DE940066C

DE940066C - Verfahren und Vorrichtung zur Messung paralleler Kanten an fest-stehendem oder durchlaufendem Gut, vorzugsweise bandfoermigem Gut

Info

Publication number: DE940066C
Application number: DEE9301A
Authority: DE
Inventors: Heribert Kirchgaesser; Hans-Georg Dipl-Ing Leser
Original assignee: EXATEST GES fur MESSTECHNIK M
Current assignee: EXATEST GES fur MESSTECHNIK M
Priority date: 1954-02-06
Filing date: 1954-07-20
Publication date: 1956-04-19
Also published as: GB835561A; CH323646A; LU33690A1; CH347982A; GB787385A; LU32663A1; FR68712E; DE962940C; GB810982A; BE549837A; FR75467E; FR75466E; LU34259A1; DE928200C; FR75460E; CH341318A; BE527027A; BE549711A; DE959854C; GB835024A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Breite, des Durchmessers bzw. des Abstandes paralleler Kanten an Gegenständen an sich beliebiger Art, vorzugsweise von bandförmigem Gut, insbesondere zur kontinuierlichen Messung von sich bewegendem Gut.

Gemäß dem Hauptpatent wird bei der Breitenmessung das Bild der Kanten des Gegenstandes, z. B. jeder Bandkante optisch erfaßt und mittels einer Optik gemeinsam auf einer Meßfläche, ζ. Β. einer Mattscheibe, geometrisch abgebildet. Die Messung erfolgt mittels einer Skala oder einer Fotozelle auf Grund einer Lichtmenge auf der Meßfläche. Man überträgt vorteilhaft die Bilder der Kanten auf die Meßfläche mit optischen Mitteln so, daß das Abbild der einen Kante zum Abbild der anderen Kante auf der Meßfläche senkrecht steht. Sobald der Schnittpunkt sich auf einer um 45 ° geneigten Geraden bewegt, ist keine Abweichung von der Sollbreite vorhanden. Das Band hat sich dann nur insgesamt seitlich verschoben. Liegt dagegen der Schnittpunkt der Abbilder der Bandkanten auf einer Parallelen hierzu, so liegt eine Abweichung von der Sollbreite vor.

Die Erfindung hat eine weitere Ausgestaltung einer solchen Breitenmessung zum Gegenstand. Bei dem rein optischen Erfassen der Kanten oder sonstiger

Merkmale des Gegenstandes ist man gehalten, die Ablesung des Meßergebnisses in der Nähe der Meßstelle selbst vorzunehmen, da die Längen der Meßstrahlen, um zu große Verdunkelung zu vermeiden, gering gehalten werden müssen. Bei der Messung von Warmwalzgut macht sich dies störend bemerkbar,, da infolge der- ausstrahlenden Wärme des Walzgutes ein Aufenthalt des Ablesers in der Nähe des Walzgutes nicht immer möglich ist. Es ist außerdem erwünscht,

ίο daß das Meßergebnis nicht nur für den Kontrolleur, sondern auch für andere Personen, z. B. den Walzmeister, Betriebsleiter u. dgl., zumindest aus großer Entfernung sichtbar oder über weite Strecken zugänglich und möglichst auch von beliebiger Stelle aus ablesbar ist.

Zur Erleichterung des Ablesens, unabhängig von dem Meßort, und zur Verbesserung des Meßergebnisses wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Breitenmessung zur unmittelbaren oder 'mittelbaren Übertragung des Meßergebnisses auf optischem und elektrischem Wege vorteilhaft mit Hilfe von Fernsehgeräten durchzuführen. Bei der mittelbaren Methode läßt sich das Meßergebnis an beliebigen Stellen der Betriebsstätte oder auch sonst sichtbar machen, indem durch Einschaltung einer Fernsehanlage das Bild der Mattscheibe oder des Meßrohres, d.h. des Meßergebnisses selbst, an beliebige Stellen in mehr oder minder großer Entfernung übertragen wird. Noch vorteil- - hafter ist die unmittelbare Methode. Hierbei wird das Bild jeder Kante oder jedes zu messenden Punktes des Gegenstandes mittels je einer Fernsehkamera aufgenommen. Diese Bilder werden gemeinsam auf einen Bildschirm eines Fernsehempfängers abgebildet, wobei die Abweichung von der Sollbreite mit einer auf dem Bildschirm angebrachten Skala gemessen wird. Damit die Abbilder der einen mit der Fernsehkamera aufgenommenen Kante mit dem Abbild der anderen aufgenommenen Kante auf der Meßfläche sich schneiden können, werden erfindungsgemäß die optischen Achsen der Fernsehkameras zueinander schräg gestellt. Hierbei können entweder eine oder beide Fernsehkameras um ihre optischen Achsen zueinander verdreht werden. Der Schnittpunkt der gekreuzten Bandkanten auf der Meßfläche ist der Meßpunkt. Bei seitlicher Parallelverschiebung des Bandes bewegt er sich auf einer Senkrechten zur Winkelhalbierenden des Winkels zwischen den beiden Abbildungen der Bandkanten. Bei Änderung der Breite des Bandes od. dgl. geht er auf eine Parallele zu obiger Senkrechten über.

