DE6609226U

DE6609226U - Vorrichtung zur bestimmung der abmessungen und des rauminhaltes von laenglichen gegenstaenden.

Info

Publication number: DE6609226U
Application number: DE19656609226
Authority: DE
Original assignee: H Maihak AG
Current assignee: H Maihak AG
Priority date: 1965-03-23
Filing date: 1965-03-23
Publication date: 1972-04-06

Description

Patentanwälte

Or. Ing. A. van der Werth Dr. F. Ledersr

'S- 0«. 197,

M 51 186/42e Gbm.

Ho Maihak AG
2 HAJIBTJRG 39
Semüerstrasse 38

Vorrichtung zur Bestimmung der Abmessungen und des Rauminhaltes von längliehen Gegenständen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen Bestimmung der Abmessungen and des Rauminhaltes von die Vorrichtung durchlaufenden festes, länglichen Körpern mit in Längsrichtung gegebenenfalls veränderlichem und unrundem umfang, beispielsweise von Baumstämmen·

Die Ermittlung der laufend verarbeiteten Festmeter Holz in der Holzindustrie, beispielsweise in der Papier- und ZellstoffIndustrie, sowie in Sägewerken und Fabriken zur Herstellung von Faserplatten, bereitet ausserordentliche Schwierigkeiten·

Gemäss der Erfindung benutzt man ein fotoelektrisches Lichtschrankenverfahren, bei dem der Schattenriss des zu messenden Körpers einfach und praktisch störunanfällig ermittelt wird* Der zu messende Körper wird zwischen einer punktförmigen Lichtquelle, die beispielsweise von oben nach unten oder umgekehrt wandert, und einem Parabolspiegel hindurchgeführt. Vermöge ein&r entsprechenden Optik und infolge der Anordnung des fotoelektischen Elementes im Brennpunkt des Parabolspiegels erreichen nur

diejenigen Lichtstrahlen den Detektor, die senkreicht zur Lichtquelle stehen und den Parabolspiegel parallel zu dessen Achse treffen·

In v/eiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die wandernde punktförmige Lichtquelle aus einer feststehenden stabförmigen Lampe, um die ein Zylinder rotiert, der mit einem gewindeähnlichen Lichtsohlita versehen ist, und vor dem als Blende eine Abdeckplatte mit einem schmalen, senkrechten Schlitz angeordnet ist.

Der Lichtstrahl aus der punktftirmigen Lichtquelle gelangt ungehindert zu dem Fotodetektor im Brennpunkt des Parabolspiegels, wenn sich kein Gegenstand in der Einrichtung befindet. Durchläuft beispielsweise ein Baumstamm die Vorrichtung, so kann der Lichtstr&bl den Fotodetektor nicht erreichen, sobald er auf den Baumstamm trifft. Diese Messvorrichtung ist daher eine Ja- und Nein-Aussage (hell-dunkel). Aus der Dauer der Dunkelzeit lässt sich unmittelbar auf die Abmessungen, beispielsweise den Durchmesser des gemessenen Körpers schliessen. Diese Messvorrichtung ist weitgehend unabhängig von Störungen des Lichtweges, mechanische«Erschütterungen, Temperatureinflüssen, Alterung und dergleichen,

Als Lichtquelle wird beispielsweise eine Leuchtstofflampe oder eine Neonröhre verwendet. Der fotoelektrische Detektor kann beispielsweise aus einem Fotowiderstand mit neihezu punktförmiger lichtempfindlicher Oberfläche oder aus anderen lichtempfindlichen Elementen bestehen. Die verwendete Optik besteht beispielsweise aus zwei Zylinderlinsen, die vor bzw. hinter dem Lichtschlitz und der Blende angeordnet sind und üie dazu dienen, den Lichtstrahl so zusammenzufassen, dass er den im Brennpunkt des Parabolspiegels angeordneten Fotodetektor punkförmig erreicht. Es ist vorteilhaft, schon den Lichtstrahl so klein wie möglich zu machen; man erreicht dies auch durch entsprechend schmale Schlitzblenden. Der Lichtschlitzzylinder wird zweckmässig auf seiner Innenseite mit eir.sm spiegelnden oder lumini~ zierenden Belag zur Erhöhung der Lichtausbeute versehen.

Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit und Lichtausbeute kann bei Verwendung einer Leuchtstoffröhre bzw. Neonlampe diese mit einem Vielfachen der üblichen Netzfrequenz von 50 Hz betrieben werden.

Der je nach Ilrehrichtung des Lichtschlitzzylinders von oben nach unten oder umgekehrt parallel zur Parabolspiegelachse verlaufende Lichtpunkt bringt durch den lichtempfindlichen Detektor die elektronische Zeitmesseinrichtung zum Ansprechen, sobald der Lichtstrahl von dem zu messenden Körper verdeckt wird. Die Zeitmessung wird bsssdet, sobald der Lichtdetektor wieder vom Licht beaufschlagt wird.

Die Zahl der Messperioden wird grosser, wenn der Lichtschlitzzylinder statt mit einem Lichtschlitz, mit zwei oder mehr Schlitzen in Form eines mehrgängigen Gewindes versehen ist, wobei jede Lotrechte auf der Zylinderoberflache (parallel zur stabförmigen Lichtquelle) nur von einem Schlitz geschnitten wird. Wird der Lichtschlitzzylinder beispielsweise mit 3000 Umdrehungen pro Minute angetrieben und ist der Lichtschlitzzylinder mit einem Lichtschlitz versehen, so ergeben sich 50 Messungen pro Sekunde; wenn beispielsweise ein Baumstamm die Messvorrichtung mit ei»e:c Geschwindigkeit von 2 Metern pro Sekunde durchläuft, wird also alle 4 Zentimeter eine Messung durchgeführt· Je schneller sich der Licntschlitzzylinder dreht, desto mehr Lichtpunkte werden erzeugt, desto mehr Messungen können durchgeführt werden und umso genauer ist die Bestimmung des Rauminhaltes.

Die Länge des schmalen Schlitzes in der als Blende wirkenden Abdeckplatte vor dem Lichtschlitzzylinder entspricht der grössten mit der Vorrichtung messbaren Länge, d.h. dem grösstmöglichen Durchmesser bzw. der grösstmöglichen Kantenlänge» Es ist ohne weiteres möglich, mit der neuen Vorrichtung beispielsweise Baumstämme bis zu 50 cm Durchmesser und darüber zu messen.

Um den mittleren Durchmesser bei unrunden Körpern besser

erfassen zu können, werden mehrere Messeinheiten, bestehend aus Lichtquelle, Lichtschlitzzylinder, Optik, Parabolspiegel und lichtempfindlichem Detektor sowie elektronischem Zeitmesser, in verschiedenen Winkelstellungen möglichst dicht nebeneinander um das Messobjekt angeordnet. Die Signale von den elektronischen Zeitmessern werden addiert, gemittelt, anschliessend quadriert und mit der Zeitdauer des Durchlaufes des zu messenden Körpers multipliziert» Das Ergebnis wird unter Berücksichtigung sich ergebender Konstanten, insbesondere der Durchlaufgeschwindigkeit und des Wertes TT/4 über ein entsprechendes mechanisches oder elektrisches Rechengerät auf ein Zählwerk gegeben.

Die Figuren zeigen schematisch, teilweise im Schnitt, ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung zum Messen von Baumstämmen·

Figo 1 zeigt den Aufbau der Messvorrichtung in Vorderansicht,

^Figo 2 zeigt den Grundriss der Messvorrichtung nach Fig. 1,

Figo 3 zeigt als Blockschaltbild die Einrichtung zur Gewinnung des Messwertes,

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch die Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 6 zeigt die Abwicklung eines Lichtschlitzzylinder*und

Fig. 7 ist das Schaltbild einer weiteren Einrichtung zur Gewinnung des Messwertes.

