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DE69511606T2 - Vorrichtung zur Profilmessung einer ebenen Oberfläche - Google Patents

Vorrichtung zur Profilmessung einer ebenen Oberfläche

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Publication number
DE69511606T2
DE69511606T2 DE69511606T DE69511606T DE69511606T2 DE 69511606 T2 DE69511606 T2 DE 69511606T2 DE 69511606 T DE69511606 T DE 69511606T DE 69511606 T DE69511606 T DE 69511606T DE 69511606 T2 DE69511606 T2 DE 69511606T2
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DE
Germany
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light
measuring device
camera
paper
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DE69511606T
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Guy Eymin Petot Tourtollet
Gerard Jayet
Jacques Sabater
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CENTRE TECH IND PAPIER
Centre Technique de lIndustrie des Papiers Cartons et Celluloses
Original Assignee
CENTRE TECH IND PAPIER
Centre Technique de lIndustrie des Papiers Cartons et Celluloses
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung, welche dazu bestimmt ist, die Durchführung von Messungen von hohlen oder reliefartigen Profilen auf einer ebenen Oberfläche eines Papier- oder Kartonmaterials zu ermöglichen.
  • Genauer gesagt schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, welche dazu geeignet ist, die Eigenschaften einer Wulst in einem Bogen aus Papier oder Karton zu ermitteln.
  • Obwohl im besonderen in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften einer Wulst eines Papier- oder Kartonbogens beschrieben, ist die Erfindung nicht auf diese einzige Anwendung limitiert, und jede Vorrichtung wird durch den Umfang der vorliegenden Erfindung abgedeckt, die dazu geeignet ist, die Messung eines beliebigen hohlen oder reliefartigen Profils in bezug auf eine ebene Oberfläche eines Papier- oder Kartonmaterials zu ermöglichen.
  • In festgelegter Weise bildet man die Wulst durch bleibende Verformung eines Karton- oder Papierbogens unter der Wirkung eines Nutbildungswerkzeugs, welches aus einer Matrize, auch Gegendruckform genannt, und einer Stanzform mit korrespondierender Form, auch Rillwerkzeug genannt, gebildet ist. Das Rillen von Karton- oder Papierbögen ist dazu vorgesehen, die Faltung der genannten Bögen in Hinsicht auf die Herstellung insbesondere von Verpackungen zu ermöglichen. Diese Technik ist heute weit verbreitet, so daß es nicht notwendig ist, sie ausführlicher zu beschreiben.
  • Obwohl diese Technik weithin bekannt ist und verwendet wird, weist sie bei ihrer Durchführung einige Mängel auf. Die Benutzer dieser Technik wünschen sich, über ein Mittel oder eine Vorrichtung zu verfügen, welche dazu geeignet ist, die Kontrolle der Qualität und der Gleichförmigkeit der gebildeten Wulst zu ermöglichen, um entweder die Wirkung des verwendeten Nutbildungswerkzeuges zu korrigieren oder die Kartonbögen mit fehlgebildeten oder falsche Eigenschaften aufweisenden Wulste auszusortieren, um eine Erleichterung des nachfolgenden Vorgangs des Faltens sowie des Klebens zu ermöglichen.
  • Zur Zeit betreibt der Betreiber der Maschine, auf der die Nutbildungswerkzeuge montiert sind, seine Maschine allein mit dem visuellen Eindruck als Referenz für die Qualität der Wulst.
  • Unter Berücksichtigung der Dimensionen der Wulst, nämlich typischerweise einer zwischen 700 um und 2 mm liegenden Breite und einer zwischen 10 um und 200 um liegenden Höhe, erkennt man die relativierte Aussagekraft eines derartigen Eindrucks, wodurch eine visuelle Kontrolle heutzutage nicht zufriedenstellend ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Apparat oder eine Vorrichtung zu schaffen, die dazu geeignet ist, auf sehr viel genauere Weise die verschiedenen Eigenschaften dieser Wulst zu messen und insbesondere ihre Höhe in bezug auf die allgemeine Ebene der Oberfläche des Karton- oder Papierbogens, ihre Breite und gegebenenfalls ihre Dezentrierung, d. h. ihre Symmetrie oder Unsymmetrie in bezug auf die Mittellinie der Kurve mit mehr oder weniger parabolischem Profil, zu bestimmten.
