DE4401020A1 - Verfahren zur Abmessungskontrolle des Profils von langen Produkten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Abmessungskontrolle des Querpro­ files auf optischem Wege von formgebend bearbeiteten langen Produkten, welche eine komplexe Form und mit insbesondere konkaven Bereichen haben können. Sie findet eine besonders wichtige Anwendung in der Abmessungskontrolle der sichtba­ ren Oberflächen von metallurgischen Produkten, die durch Walzen oder Strangpressen hergestellt worden sind.

Für mehr und mehr zahlreichere Anwendungen ist es notwen­ dig, zur Überwachung der auf dem Profil erforderlichen Ab­ messungstoleranzen die formgebend bearbeiteten Produkte di­ rekt am Ort der Herstellung zu kontrollieren, d. h. am Aus­ gang der Einrichtung, die ihnen die definitive Form gibt. Schienen für Hochgeschwindigkeitszüge bilden ein besonders repräsentatives Beispiel: Die bewirkte Messung am Ausgang einer Walzstraße, wo die Schiene mit ungefähr 4 m/s und mit einer Temperatur von mehreren 100°C vorbeikommt, muß es erlauben, zu verifizieren, daß die Ränder der Schiene im kalten Zustand die Vorgaben auf einige Zehntel mm genau einhalten. Und nur die Messung am Ausgang der letzten Walz­ straße erlaubt es, auf die Kette von Walzstraßen einzuwir­ ken, um schnell die gesamte Abweichung zu korrigieren.

Man kennt bereits ein Verfahren zur Abmessungskontrolle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die bekannten Verfahren dieser Art erlauben jedoch keine ausreichende Präzision. Die Mehrzahl gebrauchen ein Laser­ bündel, welches quer durch eine zylindrische Linse tritt, die diesem eine flache Form mit einer Dicke gibt, die genau gleich dem Anfangsdurchmesser des Laserbündels ist. Auf­ grund insbesondere der Tatsache der Unebenheit des zu ana­ lysierenden Profils focussiert man die Gesamtheit der leuchtenden weiten Fläche nicht korrekt, wobei weiterhin die energetische Verteilung nicht konstant ist.

Man hat auch vorgeschlagen, das Profil mit Hilfe eines Bün­ dels abzutasten, welches nachfolgend eine Focussierlinse durchquert und durch einen drehenden Spiegel reflektiert wird. Das Profil der Schiene ist nicht geradlinig, die Veränderungen des Abstandes überschreiten die Tiefe des Feldes und die Focussierung ist wenigstens in bestimmten Bereichen des Profils unzureichend, um die erforderliche Präzision zu garantieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und die erforderliche Präzision zu erreichen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs be­ zeichneten Art gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Diese dynamische Focussierung kann insbesondere im Falle des Abtastens des Querprofiles durch ein schmales Bündel eintreten, in dem man eine optische Focussierung in Antwort auf die Verschiebung des Bündels gemäß einer gespeicherten Abfolge steuert, die entweder ausgehend von einer auf dem geforderten Profil beruhenden Rechnung oder aufgrund von im Verlaufe des Durchtritts eines ersten Produktes bewirkten Messungen erhalten wird, insbesondere wenn die Kontrolle im wesentlichen vorsieht, zu bestimmen, daß die nachfolgenden Produkte dasselbe Profil haben.

Die dynamische Focussierung des Bündels entlang des Profils erlaubt es, eine Spur auf diesem Profil von Abmessungen zu erhalten, so daß der entsprechende Fleck auf der Zielschei­ be der Kamera eine größer unterhalb der Auflösung der Kame­ ra hat (z. B. im Zwischenraum zwischen photosensiblen Stel­ len). Es ist vorteilhaft, besondere Punkte mit einer Über­ intensität zu beleuchten, die ausreicht, um die Kamera vollständig zu sättigen. Aufgrund der Sättigung erlaubt der Schwerpunkt des Flecks präzise einen Punkt auf dem Umriß zu definieren. Diese Punkte können mit zahlreichen Standorten auf dem Profil korreliert werden und dann den Vergleich mit einem Nominalprofil erleichtern. Außerdem erlaubt das in Übereinstimmung Setzen der Punkte auf die durch die ver­ schiedenen Kameras gelieferten Bilder entsprechend den gleichen, mit Überintensität beleuchteten Spuren, die Bil­ der gegenseitig zu unterlegen und die Gesamtheit oder den Großteil des vollständigen Profiles ausgehend von mehreren Teilbildern zu rekonstruieren.