Gemäss den Figuren 1 und 2 tritt parallel zur optischen Achse 1 aus der Beleuchtungseinrichtung 2 ein Lichtstrahl 3 aus, der in einem bestimmten Rythmus über die ganze Länge der Beleuchtungseinrichtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben wandert. Auf der der Beleuchtungseinrichtung 2 gegenüberliegenden Seite der Messeinrichtung trifft dsr Lichtstrahl 3 auf einen Parabolspiegel 4* von dem er auf

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den im Brennpunkt des Spiegels 4 angebrachten Fotodetektor 5 geworfen wird. Trifft der Lichtstrahl 3 auf den mittels der Transporteinrichtung 6 durch die Messeinrichtung transportierten, zu messenden Baumstamm 7, bleibt der Fotodetektor 5 während einer dem Durchmesser des Baumstammes 7 entsprechenden Zeit unbeleuchtet. Die Zeiten des Beleuchtet- und Unbeleuchtetseins des Fotodetektors 5 werden als Signale auf ein elektronisches Zeitmessgerät gemäss Pig· 3 gegeben,

Damit der Fotodetektor 5 durch seinen Schatten nicht selbst einen Messwert vortäuschen kann, ist die optische Achse 1 um einen kleinen Winkel oC zur normalen eingestellt, siehe Fig. 2.

Me zur Erhöhung der Messgenauigkeit vorgeschlagene Anordnung von weiteren Messeinrichtungen in verschiedenen Winkelstellungen dächt nebeneinanderliegend um das Kessobjekt ist in den Fig. " und 2 beispielsweise für awei Messeinrichtungen durch uie Mittelliniein 8-8' und 9-9* angedeutet. Aus ünterbringungsgründen sind, wie in ^ig. 2 dargestellt, die weiteren Messeinrichtungen in Längsrichtung hintereinander angebracht.

Das elektronische Zeitmessgerät nach Fig. 3 besteht aus drei Verstärkern V für die Signale der drei Fotodetektoren Die verstärkten Signale werden einer Summier einrichtung CD zugeführt, in der der sich aus den drei Messungen ergebende Mittelwert gebildet wird. Dieser Mittelwert wird in der Quadriereinrichtung ΣΙ) elektronisch quadriert, dann dem IntegriergerätJ zugeführt, auf das die Geschwindigkeitskomponente η gegeben wird, und schliesslich dem Gerät S su— geführt, das mechanisch oder elektrisch die Konstanten einschliesslieh des Wertes Tf/4- eingibt. Das Zählwerk 10 gibt dann den Rauminhalt des gemessenen Gegenstandes, beispielsweise des Baumstammes, in Kubikmetern an_e

Der Frequenzumsetzer f·«/^ ^{erilön1: zur} besseren Lichtausbeute die Frequenz des Netzes von normal 50 Hz auf ein Vielfaches.

Die Beleuchtungseinrichtung nach. Fig. 4 besteht aus dem Gehäuse 11 mit den Halterungen 12 und 13 für die stabförmige Lampe 14. Die Halterungen 12 und 13 dienen gleichzeitig als Lagerzapfen für den rotierenden Lichtschlitzzylinder 15 mit dem gewindeförmigen Lichtschlitz 16. Durch den Synchronmotor 17 und das Getriebe 18 wird der Lichtschlitzzylinder in gleichförmige Rotation versetzt, so dass der aus dem Lichtschlitz austretende Lichtstrahl je nach Drehrichtung fortlaufend mit jeder Zylinderumdrehung von oben nach unten oder umgekehrt über die ganze Lampenlänge geführt wird.