  • In dem Dokument EP-A-0 532 257 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität einer Schweißraupe zwischen zwei metallischen Platten beschrieben, welche ein optisches System und ein Mittel zur Verarbeitung der optischen Signale, die von der Beleuchtung der genannten Raupe ausgehen, verwendet.
  • Diese Vorrichtung ist in fester Weise kurz hinter dem Schweißkopf montiert und ermöglicht nicht eine sofortige Anpassung ihrer Positionierung, da ein Mittel zur Visualisierung des durch das optische System aufgenommenen Bildes in Echtzeit fehlt.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dazu vorgesehen, eine kontinuierliche oder diskrete Messung eines hohlen oder reliefartigen Profils durchzuführen, welches in einer ebenen Oberfläche eines lichtstreuenden Papier- oder Kartonmaterials eingebracht oder erzeugt ist, wobei die vorgenannten Nachteile beseitigt werden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt:
  • - einen greifbaren Meßkopf, mit:
  • - einer Lichtquelle, die einem Linsenobjektiv zugeordnet ist, welches zur Umwandlung des von der Quelle ausgehenden Strahls in eine Abbildung in Form eines Lichtstreifens dient, der rechtwinklig zu dem zu vermessenden Profil verläuft, wobei die Orientierung des genannten Lichtstrahls gemäß einem Einfallswinkel α verwirklicht ist, dessen Wert nahe dem mit dem Index des Materials korrespondierenden Brewster-Winkel liegt;
  • - einem Fokussierungselement für das durch die auf diese Weise beleuchtete Oberfläche, und insbesondere durch das Profil, rückgestreute Licht;
  • - einer Matrix-Kamera, auf deren Ebene das genannte rückgestreute Licht fokussiert ist und welche die empfangenen analogen Signale in numerische Signale umwandelt;
  • - eine Verarbeitungsvorrichtung, welche an den Meßkopf angeschlossen ist, einen Rechner umfaßt und dazu bestimmt ist, ausgehend von den von der Kamera übertragenen numerischen Signalen zumindest eine der das Profil definierenden Eigenschaften, nämlich seine Höhe in bezug auf die durch die Oberfläche selbst gebildete Referenzebene, seine Breite und/oder seine Dezentrierung, zu ermitteln;
  • - ein Element zur sensorischen Wiedergabe, welches dazu bestimmt ist, die Sichtbarmachung der über die Kamera durch die genannte Anordnung ermittelten Informationen zu ermöglichen.
  • Mit anderen Worten besteht die Erfindung daraus, durch optische und elektronische Mittel auf leichte und einfache Weise die Eigenschaften des Profils zu bestimmen, diese nahezu augenblicklich zu erhalten und die Visualisierung der korrekten Positionierung des genannten Kopfes in Echtzeit zu ermöglichen. Weiterhin verhindert man spiegelnde Reflexionen angesichts des Einfallswinkels des Lichtstrahls auf die analysierte Fläche.
  • Für einen Papier- oder Kartonbogen ist der Wert des Indexes in der Größenordnung von 1,5, der Brewster-Winkel liegt nahe 56º.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Eigenschaft der Erfindung ist die Lichtquelle geradlinig polarisiert und ihre Polarisationsrichtung ist parallel zur Einfallsebene der Lichtstrahlen auf das Material.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Eigenschaft der Erfindung wird die Matrix-Kamera durch eine Kamera mit einem ladungsgekoppelten Baustein gebildet, deren Auflösung mindestens 512 · 512 Pixel entspricht und welche vorteilhafterweise eine elektronische Verstärkungsregelung aufweist.
  • Gemäß der Erfindung ist die Gesamtheit der verschiedenen, den Aufnahmekopf bildenden Elemente in einem quaderförmigen Gehäuse zusammengefaßt, dessen Abmessungen vorteilhafterweise dadurch reduziert werden, daß ein Spiegel zwischen dem Fokussierungselement und der Kamera angeordnet ist.
