EP1346191A1 - Vorrichtung und verfahren zum vermessen eines gegenstandes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum vermessen eines gegenstandes

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Publication number
EP1346191A1
EP1346191A1 EP01982467A EP01982467A EP1346191A1 EP 1346191 A1 EP1346191 A1 EP 1346191A1 EP 01982467 A EP01982467 A EP 01982467A EP 01982467 A EP01982467 A EP 01982467A EP 1346191 A1 EP1346191 A1 EP 1346191A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
camera
light
spring
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01982467A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Armbruster
Bernhard Bock
Jürgen MARX
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Federn Otto Joos GmbH
Original Assignee
TECH FEDERN GmbH
Technische Federn GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TECH FEDERN GmbH, Technische Federn GmbH filed Critical TECH FEDERN GmbH
Publication of EP1346191A1 publication Critical patent/EP1346191A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2433—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures for measuring outlines by shadow casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/04—Sorting according to size
    • B07C5/10—Sorting according to size measured by light-responsive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C51/00—Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F

Definitions

  • the invention relates to a device with a camera according to the preamble of claim 1 and a method for measuring an object according to the preamble of claim 20.
  • Devices and methods of the type mentioned here are known. They are used to record and measure objects, for example to determine the length of an object. In many cases, the measurement results are too imprecise because the surface of the object to be measured was dirty or has errors. Differences in roughness of different objects can also lead to different measurement results.
  • a measuring device which has the features mentioned in claim 1. It is characterized by the fact that light rays emanating from a light source and passing through a measurement section are directed at a camera and that the light beams passing through the measurement section can be influenced by the object to be eaten. With the help of The light source creates a shadow image directly in the camera, i.e. a light / dark structure, on the basis of which the object is measured. It is therefore not, as in conventional methods, light rays reflected from the surface of the object to be measured that are used to measure it, but directly the light rays that come from the light source to the camera.
  • An embodiment of a measuring device is particularly preferred which comprises a bright, actively illuminating surface as light source u.
  • a two-dimensional measurement of the object is possible. Numerous parameters of the object can thus be recorded in a simple manner in order to achieve highly accurate measurement results.
  • the object to be measured is arranged between the light source and the camera, that is to say is introduced directly into the measuring section.
  • a pinhole is provided, which is located in the measuring section and through which the light from the light source is directed onto the camera.
  • the position of the pinhole is influenced by the object to be measured, so that the object can be measured by means of the bright point of light generated by the pinhole, that is to say by its light / dark structure.
  • a method according to claim 20 is also proposed, which is characterized in that a light / dark structure is generated therein with the aid of a light source, the light rays of which pass through a measurement section and fall on the camera, in order to measure an object ,
  • the light / dark structure can be a shadow image of the object in the camera or a light point that is generated with the aid of a pinhole. In both cases, the light directed from the light source onto the camera is used to measure the object.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a device for measuring an object
  • Figure 2 shows a first embodiment of the device for detecting the length of a spring produced by a winding machine
  • Figure 3 shows a second embodiment of the device for detecting the length of an unloaded coil spring
  • Figure 4 shows a third embodiment of a device for detecting the deflection of a compression spring under load
  • Figure 5 shows a fourth embodiment of a device for detecting the length of a
  • the schematic diagram according to FIG. 1 shows a measuring device 1 with a camera 3, a light source 5, from which light rays 7 emerge and pass through a measuring section 9. The light rays hit the camera 3.
  • An arrow 13 indicates that the object 11 influences the light beams 7 which pass through the measurement section 9, so that a light / dark structure is generated in the camera, that is to say is imaged.
  • the signals generated by the camera are fed via a line 15 to an evaluation unit 17.
  • This can include, for example, a monitor, also not shown here, on which the light / dark structure is imaged, so that an operator can monitor and influence the measuring process.
  • the evaluation unit 17 can also cooperate with a sorting device 19 which assigns the measured objects to different classes. For example, in the case of a length measurement, the different deviation from a target dimension can be used to classify and sort the objects. If necessary, a sorting device 21 can also be combined with the sorting device 19. The number of objects falling into the different classes and / or the total number of measured objects are measured.
  • the sorting device 19 can be controlled via a line 23, via which the values of the counter 21 can also be sent to the evaluation device 17.
  • the arrow 13 only indicates in a very general way that the light beams 7 passing through the measuring section 9 and which hit the camera 3 are influenced by the object 11.
  • the object 11 or a region of this object can be imaged directly in the camera 3 by the light rays 7 in order to produce a light / dark structure.
  • the object it is also possible for the object to act indirectly on the light beams 7, for example via the deflection of a pinhole introduced into the measuring section 9, with the aid of which a light / dark structure is generated in the camera 3, namely a light spot and not a silhouette, as is the case with the first embodiment.
  • the measurement principles mentioned are explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown below.
  • the light source 5 is an active light source that emits light of different wavelengths, including invisible light.
  • the light source points 5 a bright, actively illuminating surface 25 in order to image as large as possible areas of the object 11 to be measured on the camera 3. This then makes it possible in a simple manner to also record different measurement areas within the light / dark structure and thus different areas of the object and different features.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a measuring device 1, which is used together with a winding machine 27, on which coil springs are produced.
  • the feed devices for the spring wire are omitted here.
  • a coil spring 29 can be seen here as a circle, which emerges from the winding machine 27 and is designed as a coil spring. It runs perpendicular to the image plane of FIG. 2.
  • the measuring device 1 used together with the winding machine 27 has a camera designed here as a matrix camera 3 and also a light source 5. This emits light beams 7, which are recorded by the matrix camera 3.
  • the light source 5 is designed here as a so-called flat or foil illumination, which has a bright, actively illuminating surface 25.
  • the light beams 7 extending from the light source 5 to the matrix camera 3 form the measuring section 9, within which the helical spring 29 is arranged.
  • the matrix camera 3 is connected via a line 15 to an evaluation device 17, moreover to a monitor 31 on which the one to be measured Object, so here areas of the coil spring 29 are recognizable.
  • a sorting device 19 is connected via a line 23 to the evaluation device 17, which here can sort springs produced by the wind machine 27 into five different classes.
  • a length control 32 is also connected to the evaluation device 17 here. This controls a cutting device of the winding machine 27, which cuts off the wire brought in to produce the helical spring 29 when a desired length of the helical spring 29 has been reached. Length differences resulting during the cutting process are recorded and evaluated by the matrix camera 3 in order to classify coil springs 29 of different lengths in the sorting device 19.
  • the end of the helical spring 29 emerging from the winding machine 27 enters the measuring section 9, so that it can be measured using the matrix camera 3, which is designed, for example, as a CCD camera. A two-dimensional measurement takes place.
  • the measuring line 9 is disposed at a predetermined distance from the winding machine 27 in particular for the outlet opening from which the pen off occurs, so that after production of a reference spring the springs manufactured in 'the winding machine 27 with the reference measure can be compared. If the measuring field of the matrix camera 3 is large enough, or if correspondingly small coil springs 29 are to be produced, which can be completely captured by the camera, no reference measurement is required because the Coil spring 29 can be completely captured and measured by the measuring field of the matrix camera 3.
