht beim herkömmlichen Ortsfre­ quenzfilterverfahren darin, daß erstens nicht die Bewegungs­ richtung des Objektes relativ zum Sensor erkennbar ist, weil für positive wie negative Differenzgeschwindigkeiten eine identische Ausgangsschwingung entsteht, und daß zweitens sehr geringe Relativgeschwindigkeiten inklusive des Stillstandes des Objektes nicht bestimmbar sind, weil das Messen von Fre­ quenzen unterhalb einer bestimmten Grenze zu lange Meßzeiten erfordert. Zur Behebung dieses Problems ist bereits in der DE- OS 21 44 487 vorgeschlagen worden, das Gitter ebenfalls zu be­ wegen, um hierdurch eine immer positive und genügend große Re­ lativgeschwindigkeit zwischen Objekt und Gitter zu erzwingen. Derartig mechanisch bewegte Gitter haben jedoch die bekannten Nachteile mechanisch bewegter Systeme, erfordern nämlich einen relativ großen Konstruktionsaufwand und sind insbesondere sehr empfindlich gegen eventuelle Erschütterungen.

Ein weiteres großes Problem herkömmlicher Ortsfrequenzfil­ terverfahren besteht darin, daß, wie weiter oben dargelegt, die Objektgeschwindigkeit mit einer örtlichen Filterwirkung gitterartiger Strukturen in ein schmalbandiges Signal umge­ setzt wird, dessen Bandbreite jedoch nicht beliebig schmal ausfallen kann, wie nachfolgend gezeigt wird:

Die Übertragungsfunktion des Ortsfrequenzfilterverfahrens über dem Kehrwert der Ortsfrequenz, der Ortsperiodenlänge p, ist in Fig. 7 für den Fall der Gitterkonstanten d = 2 mm auszugsweise (nur der Hauptdurchlaßbereich) dargestellt. Man erkennt deut­ lich die Bandfilterwirkung, die darin besteht, daß diejenigen örtlichen Reflexionsschwankungen der Oberfläche besonders gut durchgelassen werden, deren Periodendauer der Gitterkonstanten d entspricht. Definiert man die Bandbreite b willkürlich als Breite der "Hauptkeule" so erhält man

wobei l die Länge des Gitters ist. Beispielsweise liegt in Fig. 7 die Gitterlänge bei l = 30 mm, und es ergibt sich damit eine Bandbreite b = 0,268 mm. Bei gegebenem d-Wert muß l gegen ∞ gehen, wenn die Bandbreite gegen Null gehen soll. Dies ist in der Praxis nicht realisierbar. Die endliche Bandbreite hat folgende nachteilige Auswirkung: Wenn die Oberfläche des Ob­ jektes keine rein stochastischen Reflexionseigenschaften, son­ dern solche mit typischen Eigenortsfrequenzen aufweist, bei­ spielsweise durch eine regelmäßige Textur, die nicht der Git­ terortsfrequenz l/d entsprechen, so wird die Frequenz des Aus­ gangssignals, die zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Ob­ jektes herangezogen wird, systematisch verfälscht. Beispiels­ weise würde eine ausgeprägte Textur mit der Periodenlänge p = 1,9 mm bei einer Anordnung mit den Eigenschaften nach Fig. 7 nur unzureichend gedämpft werden und anstelle der Gitterorts­ frequenz l/d im wesentlichen die Frequenz des Ausgangssignals bestimmen. Der Fehler kann dann bis zu (2,0-1,9)/2,0 = 5% betragen. Zwar wird der Fehler in der Praxis dadurch, daß zusätzlich zur Textur gewöhnlich stochastische Anteile hinzukommen, auf etwa 0,6 bis 0,3% gemindert, jedoch liegt er für eine Präzisions-Meßeinrichtung, bei der Meßfehler kleiner/ gleich 1 Promille angestrebt werden, damit immer noch zu hoch.

Ein Anwendungsbereich des Ortsfrequenzfilterverfahrens liegt z. B. in der Kontrolle bei der Herstellung länglicher Ob­ jekte, z. B. von Kabeln, Schläuchen, Drähten, Strangguß usw. In derartigen Kontrollen soll gar nicht einmal unbedingt die Ge­ schwindigkeit des Objektes als Endergebnis bestimmt werden, sondern über die Messung der Geschwindigkeit soll die zurück­ gelegte Wegstrecke errechnet werden bzw. beispielsweise die Länge des bereits hergestellten länglichen Objektes. Es soll also beispielsweise kontrollierbar sein, wieviele Meter Kabel bereits aus einer Herstellungseinrichtung ausgelaufen sind. Eine solche Längenmessung ist nämlich auf mechanischem Wege nur schwer durchführbar, da beispielsweise Reibräder, die an Zählwerke angeschlossen sind, einen relativ hohen Schlupfauf­ weisen und zu großen Meßfehlern führen, insbesondere unter Be­ rücksichtigung der Tatsache, daß die Ausstoßgeschwindigkeit z. B. eines Kabels bei der Kabelherstellung relativ groß ist, beispielsweise 20 Meter pro Sekunde betragen kann, und diese Geschwindigkeit nicht immer gleichmäßig ist, sondern bei­ spielsweise Beschleunigungen bis zu 10 m/s² auftreten können.