  • Weiterhin und um die Handhabung während der Vermessung der Wulst zu vereinfachen, hat das den Meßkopf umschließende Gehäuse eine ergonomische Form und umfaßt einen mit einem durchgehenden Fenster versehenen Sockel und einen beweglichen Teil, der an dem genannten Sockel angelenkt ist und den Meßkopf selbst umfaßt.
  • Das Element zur sensorischen Wiedergabe, welches dazu bestimmt ist, die Visualisierung der durch die Kamera mittels der genannten Anordnung erhaltenen Informationen zu ermöglichen und aus einem Videobildschirm besteht, ermöglicht ebenfalls die grafische Darstellung des analysierten Profils.
  • Vorteilhafterweise wird die Verarbeitungsvorrichtung durch einen kompatiblen Mikrocomputer oder ähnliches gebildet.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Durchführung einer kontinuierlichen oder diskreten Messung eines hohlen oder reliefartigen Profils, welches in einer ebenen Oberfläche eines Papier- oder Kartonmaterials eingebracht oder erzeugt ist. Dieses Verfahren umfaßt:
  • - Beleuchten des genannten Profils mit einer Abbildung in Form eines rechtwinklig in bezug auf die Richtung des Profils ausgerichteten Leuchtstreifens mittels einer Quelle parallelen Lichtes mit einem Einfallswinkel, dessen Wert nahe 56º liegt;
  • - Fokussieren des durch die so beleuchtete Oberfläche, insbesondere durch das Profil, rückgestrahlten Lichtes auf die Ebene einer Matrix-Kamera, welche zur Umwandlung der empfangenen analogen Signale in numerische Signale bestimmt ist;
  • - Verarbeiten der numerischen Signale derart, daß mindestens eine der das Profil definierenden geometrischen Eigenschaften ermittelt wird.
  • Die Weise, in der die Erfindung ausgeführt werden kann und die Vorteile, die sich aus ihr ergeben, gehen besser aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel hervor, welches beschreibend aber nicht beschränkend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Meßkopfes der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Schnittes durch einen mit einer Wulst versehenen Kartonbogen und verdeutlicht die verschiedenen gemessenen Eigenschaften.
  • Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Meßkopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung, die zur Messung und Bestimmung der geometrischen Eigenschaften einer Wulst eines Papier- oder Kartonbogens bestimmt ist. Wie bereits in der Einleitung ausgeführt wurde, ist dieses Ausführungsbeispiel ausschließlich verdeutlichend und keinesfalls einschränkend zu verstehen.
  • Das Funktionsprinzip der Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung wird im wesentlichen aus zwei unterschiedlichen Teilen gebildet, nämlich einem Meßkopf 3, der nachfolgend im Detail in Verbindung mit den Fig. 2 und 4 beschrieben wird, und einer Verarbeitungsvorrichtung 4, der ggf. ein Mittel zur sensorischen Wiedergabe und typischerweise ein Videobildschirm 7 zugeordnet ist.
  • Der Meßkopf 3 weist eine einfach ergreifbare Größe auf, so daß er leicht gehandhabt werden kann und ebenfalls einfach positioniert werden kann, um die Durchführung der gewünschten Messung zu ermöglichen.
  • Typischerweise werden alle den Meßkopf bildenden Elemente mit dem Ziel ausgewählt, eine maximale Reduktion der Größe des Meßkopfes 3 sowie ein geringes Gewicht zu erreichen. Dieses liegt typischerweise zwischen 500 und 800 g. Der Meßkopf 3 umfaßt im wesentlichen ein quaderförmiges Gehäuse 18, welches an allen Flächen mit Ausnahme der Grundfläche geschlossen ist, welche dazu bestimmt ist, dem Karton- oder Papierbogen im Bereich der Wulst gegenüberliegend positioniert zu werden, wie es nachfolgend beschrieben wird.
  • Der Meßkopf umfaßt zunächst eine Quelle 8 parallelen Lichtes und insbesondere eine Laser-Diode geringer Leistung, typischerweise unterhalb von 3 mW, welche elektromagnetische Strahlungen im sichtbaren Bereich abstrahlt, z. B. bei 675 Nanometern. Aufgrund der Wahl der Wellenlänge und der abgestrahlten Leistung kann man den Meßkopf bei vollständiger Sicherheit verwenden, auf einfache Weise Funktionstests durchführen und die Positionierung des Kopfes 3 auf dem Papier 1 begünstigen.