  • the end of the coil spring 29, possibly also the entire spring, is displayed on the monitor 31, where an operator can define a measurement window. If the foremost end of the coil spring 29 emerging from the winding machine 27 is detected, the spring length can be measured with the aid of the matrix camera. This can also detect the front of the coil spring and determine an oblique position. If the measurement window of the matrix camera 3 is large enough, the screw diameter can also be recorded. It is also conceivable to measure the diameter of the wire used for the manufacture of the coil spring 29. With a corresponding selection of the measurement window on the monitor 31, the winding spacing of the spring can also be recorded.
  • a silhouette of the helical spring 29 is thus depicted on the matrix camera 3, specifically with the aid of the light rays 7 emerging from the light source 5, which are directed onto the matrix camera 3 and pass through the measuring section 9.
  • the measurement thus creates a light / dark structure or a shadow image from which the desired data are determined.
  • a dynamic measurement therefore takes place.
  • the winding machine 27 is controlled with the aid of the length control 32 such that a cutting device is activated when a desired spring length is reached.
  • vibrations can occur during operation of the wind machine 27, which also lead to blurring of the light / dark structure in the matrix camera 3.
  • the light source 5 can emit pulsed light.
  • the flashes of light must be so short that movements occurring during the generation of the light / dark structure cannot lead to a blurring of the image. It is also conceivable to use a camera with a short exposure time in order to compensate for movements of the object to be measured, that is to say the coil spring 29.
  • the measurement window can be approximately 40x30 mm, that the resolution is approximately 6 ⁇ m and the measurement accuracy is approximately 0.02 mm. Up to ten measurements per second can be carried out to compensate for movements and to enable the most accurate length measurement possible.
  • the light source 5 is preferably selected such that it emits, for example, pulsed light or else light of a specific frequency, which is then selectively recorded by the matrix camera 3. This means that the measurement can be carried out practically independently of the ambient light and the error rate due to external influences can be reduced to a minimum. This also applies to all of the following exemplary embodiments of the measuring device, including the line camera mentioned below.
  • the second exemplary embodiment shown in FIG. 3 of the measuring device 1 explained with reference to FIG. 1 again comprises, for example, a matrix camera 3 as a camera, and also a light source 5 which emits light beams 7 onto the matrix camera in order to form a measuring section 9.
  • the measuring section is also influenced here by the object to be measured.
  • the matrix camera 3 and the light source 5 are attached via a suitable holder 33 and 35 at a defined distance above a measuring table 37, on the surface 39 of which a helical spring 29 is set up.
  • This is a ground helical spring, that is to say a spring, the ends of which are ground flat and which is positioned here on the surface 39 in order to determine the length lo by means of the measuring device 1.
  • the upper end 41 of the coil spring 29 protrudes into the measuring section 9, so that the light beams 7 emitted by the light source 5 depict a light / dark structure or a silhouette in the matrix camera 3.
  • the distance between the measuring section 9 and the surface 39 of the measuring table 37 is determined by a reference measurement or in another suitable manner. Therefore, the length 1 0 of the coil spring 29 can be detected using the measuring device 1.
  • the light source 5 also has a bright, actively illuminating surface 25 here Emits light rays onto the matrix camera 3 and thus forms the measuring section 9. If the measuring window of the camera is large enough or the spring is small enough, the length of the spring can be determined directly from the silhouette.
  • the matrix camera 3 is connected via a line 15 to an evaluation device 17 which comprises a monitor 31.
  • the user of the measuring device 1 can see the end 41 of the coil spring 29 on the monitor 31. He can also choose a suitable measurement window.
  • the unloaded length of the helical spring 10, an inclination of the end face in the region of the end 41, the wire thickness of the helical spring 29, the winding spacing and the like can thus be readily determined.
  • the exemplary embodiment explained with reference to FIG. 3 is characterized in turn by the fact that the measuring section 9 is influenced directly by the object to be measured, in this case by the coil spring 29, and that a corresponding silhouette, that is to say a light / dark structure, is imaged in the matrix camera .
  • a line camera also known as a line camera, can be used, which is characterized by an elongated, very narrow, that is to say quasi one-dimensional , measurement window.
  • a measuring window approx. 18 mm long and approx. 1/100 mm wide is used.
  • the third exemplary embodiment in FIG. 4 again shows a measuring device 1 with a camera designed as a matrix camera 3 and a light sensor.
  • Source 5. This emits light rays 7 indicated by dotted lines, which impinge on the matrix camera 3 and form a measuring section 9.
  • the light path is bent here.
  • Three mirrors 43a, 43b and 43c are introduced into the light beam 7, through which the light beam is deflected essentially in a U-shape and is finally reflected onto the matrix camera 3.
  • the light path here comprises two horizontal sections 7a and 7b, which run at a distance from one another and are connected to one another by a vertical section 7c.
  • the horizontal section 7b merges via the mirror 43c into a vertical section Jd which runs from the mirror 43c to the matrix camera 3.
  • the light beam 7 also falls into the camera here, as in the other exemplary embodiments. However, the radiation path has been kinked several times.
  • the vertical section 7c of the light beam 7 runs through a pinhole 45.
  • the pinhole 45 is part of a measuring structure 47, which has a horizontal measuring plate 49, on the surface 51 of which a helical spring 29 with a flat surface ground ends.
  • the measuring plate 49 is connected via a suitable holder 53 to an aperture plate 55 comprising the aperture plate 45 and to a bearing plate 57. This is mounted on a base 61 practically smoothly via an air bearing 59.
  • the measuring hole of the aperture 45 is preferably arranged centrally to the coil spring 29.
  • Signals emitted by the matrix camera 3 pass via a line 15 to an evaluation device 17 which comprises a monitor 31.
  • the evaluation device 17 can have an output A, which serves to display and / or evaluate measurement results in a suitable manner.
  • a volumetric piston 63 is shown above the helical spring 29 and serves to apply a force F to the helical spring 29, which is indicated by an arrow 65.
  • the transverse force resulting from the spring geometry leads to a lateral deflection of the spring and thus to a movement of the measuring assembly 47 in the x and y directions, which is indicated by arrows 67.
  • the pinhole 45 ie also the measuring hole, moves, so that the light point generated by the light source 5 in the matrix camera 3 is also shifted. This can be followed on the monitor 31.
  • the deflection can be recorded exactly.
  • a maximum freedom of movement of the measurement setup was set to + 3mm.
  • the tilting of the measuring plate 49 was less than 0.2 °.
  • the resolution of the matrix camera was 2 ⁇ m.
  • the measurement accuracy was 0.01 mm.
  • the measuring device 1 shown here is characterized in that the measuring section 9 is not directly influenced by a silhouette of the object to be measured, that is to say a silhouette of the coil spring 29, but by a point of light which moves when the coil spring 29 is deflected laterally becomes. So there is an indirect influence on the measuring section 9 by the object to be measured.
  • a bright light spot is also present here, which here forms the light / dark structure detected by the camera.