Angesichts der Nachteile des herkömmlichen Ortsfrequenz­ filterverfahrens liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen des Bewegungszu­ standes eines länglichen Objektes aufzuzeigen, welches zuver­ lässiger ist als herkömmliche Verfahren, insbesondere eine ge­ nauere Bestimmung des Bewegungszustandes erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßaufnahme der Struktur des Objektes mit dem Sensor und die Erzeugung des Gitter- bzw. Filtereffektes eines Ortsfrequenz­ filters voneinander zeitlich getrennt, nämlich nacheinander, erfolgen.

Bei herkömmlichen Ortsfrequenzfilterverfahren wird dem Sensor bereits vor der Meßaufnahme ein Gitter zugeordnet bzw. ein Gitter mechanisch oder elektronisch fest installiert, so daß während der Meßaufnahme die Meßaufnahme und die Erzeugung bzw. Beibehaltung des Gitter- bzw. Filtereffektes gleichzeitig erfolgen. Dadurch wird dann unmittelbar die Ausgangsschwingung erhalten.

Bei einer Verwendung einer Kamera als Sensor wird ein Git­ ter beispielsweise dadurch verwirklicht, daß jeweils einander benachbarte Bildpunkte oder Bildelemente alternierend mit unterschiedlicher Polung bewertet oder angesteuert werden, wie es sich beispielsweise aus den im vorhergehenden genannten DDR Patentschriften ergibt.

Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Vorteil zunächst die Meßaufnahme durchgeführt und erst an­ schließend der Gitter- bzw. Filtereffekt erzeugt. Hierdurch können die im vorhergehenden geschilderten Probleme beim Stand der Technik gelöst werden. Es kann nämlich beim erfindungsge­ mäßen Verfahren, gegebenenfalls passend zur jeweiligen Meßauf­ nahme bzw. zur mehr oder weniger stochastischen Struktur der Objektoberfläche, die beste Gitterfunktion ausgewählt werden und zur Erzeugung des Gitter- bzw. Filtereffektes auf die je­ weilige Meßaufnahme angewandt werden. Hierdurch ist es mög­ lich, unerwünschte Oberwellen zu vermeiden und auch Meßfehler durch regelmäßige Strukturen des Objektes auszuschalten. In Weiterentwicklung des Verfahrens ist es dann auch möglich, Ob­ jekte zu erfassen, ,die nur eine relativ geringe oder gar keine Relativbewegung zum Sensor ausführen, oder solche, deren Be­ wegungsrichtung nicht bekannt ist.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der Gitter- bzw. Filtereffekt eines regelmäßigen Git­ ters bzw. Filters erzeugt wird, der ortsabhängig unterschied­ liche Empfindlichkeitsmaßwerte (Gitterfunktion) des aus dem mit dem Gitter- bzw. Filtereffekt kombinierten Sensor gebilde­ ten Ortsfrequenzfilters vorgibt, die vorzugsweise als Funktion des Ortes dem Funktionsverlauf einer Sinusfunktion folgen.

Es wird also insbesondere zur Vermeidung unerwünschter Oberwellen bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens vermieden, als Gitterfunktion eine Rechteckfunktion zu verwenden. Statt dessen wird eine wesentlich günstigere Sinus­ funktion als Gitterfunktion angewandt.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Erhalt der Ausgangsschwingung zwischen den Meßaufnahmewerten und der Gitterfunktion eine mathematische Faltung durchgeführt. Zuvor werden die Meßaufnahmewerte vor­ zugsweise digitalisiert, weil mit dem Sensor als Meßaufnahme­ werte vorzugsweise (analoge) Spannungssignalwerte erzeugt werden.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, für die auch selbständiger Schutz beansprucht wird, sieht vor, daß zur Erzeugung des Gitter- bzw. Filtereffektes die (ggf. mathematische) Bildung eines Gitters oder Filters bzw. der Gitter-(empfindlichkeits-)funktion verfahrensmäßig übersprungen und statt dessen gleich ein Filteralgorithmus, also eine Art Filterwirkungsfunktion, auf die Meßaufnahme des Sensors angewandt wird.

Gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens muß also die eigentliche Gitterfunktion gar nicht mehr erzeugt werden, sondern es wird gleich ein solcher Filteralgorithmus auf die Meßaufnahme angewandt, der die Wirkung eines Filters bzw. Gitters vorgibt, welches eine ganz bestimmte Gitterfunktion aufweisen würde.

Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die regelmäßige Empfindlichkeitsmaßwertefunk­ tion (Gitterfunktion) bei Bedarf verändert, insbesondere der örtliche Abstand zweier einander benachbarte Punkte gleicher Empfindlichkeit verändert, indem vorzugsweise die Perioden­ länge bzw. die Frequenz der Gitterfunktion, beispielsweise einer Sinusfunktion, geändert wird.