  • Diese Laser-Diode wird von einer miniaturisierten und stabilisierten Spannungsversorgung gespeist, welche bei einer Spannung funktioniert, die mit den in der nachfolgend im Detail beschriebenen Verarbeitungseinrichtung verfügbaren Spannungen kompatibel ist.
  • Der von der Laser-Diode 8 abgegebene Strahl tritt anschließend durch eine plan-zylindrische Linse mit einer Brennweite von 6,35 mm, deren Funktion in der Umwandlung des genannten Laserstrahls in einen Strahl 10 liegt, der sich im Bereich der Wulst 2 als eine rechtwinklig zur genannten Wulst verlaufende Linie 11 abbildet.
  • Der Strahl 12, welcher durch die Wulst und den Papierbogen, welche durch diese Linie 11 beleuchtet werden, rückgestrahlt wird, tritt durch ein Objek tiv 13 mit einer Brennweite von 12,5 mm hindurch, das diesen Strahl 12 auf eine Matrix einer Kamera 15 fokussiert, typischerweise einer CCD- oder ladungsgekoppelten Kamera, welche eine Auflösung von mindestens 512 · 512 Pixel aufweist.
  • Vorteilhafterweise und mit dem Ziel der Kompaktheit wird zwischen das Objektiv 13 und die Kamera 15 ein Spiegel 14 gefügt, der im wesentlichen im Winkel von 45º in bezug auf den nach oben verlaufenden Strahl 12 ausgerichtet ist.
  • Konstruktionsgemäß bestimmt der Abstand zwischen der plan-zylindrischen Linse 9 und der zu analysierenden Oberfläche des Papierbogens die Länge der leuchtenden Linie 11 zur Beleuchtung der Wulst.
  • Gleichzeitig wird der Abstrahl- und der Aufnahmewinkel der Strahlen 10 bzw. 12 in bezug auf die Ebene des Bogens derart bestimmt, daß eine spiegelnde Reflexion weitgehend vermieden wird. Für Papier oder Karton beträgt dieser Winkel etwa 56º.
  • Schließlich weist der Meßkopf einen Druckknopf 17 auf, der durch den Benutzer betätigt wird und dazu bestimmt ist, die Aufnahme der Daten zu ermöglichen, d. h. die einem Videobild zugeordnete Aufnahme und Verarbeitung durch den Mikrocomputer.
  • Aufgrund seiner Struktur weist dieser Meßkopf eine große Stabilität auf und ist weiterhin derart ausgebildet, daß er staubdicht ist, um das Innere des Kopfes nicht den äußeren Umgebungseinflüssen auszusetzen, mit Ausnahme der äußeren Oberfläche des Objektivs 13 und der plan-zylindrischen Linse 9, wobei der Zugang zu diesen Oberflächen zusätzlich vereinfacht ist, um ggf. deren Reinigung sicherzustellen.
  • In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform des Meßkopfes dargestellt. Während die innere Struktur dieses Kopfes die gleiche, insbesondere in bezug auf die optischen Wege und Bestandteile, ist, wird das äußere Gehäuse von zwei Teilen gebildet, nämlich einem tatsächlichen Gehäuse 18, welches an einem ebenen Sockel 19 im Bereich eines seiner Enden seiner Grundfläche entlang einer Schwenkachse 20 angelenkt ist. In Ruhestellung, d. h. in Abwesenheit jeglicher äußerer Kraft, die insbesondere durch den Benutzer ausgeübt wird, befindet sich das Gehäuse 18 in offener Position, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Aus diesem Grund ist die Einheit aus Sockel 19 und Gehäuse 18 zum Beispiel mit einer Feder (nicht dargestellt) versehen, die den Halt in dieser Position nach Art eines Heftgerätes bewirkt.
  • Wie man sehen kann, weist der Sockel 19 ein durchgehendes Sichtfenster 21 auf, welches mit Markierungen 22 zur Zentrierung versehen ist, die dazu bestimmt sind, dem Benutzer die Durchführung der korrekten Positionierung des Meßkopfes im Bereich der zu analysierenden Wulst zu ermöglichen. Diese Markierungen 22 sind zu beiden Seiten des Fensters 21 und im wesentlichen in mittlerer Position in bezug auf dieses angebracht.