In dem Falle, wo die Prüfung eines Profils durch Abtastung ausgehend von einem engen Bündel erfolgt, erlaubt die dyna­ mische Programmierung eine automatische Kalibrierung, je nach der Position der Schiene durch Vergleich zwischen dem von einer Supervisionskamera gelieferten Bild und einem No­ minalbild.

In dem Fall, wo sich das zu kontrollierende Produkt schnell in seiner Lage verändert, ist die Prüfung durch Abtastung des Profils nicht ausreichend schnell, um sich von unange­ brachten Verschiebungen des Produktes freizumachen, die der Methode der globalen Profilrekonstruktion entgegenwirken. Ein Mittel zur Durchführung der dynamischen Focussierung ist in den Ansprüchen 8 und 9 definiert. Der Schlitz kann auf eine feste Stütze geklebt sein, die ein Gegenstück bil­ det. Dieses Gegenstück kann ausgehend von den Abmessungs­ vorschriften des Produktes berechnet und verwirklicht wer­ den. Der Schlitz kann von einer transparenten Zone eines fotografischen Films gebildet sein und von einer Fotoan­ weißmaschine des Typs aufgedruckt sein, welche häufig zur Herstellung von bedruckten Schaltkreisen verwendet wird. Die Schiene wird geführt und die geringen Abstandsänderun­ gen zwischen der Schiene und der Ausmessung sind in der Tiefe des Feldes der optischen Vorrichtung.

Im Falle eines Produktes in Deckung ist es immer notwendig, das Bild "einzufrieren", um während der Messung eine Ver­ schiebung der Schiene in Deckung, eine Drehung und even­ tuell einen unheilvollen Einfluß von Schwingungen zu ver­ meiden. Dazu kann man eine gleichförmige Aufhellung und Ka­ meras mit einer Bilderbildung mit schnellem Verschluß ge­ brauchen, z. B. durch gleichzeitig pulsierte Lichtverstärker oder eine pulsierte Aufhellung. In allen Fällen wird der Erwerb von Bildern durch verschiedene Kameras in einer Mes­ sung, bei welcher mehrere Kameras notwendig sind, gleich­ zeitig gemacht oder synchron mit einem Lichtimpuls, der im Falle einer pulsierten Aufhellung von dem Laser geliefert wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 ein Prinzipschema einer Kontrollvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung für ein statisches Produkt und für eine Abtastung des zu kontrollierenden Profils,

Fig. 2 ein Schema, welches das Bild der repräsentativen Spuren des Abtastbündels auf dem Produkt zeigt,

Fig. 3 die mögliche Verteilung der Spuren in Überbrillanz auf einem Profil,

Fig. 4 ein Schema, welches die mögliche Anordnung mehrerer Sätze von Mitteln zur Erzeugung von Abtastbündeln zeigt, die die Kontrolle der Gesamtheit des Profiles eines Produktes ermöglichen,

Fig. 5 und 6 Schemata, die zeigen, wie die Verbindung zwischen verschiedenen Bereichen des Profils erfolgt, die von verschiedenen Kameras gemäß der Fig. 4 erhalten worden sind,

Fig. 7 ein Schema zum Offensichtlichmachen der Parameter, die im Laufe einer vorhergehenden Etappe eingrei­ fen und die spätere Focussierung erlauben,

Fig. 8 ein Prinzipschema, das die Anordnung der notwendi­ gen Mittel zur Ausführung einer zweiten Ausführungs­ form zeigt,

Fig. 9 ein Schema, das den möglichen Aufbau des die Quelle bildenden Schlitzes in der Ausführungsform nach Fig. 8 zeigt,

Fig. 10 ein Schema, das eine mögliche Ausführungsform der Aufhellung des die Quelle bildenden Spaltes in der Ausführungsform der Fig. 8 zeigt, und

Fig. 11 einen Schnitt gemäß der Linie XI-XI in Fig. 10.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsform er­ laubt insbesondere die Profilkontrolle einer Schiene im Stillstand, die auf einer Rollenbahn hinter dem Ausgang der letzten Walzstraße angeordnet ist. Aufgrund der Tatsache der schnellen Abkühlung der Schiene liegt deren Temperatur im allgemeinen dann zwischen 700 und 800°C, selbst wenn die Messung sofort nach der dortigen Niederlegung erfolgt. Die Schiene ist weniger homogen als am Ausgang der Walzstraße, derart, daß die thermische Strahlung entlang der Punkte des Profils variiert. Die Messung wird durch Verwendung eines Lichtes bewirkt, dessen Wellenlänge gering unterhalb derje­ nigen des thermischen Emissionsspektrums der Schiene liegt, und indem ein schmaler optischer Bandfilter verwen­ det wird, der auf der Hauptemissionswellenlänge der Licht­ quelle zentriert ist und vor jeder der Kameras angeordnet ist.