Die Abdeckplatte 19 ist als Blende mit senkrechtem Schlitz 20 ausgebildet. Im Lichsehlitzzylinder 15 und vor der Blende sind beispielsweise zwei Zylinderlinsen 21 und 22 zur Bündelung des Lichtstrahles angebracht, um eine möglichst punktförmige Lichtquelle zu erhalten. Ein spiegelnder bzw. luminizierender Belag 23 auf der Innenseite des Lichtschlitzzylinders erhöht die Lichtausbeute.

Die Fig« 6 zeigt die Abwicklung des Lichtschlitzzylindermantels mit beispielsweise zwei Lichtschlitzen 24 und Die gestrichelte, senkrechte Linie 26 deutet an, dass der zweite Lichtschlitz 25 unmittelbar anschliessend an den ersten Lichtschlitz 24 beginnt, wenn dieser zu Ende ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass von der Beleuchtung her keine .Dunkelzeit auftreten kann. Auch das Austreten eines doppelten Lichtstrahles ist unmögliche

An Hand der Fig. 7 wird nun ein weiteres elektronisches Zeitmeßgerät zur Gewinnung von Meßwerten für den Durchmesser und dan Rauminhalt erläutert. .Die punktförmige Lichtquelle 3 beaufschlagt wiederum die im Brennpunkt des Parabolspiegels angeordneten Fotodetektoren 5. Diese Fotodetektoren sind beispielsweise Fotowideratände oder andere Fotohalbleiter mit schneller Anspr^hzeito Der von den Fotodetektoren 5 erzeugte Strom wird in den beispielsweise in Torschaltung ausgeführten Verstärkern V verstärkt und je einem elektronichen Schalter, beispielsweise einem Relais 27,zugeführt. Es sind zwei Meßeinrichtungen dargestellt. Im Fall A trifft

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der Lichtstrahl 3 den Fotodetektor 5, d.h. der Fotodetektor wird belichtet, da sich kein Gegenstand in dieser Meßeinrichtung befindet (Hellsteuerung); Im Fall B trifft der Lichtstrahl 3 den Fotodetektor 5 nicht, der Fotodetektor wird nicht belichtet, da er sich im Schatten des zu messenden Gegenstandes, beispielsweise des Baumstammes 7, befindet (Dunkelsteuerung), Das Relais 27 hat zwei Schaltstellungen für HeIl- und Dunkelsteuerung; die Hellsteuerung ist wirksam, solange ein Lichtstrahl 3 den Fotodetektor 5 trifft, bei der Dunkelsteuerung ist es genau umgekehrt, Jedes dieser Relais 27 verursacht während der Dunkelzeit die Aufladung seines Kondensators C₁ aus einer Gleichspajmungsquelle von bej^iexsweise 24 YoIt über den Widerstand R₁ mit der Zeitkonstaute RjC₁. Sie entstehende Ladung des Kondensators C. ist daher proportio= nal der Dunkelzeit, sofern die Zeitkonstante der Aufladung groß gegenüber der Dunkelzeit ist. Während der Hellzeit hat jeder einzelne Kondensator C₁ Zeit genug, sich zu entladen. Die Fotodetektoren dienen also nur zum Umschalten der Relais 27, die Größe der Ladung der Kondensatoren C₁ ist ein Maß für die Dunkelzeit. Der Entladestrom i wird zur Aussteuerung des Gleichstromverstärkers 28 benutzt. Der Ausgangsstrom I des Verstärkers 28 wird mit Hilfe des Kondensators Cg geglättet und ist proportional der mittleren Dunkelzeit und damit proportional dem mittleren Durchmesser des zu messenden Gegenstandes. Dieser ^trom I erzeugt über ein Potentiometer P eine feste Spannung gee;en Erde, die ebenfalls proportional dem mittleren Durchmesser ist. Mit Hilfe des Abgriffes des Potentiometers P wird der quadrierende Gleichspannungsver-

2 stärker 29 gesteuert» Die Ausgangsspannung U des Verstärkers 29 ist dann proportional der aus dem mittleren Durchmesser errechneten Flüche des gemessenen Gegenstandes. Mit Hilfe des Potentiometerabgriffes läßt sich diese Spannung so normieren, daß der Proportionalitätsfaktor der Anzeige 1 ist.