  • Wenn der Benutzer die Durchführung der Analyse einer Wulst beabsichtigt, positioniert er den Sockel 19 im Bereich des Abschnittes der genannten Wulst, den er zu analysieren wünscht. Hierzu verwendet er das Sichtfenster 21, um die genannte Wulst auszurichten, damit sie mit den Zentrierungsmarkierungen 22 übereinstimmt, so daß die genannte Wulst rechtwinklig zu dem durch den Kopf 3 abgestrahlten und bei 23 aus dem Gehäuse 18 heraustretenden Laser-Lichtstreifen 11 verläuft. Sobald die Ausrichtung durchgeführt ist, schwenkt der Benutzer das genannte Gehäuse 18 auf dem Sockel 19 um die Schwenkachse 20 herum, so daß das Gehäuse 18 in Kontakt mit dem Sockel 19 gebracht wird, und genauer gesagt, die Austrittszone 23 für den Laser-Lichtstreifen 11 in das Sichtfenster 21 verbracht wird. Man erkennt, daß hierfür der an der Austrittszone 23 befindliche Vorsprung im wesentlichen dem durch das Sichtfenster 21 freigelegten Volumen entspricht.
  • Sobald das Gehäuse 18 auf diese Weise verschwenkt ist, kann der Benutzer die korrekte Ausrichtung der Wulst mittels des Videobildschirms 7 verifizieren und dann den Druckknopf 17 betätigen, um die Messung durchzuführen. Sobald die Messung durchgeführt ist, läßt der Benutzer das Gehäuse 18 los, welches anschließend wieder seine ursprüngliche "offene" Stellung einnimmt.
  • Die Verarbeitungseinheit 4 ist zur Auswertung der durch die Kamera 15 aufgenommenen Informationen vorgesehen, welche zu der Verarbeitungseinheit 4 über ein Koaxialkabel 16 gelangen. Typischerweise wird diese Verarbeitungseinheit durch einen PC-kompatiblen Mikrocomputer gebildet, der eine Tastatur 6 und einen Bildschirm 5 umfaßt und die Installation eines Verarbeitungsprogramms für die aufgenommenen Daten ermöglicht.
  • Die Aufnahme des über die Kamera erfaßten Bildes erfolgt mittels einer in dem Mikrocomputer integrierten Aufnahme- und Verarbeitungskarte. Die Synchronisation zwischen der Kamera und dieser Karte wird durch die Karte selbst mittels des empfangenen Videosignals sichergestellt. Die Digitalisierung wird in 8 Bits durchgeführt, wodurch der Erhalt von 256 verschiedenen Graustufen ermöglicht wird.
  • Das in dem Mikrocomputer integrierte Programm ist dazu vorgesehen, die folgenden drei charakteristischen Größen der Wulst zu bestimmen:
  • - zunächst die Breite l der Wulst;
  • - ihre Höhe h;
  • - schließlich ihre Dezentrierung d, wobei die Dezentrierung gebildet wird durch die Verschiebung des Punktes maximaler Höhe h der Wulst in bezug auf die Mittelsenkrechte des Streckenabschnitts der Geraden, welche sich zwischen den zwei Referenzpunkten der Breitenmessung erstreckt.
  • Um dies durchzuführen, ermittelt das in dem Mikrocomputer integrierte Programm die Gesamtheit der Punkte, welche die Ebene des Bogens festlegen. Anschließend schreitet es zur Ermittlung und Abspeicherung der leuchtenden Punkte, welche die Form der Wulst darstellen. Diese Punkte bilden einer Kurve, welche der Form der Wulst folgt. Diese Kurve ist leicht gestört durch die unebene Oberfläche des Papiers, und das Programm führt daher eine diskrete Filterung erster Ordnung der so erhaltenen Kurve durch.
  • Anschließend schreitet es zur Bestimmung der Eigenschaften der analysierten Form, nämlich ihrer Höhe h, ihrer Breite l und ihrer Dezentrierung d, ausgehend von einer Identifizierung des Anfangs und des Endes der Wulst, entsprechend einem parametrierbaren Modells.