Auch diese erfindungsgemäße Maßnahme ist von besonderem Vorteil, wenn die Oberfläche des zu vermessenden Objektes eine regelmäßigere Textur hat, um eventuelle systematische Meßfeh­ ler auszuschalten. Es kann dann diejenige Gitterfunktion aus­ gewählt werden, die ihrer Frequenz nach unter Berücksichtigung der regelmäßigeren Struktur der Oberfläche des Objektes die genauesten und zuverlässigsten Meßergebnisse in Form der zu erzeugenden Ausgangsschwingung liefert. Hierzu muß nur zu Be­ ginn der Messung, beispielsweise durch einen Signalprozessor, eine Fourier-Analyse einer Aufnahme durchgeführt und das Maxi­ mum des Spektrums ermittelt werden.

Eine nächste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, für die ebenfalls selbständiger Schutz beansprucht wird, sieht vor, daß die Gitterfunktion bei Bedarf örtlich vorzugs­ weise parallel zur Bewegungsrichtung des Objektes verschoben wird, vorzugsweise (gleichmäßig) bewegt wird. Dies kann in einfacher Weise beispielsweise dadurch geschehen, daß die Ver­ schiebung oder Bewegung der Gitterfunktion durch (ggf. konti­ nuierliche) Veränderung des Phasenwinkels, vorzugsweise einer Sinusfunktion, bewirkt wird. Eine solche relative Bewegung der Gitterfunktion wird vorzugsweise erfindungsgemäß dann vorge­ nommen, wenn das Objekt selbst unbewegt ist oder nur relativ langsam oder entgegen der angenommenen Hauptbewegungsrichtung bewegt wird. Es kann jedoch auch dann vorgesehen werden, wenn sich das Objekt zu schnell bewegt. Es kann dann auf die vor­ geschlagene Weise die Gitterfunktion dem Objekt nachgeführt werden, um eine geringere Differenzgeschwindigkeit zu erzielen und so die Meßgrenzen zur Bestimmung einer Maximalgeschwindig­ keit günstig zu verschieben und den Meßrahmen einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zu erweitern.

Durch die Verschiebung der Gitterfunktion wird ein Effekt erzielt, als würde ein Gitter bei einem Ortsfrequenzfilterver­ fahren mechanisch bewegt, ohne jedoch die Nachteile einer solchen mechanischen Bewegung, wie sie eingangs angedeutet worden sind, hinnehmen zu müssen. Bei langsam oder gar nicht bewegten Objekten kann durch die Bewegung der Gitterfunktion die Relativgeschwindigkeit vergrößert bzw. bei Rückwärtsbewe­ gung in den positiven Relativgeschwindigkeitsbereich verscho­ ben werden, so daß auch geringere Geschwindigkeiten genauer gemessen werden können bzw. ein Stillstand des Objektes und die Bewegungsrichtung sicher erkannt werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise in festen Zeitabständen nacheinander mehrere Meßaufnahmen gemacht und entsprechende Meßaufnahmewerte mit dem Sensor gewonnen, um letztendlich mehrere Werte der Ausgangsschwingung zu erhalten, und so die Frequenz der Ausgangsschwingung und dadurch auch die Geschwindigkeit des Objektes, genauer bestimmen zu können.

Die Erzeugung des Gitter- bzw. Filtereffektes und die An­ wendung auf die Meßaufnahmewerte kann mit einer digitalen Da­ tenverarbeitungseinrichtung mathematisch erfolgen, vorzugswei­ se mit einem Signalprozessor. Die Erzeugung des Gitter- bzw. Filtereffektes und dessen Anwendung auf die Meßaufnahme kann aber auch physikalisch mit entsprechenden Elektronikteilen, beispielsweise mit einem Sinusgenerator, einem Analog-Multi­ plizierer, einem Integrierer usw. geschehen.

In jedem Falle erfolgt die Verknüpfung der Meßaufnahme­ werte mit der gewählten Gitterfunktion vorzugsweise durch eine Faltung der Funktionswerte dieser beiden Funktionen miteinan­ der, wodurch die jeweiligen Werte der Ausgangsschwingung er­ halten werden. Im Falle der Verarbeitung digitalisierter Werte mit dem Signalprozessor wird eine diskrete Faltung gemäß der Formel

durchgeführt, wobei k die Zahl der pro Bild aufgenommenen Pixel und n die Nummer der Aufnahme-Sequenz bedeutet. x(i) sind die digitalisierten Spannungssignalwerte u(i) des Sen­ sors, d ist die Gitterkonstante der Gitterfunktion. Alternativ kann die Faltung auch als kontinuierliche Funktion mit Sinus­ generator, Analog-Multiplizierer und Integrierer gemäß der Formel

gebildet werden, wobei u (t) der Spannungssignalverlauf des Sensors, f die Frequenz des Sinusgenerators und T die Zeit­ dauer des Auslesens des Sensors ist. In diesem Fall werden erst die y-Werte digitalisiert und anschließend digital weiterverarbeitet.