Zur Anzeige der Querschnittsfläche dient das Instrument 30, das mit Hilfe des Widerstandes R-* eingestellt wird« Zur Eichung der Meßeinrichtung wird ein Gegenstand mit bekanntem Durchmesser, "beispielsweise ein Baumstamm, verwendet* Die Eichung erfolgt ausschließlich mit Hilfe des Potentiometer-

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abgriffes. Zur Anzeige des sich aus dem Querschnitt und der Durchlaufgeschwindigkeit ergebenden Raumvolumens dient der Zähler 31» der mit einem Integrationsmotor ausgerüstet ist.

Diese Meßwertvorrichtung arbeitet nur bei konstanter Drehzahl der Antriebseinrichtung 6 einwandfrei. Daher ist eine nichtdargesteilte Überwachungseinrichtung vorhanden, die einerseits anzeigt, ob ein Gegenstand die Meßvorrichtung durchläuft und andererseits beispielsweise den Zähler abschaltet, wenn die Drehzahl der Antriebseinrichtung 6 von der Drehzahl, auf die die Meßvorrichtung geeicht ist, um einen bestimmten Betrag nach oben oder unten abweicht. Zur Dehzahlmeldung kann beispielsweise ein Fliehkraftkontaktregler verwendet werden, der anzeigt, ob die Drehzahl zu hoch oder zu niedrig ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist nicht nur für annähernd runde Körper wie beispielsweise Baumstämme geeignet, sondern auch gespaltene Stämme und rechteckige Gegenstände,wie beispielsweise Kanthölzer lassen gut mit dieser Vorrichtung messen. In diesem Pail wird man vorteilhaft zwei Meßvorrichtungen verwenden, die rechtwinklig zueinander aber parallel zu den Kanten Ui den Gegenstand herum angeordnet sind. Pur quadratische Gegenstände würde eine Meßvorrichtung genügen, die die Kantenlänge mißt. Die neue Vorrichtung ist auch in der Kunststoff- oder Metallindustrie, beispielsweise zum Vermessen von Rohstahlblöcken zu verwenden.

Claims

-Q- SCHUTZANSPRÜCHE

1. Yorrichtung zur kontinuierlichen, berührungslosen Bestimmung der Abmessungen und/oder des Rauminhaltes von länglichen Gegenständen, dadurch gekennzeichnet , dass sie aus einer Transporteinrichtung (6) für den zu messenden Gegenstand besteht, auf der einen Seite dieser Einrichtung eine Beleuchtungseinrichtung (2) angeordnet ist, die den Lichtpunkt erzeugt, der auf einer Geraden wandert, die der größten zu messenden Länge entspricht, auf der anderen Seite der Einrichtung ein Parabolspiegel (4) angeordnet ist, in dessen Brennpunkt ein Lichtdetektor, beispielsweise ein Fotöwidirstand (5) angeordnet ist«

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeich net» dass die Beleuchtungseinrichtung (2) aus einer feststehenden sta-oförmigen Lichtquelle (Η) und einem um diese Lichtquelle rotierenden Zylinder (15) besteht, der mit einem oder mehreren Liohtschlitzen (24,25) in Form eine?? ein- oder mehrgängigen Gewindes versehen ist, wobei jede Lotrechte auf der Zylindernverflache (parallel zur Lichtquelle) nur von eir°m Schlitz geschnitten wird, und αε&β vor dem Lichtschlitzzylinder (15) parallel zu der stabförmige!! Lichtquelle (14) eine schmale Blende (20) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass in dem Lichtschlitzzylinder (15) und vor der Blende (2C) je eine Zylinderlinse (21,22) angeordnet ist.