Die dargestellte Vorrichtung weist Mittel auf, die die Er­ zeugung eines focussierten Lichtbündels und die Abtastung eines Schienenprofils in einer Ebene senkrecht zur Längs­ achse der Schiene ermöglichen. Diese Mittel weisen einen Laser 10 auf, der es erlaubt, ein relativ schmales Bündel zu erhalten, dessen Energie auf eine vorbestimmte Wellen­ länge konzentriert ist. Man kann insbesondere einen konti­ nuierlichen Helium-Neon- oder Argon-Laser gebrauchen.

Dem Laser 10 folgt eine dynamische Focussieroptik 12, die durch zwei gegeneinander verstellbare Linsen schematisiert ist und ein drehender Abtastspiegel 14, der verschiedene Facetten aufweisen kann. Dieser Spiegel ist mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor versehen, der es erlaubt, die­ sen um eine Achse derart drehen zu lassen, daß ein Abtasten entlang des Profiles hervorgerufen wird. Im allgemeinen wird diese Achse parallel zur Länge der Schiene sein.

Die beispielhaft dargestellten Mittel weisen darüber hinaus einen elektrooptischen oder akustooptischen Modulator 16 auf, der es erlaubt, das Bündel in der Intensität zu modu­ lieren und/oder dieses mit einer Frequenz zu schneiden, die oberhalb derjenigen liegt, die die Steuerung des Lasers er­ lauben wird.

Wie vorstehend bereits ausgeführt, muß das Prüfungsbündel permanent auf das Profil focussiert werden, entlang der ge­ samten Abtastzone, die in fetten Linien in Fig. 1 darge­ stellt ist. Dazu kann der Spiegel 14 mit einem Positions­ sensor versehen sein, der ein Eintrittssignal zu einem Steuerorgan 18 liefert, welches eine Betätigungseinrich­ tung, die nicht dargestellt ist, zur Verschiebung einer der optischen Linsen 12 speist. Die Verschiebungen sind gering, wobei eine piezo-elektrische Betätigungseinrichtung oder eine galvanometrische Anordnung häufig genügen wird.

Die Steuereinrichtung 18 wird im allgemeinen einen Spei­ cher, in dem das Gesetz zur Variation der Stellung der Linse in Funktion der Winkelposition des Spiegels 14 gespeichert ist, der es erlaubt, das Bündel auf dem Nominalprofil oder dem vorgeschriebenen Profil der Schiene zu focussieren, und einen Schritt-Steuergenerator oder einen kontinuierlichen Steuergenerator aufweisen. Das Variationsgesetz kann a priori auf der Basis einer mathematischen Berechnung vor­ herbestimmt werden, welche die Relativposition der ver­ schiedenen Elemente und die optischen Charakteristiken be­ rücksichtigt.

Die Profilabweichungen zwischen der rellen Schiene und der Nominalschiene sind häufig ausreichend gering, so daß man durch die programmierte Focussierung in allen Punkten des Profils eine beleuchtete Spur erreichen kann, die nur ei­ nige Zehntel µm groß ist.

Die Vorrichtung weist außerdem wenigstens eine Kamera (oder häufiger zwei Kameras 20 ₁ und 20 ₂) auf, die es erlauben, ein Abbild der Gesamtheit der abgetasteten Zone zu bilden. Die verwendeten Kameras werden im allgemeinen vom Matrix- Typ oder vom Barett-Typ mit Sensoren mit Kupplung der La­ dungen oder vom Vidicontyp sein. Das Bild 22 der beleuchte­ ten Spur 23 (Fig. 1) auf dem Profil wird dann eine Größe unterhalb der echten Auflösung der Zielscheibe jeder Kamera haben, in Übereinstimmung mit der Abweichung zwischen den photosensiblen Stellen im Falle einer Matrixsensorkamera mit Ladungskupplung oder CCD.

Der sehr starke Endcharakter des Bildes erlaubt es, auf präzise Art und Weise den Punkt 23 des Auftreffens der Ach­ se des Lichtbündels auf dem Profil zu kennen. Zu diesem Thema muß man bemerken, daß die klassischen Verfahren zum Suchen eines solchen Punktes durch Bestimmung des Schwer­ punktes im Falle eines nicht focussierten Bündels auf der Gesamtheit des Profils einen Ort mit einem inhomogenen Fleck liefern wird, aufgrund der starken Variationen der Reflektivität entlang der Oberfläche der Schiene und diese Verfahren werden im allgemeinen nicht zufriedenstellend sein.