  • the bent Strahlenver- • can be realized running of the light beam. 7 This is necessary if the perforated diaphragm 45 is to be arranged centrally with respect to the coil spring 29. If, however, the perforated diaphragm is attached outside the measuring structure 47, for example on a diaphragm plate 55 firmly connected to it, a straight-line light path or light beam 7 can also be directed from a light source 5 onto a matrix camera 3 and detected there. As said, instead of the bright light spot, a shadow of a measuring pointer can also be detected, which is firmly connected to the measuring structure 47.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a device for detecting the length of a spring. Parts that have already been explained with reference to the preceding figures are provided with the same reference numbers, so that reference is made to the description above.
  • the measuring device 1 shown in FIG. 5 comprises a camera 3, a light source 5, from which light rays 7 emanate, which form a measuring section 9.
  • Two prisms 69 and 71 are introduced into the radiation path of the light beam 7 and are essentially triangular in side view.
  • the hypotenuses of prisms 69 and 71 run parallel to one another at a distance.
  • the right angle catheters are to the right and left of the hypotenuses.
  • the light beam 7 is deflected within the prisms 69 and 71 in such a way that a horizontally running light beam 1 ′ is created, which ultimately Route 9 forms and which is influenced by the object to be measured 11, here for example by a coil spring 29. This emerges from a winding machine 27, which is only indicated here.
  • the horizontally running light beam 7 ′ runs at a distance from the wind machine 27, which is set, for example, on the basis of comparative measurements with a reference spring.
  • a light / dark structure namely a silhouette
  • FIG. 5 shows that the light beam 7 is essentially V-shaped and that the horizontally running light beam 7 'can be guided very close to the wind machine 27 because the light beam 7 runs through the prisms 69 and 71 as a whole.
  • the length of the spring entering the gap between the hypotenuses of the prisms 69 and 71 is recorded with the aid of the camera 3, a signal coming from the camera 3 being fed via a line 15 to the evaluation device 17, which comprises a monitor 31. At least one area of the object 11 or the free end of the helical spring 29 emerging from the winding machine 27 can be detected on this and displayed on the monitor 31.
  • the evaluation device controls a sorting device 19 via a suitable line 23, into which the coil springs 29 emerging from the winding machine 27 are introduced in accordance with the arrow 73.
  • the camera 3 of the exemplary embodiment of the measuring device 1 shown in FIG. 5 can be designed as a matrix camera or, preferably, as a line camera.
  • the narrow, elongated measurement window of the line camera preferably runs parallel to the direction of movement of the coil spring 29, that is, along the hypotenuses of the prisms 69 and 71.
  • the line camera is completely sufficient to record the length of the coil spring 29 emerging from the winding machine 27.
  • both the light source 5 and the camera 3 can be arranged at a distance from the wind machine 27, so that this already provides lasting protection against contamination of these two devices.
  • the V-shaped course of the light beam 7 ensures that a measuring section 9 can be generated in the immediate vicinity of the exit opening of a helical spring 29 from a wind machine 27 and that this is not disturbed by the other structures of the wind machine 27.
  • the prisms 69 and 71 explained with reference to FIG. 5 can also be used to provide the light beam, which runs at an angle to produce a measuring section 9, in a device which was explained with reference to FIG. It is therefore conceivable to replace mirrors with prisms and vice versa for certain measuring processes.
  • a camera designed as a matrix or line camera can be used in the method. If a matrix camera is used, two-dimensional detection of the object or parts thereof is made possible. With the aid of a light source and light rays emanating therefrom, a measuring path is realized which is characterized in that the light rays.7 of the light source .5 are directed at the camera 3 and that the measuring path 9 is influenced by the object to be measured, that a light / dark structure is created in the camera 3.
  • a pulsating light source can be used, and the evaluation of the signals are carried out of the camera in the analysis device 17 so that only 'at certain times, namely in synchronism with the flashes of light, which is evaluated in the camera existing image becomes. It is also conceivable to design the light source 5 in such a way that it emits light of a certain wavelength, including invisible light, namely in such a way that the camera can distinguish it from the ambient light and evaluate it.
  • a bright, actively illuminating surface 25 is preferred, which enables a measuring field of corresponding size. Certain areas can be selected within the measuring field in order to record defined structures of the object to be measured.
  • the method is independent of whether a silhouette of the object to be measured or a point of light is captured by the camera 3 as a light / dark structure.
  • the only thing that is decisive is that the light / dark structure is influenced in a defined manner by the object to be measured, in order to draw conclusions about it. It is therefore possible to directly capture the silhouette of the object or, as explained with reference to FIG. 4, a point of light whose position is influenced by the object to be measured.
  • the measuring method can be used universally.
  • the method and the measuring device have proven particularly useful in the measurement of springs, in particular helical springs, on the one hand directly during manufacture, i.e. when they emerge from a wind machine, but also on the other hand after further processing operations, i.e. after the ends of a helical spring 29 have been ground.
  • the evaluation device downstream of the camera can evaluate the measurement results very precisely and control a sorting device with which a fine classification of the measured objects is made possible.
  • measurements can be carried out by directly capturing a silhouette of an object to be measured.
  • quasi-indirect measurements can be carried out by directly capturing a silhouette of an object to be measured.
  • quasi-indirect measurements can be carried out by quasi-indirect measurements and to lay a measuring section 9 such that it is indirectly influenced by the object to be measured. This was explained in more detail using the exemplary embodiment shown in FIG. 4.
  • the method and the device can thus be used universally for measuring objects. They are characterized in that the detection of the object takes place without contact, that a two-dimensional measurement of the object is provided, provided a matrix camera is used, the measurement window being freely selectable by the user of the device or of the method. This allows the most diverse characteristics of an object can be detected, which was explained in more detail using the coil spring.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung mit einer Kamera, einer Lichtquelle und mit einer Messstrecke, vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Lichtstrahlen (7) der Lichtquelle (5) die Messstrecke (9) durchlaufen und zur Erzeugung einer Hell-/Dunkelstruktur auf die Kamera (3) fallen, und dass die die Messstrecke (9) durchlaufenden Lichtstrahlen (7) von dem zu vermessenden Gegenstand (29) beeinflussbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen eines Gegenstandes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Kamera gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Vermessen eines Gegenstandes gemäß Oberbegriff des Anspruchs 20.
Vorrichtungen und Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen dazu, Gegenstände zu erfassen und zu vermessen, beispielsweise um die Länge eines Gegenstandes festzustellen. In vielen Fällen sind die Messergebnisse zu ungenau, weil die Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes verschmutzt war oder Fehler aufweisen. Auch Rauhigkeitsunterschiede unterschiedlicher Gegenstände können zu verschiedenen Messergebnissen führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich- tung und ein Verfahren zum Vermessen von Gegenständen zur Verfügung zu stellen, die diese Nachteile nicht aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Messvorrichtung vorgeschlagen, die die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass Lichtstrahlen, die von einer Lichtquelle ausgehen und eine Messstrecke durchlaufen, auf eine Kamera gerichtet werden und dass die die Messstrecke durchlaufenden Lichtstrahlen von dem zu ver es- senden Gegenstand beeinflussbar sind. Mit Hilfe der Lichtquelle wird also unmittelbar in der Kamera ein Schattenbild, also eine Hell-/Dunkelstruktur erzeugt, anhand derer der Gegenstand vermessen wird. Es sind also nicht, wie bei herkömmlichen Verfah- ren, von der Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes reflektierte Lichtstrahlen, die zu dessen Vermessung herangezogen werden, sondern eben unmittelbar die Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle zur Kamera gelangen.
Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, die eine helle, aktiv leuchtende Fläche als Lichtquelle u fasst. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Messvorrichtung ist eine zweidimensionale Vermessung des Gegenstandes möglich. Es können somit auf einfache Weise zahlreiche Parameter des Gegenstandes erfasst werden, um hochgenaue Messergebnisse zu erzielen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der zu vermessende Gegenstand zwischen Lichtquelle und Kamera angeordnet, also unmittelbar in die Messstrecke eingebracht.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung ist eine Lochblende vorgesehen, die sich in der Messstrecke befindet und durch die das Licht der Lichtquelle auf die Kamera gerichtet wird. Die Position der Lochblende wird durch den zu vermessenden Gegenstand beeinflusst, so dass mittels des durch die Lochblende erzeugten hellen Lichtpunkts, also durch dessen Hell-/Dunkel- Struktur, eine Vermessung des .Gegenstandes möglich wird. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen .
Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren gemäß Anspruch 20 vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass mit Hilfe einer Lichtquelle, deren Lichtstrahlen eine Messstrecke durchlaufen und auf die Kamera fallen, eine Hell-/Dunkelstruktur in dieser erzeugt wird, um einen Gegenstand zu vermessen. Bei der Hell-/Dunkelstruktur kann es sich um ein Schattenbild des Gegenstands in der Kamera oder aber um einen Lichtpunkt handeln, der mit Hilfe einer Lochblende erzeugt wird. In beiden Fällen wird das von der Lichtquelle auf die Kamera gerichtete Licht zur Vermessung des Gegenstandes ausgenutzt.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zum Vermessen eines Gegenstandes;
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erfassung der Länge einer von einer Windemaschine hergestellten Feder;
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erfassung der Länge einer unbelasteten Schraubenfeder; Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erfassung der Auslenkung einer Druckfeder unter Belastung und
Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erfassung der Länge einer
Feder.
Die Prinzipskizze gemäß Figur 1 zeigt einer Messvorrichtung 1 mit einer Kamera 3, einer Lichtquelle 5, aus der Lichtstrahlen 7 austreten und eine Mess- strecke 9 durchlaufen. Die Lichtstrahlen treffen auf die Kamera 3.
Sie dienen dazu, einen Gegenstand 11 zu vermessen. Durch einen Pfeil 13 ist angedeutet, dass der Gegenstand 11 die Lichtstrahlen 7, die die Messstre- cke 9 durchlaufen, beeinflussen, so dass in der Kamera eine Hell-/Dunkelstruktur erzeugt, das heißt abgebildet wird. Die von der Kamera erzeugten Signale werden über eine Leitung 15 einer Auswertungseinheit 17 zugeführt. Diese kann beispielsweise ei- nen auch hier nicht dargestellten Monitor umfassen, auf dem die Hell-/Dunkelstruktur abgebildet wird, so dass eine Bedienungsperson den Messvorgang überwachen und beeinflussen kann. Die Auswertungseinheit 17 kann außerdem mit einer Sortiereinrichtung 19 zusammenwirken, die die vermessenen Gegenstände verschiedenen Klassen zuordnet. Beispielsweise kann bei einer Längenmessung die unterschiedliche Abweichung von einem Sollmaß dazu verwendet werden, die Gegenstände zu klassifizieren und zu sortieren. Gegebenenfalls kann auch mit der Sortiereinrichtung 19 einer Zähleinrichtung 21 kombi- niert werden, das die Anzahl der in die verschiedenen Klassen fallenden Gegenstände und/oder die Gesamtanzahl der vermessenen Gegenstände erfasst. Die Ansteuerung der Sortiereinrichtung 19 kann über ei- ne Leitung 23 erfolgen, über die auch die Werte des Zählwerks 21 an die Auswertungseinrichtung 17 geleitet werden können.
In der Prinzipskizze gemäß Figur 1 wird durch den Pfeil 13 nur ganz allgemein angedeutet, dass die die Messstrecke 9 durchlaufenden Lichtstrahlen 7, die auf die Kamera 3 treffen, von dem Gegenstand 11 beeinflusst werden. Es sind hier unterschiedliche Grundprinzipien denkbar: Zum einen kann unmittelbar der Gegenstand 11 beziehungsweise ein Bereich die- ses Gegenstandes durch die Lichtstrahlen 7 in der Kamera 3 abgebildet werden, um eine Hell-/Dunkel- struktur zu erzeugen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Gegenstand indirekt auf die Lichtstrahlen 7 einwirkt, beispielsweise über die Auslenkung ei- ner in die Messstrecke 9 eingebrachten Lochblende, mit deren Hilfe eine Hell-/Dunkelstruktur in der Kamera 3 erzeugt wird, nämlich ein Lichtpunkt und nicht ein Schattenbild, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die genannten Mess- prinzipien werden anhand der im Folgenden wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Für beide Grundprinzipien ist vorgesehen, dass es sich bei der Lichtquelle 5 um eine aktive Lichtquelle handelt, die Licht verschiedener Wellenlänge abgibt, auch unsichtbares Licht. Bei der Erzeugung einer Hell-/Dun-kelstruktur in Form eines Schattenbildes im Inneren der Kamera weist die Lichtquelle 5 eine helle, aktiv leuchtende Fläche 25 auf, um möglichst große Bereiche des zu vermessenden Gegenstandes 11 auf der Kamera 3 abzubilden. Damit wird es dann auf einfache Weise möglich, auch ver- schiedene Messbereiche innerhalb der Hell- /Dunkelstruktur und damit verschiedene Bereiche des Gegenstandes und unterschiedliche Merkmale zu erfassen.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 1, die zusammen mit einer Windemaschine 27 verwendet wird, auf der Schraubenfedern hergestellt werden. Zur Vereinfachung sind hier die Zufuhreinrichtungen für den Federdraht weggelassen. Als Kreis ist hier eine Schraubenfeder 29 zu erken- nen, die aus der Windemaschine 27 austritt und als Schraubenfeder ausgebildet ist. Sie verläuft senkrecht zur Bildebene von Figur 2.
Die zusammen mit der Windemaschine 27 verwendete Messvorrichtung 1 weist eine hier als Matrixkamera 3 ausgebildete Kamera, außerdem eine Lichtquelle 5 auf. Diese gibt Lichtstrahlen 7 ab, die von der Matrixkamera 3 aufgenommen werden. Die Lichtquelle 5 ist hier als sogenannte Flach- oder Folienbeleuchtung ausgebildet, die eine helle aktiv leuch- tende Fläche 25 aufweist. Die von der Lichtquelle 5 zur Matrixkamera 3 verlaufenden Lichtstrahlen 7 bilden die Messstrecke 9, innerhalb derer die Schraubenfeder 29 angeordnet ist.