In jedem Fall werden die Ergebniswerte vorhergehender Aufnahmen . . . ., y(n-1) zusammen mit y(n) und den Ergebniswerten der nachfolgenden Aufnahmen y(n+1), y(n+2), . . . im Speicher des Signalprozessors abgelegt. Diese Wertefolge stellt die Werte der Ausgangsschwingung dar, deren Frequenz ein Maß für die zu messende Geschwindigkeit ist. Eine solche ermittelte Geschwindigkeit kann sehr leicht auch in eine Weglänge umge­ rechnet werden, wenn die ermittelten Geschwindigkeitswerte aufsummiert werden.

Ein Bewegungseffekt des Gitters bzw. der Gitterfunktion kann durch lineare Änderung des Phasenwinkels gemäß folgender Formel von Aufnahme zu Aufnahme bewirkt werden:

ϕ (n) = ϕ_o + g×n.

Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, für die selbständiger Schutz beansprucht wird, sieht vor, daß der Abstand zwischen dem Sensor und der Oberfläche des Objektes, vorzugsweise dem beleuchteten Bereich der Ober­ fläche, erfaßt und als Parameter bei der übrigen Verfahrens­ weise berücksichtigt wird. Hierzu wird der Abstand vorzugswei­ se optisch erfaßt, beispielsweise mittels einer (zweiten) CCD- Zeilenkamera.

Es kann durchaus nicht davon ausgegangen werden, daß bei einer beabsichtigten Geschwindigkeitsmessung der Abstand zwischen dem Sensor und dem zu vermessenden Objekt immer genau bekannt ist und gleichbleibt, vielmehr ist mit Abstandsschwan­ kungen zu rechnen. Insbesondere ein beispielsweise zu vermes­ sendes Kabel gerät bei seiner Herstellung leicht in mechani­ sche Schwingungen, durch die der Abstand zwischen dem Sensor und dem Kabel sehr schnell immer wieder verändert wird. Dies kann zu Meßfehlern in der Geschwindigkeitsmessung führen, die durch eine Kontrolle des Abstandes erkannt und ausgeschaltet, d. h. herausgerechnet werden können. Auch durch diese erfin­ dungsgemäße Abstandserfassung ist also eine höhere Meßgenauig­ keit der Geschwindigkeit erreichbar.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der eingangs ge­ nannten Gattung, vorzugsweise zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens, zeichnet sich dadurch aus, daß der Sensor eine CCD-Zeilenkamera ist, deren Zeile bzw. Zeilen parallel zur Bewegungsrichtung des Objektes orientiert angeordnet ist bzw. sind.

Der CCD-Zeilenchip einer solchen Zeilenkamera ist relativ preiswert, und es können handelsübliche Objektive und relativ einfache elektronische Schaltungen für die Meßaufnahmen ver­ wendet werden. Die CCD-Zeile ist parallel zur Bewegungsrich­ tung angeordnet und erfaßt bei jeder Aufnahme das Helligkeits­ profil der Meßobjektoberfläche über eine durch die CCD-Chip­ länge und den Abbildungsmaßstab definierte Länge. Der CCD-Chip wird in festen Zeitabständen T belichtet, nimmt also regel­ mäßig Helligkeitsprofile der Meßobjektoberfläche auf.

Es können auch Kamera-Sensoren mit mehreren Zeilen verwen­ det werden. Dies dient dann in der Regel allerdings nicht zur Aufnahme mehr flächiger Helligkeitsstrukturen, sondern erlaubt eine Auswahl der Auswertung der Meßaufnahme mit der günstige­ ren Sensor-Zeile.

Eine unabhängige Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung, für die selbständiger Schutz beansprucht wird, zeichnet sich aus durch einen Signalprozessor zur Durchführung einer mathematischen Faltung zwischen einer durch den Sensor bei einer Aufnahme der Objektoberfläche bzw. eines Oberflächenbe­ reiches erzeugten Spannungsfunktion und einer vorzugsweise im Signalprozessor vorgegebenen Gitter- bzw. Filterfunktion zur nachträglichen Erzeugung einer Empfindlichkeitsstruktur des Sensors bzw. eines Gitter- oder Filtereffektes und zur Er­ rechnung einer Ausgangsschwingung bzw. der Werte einer Aus­ gangsschwingung über die vorgenannte Faltung.

Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung sind be­ reits als Vorteile im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschildert worden, die sich daraus ergeben, daß die Gitterfunktion erst nach der Durchführung der Meßaufnahme er­ zeugt wird, wobei gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verknüpfung der Meßaufnahme mit der Gitterfunktion in einem Signalprozessor erfolgt.