Um eine präzise Übereinstimmung zwischen bestimmten Punkten nur des Profils und entsprechenden Punkten des Bildes er­ reichen zu können, schlägt die Erfindung in einer bevorzug­ ten Ausführungsform vor, die Intensität des Bündels zu mo­ dulieren, derart, um diesem in regulierbaren getrennten Zeitintervallen (oder in regulierbaren Winkelintervallen des Spiegels 14) eine ausreichend erhöhte Intensität zu geben, um lokal und temporär die Zielscheibe der Kamera zu sättigen. Dieses Ziel kann insbesondere erreicht werden, indem der Modulator 16 derart gesteuert wird, um dem Bündel die eine oder die andere der beiden Intensitäten zu geben:

• - eine Intensität, die sich perfekt in die Antwortdynamik der Kameras einschreibt und mit dem Endbild 22 eines laufenden Punktes 23 übereinstimmt,
• - eine viel stärkere Intensität, die sich auf einen Fleck 24 überträgt und im allgemeinen auf mehrere Sensoren oder photosensible Stellen übertritt.

Wenn die Kamera gesättigt ist, erlauben die Ablenkungen des Lichtes und der Reflektivität zwischen verschiedenen Punk­ ten des Fleckes den exakten Schwerpunkt 26 des Fleckes ohne Schwierigkeit zu bestimmen. Die einzige imperative Bedin­ gung ist, daß die den kurz aufeinanderfolgenden Impulsen intensiven Lichtes entsprechenden Flecken ausreichend ent­ fernt sind, um sich nicht zu überdecken.

Im in Fig. 3 dargestellten Fall ist der Modulator 16 derart getaktet, daß die Orientierungen für die das Bündel über­ brillant ist, äquidistant in einer Ebene 8 rechtwinklig zur Abtastebene sind. Jedoch weisen die überbrillanten Spuren auf der Schiene und die entsprechenden Flecken auf der Ma­ trix 24 ₁, 24 ₂ . . . , 24 _n Raumvariationen auf, welche die Ab­ stände charakterisieren, die Auftreffpunkte des Laserbün­ dels auf der Schiene vom Rotationszentrum des drehenden Spiegels 14 trennen.

Dadurch, daß das Takten der Steuerimpulse des Modulators 16, der die Erscheinensaugenblicke der überintensiven Spu­ ren bestimmt, leicht mit einer sehr großen Präzision pro­ grammiert werden kann, erlaubt die Bildanalyse nach der Be­ stimmung der Schwerpunkte, eine Meßauflösung weit oberhalb der echten Auflösung der Kameras zu erreichen.

Wenn eine sehr genaue Analyse notwendig ist und erfordert die Punkte 26 so angenähert anzuordnen, daß die Flecken 24 übereinandergreifen, ist es möglich, verschiedene aufeinan­ derfolgende Abtastungen zu erreichen mit einer Verschie­ bung, die eine Pixel-Fraktion in der Taktung des Modulators 16 erreichen kann, derart, um die Schwerpunkte der ver­ flochtenen Spuren in Überbrillanz anzuordnen. Jede Ab­ tastung kann während einer für die Berechnung des Schwer­ punktes der Flecken der nachfolgenden Abtastung notwendigen Zeit bewirkt werden.

Wenn, wie dies am häufigsten der Fall ist, die Gesamtheit oder der weitaus größte Teil des Profils kontrolliert wer­ den soll, sind mehrere Kameras und mehrere Mittel zur Er­ zeugung von leuchtenden Abtastbündeln notwendig. Die Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, welche Mittel, die es erlauben, vier Abtastbündel zu erzeugen, wobei nur ein Satz von Mit­ teln vollständig gezeigt ist, und einen Laser 10 ₁, aufweist sowie einen Modulator 16 ₁, eine Focussieroptik 12 ₁ und ei­ nen Abtastspiegel 14 ₁. Die winkelförmigen Abtastfelder 30 ₁, 30 ₂, 30 ₃ und 30 ₄ erlauben es, das Schienenprofil vollstän­ dig zu beleuchten und weisen außerdem Überdeckungen auf. Die Felder der Kameras weisen eine Überdeckung 34 auf, die es erlaubt, die von den verschiedenen Kameras gelieferten Bilder in Übereinstimmung zu setzen, wobei von den Kameras nur eine einzige 20 ₁ dargestellt ist.

Das in Übereinstimmung Setzen der verschiedenen Fragmente des Profils, die ausgehend von den aus den verschiedenen Kameras gelieferten Bilder hervorgehen, zur Bildung des kompletten Profiles der Schiene kann auf verschiedene Wei­ sen verwirklicht werden, insbesondere, indem die Gegenwart von Spuren in Überintensität entlang der Kameras gebraucht wird.