Die Matrixkamera 3 ist über eine Leitung 15 mit ei- ner Auswertungseinrichtung 17 verbunden, außerdem mit einem Monitor 31, auf dem der zu vermessende Gegenstand, hier also Bereiche der Schraubenfeder 29, erkennbar sind. Über eine Leitung 23 ist eine Sortiereinrichtung 19 mit der Auswertungseinrichtung 17 verbunden, die von der Windemaschine 27 hergestellte Federn hier in fünf verschiedene Klassen sortieren kann. Mit der Auswertungseinrichtung 17 ist hier auch eine Längenregelung 32 verbunden. Diese steuert eine Schneideinrichtung der Windemaschine 27, die den zur Herstellung der Schraubenfe- der 29 herangeführten Draht abschneidet, wenn eine gewünschte Länge der Schraubenfeder 29 erreicht ist. Beim Schneidvorgang sich ergebende Längenunterschiede werden von der Matrixkamera 3 erfasst und ausgewertet, um Schraubenfedern 29 verschiede- .ner Länge in der Sortiereinrichtung 19 zu klassieren.
Das aus der Windemaschine 27 austretende Ende der Schraubenfeder 29 tritt in die Messstrecke 9 ein, so dass sie mit Hilfe der Matrixkamera 3, die bei- spielsweise als CCD-Kamera ausgebildet ist, vermessen werden kann. Dabei findet eine zweidimensionale Messung statt. Die Messstrecke 9 ist in einem vorbestimmten Abstand zur Windemaschine 27 insbesondere zur Austrittsöffnung, aus der die Feder aus- tritt, angeordnet, so dass nach Herstellung einer Referenzfeder die in' der Windemaschine 27 hergestellten Federn mit dem Referenzmaß verglichen werden können. Wenn das Messfeld der Matrixkamera 3 groß genug ist, beziehungsweise wenn entsprechend kleine Schraubenfedern 29 hergestellt werden sollen, die vollständig von der Kamera erfasst werden können, bedarf es keiner Referenzmessung, weil die Schraubenfeder 29 vollständig von dem Messfeld der Matrixkamera 3 erfasst und vermessen werden kann.
Das Ende der Schraubenfeder 29, gegebenenfalls auch die gesamte Feder, wird auf dem Monitor 31 ange- zeigt, wo eine Bedienungsperson ein Messfenster festlegen kann. Wird also das vorderste Ende der aus der Windemaschine 27 austretenden Schraubenfeder 29 erfasst, kann die Federlänge mit Hilfe der Matrixkamera gemessen werden. Diese kann auch die Vorderfront der Schraubenfeder erfassen und dabei einen Schiefstand feststellen. Wenn das Messfenster der Matrixkamera 3 groß genug ist, kann auch der Schraubendurchmesser erfasst werden. Denkbar ist es im Übrigen auch, den Durchmesser des für die Her- Stellung der Schraubenfeder 29 verwendeten Drahtes zu messen. Bei einer entsprechenden Wahl des Messfensters auf dem Monitor 31 kann auch der Windungsabstand der Feder erfasst werden.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbei- spiel wird also auf der Matrixkamerä 3 ein Schattenbild der Schraubenfeder 29 abgebildet und zwar mit Hilfe der aus der Lichtquelle 5 austretenden Lichtstrahlen 7, die auf die Matrixkamera 3 gerichtet sind und die Messstrecke 9 durchlaufen. Bei der Messung entsteht also eine Hell-/Dunkelstruktur beziehungsweise ein Schattenbild, aus dem die gewünschten Daten bestimmt werden.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 1 findet also eine dyna- mische Messung statt. Während des Herstellvorgangs der Schraubenfeder 29 wird das aus der Windemaschi- ne 27 tretende Ende der Feder erfasst und vermessen, so dass die verschiedenen Messwerte erfasst werden können. Die Windemaschine 27 wird mit Hilfe der Längenregelung 32 so gesteuert, dass bei Errei- chen einer gewünschten Federlänge eine Schneidvorrichtung aktiviert wird. Es können also im Betrieb der Windemaschine 27 Vibrationen auftreten, die auch zu einer Unscharfe der Hell-/Dunkelstruktur in der Matrixkamera 3 führen. Um diese zu kompensie- ren, kann die Lichtquelle 5 gepulstes Licht abgeben. Die Lichtblitze müssen so kurz sein, dass während der Erzeugung der Hell-/Dunkelstruktur auftretende Bewegungen nicht zu einer Unscharfe des Bildes führen können. Denkbar ist es auch, eine Kamera mit kurzer Belichtungszeit zu verwenden, um Bewegungen des zu vermessenden Gegenstandes, also der Schraubenfeder 29, zu kompensieren.
Es zeigt sich, dass bei einer beispielhaft ausgewählten Kamera das Messfenster circa 40x30 mm groß sein kann, dass die Auflösung circa 6 μm beträgt und die Messgenauigkeit circa 0,02 mm. Zur Kompensation von Bewegungen und um eine möglichst genaue Längenmessung zu ermöglichen, sind bis zu zehn Messungen pro Sekunde realisierbar.
Die Lichtquelle 5 wird vorzugsweise so ausgewählt, dass sie beispielsweise gepulstes Licht oder aber Licht einer bestimmten Frequenz abgibt, welches dann von der Matrixkamera 3 selektiv erfasst wird. Damit kann die Messung praktisch unabhängig vom Um- gebungslicht durchgeführt und erreicht werden, dass die Fehlerrate aufgrund äußerer Einflüsse auf ein Minimum reduziert wird. Die gilt im Übrigen auch für alle folgenden Ausführungsbeispiele der Messvorrichtung, auch für die unten noch erwähnte Zeilenkamera.
Das zweite in Figur 3 dargestellte Ausführungsbei- spiel der anhand von Figur 1 erläuterten Messvorrichtung 1 umfasst als Kamera beispielsweise wiederum eine Matrixkamera 3, außerdem eine Lichtquelle 5, die Lichtstrahlen 7 auf die Matrixkamera abgibt, um so eine Messstrecke 9 auszubilden. Die Messstrecke wird auch hier von dem zu vermessenden Gegenstand beeinflusst.
Die Matrixkamera 3 und die Lichtquelle 5 sind über eine geeignete Halterung 33 und 35 in einem definierten Abstand über einen Messtisch 37 angebracht, auf dessen Oberfläche 39 eine Schraubenfeder 29 aufgestellt ist. Es handelt sich hier um eine geschliffene Schraubenfeder, also um eine Feder, deren Enden plan geschliffen sind und die hier auf die Oberfläche 39 aufgestellt ist, um mittels der Messvorrichtung 1 deren Länge lo zu bestimmen.
Das obere Ende 41 der Schraubenfeder 29 ragt in die Messstrecke 9, so dass die von der Lichtquelle 5 abgegebenen Lichtstrahlen 7 in der Matrixkamera 3 eine Hell-/Dunkelstruktur beziehungsweise ein Schattenbild abbilden. Der Abstand der Messstrecke 9 zur Oberfläche 39 des Messtischs 37 wird durch eine Referenzmessung oder auf sonstige geeignete Weise festgelegt. Daher kann die Länge 10 der Schraubenfeder 29 mit Hilfe der Messvorrichtung 1 erfasst werden. Die Lichtquelle 5 weist auch hier eine helle aktiv leuchtende Fläche 25 auf, die Lichtstrahlen auf die Matrixkamera 3 abgibt und damit die Messstrecke 9 bildet. Wenn das Messfenster der Kamera groß genug oder die Feder klein genug ist, kann die Länge der Feder unmittelbar aus dem Schattenbild bestimmt werden.