  • Zum Beispiel werden die Schwellen, welche den Anfang und das Ende der Wulst definieren, ermittelt, wenn die gemessenen Punkte entlang der Ordinate um 40 um aus der bereits bestimmten Referenzebene, welche mit der oberen Fläche des Blattes oder Bogens 1 übereinstimmt, herausragen. Ausgehend von diesen beiden Schwellen kann anschließend die Breite l und die Dezentrierung d bestimmt werden. Diese drei Resultate werden auf dem Bildschirm 5 des Mikrocomputers dargestellt.
  • Auf diese Weise kann der Betreiber einer Nutbildungsmaschine, wenn er eine Analyse der Wülste durchführen will, den Meßkopf 3 auf den Bogen 1 im Bereich der Wulst 2 positionieren, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, anschließend mittels des Druckknopfes 17 die Auslösung der Messung veranlassen, wobei weiterhin die Positionierung des Meßkopfes auf der Probe durch den Videobildschirm 7 erleichtert wird.
  • Nach jeder Messung kann der Benutzer gemäß seinem Wunsch entweder eine zusammenfassende Darstellung der Messung erhalten, welche folgendes umfaßt:
  • - eine Wiederholung der festgelegten Referenzwerte (Höhe, Breite, Dezentrierung und Toleranz);
  • - die drei aus der Messung hervorgehenden Resultate (Höhe h, Breite l und Dezentrierung d);
  • - eventuelle Alarme bei Nichtübereinstimmung der Messung in bezug auf die festgelegten Referenzwerte;
  • oder er kann die gleichen Resultate zusammengestellt als Verlauf des Profils der Wulst sowie die Variablen, die die Messungen parametriert haben, erhalten.
  • Die Dauer einer derartigen Messung beträgt etwa 3 Sekunden mit einem Mikrocomputer mit einem 386'er-Prozessor mit 16 Megahertz.
  • Auf diese Weise wird auf einfache, leichte und insbesondere schnelle Art die Kontrolle des Profils der Wulst ermöglicht.
  • Auch wird, wie es bereits in der Einleitung angekündigt wurde, die Kontrolle von Matrizen, welche die Herstellung von Aushöhlungen erlauben, ermöglicht.
  • Obwohl in dem beschriebenen Beispiel die Vorrichtung der Erfindung auf diskrete Weise funktioniert, kann eine derartige Vorrichtung selbstverständlich an eine kontinuierliche Wirkungsweise angepaßt werden, insbesondere in einer Herstellungsstraße für Verpackungen vor dem Falten dieser Verpackungen.
  • Weiterhin kann die Vergrößerung und damit die Präzision der Messung in Abhängigkeit von dem Objektiv oder den verwendeten Linsen oder der Anzahl der Pixel und damit der Auflösung der Kamera veränderbar sein.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Durchführung einer kontinuierlichen oder diskreten Messung eines hohlen oder reliefartigen Profils, welches in einer ebenen Oberfläche eines Papier- oder Kartonmaterials (1) eingebracht oder erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt:
- einen greifbaren Meßkopf (3), mit:
- einer Lichtquelle (8), die einem Linsenobjektiv (9) zugeordnet ist, welches zur Umwandlung des von der Quelle (8) ausgehenden Strahls (10) in eine Abbildung in Form eines Lichtstreifens (11) dient, der rechtwinklig zu dem zu vermessenden Profil (2) verläuft, wobei die Orientierung des genannten Lichtstrahls (10) gemäß einem Einfallswinkel α verwirklicht ist, dessen Wert nahe 56º liegt;
- einem Fokussierungselement (13) für das durch die auf diese Weise beleuchtete Oberfläche (1), und insbesondere durch das Profil (2), rückgestreute Licht (12);
- einer Matrix-Kamera (15), auf deren Ebene das genannte rückgestreute Licht (12) fokussiert ist und welche die empfangenen analogen Signale in numerische Signale umwandelt;
- eine Verarbeitungsvorrichtung (4), welche an den Meßkopf (3) angeschlossen ist, einen Rechner umfaßt und dazu bestimmt ist, ausgehend von den von der Kamera (15) übertragenen numerischen Signalen zumindest eine der das Profil (2) definierenden geometrischen Eigenschaften zu ermitteln;
- ein Element zur sensorischen Wiedergabe (7), welches dazu bestimmt ist, die Sichtbarmachung der über die Kamera (15) durch die genannte Anordnung ermittelten Informationen zu ermöglichen.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten geometrischen Eigenschaften gebildet werden von der Höhe h, welche in bezug auf die durch die analysierte Oberfläche (1) gebildete Referenzebene festgelegt ist, die Breite l und die Dezentrierung d, welche definiert ist durch die Abweichung des Punktes der maximalen Höhe h des Profils in bezug auf die Mittelsenkrechte des Streckenabschnitts der Gera den, welcher sich zwischen den beiden Referenzpunkten der Breitenmessung erstreckt.
3. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (8) geradlinig polarisiert ist und daß ihre Polarisierungsrichtung parallel zur Einfallsebene der Lichtstrahlen auf das genannte Material ist.
4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix-Kamera (15) durch eine Kamera mit einem ladungsgekoppelten Baustein gebildet wird, deren Auflösung mindestens 512 · 512 Pixel entspricht und welche vorteilhafterweise eine elektronische Verstärkungsregelung aufweist.
5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der verschiedenen den Aufnahmekopf bildenden Elemente (8, 9, 13, 15) in einem quaderförmigen Gehäuse (18) zusammengefaßt ist, welches ein Element (17) zur Auslösung der Messung umfaßt.
6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) um eine Schwenkachse (20) schwenkbar an einem ebenen Sockel (19) angelenkt ist, der zur Auflage auf die zu analysierende ebene Fläche im Bereich des hohlen oder reliefartigen Profils bestimmt ist, wobei der genannte Sockel mit einem durchgehenden Sichtfenster (21) versehen ist, welches seinerseits mit Markierungen (22) zur Zentrierung des genannten hohlen oder reliefartigen Profils versehen ist, wobei die genannten Markierungen (22) derart ausgerichtet sind, daß ein Ausrichten des zu analysierenden Profils rechtwinklig zum durch die Lichtquelle (8) abgestrahlten Lichtstreifen (11) sichergestellt ist.
7. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kamera (15) und dem Fokussierungselement (13) ein Spiegel eingefügt ist, der im wesentlichen in einem Winkel von 45º zum nach oben verlaufenden Strahl (12) ausgerichtet ist.
8. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (7) zur sensorischen Wiedergabe aus einem Videobildschirm besteht, der neben der Positionierung des Profils und der Zentrierung des Meßkopfes (3) in bezug auf das genannte Profil ebenfalls die graphische Darstellung des analysierten Profils ermöglicht.
9. Verfahren zur Durchführung einer kontinuierlichen oder diskreten Messung eines hohlen oder reliefartigen Profils, welches in einer ebenen Oberfläche eines Papier- oder Kartonmaterials (1) eingebracht oder erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Verwendung einer Meßvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 folgendes umfaßt:
- Beleuchten des genannten Profils mit einer Abbildung in Form eines rechtwinklig in bezug auf die Richtung des Profils ausgerichteten Leuchtstreifens mittels einer Quelle (8, 9) parallelen Lichtes mit einem Einfallswinkel α, dessen Wert nahe 56º liegt;
- Fokussieren des durch die so beleuchtete Oberfläche (1), insbesondere durch das Profil (2), rückgestrahlten Lichtes (12) auf die Ebene einer Matrix-Kamera (15), welche zur Umwandlung der empfangenen analogen Signale in numerische Signale bestimmt ist;
- Verarbeiten der numerischen Signale derart, daß mindestens eine der das Profil (2) definierenden geometrischen Eigenschaften ermittelt wird.
10. Verfahren zur Durchführung einer kontinuierlichen oder diskreten Messung eines hohlen oder reliefartigen Profils, welches in einer ebenen Oberfläche eines Papier- oder Kartonmaterials (1) eingebracht oder erzeugt ist, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es die Sichtbarmachung der Positionierung der Meßvorrichtung mittels eines Videobildschirmes vor der tatsächlichen Durchführung der Messung umfaßt.
DE69511606T 1994-04-12 1995-04-06 Vorrichtung zur Profilmessung einer ebenen Oberfläche Expired - Fee Related DE69511606T2 (de)

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