Die Fig. 5 zeigt beispielhaft zwei Fraktionen des Profils 32 ₁ und 32 ₂, die ausgehend von den Bildern zweier benach­ barter Kameras erhalten sind, wobei die Flecken in Überin­ tensität durch fett angelegte Punkte dargestellt sind. Eine Verbindungszone, wie diese in 34 in der Fig. 4 dargestellt ist, erscheint auf den zwei Darstellungen. Um die Verbin­ dung dann zu erleichtern, kann die Modulation derart kom­ plexer realisiert werden, um eine Identifikation zu erlau­ ben. Z.B. zeigt die Fig. 5 in der Verbindungszone das Bild zweier Spuren 36 in Überintensität, welche eine Zone ein­ rahmen, wo das Abtastbündel geschnitten ist. Die Linien 36 können zu den weiter oben erwähnten Spuren 24 gehören, die eine ausreichende Überintensität zur Sättigung der Kameras aufweisen oder sie können einfach in einer leichten Überin­ tensität sein.

Nach der Projektion jedes der registrierten Profile in ei­ ner Schnittebene normal zur Längsachse der Schiene ist es möglich, die verschiedenen Profile zusammenfallen zu lassen und den Schnitt zu rekonstruieren, wie dies Fig. 6 zeigt, und zwar durch einfache Translationen und Rotationen, in der Messung, wo die Abbildungsmaßstäbe die gleichen sind.

Im Laufe einer Vorprüfungsphase ist es gleichzeitig mög­ lich, die Position der Mittel zur Erzeugung und Abtastung, z. B. durch Translationen, und/oder die Kameras zu justie­ ren, derart, um ein anfängliches Zusammenfallen so perfekt wie möglich zu erreichen und die Notwendigkeit einer infor­ matischen Behandlung vor dem in Übereinstimmung Setzen zu vermeiden.

Wenn das zu kontrollierende Produkt eine zurückbleibende Plastizität aufweist, welche es untersagt, dieses effektiv im transversalen Sinne zu seinem Rollweg ohne das Risiko einer Beschädigung zu führen, was bei einer Schiene im Stillstand der Fall ist, die dann vom letzten Teil der Walzstraße freigegeben worden ist, ist die Relativposition des Produktes im Verhältnis zu den Abtastbündelerzeugungs­ mitteln und den Kameras nicht mit Präzision bekannt. Es ist wünschenswert, bei jeder Messung die Schiene und die Vor­ richtung gegenseitig im Meßraum so nahe wie möglich in die Nominalposition zu bringen.

Dieses Resultat kann durch Regruppierung der Gesamtheit der Mittel zur Bündelerzeugung und der Kameras auf einem Rahmen zur Bildung eines Eichmaßes erreicht werden, welches im Sinne der Pfeile f verschiebbar ist, d. h. horizontal und rechtwinklig zur Vorwärtsrichtung der Schiene. Die Regelung kann durch Vergleich des von einer Supervisionskamera 40 gelieferten Bildes mit einem Nominalbild bewirkt werden. Man kann so die Nominalposition des Eichmaßes im Verhältnis zum Produkt auf einige mm genau durch mechanische Neuein­ stellung reproduzieren.

Diese Präzision bleibt häufig genug unbefriedigend, um eine zufriedenstellende dynamische Focussierung zu garantieren. Eine mögliche Ausführungsform zur optischen Neueinstellung, welche die mechanische Neueinstellung komplettiert, besteht darin, den mittleren Abstand r zwischen dem Spiegel 14 und der Zone des abzutastenden Profils durch diesen Spiegel zu bestimmen und das Steuergesetz der Optik 12 in Folge zu korrigieren. Im Verlaufe einer ersten Abtastung (Fig. 7), die mit einer der Nominalposition entsprechenden Focussie­ rung bewirkt wird, wird die reelle Focussierung nur ange­ nähert erreicht. Die Kameras liefern ein Bild, auf welchem jede Spur von einem Fleck 41 gebildet ist. Eine Schwer­ punktsanalyse dieses Fleckes erlaubt es, ein nicht perfek­ tes, aber ausreichendes Profil zu erhalten, um die ver­ schiedenen Abstände r₁, . . . , r_n wieder zu berechnen, die die verschiedenen Punkte der Zone des Profils von der Spie­ gelachse trennen. Ausgehend davon kann der mittlere Abstand r berechnet werden und man kann die Korrekturparameter zur Anwendung auf das Steuerorgan 18 (Fig. 1) ableiten.