Die Matrixkamera 3 ist auch hier über eine Leitung 15 mit einer Auswertungseinrichtung 17 verbunden, die einen Monitor 31 umfasst. Der Benutzer der Messvorrichtung 1 kann auf dem Monitor 31 das Ende 41 der Schraubenfeder 29 erkennen. Er kann auch ein geeignetes Messfenster wählen. Damit sind also die unbelastete Länge der Schraubenfeder lo, ein Schiefstand der Endfläche im Bereich des Endes 41, die Drahtdicke der Schraubenfeder 29, der Windungs- abstand und dergleichen ohne weiteres erfassbar.
Das anhand von Figur 3 erläuterte Ausführungsbeispiel zeichnet sich wiederum dadurch aus, dass die Messstrecke 9 unmittelbar durch den zu vermessenden Gegenstand, hier also durch die Schraubenfeder 29 beeinflusst wird und dass ein entsprechendes Schattenbild, also eine Hell-/Dunkelstruktur, in der Matrixkamera abgebildet wird. Anstelle einer Matrixkamera kann hier auch eine auch als Linienkamera bezeichnete Zeilenkamera eingesetzt werden, die sich durch ein langgestrecktes, sehr schmales, also quasi eindimensionales 'Messfenster auszeichnet. Beispielsweise wird ein Messfenster von ca. 18 mm Länge und ca. 1/100 mm Breite verwendet.
Das dritte Ausführungsbeispiel in Figur 4 zeigt wiederum eine Messvorrichtung 1 mit einer als Matrixkamera 3 ausgebildeten Kamera und einer Licht- quelle 5. Diese gibt punktiert angedeutete Lichtstrahlen 7 ab, die auf die Matrixkamera 3 auftreffen und eine Messstrecke 9 ausbilden. Anders als bei den anhand von Figur 2 und 3 erläuterten Aus- führungsbeispielen, ist hier der Lichtpfad abgeknickt. In den Lichtstrahl 7 sind drei Spiegel 43a, 43b und 43c eingebracht, durch die der Lichtstrahl im Wesentlichen U-förmig abgelenkt und schließlich auf die Matrixkamera 3 reflektiert wird. Der Licht- pfad umfasst hier zwei waagrechte Abschnitte 7a und 7b, die in einem Abstand zueinander verlaufen und durch einen senkrechten Abschnitt 7c miteinander verbunden sind. Der horizontale Abschnitt 7b geht über den Spiegel 43c in einen senkrechten Abschnitt Jd über, der von dem Spiegel 43c zur Matrixkamera 3 verläuft. Der Lichtstrahl 7 fällt also auch hier in die Kamera, wie bei den übrigen Ausführungsbeispielen. Der Strahlungsweg ist allerdings mehrfach abgeknickt .
Der senkrechte Abschnitt 7c des Lichtstrahls 7 läuft durch eine Lochblende 45.
Mit Hilfe der Lichtquelle 5, der Lochblende 45 und der .Spiegel 43a, 43b und 43c wird ein heller Lichtpunkt in der Matrixkamera 3 abgebildet, also wie- derum eine Hell-/Dunkelstruktur, wie sie anhand der vorangegangenen Figuren angesprochen wurde. Allerdings wird hier eine helle Fläche erfasst und nicht ein Schattenbild.
Die Lochblende 45 ist Teil eines Messaufbaus 47, der eine horizontale Messplatte 49 aufweist, auf deren Oberfläche 51 eine Schraubenfeder 29 mit plan geschliffenen Enden steht. Die Messplatte 49 ist über eine geeignete Halterung 53 mit einer die Lochblende 45 umfassenden Blendenplatte 55 und mit einer Lagerplatte 57 verbunden. Diese ist über ein Luftlager 59 auf einer Basis 61 praktisch reibungslos gelagert. Das Messloch der Lochblende 45 ist vorzugsweise zentrisch zur Schraubenfeder 29 angeordnet .
Von der Matrixkamera 3 abgegebene Signale gelangen über eine Leitung 15 zu einer Auswertungseinrichtung 17, die einen Monitor 31 umfasst. Die Auswertungseinrichtung 17 kann einen Ausgang A aufweisen, der dazu dient, Messergebnisse auf geeignete Weise anzuzeigen und/oder auszuwerten.
Oberhalb der Schraubenfeder 29 ist ein Messkolben 63 dargestellt, der dazu dient die Schraubenfeder 29 mit einer Kraft F zu beaufschlagen, was durch einen Pfeil 65 angedeutet ist.
Wird die Schraubenfeder 29 mit einer Druckkraft F beaufschlagt, führt die aus der Federgeometrie resultierende Querkraft zu einer seitlichen Auslenkung der Feder und damit zu einer Bewegung des Messaufbaus 47 in x- und y-Richtung, was durch Pfeile 67 angedeutet ist. Mit dem Messaufbau 47 be- wegt sich die Lochblende 45, also auch das Messloch, so dass der von der Lichtquelle 5 in der Matrixkamera 3 erzeugte Lichtpunkt ebenfalls verlagert wird. Dies kann auf dem Monitor 31 verfolgt werden. Die Auslenkung lässt sich exakt erfassen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurde eine maximale Bewegungsfreiheit des Messaufbaus auf + 3mm festgelegt. Die Verkippung der Messplatte 49 betrug weniger als 0,2°. Die Auflösung der Mat- rixkamera betrug 2 μm. Es ergab sich eine Messgenauigkeit von 0,01 mm.
Die hier dargestellte Messvorrichtung 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Messstrecke 9 nicht unmittelbar durch ein Schattenbild des zu vermessen- den Gegenstandes, also ein Schattenbild der Schraubenfeder 29, beeinflusst wird, sondern durch einen Lichtpunkt, der bei einer seitlichen Auslenkung der Schraubenfeder 29 bewegt wird. Hier liegt also eine indirekte Beeinflussung der Messstrecke 9 durch den zu vermessenden Gegenstand vor. Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt auch hier ein heller Lichtpunkt vor, der hier die von der Kamera erfasste Hell-/Dunkelstruktur bildet .
Denkbar ist es auch, statt der Lochblende 45 am Messaufbau 47 beispielsweise einen Stift oder dergleichen anzubringen, der in eine Messstrecke 9 ragt, wie sie anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert wurde. Die Spitze des Stifts wird bei einer Auslen- kung des Messaufbaus 47 in Richtung der Pfeile 67 ausgelenkt und deren Schatten beziehungsweise Hell- /Dunkelstruktur in der Matrixkamera 3 beziehungsweise in einem auf dem Monitor 31 abgebildeten Messfenster verlagert.
Es ist also möglich, einen hellen Punkt mittels einer Lochblende 45 zu erzeugen und mit einer Kamera zu erfassen. Dazu kann der abgeknickte Strahlenver- • lauf des Lichtstrahls 7 realisiert werden. Dies ist dann erforderlich, wenn die Lochblende 45 zentrisch zur Schraubenfeder 29 angeordnet sein soll. Wenn allerdings die Lochblende außerhalb des Messaufbaus 47 beispielsweise an einer fest mit diesem verbundenen Blendenplatte 55 angebracht ist, kann auch ein gradliniger Lichtpfad beziehungsweise Lichtstrahl 7 von einer Lichtquelle 5 auf eine Matrixka- mera 3 gerichtet und dort erfasst werden. Wie gesagt kann anstelle des hellen Lichtpunkts auch ein Schatten eines Messzeigers erfasst werden, der mit dem Messaufbau 47 fest verbunden ist.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ei- ner Vorrichtung zur Erfassung der Länge einer Feder. Teile, die bereits anhand der vorangegangenen Figuren erläutert wurden, sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass insofern auf die Beschreibung oben verwiesen wird.