Gemäß einer anderen Ausbildungsform der Vorrichtung, für die ebenfalls selbständiger Schutz beansprucht wird, kann die Erzeugung der Gitterfunktion und die Verknüpfung der Git­ terfunktion mit der Meßaufnahme auch in geeigneten Elektronik­ teilen erfolgen, also aus einem vorzugsweise zusätzlich vor­ handenen Signalprozessor ausgelagert werden. Es kann also, grob gesagt, das erfindungsgemäße Verfahren, wahlweise mehr softwaremäßig oder mehr hardwaremäßig verwirklicht bzw. durch­ geführt werden.

Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sieht vor, daß die Vorrichtung über eine optische Ein­ richtung, vorzugsweise eine (zweite) CCD-Zeilenkamera verfügt, um den Abstand des Sensors von der Oberfläche des Objektes (ständig) zu erfassen und bei der Meßauswertung zu berücksich­ tigen, insbesondere im Zusammenhang mit dem in die Messung eingehenden Abbildungsmaßstab der Vorrichtung.

Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, werden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Versuchsaufbaus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 Funktionsverläufe einer per Sensormessung aufgenom­ menen Spannungsfunktion als Funktion der Pixel-Num­ mer bzw. des Ortes und der Funktionsverlauf der da­ zugehörigen Gitterfunktion als Funktion der Pixel- Nummer bzw. des Ortes,

Fig. 4 eine Darstellung des Verlaufes der Frequenzwerte einer Ausgangsschwingung in Abhängigkeit bzw. als Funktion der Objektgeschwindigkeit,

Fig. 5a und 5b Darstellungen jeweils des mit dem Sensor gemessenen Spannungssignals und der Gitterfunktion prinzipiell entsprechend der Fig. 3 sowie zusätz­ lich der Ausgangsschwingung bei zwei unabhängigen Meßversuchen bei jeweils gleichermaßen bewegtem Ob­ jekt, ruhendem Gitter und gleicher Gitterfunktion mit gleicher Frequenz,

Fig. 6a und 6b Darstellungen entsprechend der Fig. 5a und 5b bei unabhängigen Versuchen, einmal bei ruhendem Objekt und einmal bei bewegtem Objekt und bei je­ weils bewegter Gitterfunktion,

Fig. 7 ein Beispiel einer normierten Übertragungsfunktion als Funktion der Ortsperiodenlänge.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Versuchs­ aufbaus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung.

Ein längliches Meßobjekt 1 bewegt sich mit einer bestimm­ ten Geschwindigkeit axial in Richtung des Pfeiles 2. Die Ge­ schwindigkeit dieses Meßobjektes 1 ist zu bestimmen.

Mittels einer Lichtquelle 3, die inkohärentes Licht aus­ senden kann, wird durch eine Bündelungsoptik 4 ein Bereich 5, der mit gestrichelten Linien umgrenzt ist, auf der der Meß­ vorrichtung zugewandten Oberfläche des Meßobjektes 1 ausge­ leuchtet.

Ein Teilbereich 6 des ausgeleuchteten Oberflächenbereiches 5 wird durch ein Objektiv 7 während einer Messung mit einem Sensor 8 der Meßvorrichtung erfaßt. Bei dem Sensor 8 handelt es sich um einen CCD-Zeilenchip mit einer Zeile 9 einer CCD- Zeilenkamera. Die Zeile 9 ist bei der Messung parallel zur Be­ wegungsrichtung 2 des Meßobjektes 1 ausgerichtet.

In vorgegebenen Zeitabständen T werden nacheinander mit dem Sensor 8 Aufnahmen der Helligkeitsstruktur des Teilberei­ ches 6 des Meßobjektes 1 gemacht, wobei innerhalb dieser Zeit­ abstände das Meßobjekt sich weiterbewegt, so daß der Teilbe­ reich 6, der durch die Zeile 9 und das Objektiv 7 festgelegt ist, auf der Oberfläche des Meßobjektes 1 entgegen der Bewe­ gungsrichtung 2 relativ wandert. Die Helligkeitsstruktur ändert sich also in der Regel von Aufnahme zu Aufnahme, da die Oberfläche des Meßobjektes 1 vorzugsweise eine stochastische Struktur aufweist.

Der Sensor 8 verfügt über eine übliche Ansteuerelektronik 10 und einen üblichen Signalausgangsverstärker 11. Die Aus­ gangssignale des Sensors 8 gelangen über einen Analog-Digital- Converter 12, in dem diese Werte digitalisiert werden, in einen Signalprozessor 13. Der Signalprozessor 13 verfügt in üblicher Weise über einen Speicher 14 und eine Ein- und Ausga­ beeinheit 15.

In dem Signalprozessor wird eine Gitterfunktion erzeugt, also zeitlich getrennt von der Meßaufnahme des Teilbereiches 6 im Sensor 8, und diese erzeugte Gitterfunktion wird nachträg­ lich auf die Meßaufnahmefunktion, nämlich die über die Länge des Teilbereiches 6 bzw. der Zeile 9 aufgenommenen Spannungs­ signalwerte des Sensors angewandt. Hieraus errechnet sich im Signalprozessor 13 softwaremäßig die Ausgangsschwingung, deren Frequenz ein Maß für die Geschwindigkeit des Objektes 1 in Richtung des Pfeiles 2 ist.