Die Tiefe des Feldes des Bündels ist im allgemeinen unge­ fähr 1 mm und eine einzige Iteration ist im Laufe der Vor­ stufe ausreichend. Jedoch ist es möglich, weitere Itera­ tionsverfahren zur Verbesserung der Präzision folgen zu lassen.

Die Gesamtheit der Operationen zur Bildanalyse, zur Neuein­ stellung der verschiedenen Teile des Profiles und zum Ver­ gleich mit dem Nominalprofil kann bewirkt werden durch eine Recheneinheit 42 (Fig. 1). Mit dieser Recheneinheit kann eine formbeschreibende Einrichtung 44 verbunden werden, in der das Nominalmodell gespeichert ist, entweder durch a priori-Bestimmung oder durch eine Kontrolloperation, welche auf ein erstes, als repräsentativ betrachtetes Produkt aus­ geübt worden ist. Mit der Recheneinheit 42 ist gleicherma­ ßen ein Rechenspeicher 46 in analytischer Form verbunden.

Jede der individuellen Operationen kann durch materielle oder logische Mittel bewirkt werden, die dem Fachmann be­ kannt sind. Das empfangene Bild wird beziffert und an­ schließend gespeichert. Die Konturaufnahme in zwei Dimen­ sionen erfolgt ausgehend von Spuren in Überintensität, de­ ren Standort auf dem theoretischen Profil bekannt ist, durch Rekonstruktion zwischen diesen Punkten mit Hilfe von Zwischenpunkten des Bildes, indem bekannte Techniken einge­ setzt werden, wie Spline-Funktionen oder eine Interpolation durch konische Segmente.

Eventuell kann eine Korrektur der Neigung auf das rekon­ struierte Bild gemacht werden, um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß die Schiene gebogen ist und eine zufällige Nei­ gung hat. Diese Korrektur kann gemacht werden, indem ein von der Supervisionskamera 40 geliefertes Bild gebraucht wird, dessen Feld eine bedeutende Länge des Produktes ab­ deckt.

Die Recheneinheit 42 kann gleichermaßen gebraucht werden, um ausgehend von einem so bestimmten Profil das Profil in kaltem Zustand zu bestimmen, das daraus resultieren wird. Schließlich kann die Form am Ausgang unter der Form des Ausdrucks der rechtwinklig zum Produkt befindlichen Ränder geliefert werden (im Falle einer Schiene, Höhe, Länge des Schienenfußes, Länge des Rollweges, etc.).

Nachfolgend wird eine Ausführungsvariante beschrieben, die zur Kontrolle einer Schiene in Deckung am Ausgang einer Walzstraße bestimmt ist. In diesem Falle ist die Position der Schiene gut bestimmt durch die Führung, die durch das Gestell der Walzstraße sichergestellt ist. Die Temperatur der Schiene ist ausreichend erhöht (900 bis 950°C im allge­ meinen), damit ein Phasenwechsel nicht beginnt. Übrigens ist die Temperatur der Schiene dann homogen.

Demgegenüber besteht jedoch das Risiko, daß die Schiene aufgrund ihrer Deckung Schwingungen ausgesetzt ist. Die Tiefe des Feldes der Mittel zur Erzeugung des optischen Abtastbündels können größer als die Amplitude der Schwin­ gungen gemacht werden, aufgrund der dynamischen Focussier­ mittel, d. h. mit variablem Abstand entlang der Position längs des Profiles.

Um dieses Ziel zu erreichen, kann das Bündel gebildet wer­ den, indem man als Quelle einen feinen Schlitz 44 ge­ braucht, der in der Objektebene angeordnet ist, d. h. in der konjugierten Ebene des im Verhältnis zur optischen Focus­ sierung 46 zu kontrollierenden Profilbereiches. Dieser Schlitz 44 kann in einer Membran 48 angeordnet sein und Punkte 50 mit sehr gesteigerter Leuchtkraft aufweisen, um Spuren mit Überintensität der in den Fig. 3 und 5 gezeigten Art zu bilden.

Das Bild des Schlitzes 44, empfangen vom Objektiv 46, er­ zeugt in der Bildebene eine erleuchtete Linie, dessen Ab­ messungen abhängig sind von dem Abbildungsmaßstab der Op­ tik.

Die Membran kann von einem biegsamen Material, wie einem photografischen Film, gebildet sein, der mittels einer Fo­ toanreißvorrichtung mit einem Laser zur Bildung des engen Schlitzes (ungefähr 20 µm) bestrahlt ist. Dann wird das biegsame Material auf eine massive Stütze angewendet, deren Profil berechnet ist, um das Konjugat des Nominalprofiles der Schiene in der Objektebene des Objektivs 46 zu sein.