Die in Figur 5 dargestellte Messvorrichtung 1 umfasst eine Kamera 3, eine Lichtquelle 5, von der Lichtstrahlen 7 ausgehen, die eine Messstrecke 9 bilden. In den Strahlungsweg des Lichtstrahls 7 sind hier zwei Prismen 69 und 71 eingebracht, die in Seitenansicht im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet sind. Die Hypotenusen der Prismen 69 und 71 verlaufen in einem Abstand parallel zueinander. Die einen rechten Winkel einschließenden Katheten liegen rechts und links von den Hypotenusen. Der Lichtstrahl 7 wird innerhalb der Prismen 69 und 71 so umgelenkt, dass ein horizontal verlaufender Lichtstrahl 1 ' entsteht, der letztlich die Mess- strecke 9 ausbildet und der von dem zu vermessenden Gegenstand 11, hier beispielhaft von einer Schraubenfeder 29 beeinflusst wird. Diese tritt aus einer Windemaschine 27 aus, die hier lediglich angedeutet ist .
Der horizontal verlaufende Lichtstrahl 7' verläuft in einem Abstand zur Windemaschine 27, der zum Beispiel anhand von Vergleichsmessungen mit einer Referenzfeder eingestellt wird. Wenn der Gegenstand 11 beziehungsweise die Schraubenfeder 29 in den Bereich zwischen die Prismen 69 und 71 eintritt, wird von dem Lichtstrahl 7 eine Hell-/Dunkelstruktur, nämlich ein Schattenbild in der Kamera 3 abgebildet .
Figur 5 zeigt, dass der Lichtstrahl 7 im Wesentlichen V-förmig verläuft und dass der horizontal verlaufende Lichtstrahl 7' sehr gut in die Nähe der Windemaschine 27 geführt werden kann, weil der Lichtstrahl 7 insgesamt durch die Prismen 69 und 71 abgeknickt verläuft.
Die Länge der in den Spalt zwischen den Hypotenusen der Prismen 69 und 71 eintretenden Feder wird mit Hilfe der Kamera 3 erfasst, wobei ein von der Kamera 3 ausgehendes Signal über eine Leitung 15 der Auswertungseinrichtung 17 zugeführt wird, die einen Monitor 31 umfasst. Auf diesem kann zumindest ein Bereich des Gegenstandes 11 beziehungsweise das freie aus der Windemaschine 27 austretende Ende der Schraubenfeder 29 erfasst und auf dem Monitor 31 abgebildet werden. Die Auswertungseinrichtung steuert über eine geeignete Leitung 23 eine Sortiereinrichtung 19 an, in die die aus der Windemaschine 27 austretenden Schraubenfedern 29 entsprechend dem Pfeil 73 einge- bracht werden.
Die Kamera 3 des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels der Messvorrichtung 1 kann als Matrixkamera ausgebildet sein oder aber vorzugsweise als Zeilenkamera. Das schmale langgestreckte Mess- fenster der Zeilenkamera verläuft vorzugsweise parallel zur Bewegungsrichtung der Schraubenfeder 29, also entlang der Hypotenusen der Prismen 69 und 71. Die Zeilenkamera ist vollkommen ausreichend, um die Länge der aus der Windemaschine 27 austretenden Schraubenfeder 29 zu erfassen.
Aus Figur 5 wird deutlich, dass sowohl die Lichtquelle 5, als auch die Kamera 3 in einem Abstand zur Windemaschine 27 angeordnet sein können, dass also bereits damit ein nachhaltiger Schutz vor Ver- schmutzung dieser beiden Geräte gegeben ist. Außerdem wird durch den V-förmigen Verlauf des Lichtstrahls 7 sichergestellt, dass eine Messstrecke 9 in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung einer Schraubenfeder 29 aus einer Windemaschine 27 er- zeugt werden kann und dass diese von den übrigen Aufbauten der Windemaschine 27 nicht gestört wird.
Oben wurde bereits darauf eingegangen, wie die Messvorrichtung 1 ausgestaltet werden muss, um Vibrationen oder störende Lichteinflüsse vermeiden zu können. Die oben beschriebenen Abhilfemaßnahmen können selbstverständlich bei dem in Figur 5 darge- stellten Ausführungsbeispiel wie auch bei allen anderen eingesetzt werden. Es sei hier noch darauf verwiesen, dass eine Zeilenkamera, wie sie anhand von Figur 5 erläutert wurde, sehr wohl auch dazu eingesetzt werden kann, anstatt eines Schattenbilds einen hellen Lichtpunkt zu erfassen, der unter Einwirkung des zu vermessenden Gegenstandes 11 verlagert wird. Mit Hilfe der Zeilenkamera kann allerdings nur eine quasi eindimensionale Verlagerung eines Lichtpunktes erfasst werden.
Die anhand von Figur 5 erläuterten Prismen 69 und 71 können auch dazu verwendet werden, den zur Erzeugung einer Messstrecke 9 abgewinkelt verlaufenden Lichtstrahl bei einer Vorrichtung bereitzustel- len, die anhand von Figur 4 erläutert wurde. Es ist also denkbar, bei bestimmten Messvorgängen Spiegel durch Prismen und umgekehrt zu ersetzen.
Im Folgenden soll auf das Verfahren zum Vermessen eines Gegenstandes näher eingegangen werden. Aus den Erläuterungen zu den Figuren 1 bis 5 wird deutlich, dass bei dem Verfahren eine als Matrix- oder als Zeilenkamera ausgebildete Kamera eingesetzt werden kann. Wird eine Matrixkamera verwendet, so wird eine zweidimensionale Erfassung des Gegenstan- des beziehungsweise von Teilen davon ermöglicht. Mit Hilfe einer Lichtquelle und von dieser ausgehenden Lichtstrahlen wird eine Messstrecke realisiert, die sich dadurch auszeichnet, dass die Lichtstrahlen.7 der Lichtquelle .5 auf die Kamera 3 gerichtet sind und dass die Messstrecke 9 von dem zu vermessenden Gegenstand so beeinflusst wird, dass eine Hell-/Dunkelstruktur in der Kamera 3 entsteht.
Um Störungen aus der Umgebung möglichst zu vermeiden, kann eine pulsierende Lichtquelle eingesetzt und die Auswertung der Signale der Kamera in der Auswertungseinrichtung 17 so durchgeführt werden, dass jeweils nur' zu bestimmten Zeitpunkten, nämlich synchron zu den Lichtblitzen, das in der Kamera vorhandene Bild ausgewertet wird. Denkbar ist es auch, die Lichtquelle 5 so auszugestalten, dass sie Licht einer bestimmten Wellenlänge, auch nicht sichtbares Licht, abgibt, nämlich dergestalt, dass es von der Kamera vom Umgebungslicht unterschieden und ausgewertet werden kann.