Das Ablesen auf der Meßfläche des Fernsehempfängers wird durch Anordnung einer Schar von Parallelen erleichtert, die senkrecht zur Winkelhalbierenden des Schnittwinkels zwischen den beiden Abbildern der Bandkanten stehen.

Je nach der Größe der Drehung der optischen Achsen der Fernsehkameras zueinander erhält man ein verschiedenes Anzeigemaß für die Breitenabweichung und für die Parallelverschiebung des zu messenden Gegenstandes bei derselben Übertragung. Vorzugsweise wird der Verdrehungswinkel der optischen Achsen der Fernsehkameras so gewählt, daß das Anzeigemaß der Breitenabweichung gegenüber dem Anzeigemaß für die Parallelverschiebung wesentlich größer erscheint.

Bei entsprechender Verkleinerung auf dem Bildschirm kann man erreichen, daß die Wiedergabe des Anzeigemaßes der Parallelverschiebung, die für die eigentliche Breitenmessung nicht interessiert, unbeachtlich werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat mehrfache Vorteile. Man erzielt eine leichte -Übertragbarkeit des Bildes der Kanten od. dgl. des zu messenden Gegenstandes über Draht oder drahtlos an beliebige Stellen der Betriebsstätte. Es kann ein großer Abstand der Aufnahmeapparatur, d. h. der Fernsehkameras, von dem zu messenden Gut eingehalten werden. Eine Beeinträchtigung durch ausstrahlende Wärme bei Warmwalzgut ist dadurch unterbunden. Man hat mit einfachen Mitteln lediglich durch die gegenseitige Verdrehung der optischen Achsen der Fernsehkameras eine Möglichkeit in der Hand, die Meßwerte auf dem Bildschirm so einzurichten, daß die Breitenabweichung gegenüber der Parallelverschiebung des zu messenden Gegenstandes in den Vordergrund gerückt und deutlicher sichtbar gemacht wird. Es ist nicht schwierig, die Diagonalskalen in verschiedenen Maßstäben auf dem Bildschirm zu signalisieren. Außerdem kann der Bildschirm so verdreht werden, daß die Skalenstriche senkrecht oder waagerecht erscheinen und somit eine einfache Ablesung ermöglichen. Auch konstruktiv ergibt sich eine wesentliche Erleichterung der Verbesserung. Man erhält eine einfache Anlage, die im wesentlichen aus zwei Fernsehkameras und einem Fernsehempfänger besteht. Gegenüber der rein optischen Apparatur erzielt man auch eine Verbilligung des gesamten Meßgerätes.

Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Prinzipskizzen im einzelnen erläutert.

In den Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung in zwei verschiedenen Stellungen der Fernsehkameras in schematischer Darstellung gezeigt.

Die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen die Einwirkungen auf das Meßergebnis bei Breitenänderung und Parallelverschiebung des zu messenden Gegenstandes.

Fig. 6 und 7 zeigen je einen Ausschnitt des sich auf dem Bildschirm ergebenden Meßergebnisses in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 8 ist eine vorteilhafte Ausführung dargestellt.