Fig. 2 zeigt eine Blockschaltbild eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, wobei der Versuchsaufbau entsprechend Fig. 1 gewählt werden würde. Im wesentlichen unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel ge­ mäß Fig. 2 von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Erzeugung und Anwendung der Gitterfunktion nicht soft­ waremäßig im Signalprozessor geschieht, sondern hardwaremäßig in einer zusätzlichen Elektronik.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 verfügt ebenfalls über einen Sensor 8, eine Ansteuerelektronik 10 und einen Ausgangsver­ stärker 11. In einem nebengelagerten Elektronikteil 16 wird die Gitterfunktion, vorzugsweise eine Sinusfunktion, erzeugt. Dieser Elektronikteil 16 umfaßt insbesondere einen Signalge­ nerator 17, einen Frequenzteiler 18, einen Phasenkomparator 19 und einen Pulsformer 30.

Das Meßausgangssignal des Sensors 8 wird mit der Gitter­ funktion durch einen elektronischen Multiplizierer 20 und einen nachgeschalteten elektronischen Integrierer 21 ver­ knüpft, also im Ergebnis mathematisch gefaltet. An den Inte­ grierer schließt sich entsprechend des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 ein Analog-Digital-Converter 12 und ein Signal­ prozessor 13 an. Der Signalprozessor 13 übernimmt im Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 2 jedoch nur die eigentliche Aus­ wertung der Messung, und natürlich auch Steuerungsaufgaben, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 auch.

Fig. 3 zeigt in einer oberen Darstellung ein prinzipielles Beispiel einer in der Zeile 9 eines Sensors 8 aus dem Teilbe­ reich 6 aufgenommenen Helligkeitsstruktur, die als Spannungs­ funktion in Abhängigkeit vom Ort bzw. zur Pixel-Nummer der Zeile 9 aufgetragen ist. In der Darstellung darunter ist die auf diese Meßaufnahmefunktion bzw. Spannungsfunktion anzuwen­ dende Gitterfunktion als Sinusfunktion dargestellt, die eben­ falls als Funktion der Pixel-Nummer aufgetragen ist und in der die Gitterkonstante d, die einer Periodenlänge der Gitterfunk­ tionsschwingung entspricht, und der gewählte Phasenwinkel ϕ (n) gekennzeichnet sind.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung der funktionalen Abhängig­ keit der Frequenz f einer aufgrund der Messung erhaltenen Aus­ gangsschwingung, insbesondere errechneten Ausgangsschwingung, von der Objektgeschwindigkeit v, wobei die Frequenz f der Aus­ gangsschwingung ein Maß für die Objektgeschwindigkeit v sein soll. Die Darstellung gemäß Fig. 4 zeigt, daß eine lineare Abhängigkeit zwischen der Frequenz f und der Geschwindigkeit v gegeben ist.

Sowohl die Zeile 9, als auch die Auswerteeinrichtung, ge­ ben eine bestimmte maximale Zahl von Aufnahmen pro Sekunde vor, die z. B. bei 10.000 Bildern pro Sekunde liegen kann. Da zur Rekonstruktion der Ausgangsfunktion nach dem Abtast-Theo­ rem mindestens zwei Werte pro Periode notwendig sind, ergibt sich eine maximale Frequenz f_max des Ausgangssignals, z. B. f_max gleich 5 kHz. Diese begrenzt zunächst die maximal meßbare Objektgeschwindigkeit v_max.

Durch eine kontinuierliche Veränderung des Phasenwinkels der Gitterfunktion gemäß der Darstellung der Fig. 3 unten, kann eine Bewegung des Gitters erreicht werden, und zwar in derselben Bewegungsrichtung 2 wie das Meßobjekt 1 selbst, oder auch in entgegengesetzter Richtung. Hierdurch ergibt sich eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Gitter und dem Meß­ objekt, die im Ergebnis zu einer größeren oder kleineren Rela­ tivgeschwindigkeit führt. Wird durch eine Gegenbewegung des Gitters die Relativgeschwindigkeit vergrößert, so kann bei­ spielsweise auch ein ruhendes Meßobjekt mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren erfaßt werden, und es kann sehr genau erkannt werden, ob das Meßobjekt 1 tatsächlich ruht oder sich mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt. Dies ist beispielsweise auf der durchgezogenen Geraden der Fig. 4 möglich, bei der die gemessene Frequenz der Ausgangsschwingung f_G, lediglich ein Maß für die Gittergeschwindigkeit v_G ist, während das Meßobjekt 1 selbst ruht. Wird dagegen die Relativgeschwindigkeit durch Nachführen und einer entsprechenden Eigenbewegung des Gitters verringert, so kann der Meßbereich der Meßvorrichtung über die maximal zu messende Geschwindigkeit hinaus verändert werden, weil die sich ergebende Geschwindigkeitsdifferenz durch eine um so höhere Gittergeschwindigkeit unter die durch die Vor­ richtungscharakteristik vorgegebene Maximalgeschwindigkeit ge­ drückt werden kann.