Insbesondere in den Fällen, in denen die Hell-/Dun- kelstruktur, die von der Kamera 3 erfasst wird, ein Schattenbild des zu vermessenden Gegenstandes darstellt, wird eine helle aktiv leuchtende Fläche 25 bevorzugt, die ein Messfeld entsprechender Größe ermöglicht. Innerhalb des Messfeldes können bestimmte Bereiche ausgewählt werden, um definierte Strukturen des zu vermessenden Gegenstandes zu erfassen.
Da die Kamera 3 nicht von dem zu vermessenden Ge- genstand reflektiertes Licht erfasst, sondern unmittelbar das von der Lichtquelle abgegebene Licht, spielen Verschmutzungen des zu vermessenden Gegenstandes und unterschiedliches Reflexionsverhalten von verschiedenen Bereichen seiner Oberfläche bei der Erfassung der Messwerte keinerlei störende Rolle.' Das Verfahren ist unabhängig davon, ob ein Schattenbild des zu vermessenden Gegenstandes oder ein Lichtpunkt als Hell-/Dunkelstruktur von der Kamera 3 erfasst wird. Entscheidend ist nur, dass die Hell-/Dunkelstruktur definiert von dem zu vermessenden Gegenstand beeinflusst wird, um damit auf diesen rückzuschließen. Es ist also möglich, unmittelbar das Schattenbild des Gegenstands zu erfassen oder, wie anhand von Figur 4 erläutert, einen Lichtpunkt, dessen Position von dem zu vermessenden Gegenstand beeinflusst wird.
Das Messverfahren kann, ebenso wie die oben beschriebene Messvorrichtung, universell eingesetzt werden. Besonders bewährt haben sich das Verfahren und die Messvorrichtung bei der Vermessung von Federn, insbesondere Schraubenfedern, und zwar einerseits unmittelbar bei der Herstellung, also beim Austritt aus einer Windemaschine, aber auch andererseits nach weiteren Bearbeitungsvorgängen, also nach dem Planschleifen der Enden einer Schraubenfeder 29.
Wesentlich ist, dass das Messverfahren berührungslos arbeitet, also bei der Vermessung eines Gegenstandes keinerlei Kräfte auf diesen ausgeübt wer- den. Damit wird also ein unverfälschtes Messergebnis erzeugt.
Es ist im Übrigen möglich, mit Hilfe von Spiegeln 43a, 43b und 43c den Lichtstrahl so abzulenken, dass die Messstrecke 9 in einem Abstand zur Matrix- kamera 3 beziehungsweise Lichtquelle 5 verläuft. Die Kamera und die Lichtquelle sind damit sehr weitgehend vor Verschmutzungen geschützt. Anstelle der hier beschriebenen Spiegel können -wie anhand von Figur 5 erläutert- auch Prismen eingesetzt werden, so dass aus einiger Entfernung unmittelbar an der Austrittstelle einer Feder bei einer Windemaschine Messungen vorgenommen werden können.
Die der Kamera nachgeschaltete Auswertungseinrichtung kann die Messergebnisse sehr genau auswerten und eine Sortiereinrichtung ansteuern, mit der eine feine Klassifizierung der vermessenen Gegenstände ermöglicht wird.
Da sich das Verfahren und die Vorrichtung allgemein zur Erfassung von Hell/Dunkelstrukturen eignen, können Messungen, wie anhand von Figur 1, 2, 3 und 5 erläutert, durch unmittelbare Erfassung eines Schattenbilds eines zu vermessenden Gegenstandes durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, quasi indirekte Messungen durchzuführen und eine Messstrecke 9 so zu legen, dass diese indirekt durch den zu vermessenden Gegenstand beeinflusst wird. Dies wurde anhand des in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Das Verfahren und die Vorrichtung sind also universell zur Vermessung von Gegenständen einsetzbar. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Erfassung des Gegenstandes berührungslos erfolgt, dass eine -sofern eine Matrixkamera eingesetzt wird- zweidi- mensionale Vermessung des Gegenstandes gegeben ist, wobei das Messfenster von dem Benutzer der Vorrich- tung beziehungsweise des Verfahrens frei wählbar ist. Dadurch können die verschiedensten Merkmale eines Gegenstandes erfasst werden, was anhand der Schraubenfeder näher erläutert wurde.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Vermessen eines Gegenstandes mit einer Kamera, einer Lichtquelle und mit einer Messstrecke, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (7) der Lichtquelle (5) die Messstrecke (9) durchlaufen und zur Erzeugung einer Hell-/Dun- kelstruktur auf die Kamera (3) fallen, und dass die die Messstrecke (9) durchlaufenden Lichtstrahlen (7) von dem zu vermessenden Gegenstand (29) beeinflussbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lichtquelle (5) eine helle aktiv leuchtende Fläche (25) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu vermessende Gegenstand
(29) zwischen der Lichtquelle (5) und der Kamera (3) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (29) so zwischen Lichtquelle (5) und Kamera (3) angeordnet ist, dass ein Schattenbild zumindest eines Bereichs des Gegenstandes (29) von der Kamera (3) erfassbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spiegel (43a, 43b, 43c) und/oder ein Prisma vor- gesehen ist, der/das in der Messstrecke (9) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstre- cke (9) in einem definierten Abstand zu einem vorgegebenen Messpunkt verläuft.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MessVorrichtung zur Vermessung einer Feder, insbesondere Schraubenfeder (29) verwendet wird und dass die Messstrecke (9) in einem Abstand zum Auslass einer Windemaschine (27) verläuft.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung zur Vermessung einer Feder, insbesondere Schraubenfeder (29) verwendet wird, und dass die Messstrecke (9) in einem Abstand zu einem Messtisch (37) verläuft.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Erfassung der Länge einer aus einer Windemaschine (27) auftretenden Feder dient.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Er- fassung der Länge (10) einer auf einem Messtisch (37) aufgestellten Feder, insbesondere Schraubenfeder (29) dient.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lochblende (45) in der Messtrecke (9) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Position der Lochblende (45) durch den zu vermessenden Gegenstand (29) beeinflussbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende (45) Teil eines Messaufbaus (47) ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung eine Lagerung, insbesondere ein Luftlager (59) aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Erfassung der Auslenkung einer belastenden Feder, insbesondere Schraubenfeder (29) dient.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Erfassung der Schiefstellung einer belasteten Feder, insbesondere Druckfeder (29) dient.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, eine Sortiereinrichtung (19), die die vermessenden Gegenstände in Ab- hängigkeit vom Messergebnis sortiert.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine mit der Sortiereinrichtung (19) zusammenwirkende Zähleinrichtung (21) .
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera als Matrix- oder als Zeilenkamera ausgebildet ist.
20. Verfahren zum Vermessen eines Gegenstandes mit- tels einer Kamera, einer Lichtquelle und mit einer
Messstrecke, insbesondere mittels einer Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von Lichtquelle, die die Messstrecke durchlaufen, eine von dem zu ver- messenden Gegenstand beeinflussbare Hell-/Dunkel- struktur in der Kamera erzeugt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrix- oder Zeilenkamera verwendet wird.
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