In den Figuren bedeutet 1 der zu messende Gegenstand, z. B. ein Band, mit den Bandkanten« und b. Die Fernsehkameras sind mit 2 und 3 bezeichnet. Die aufgenommenen Abbilder der Fernsehkameras werden auf einen gemeinsamen Fernsehempfänger 4 über Draht oder drahtlos übertragen. Die Begrenzungsseiten des aufzunehmenden Bildes an den Fernsehkameras sind mit 5 bezeichnet. Die Mittellinie des aufzunehmenden Gegenstandes, z. B. des Bandes 1, hat das Kennzeichen X.

Wenn gemäß Fig. 1 zwei Fernsehkameras 2 und 3 mit ihren Längsachsen parallel zu den Bandkanten a und δ des Bandes 1 und bezüglich ihrer Seiten 5 in zueinander identischer Lage sind, so verlaufen die Abbildungen dieser Bandkanten O₁, S₁ auf dem Bildschirm 4 des Fernsehempfängers zueinander parallel. Bei entsprechender Seitenverschiebung der Fernseh-

kameras 2 und 3 ist es möglich, die Abbildungen der Bandkanten a_x und S₁ beliebig zu verschieben. Unter Voraussetzung genauer seitlicher Führung des Walzbandes kann die Änderung des Abstandes der Parallelen Ci₁ und O₁ ein Maß für die Änderung der Breite des Walzgutes darstellen.

Wird eine Fernsehkamera um ihre optische Achse um den Winkel φ verdreht, z. B. Kamera 2 in Fig. 2, so kreuzen sich die Abbildungen der Bandkanten O₁ und S₁ auf dem Bildschirm des Empfängers im Schnittpunkt S unter diesem Verdrehungswinkel φ.

Ändert sich die Breite des Walzgutes (vgl. Fig. 3) unter der Voraussetzung, daß die Mittelachse χ des Bandes sich nicht parallel verschiebt um d (d. h. die Bandkanten α und δ verschieben sich in gestrichelt gezeichnete Stellung a' bzw. V), so verschiebt sich das Bild der Kante A₁ parallel entsprechend dem gewählten

Abbildungsmaßstab um die Strecke — nach Ci₁ und

entsprechend B₁ nach O₁'. Der Schnittpunkt S wandert hierbei auf der Winkelhalbierenden w des Winkels φ zwischen den beiden Kanten a_x und O₁ bzw. U₁' und S₁' von S nach S'.

Verschiebt sich (Fig. 4) bei konstanter Breite des Bandes die Mittelachsen parallel zu ihrer ursprünglichen Lage um den Betrag p, so verschieben sich die entsprechenden Bandkanten a_x parallel um den Abstand P₁ nach a_x und It₁ parallel um den Abstand P₁ nach O₁'. Der Schnittpunkt der beiden Bandkanten S wandert auf der Normalen η zur Winkelhalbierenden w nach S'.

Wird auf dem Bildschirm 4 eine Skala 6 (vgl. Fig. 5), bestehend aus Normalen n, sichtbar gemacht, so stellt deren Abstand s voneinander ein Maß für die Breitenabweichung des Bandes dar. Bei konstanter Breite wandert der Schnittpunkt 5, falls Parallelverschiebungen der Bandachse χ auftreten, auf einer der Breite zugehörigen Normalen. Ändert sich die Breite, so verschiebt sich der Schnittpunkt S zu einer anderen Normalen und wandert auf dieser entsprechend den Parallelverschiebungen der Bandachse x. In Fig. 5 ist dargestellt, wie der Schnittpunkt S bei konstanter Breite des Walzgutes wegen einer Parallelverschiebung der Bandachse χ auf ein und derselben Normalen η nach S' und wie der Schnittpunkt 5 bei Parallelverschiebung des Bandachse χ und gleichzeitiger Breitenänderung von S nach 5' oder von S' nach dem Schnittpunkt S" der beiden abgebildeten Bandkanten A₁" und B₁" sich verschiebt.

Fig. 6 zeigt in Vergrößerung den Einfluß der Breitenänderung gemäß Fig. 3. Bei einer reinen Breitenänderung ergibt sich der Abstand SS' = e = Abstand der beiden Normalen ns, ns> voneinander zu

e =

sm

(ι)

Fig. 7 zeigt in Vergrößerung den Einfluß der Parallelverschiebung um p der Bandachse χ bei konstanter Breite gemäß Fig. 4. Der Abstand 5 S' errechnet sich aus:

= sm ■

• Ψ

sm —

(3) in (4) eingesetzt ergibt:

(2)

• ψ

sm —

φ 2

2 φ

COS — 2

_f=

cos

(5)

(6)

Aus den Beziehungen (1) und (6) ergibt sich, daß bei kleinem φ der Weg des Schnittpunktes bei Breitenabweichung e groß gegen den Weg des Schnittpunktes bei Parallelverschiebung der Bandachse χ wird.