Es ist wünschenswert, daß die von dem Spalt 44 gebildete Quelle eine gleichmäßige Leuchtkraft auf ihrer ganzen Länge aufweist. Dazu kann man die schematisch in den Fig. 9 und 10 gezeigte Anordnung verwenden.

Der Schlitz 44 ist in einer Membran angeordnet, die auf ei­ ne massive Stütze 48 geklebt ist, die das konjugierte Bild der zu kontrollierenden Schienenzone bildet, wie dieses durch das Objektiv 46 geliefert wird. Die Fig. 9 und 10 zeigen, in Seitenansicht bzw. im Schnitt die Form, welche diese massive Stütze 48 haben kann, die eine Lücke 51 auf­ weist, die im Sinne der Vergrößerung ausgespart ist, um ei­ ne Aufhellung des Schlitzes 44 durch einen Lichtgenerator zu erlauben.

Mittel zum "Einfrieren" des Bildes eines Profils mit einem vorbestimmten länglichen Standort müssen vorgesehen sein, wenn sich die Schiene in Drehung befindet.

Mehrere Lösungen sind möglich.

Eine erste Lösung zur Verwirklichung der sofortigen Ablö­ sung des Profils erlaubt es, eine kontinuierliche Aufhel­ lung des Schlitzes zu verwenden. Es erfordert die Verwen­ dung von elektronischen Kameras, welche mit einem Ver­ schlußorgan gekoppelt sind, das auf pulsierte Weise mit ei­ ner sehr kurzen Öffnungszeit funktioniert, um die ungenü­ gende Geschwindigkeit der Verschlüsse der Kameras zu kom­ pensieren.

Man kann insbesondere zu diesem Zweck einen Lichtverstärker verwenden, der vor der Kamera angeordnet ist und auf pul­ sierte Weise mit einer sehr kurzen Öffnungszeit funktio­ niert, die in Funktion der Geschwindigkeit der Deckung ge­ wählt ist, welche häufig mehrere Meter pro Sekunde im Falle von Schienen beträgt.

Eine andere Lösung besteht darin, das Licht zur Aufhellung des Objektschlitzes zu pulsieren, derart, daß die Aufhel­ lung sich auf einen kurzen Augenblick beschränkt, und zwar durch einen Verschluß oder durch die Verwendung einer pul­ sierten Laserquelle.

Wenn sich z. B. die Schiene mit 4 m/s vorwärtsbewegt, ent­ spricht eine Aufnahmezeit von 10 µs einer Verschiebung der Schiene von 40 µm in Längsrichtung.

Die Verwendung eines Schlitzes 44 mit einem konjugierten Profil erlaubt es, die Focussierung mit der Bedingung auf­ rechtzuerhalten, die Lichtquelle geeignet anzuordnen: Man muß einerseits schnelle Lichteinfälle vermeiden und ande­ rerseits eine Ausrichtung des Lichtbündels parallel zur be­ vorzugten Schwingungsrichtung vermeiden.

Trotzdem können in bestimmten Fällen Schwierigkeiten bei den Endbereichen des Profiles auftreten, weil eine geringe Verschiebung der Schiene dann im leeren Raum den Rand des vom Objektschlitz gelieferten Bündels freimacht, wohingegen das andere Ende des Schlitzbildes nicht mehr vollständig das Profil abdeckt.

Diese Schwierigkeit kann vermieden werden, indem die Enden der Kopie des Objektes auf eine Länge ª (Fig. 8) verlängert werden, wobei die lokale Endneigung bewahrt wird. Der Ab­ stand ª wird in Funktion der maximalen Amplitude der ausge­ werteten Schwingung bestimmt.

Aufgrund der Tatsache, daß die Prüfungszeiten im Vergleich zu den gewöhnlichen Integrationszeiten elektronischer Kame­ ras notwendigerweise sehr kurz sind, muß die Quelle inten­ siv sein. Dazu ist es wünschenswert, eine Beleuchtungsweise des Schlitzes zu verwenden, welche das Maximum der Energie auf diesen konzentriert.

Da der Schlitz nicht eben ist, erlauben optische Systeme mit Linsen nicht, den Lichtfluß gleichmäßig zu focussieren.