Die Fig. 5a und 5b und die Fig. 6a und 6b geben insgesamt die Meßergebnisse von vier unabhängigen (simulierten) Versu­ chen wieder. In den jeweiligen Figuren zeigt jeweils das ober­ ste Diagramm die gemessene Helligkeitsstruktur bzw. die vom Sensor ausgegebene Spannungsfunktion als Funktion der Pixel- Nummer und die mittlere Darstellung die gewählte Gitterfunk­ tion entsprechend den prinzipiellen Darstellungen der Fig. 3. Hinzugefügt ist jeweils als unterste Darstellung der Verlauf der jeweils erhaltenen Ausgangsschwingung, deren Frequenz bzw. Periodenlänge ein Maß für die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Meßobjekt 1 und dem Sensor 8 ist oder besser gesagt für die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Meßobjekt 1 und dem Gitter, dessen Gitterfunktion erzeugt wird.

Die Fig. 5a und 5b zeigen zwei unabhängige Messungen bei gleicher vorgegebener Geschwindigkeit des Meßobjektes und bei gleicher ruhender Gitterfunktion.

Im Gegensatz dazu wird das Gitter bzw. die Gitterfunktion in den Fig. 6a und 6b selbst durch kontinuierliche Änderung des Phasenwinkels bewegt, und zwar im Falle der Fig. 6a bei ruhendem Meßobjekt und im Falle der Fig. 6b bei sich selbst bewegendem Meßobjekt. Im Ergebnis führt dies folgerichtig zu eklatant unterschiedlichen Frequenzen bzw. Periodenlängen in der jeweils unten dargestellten Ausgangsschwingung. Im Falle der Fig. 6a ist die Frequenz der Ausgangsschwingung nur ein Maß für die Geschwindigkeit des Gitters, da das Meßobjekt selbst ruht. Im Falle der Fig. 6b werden Gitter und Meßobjekt gegenläufig zueinander bewegt, so daß sich die Geschwindigkei­ ten aufaddieren und eine entsprechend hochfrequente Ausgangs­ schwingung erhalten wird, deren Frequenz ein Maß für die Summe der Geschwindigkeiten des Meßobjektes und des Gitters ist, wo­ raus bei bekannter Gittergeschwindigkeit ohne weiteres die Ge­ schwindigkeit des Meßobjektes erhalten werden kann.

Im übrigen ist aus dem gemessenen Verlauf der Meßobjektge­ schwindigkeit ohne weiteres die zurückgelegte Wegstrecke des Meßobjektes errechenbar, nämlich durch Aufsummieren der Werte­ folge der Geschwindigkeiten und anschließender Multiplikation mit einem bekannten Maßstabsfaktor.

Claims (22)

1. Verfahren zum berührungslosen Bestimmen des Bewegungs­ zustandes, insbesondere zum Messen der Geschwindigkeit, eines länglichen Objektes, beispielsweise eines Kabels, und/oder zur Bestimmung der vom Objekt zurückgelegten Wegstrecke, bei dem die Oberfläche des Objektes vorzugsweise, wenigstens in einem Bereich, beleuchtet, bevorzugt mit inkohärentem Licht beleuch­ tet wird und bei dem unter Ausnutzung einer auf der Oberfläche des Objektes (natürlich) vorhandenen, vorzugsweise stochasti­ schen (Reflexions-)Struktur mittels eines Ortsfrequenzfilter­ verfahrens unter Einsatz eines Sensors, vorzugsweise einer CCD-Zeilenkamera, eine Ausgangsschwingung erhalten wird, deren Frequenz ein Maß für die Geschwindigkeit des Objektes relativ zum Sensor ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßaufnahme der Struktur des Objektes mit dem Sensor und die Erzeugung des Gitter- bzw. Filtereffektes eines Orts­ frequenzfilters voneinander zeitlich getrennt, nämlich nach­ einander, erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitter- bzw. Filtereffekt eines regemäßigen Gitters bzw. Filters erzeugt wird, der ortsabhängig unterschiedliche Em­ pfindlichkeitsmaßwerte (Gitterfunktion) des aus dem mit dem Gitter- bzw. Filtereffekt kombinierten Sensor gebildeten Orts­ frequenzfilters vorgibt, die vorzugsweise als Funktion des Or­ tes dem Funktionsverlauf einer Sinusfunktion folgen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Sensor erhaltenen, vorzugsweise diskreten Meßauf­ nahmewerte mit den Empfindlichkeitsmaßwerten (der Gitterfunk­ tion) (diskret) im mathematischen Sinne gefaltet wird, wobei das Ergebnis der Faltung die Ausgangsschwingung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßaufnahmewerte vor der Faltung digitalisiert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß mit dem Sensor als Meßaufnahmewerte Spannungssignalwerte erzeugt werden.