Ein Vergleich zeigt unter der Voraussetzung, daß die Beträge der Breitenabweichung d und der Parallelverschiebung p einander gleich sein sollen, folgende Werte:

= 90°, d=p,

ίΖ	e 7	2
2		o,7i
^e ~ sin 45°
f *	o,7i
cos 45°
Anzeigeverhältnis	= o,5,
η =

0,7

(7)

(8)

d. h. die Auswanderung des Schnittpunktes wegen Axialverschiebung ist doppelt so groß wie die Auswanderung wegen Breitenabweichung.

Soll die Auswanderung wegen Axialverschiebung gleich der Auswanderung wegen Breitenabweichung sein (η = ι), so errechnet sich φ zu:

e-f =

	sin	JL	COS	^.
		2		2
	sin
2		2

= 0, (9)

(10)

COS

und wegen d =

¥- ^26,6°,

P_ir, _{= 1}v^53,2°.

(12)

(13)

ίο Für d_x = e_x wird der zugehörige Winkel φ mit (i) ermittelt zu:

= R₁ — (^₁ .

hieraus

sin 9?,j

• 9?

2 sin — = ι,

φ = 6o°.

(14) (15)

(17)

2 SUl ·

COS

cos 30

■ = — cos 30⁰=0,87

ft

(18)

Gleichung (18) zeigt, daß für e_x = d_x · η < ι, also die Auswanderung wegen Parallelvers'chiebung der Bandachse größer ist als die wegen Breitenabweichung.

Um die Ablesung bequemer zu gestalten, kommt es darauf an, e_x 5> P₁ zu gestalten, d. h. einen möglichst kleinen Winkel φ vorzusehen. Im Beispiel sei

— (Bogen) = sin — = 0,03

2 2

— ca 1,12° mit (1) wird wiederum:

d_x

2 · 0,03

0,06

16,8 Ci₁ (19)

und

Aus Gleichung (6) ist ersichtlich, daß f bei sehr kleinen Winkern ψ ungefähr gleich J)₁ werden kann, jedoch nicht kleiner als J)₁.

Durch Verkleinerung des Bildmaßstabes auf dem Bildschirm im Vergleich zu den wirklichen Abweichungen des Bandes, läßt sich bei hinreichend genauer Ablesung der Breitenabweichung die Wiedergabe der Axialverschiebung so verkleinern, daß sie für das Auge des Ablesers nur noch, wenig bemerkbar wird. Ist beispielsweise die Breitenabweichung des Bandes d = 1 mm und die Axialverschiebung ρ=τ mm, so ergibt sich bei einem Vergrößerungsmaßstab zwischen Band und Bildschirm von 1:1 eine Auswanderung des Meßpunktes infolge Breitenabweichung

β = i6 mm

und wegen Parallelverschiebung f = ι mm .

Bei einer Verkleinerung von 1:4 wird auf dem Bildschirm abgelesen

e = 4mm,
f = 0,25 mm;

f ist hier also nur noch schwer für das Auge zu erkennen.

Da in häufigen Fällen bei genügend großem An-Zeigeverhältnis η die Wiedergabe der Parallelverschiebung, da klein gegen die Wiedergabe der Breitenabweichung, die Ablesung nur unwesentlich beeinträchtigt, läßt sich durch Vergrößerung auf dem Bildschirm eine genaue und auf größere Entfernungen ablesbare Ablesung der Breitenabweichung ermöglichen.

Eine weitere Vereinfachung der Ablesung läßt sich durch Verdrehung des Empfängers entsprechend φ erzielen, so daß die die Breitenabweichung darstellenden Skalenteile waagerecht (Fig. 8) oder senkrecht stehen. Durch Wahl geeigneter Lichtquellen und Lichtfilter vor den Fernsehkameras wird auf dem Bildschirm eine scharfe Kontrastwirkung zwischen den vom Band bedeckten und nicht bedeckten Flächen verursacht, die ebenfalls dazu beiträgt, die Ablesung zu erleichtern.