Die Fig. 10 zeigt eine Realisation, die diese Schwierigkeit zu vermeiden erlaubt. Der Generator (Laserquelle 10 mit ei­ nigen Watt mit sehr geringer Aufnahmezeit) liefert eine Leistung, die auf ein Endstück eines Paketes 52 von opti­ schen Fasern focussiert wird. Jede optische Faser 54 mit geringem Durchmesser ist derart angeordnet, daß ihr Ende in unmittelbarer Nachbarschaft des Objektschlitzes 44 ist. Die Fasern können in Rillen einer Platte 56 mit einer Dicke oberhalb des Durchmessers der Faser verborgen sein. Das En­ de jeder Faser 54 kann ausreichend über die Platte hinaus­ ragen, um sehr nahe an den Objektschlitz heranzureichen. Mehrere Platten, die jeweils mit einer weiten Fläche von optischen Fasern ausgerüstet sind, können aufgestapelt und zwischen vier Aufrechterhaltungsplatten 58 gehalten sein, zwischen denen die Führungsplatten 56 gleiten können.

Vor einer Messungsdurchführung, die für Schienen ausgeführt wird, die alle die gleiche Form aufweisen, wird die geeig­ nete Membran auf ihrer massiven Stütze angeordnet. Die Fa­ sern werden in den mit Rillen versehenen Platten angeordnet und diese Platten sind in ihrer geeigneten Position unbe­ weglich.

Claims (12)

1. Verfahren zur optischen Kontrolle des Profilquerschnittes eines langen Produktes, gemäß welchem transversal das Pro­ fil durch ein Laserbündel mit vorbestimmtem Einfallwinkel beleuchtet, man wenigstens ein Bild des Schnittes bildet und das Profil durch Analyse des Bildes und Modelisation unter Berücksichtigung des Einfallwinkels der Aufnahme re­ konstruiert, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bündel entlang des Profils dynamisch focus­ siert.

2. Verfahren zur optischen Kontrolle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man besondere Punkte des Profils mit einer ausreichen­ den Überintensität beleuchtet, um lokal einen Bildfleck (24) einer Kamera (20) zu sättigen, welche das Bild lie­ fert, und daß man ein Zentrum (26) des Flecks durch Suche seines Schwerpunktes definiert, wobei die Beleuchtung des Restes des Profiles eine Größe geringer als die Auflösung der Kamera hat.

3. Verfahren zur optischen Kontrolle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flecken mehrerer Kameras gegenseitig und event­ uell mit den Nominalgrößen des Profils korelliert.

4. Verfahren zur optischen Kontrolle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bilder mehrerer Kameras durch in Übereinstim­ mung Setzen dieser Flecken (36) (Fig. 5) neu einstellt.

5. Verfahren zur optischen Kontrolle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung durch Abtastung durch ein focussiertes Bündel in Form einer punktuellen Spur bewirkt wird und daß die Focussierung ausreichend fein ist, damit das Bild (22) der Spur des Bündels auf der Zielscheibe einer Kamera un­ terhalb der Auflösung der Kamera (20) ist.

6. Verfahren zur optischen Kontrolle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vorstufe zur Kalibrierung durch Verschiebung der Gesamtheit eines Eichmaßes bewirkt, welches die Kame­ ra(s) (20) zur Bildbildung sowie die Laserbündelgeneratoren (10, 16, 12) aufweist, bis das von einer Supervisionskamera gelieferte Bild einem Nominalbild entspricht.

7. Verfahren zur optischen Kontrolle nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Vorstufe zur optischen Kalibrierung durch Abtastung mit einem dynamisch focussierten Bündel entlang einer Nomi­ nalsequenz der Aufnahme der Kontur und der Korrektur des dynamischen Focussiergesetzes.

8. Verfahren zur optischen Kontrolle nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung durch Bildung einer weiten Lichtfläche ausgehend von einer von einem engen Schlitz (44) gebildeten Quelle bewirkt wird, die in einer konjugierten Oberfläche des Profils quer zu einer optischen Focussierung (46) ange­ ordnet ist.

9. Verfahren zur optischen Kontrolle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (44) durch einen Lichtgenerator (10) aufge­ hellt wird, welcher mit dem Schlitz durch Zwischenanordnung eines Paketes von optischen Fasern (52) gekuppelt ist, de­ ren Enden in einem kurzen Abstand und genau konstant zum Schlitz sind.

10. Verfahren zur Kontrolle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bild quer durch einen Bildverstärker mit schnellem Verschluß bildet.

11. Verfahren zur optischen Kontrolle nach Ansprüchen 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bild durch kurzes Pulsieren einer intensiven Lichtquelle zur Aufhellung des Schlitzes bildet.

12. Verfahren zur optischen Kontrolle nach irgendeinem der An­ sprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dieser Profilbilder gleichzeitig und synchron aufgenommen werden und daß die Quelle oder die Quellen, wenn diese pulsiert werden, mit den Kameras synchronisiert werden.