6. Verfahren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Gitter- bzw. Filtereffektes die (gegebenenfalls mathematische) Bildung eines Gitters oder Filters bzw. der Gitter- (Empfind­ lichkeits-)Funktion verfahrensmäßig übersprungen und statt dessen gleich ein Filteralgorithmus, also eine Art Filterwir­ kungsfunktion, auf die Meßaufnahme des Sensors angewandt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die regelmäßige Empfindlichkeitsmaßwertefunktion (Gitterfunktion) bei Bedarf verändert wird, insbesondere der örtliche Abstand zweier einander benachbarter Punkte gleicher Empfindlichkeit verändert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodenlänge bzw. die Frequenz der Gitterfunktion, vor­ zugsweise einer Sinusfunktion, geändert wird.

9. Verfahren, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gitterfunktion bei Bedarf ört­ lich vorzugsweise parallel zur Bewegungsrichtung des Objektes verschoben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterfunktion (gleichmäßig) bewegt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterfunktion relativ zum Objekt bewegt wird, wenn das Objekt selbst unbewegt ist oder nur relativ langsam oder rückwärts bewegt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung oder Bewegung der Gitter­ funktion durch (gegebenenfalls kontinuierliche) Veränderung des Phasenwinkels, vorzugsweise einer Sinusfunktion, bewirkt wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in festen Zeitabständen nacheinander mehrere Meßaufnahmen gemacht und entsprechende Meßaufnahmewerte mit dem Sensor gewonnen werden, um mehrere Werte der Ausgangsschwingung zu erhalten.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Git­ ter- bzw. Filtereffektes und dessen Anwendung auf die Meßauf­ nahme mit einer Datenverarbeitungseinrichtung mathematisch erfolgt.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Gitter- bzw. Filtereffektes und dessen Anwendung auf die Meßaufnahme mit einer Elektronik physikalisch erfolgt.

16. Verfahren zum berührungslosen Bestimmen des Bewegungs­ zustandes eines länglichen Objektes, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Sensor und der Oberfläche des Objektes, vorzugsweise den beleuchteten Bereich der Ober­ fläche, erfaßt und als Parameter bei der übrigen Verfahrens­ weise berücksichtigt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand optisch erfaßt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand mittels einem (zweiten) CCD-Zeilenkamera erfaßt wird, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßobjektes an­ geordnet ist.

19. Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen des Bewe­ gungszustandes, insbesondere zum Messen der Geschwindigkeit eines länglichen Objektes und/oder zur Bestimmung der vom Ob­ jekt zurückgelegten Wegstrecke, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, umfassend einen Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine CCD-Zeilenkamera ist, deren Zeile bzw. Zeilen parallel zur Bewegungsrichtung des Körpers orientiert angeordnet ist bzw. sind.

20. Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen des Bewe­ gungszustandes eines länglichen Objektes und/oder zur Bestim­ mung der vom Objekt zurückgelegten Wegstrecke, umfassend einen Sensor, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, vorzugsweise eine Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Signalprozessor (13) zur Durchführung einer mathemati­ schen Faltung zwischen einer durch den Sensor (8) bei einer Aufnahme der Objektoberfläche bzw. eines Oberflächenbereiches (6) erzeugten Spannungsfunktion (u(i);x(i) und einer, vor­ zugsweise im Signalprozessor (13) vorgegebenen Gitter- bzw. Filterfunktion zur nachträglichen Erzeugung einer Empfindlich­ keitsstruktur des Sensors (8) bzw. eines Gitter- oder Filter­ effektes und zur Errechnung einer Ausgangsschwingung (y(n) bzw. der Werte einer Ausgangsschwingung über die vorgenannte Faltung.

21. Vorrichtung zum berührungslosen Bestimmen des Bewe­ gungszustandes eines länglichen Objektes und/oder zur Bestim­ mung der vom Objekt zurückgelegten Wegstrecke, umfassend einen Sensor, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, vorzugsweise eine Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Elektronikteil (16) zur Erzeugung einer Gitter- bzw. Filterfunktion, vorzugsweise einen Sinusgenerator (17) um­ fassend, einen Elektronikteil (20, 21) zur Verknüpfung durch den Sensor (8) gewonnener Meßaufnahmewerte mit der erzeugten Gitter- bzw. Filterfunktion per mathematischer Faltung zur Errechnung einer Ausgangsschwingung, deren Frequenz ein Maß für die relative Geschwindigkeit des Objektes (1) bezüglich des Sensors (8) ist, und eine Auswerteelektronik, umfassend einen Signalprozessor (13).

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekenn­ zeichnet durch eine optische Einrichtung, vorzugsweise eine (zweite) CCD-Zeilenkamera, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßobjektes angeordnet ist, zur Erfassung des Abstandes des Sensors (8) von der Oberfläche des Objektes (1).