Bezüglich der Anordnung der Anlage ist zu beachten, daß die Verbindungslinie zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Kameras senkrecht zu den parallelen Bandkanten verläuft. Verdreht sich die Bandkante χ in der Bandebene, so läßt sich dieser Zustand durch entsprechende Verdrehung der miteinander verbundenen Kameras um eine den optischen Achsen der Kameras parallele Achse wieder erreichen.

Eine andere Möglichkeit, bei einer derartigen Verdrehung der Bandachse eine richtige Ablesung zu erzielen, ist eine Verdrehung der Skala auf dem Bildschirm um den Verdrehungswinkel. Die richtige Einstellung kann durch auf der Skala angebrachte Markierungsstriche, die parallel zum Bild einer Bandkante verlaufen oder sich mit ihm decken müssen, kontrolliert werden. Bei dieser Methode laufen die Breitenskalen nicht mehr parallel zum Rahmen des rechteckigen Bildschirmes wie in Fig. 8.

Claims

PaTENTANSPBÜCHE:

i. Verfahren zur Breitenmessung von Gegenständen, vorzugsweise von bandförmigem Gut, das sich kontinuierlich an der Meßstelle vorbeibewegen kann, nach Patent 928 200, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitenmessung zur unmittelbaren oder mittelbaren Übertragung des Meßergebnisses auf optischem und elektrischem Wege mit Hilfe von Fernsehgeräten durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild jeder Bandkante mittels Fernsehkameras aufgenommen und diese Bilder gemeinsam auf einen Bildschirm eines Fernsehempfängers abgebildet werden, während die Abweichung von der Sollbreite mit einer auf dem Bildschirm angebrachten Skala' gemessen wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Fernsehkameras aufgenommenen Kanten des zu messenden Gegenstandes auf die Bildfläche des Fernsehempfängers so übertragen werden, daß die Abbilder der beiden Kanten sich schneiden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Fernsehkameras um ihre optischen Achsen zueinander verdreht werden, so daß auf der Meßfläche ein Schneiden der Kanten erfolgt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdrehungswinkel der optischen Achsen der Fernsehkameras gewählt wird, bei dem das Anzeigemaß der Breitenabweichung gegenüber dem Anzeigemaß für die Parallelverschiebung größer erscheint.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse der einen Fernsehkamera gegenüber der Achse der anderen Fernsehkamera in einem kleinen Winkel, vorzugsweise bis etwa 8 bis io°, verdreht wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Meßfläche des Fernsehempfängers eine Schar von Parallelen, die senkrecht zur Winkelhalbierenden des Schnittwinkels zwischen den beiden Abbildern der Kanten stehen, als Skala vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Skalenteilung fernsehoptisch

4.0 auf dem Meßschirm erscheint und die Abstände der Skalenteilung bzw. der Maßstab der Skala mittels einer Einstellvorrichtung veränderbar ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild auf der Meßfläche vergrößerbar und die Vergrößerung einstellbar ist.
10. Vorrichtung nach den, Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala in der Ebene des Bildschirmes verdrehbar ist, wodurch eine Anpassung der Skala an eine aufgetretene Verdrehung der Bandachse in der Bandebene ermöglicht wird.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fernsehkameras quer zur Bewegungsrichtung des zu messenden Gegenstandes, z. B. des Bandes, zueinander verschiebbar sind, so daß bei Eichung der Meßanordnung durch Verschieben der optischen Achsen der beiden Fernsehkameras der Schnittpunkt der Abbilder der Kanten auf dem Meßbild sich mit einer vorgegebenen Diagonalen der Skala deckt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den beiden Fernsehkameras bestehende System in der Ebene parallel zur Bandebene verdrehbar ist und dadurch eine Angleichung des Meßsystems an die Richtung der Bandachse ermöglicht wird.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Skalendiagonalen auf dem Bildschirm verschiebbar sind, so daß eine bestimmte Diagonale auf das vorgegebene Bild des Schnittpunktes der Abbilder der- Kanten verschiebbar ist.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildschirm um seine optische Achse so drehbar ist, daß die Skalendiagonalen nicht mehr als Diagonalen, sondern als senkrecht oder waagerecht liegende Teilstriche im Bild erscheinen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

S09 690 4.