DE10063786A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen eines Gegenstandes - Google Patents

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

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 ver­ schmutzt war oder Fehler aufweisen. Auch Rauhig­ keitsunterschiede unterschiedlicher Gegenstände können zu verschiedenen Messergebnissen führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich­ tung und ein Verfahren zum Vermessen von Gegenstän­ den 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 aus­ gehen und eine Messstrecke durchlaufen, auf eine Kamera gerichtet werden und dass die die Messstre­ cke durchlaufenden Lichtstrahlen von dem zu vermes­ senden Gegenstand beeinflussbar sind. Mit Hilfe der Lichtquelle wird also unmittelbar in der Kamera ein Schattenbild, also eine Hell-/Dunkelstruktur er­ zeugt, anhand derer der Gegenstand vermessen wird. Es sind also nicht, wie bei herkömmlichen Verfah­ ren, von der Oberfläche des zu vermessenden Gegen­ standes reflektierte Lichtstrahlen, die zu dessen Vermessung herangezogen werden, sondern eben unmit­ telbar die Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle zur Kamera gelangen.

Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung, die eine helle, aktiv leuch­ tende Fläche als Lichtquelle umfasst. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Messvorrichtung ist eine zweidimensionale Vermessung des Gegenstandes möglich. Es können somit auf einfache Weise zahl­ reiche 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 Mess­ strecke 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 mit­ tels des durch die Lochblende erzeugten hellen Lichtpunkts, also durch dessen Hell-/Dunkcel­ struktur, eine Vermessung des Gegenstandes möglich wird.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übri­ gen Unteransprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren ge­ mäß Anspruch 20 vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass mit Hilfe einer Lichtquelle, de­ ren Lichtstrahlen eine Messstrecke durchlaufen und auf die Kamera fallen, eine Hell-/Dunkelstruktur in dieser erzeugt wird, um einen Gegenstand zu vermes­ sen. Bei der Hell-/Dunkelstruktur kann es sich um ein Schattenbild des Gegenstands in der Kamera oder aber um einen Lichtpunkt handeln, der mit Hilfe ei­ ner 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 erge­ ben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zum Vermessen eines Gegenstandes;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vor­ richtung zur Erfassung der Länge einer von einer Windemaschine hergestellten Fe­ der;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vor­ richtung zur Erfassung der Länge einer unbelasteten Schraubenfeder;

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erfassung der Auslenkung einer Druckfeder unter Belastung und

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erfassung der Länge einer Feder.

Die Prinzipskizze gemäß Fig. 1 zeigt einer Mess­ vorrichtung 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 Ge­ genstand 11 die Lichtstrahlen 7, die die Messstre­ cke 9 durchlaufen, beeinflussen, so dass in der Ka­ mera eine Hell-/Dunkelstruktur erzeugt, das heißt abgebildet wird. Die von der Kamera erzeugten Sig­ nale werden über eine Leitung 15 einer Auswertungs­ einheit 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 über­ wachen und beeinflussen kann. Die Auswertungsein­ heit 17 kann außerdem mit einer Sortiereinrichtung 19 zusammenwirken, die die vermessenen Gegen­ stände verschiedenen Klassen zuordnet. Beispiels­ weise kann bei einer Längenmessung die unterschied­ liche Abweichung von einem Sollmaß dazu verwendet werden, die Gegenstände zu klassifizieren und zu sortieren. Gegebenenfalls kann auch mit der Sor­ tiereinrichtung 19 einer Zähleinrichtung 21 kombiniert werden, das die Anzahl der in die verschiede­ nen Klassen fallenden Gegenstände und/oder die Ge­ samtanzahl 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 ge­ leitet werden können.

In der Prinzipskizze gemäß Fig. 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 Aus­ führungsbeispiel der Fall ist. Die genannten Mess­ prinzipien werden anhand der im Folgenden wiederge­ gebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Für beide Grundprinzipien ist vorgesehen, dass es sich bei der Lichtquelle 5 um eine aktive Licht­ quelle handelt, die Licht verschiedener Wellenlänge abgibt, auch unsichtbares Licht. Bei der Erzeugung einer Hell-/Dunkelstruktur in Form eines Schatten­ bildes im Inneren der Kamera weist die Lichtquelle 5 eine helle, aktiv leuchtende Fläche 25 auf, um möglichst große Bereiche des zu vermessenden Ge­ genstandes 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 er­ fassen.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 1, die zusammen mit einer Windema­ schine 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 senk­ recht zur Bildebene von Fig. 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 Folienbe­ leuchtung 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 Auswertungseinrich­ tung 17 verbunden, die von der Windemaschine 27 hergestellte Federn hier in fünf verschiedene Klas­ sen sortieren kann. Mit der Auswertungseinrichtung 17 ist hier auch eine Längenregelung 32 verbunden. Diese steuert eine Schneideinrichtung der Windema­ schine 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 Längenun­ terschiede werden von der Matrixkamera 3 erfasst und ausgewertet, um Schraubenfedern 29 verschiede­ ner Länge in der Sortiereinrichtung 19 zu klassie­ ren.

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, vermes­ sen werden kann. Dabei findet eine zweidimensionale Messung statt. Die Messstrecke 9 ist in einem vor­ bestimmten Abstand zur Windemaschine 27 insbesonde­ re zur Austrittsöffnung, aus der die Feder aus­ tritt, angeordnet, so dass nach Herstellung einer Referenzfeder die in der Windemaschine 27 herge­ stellten Federn mit dem Referenzmaß verglichen wer­ den können. Wenn das Messfeld der Matrixkamera 3 groß genug ist, beziehungsweise wenn entsprechend kleine Schraubenfedern 29 hergestellt werden sol­ len, 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 Schraubenfe­ der 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 Mess­ fensters auf dem Monitor 31 kann auch der Windungs­ abstand der Feder erfasst werden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel wird also auf der Matrixkamera 3 ein Schat­ tenbild der Schraubenfeder 29 abgebildet und zwar mit Hilfe der aus der Lichtquelle 5 austretenden Lichtstrahlen 7, die auf die Matrixkamera 3 gerich­ tet sind und die Messstrecke 9 durchlaufen. Bei der Messung entsteht also eine Hell-/Dunkelstruktur be­ ziehungsweise ein Schattenbild, aus dem die ge­ wünschten Daten bestimmt werden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel der Messvorrichtung 1 findet also eine dyna­ mische Messung statt. Während des Herstellvorgangs der Schraubenfeder 29 wird das aus der Windemaschine 27 tretende Ende der Feder erfasst und vermes­ sen, 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 Schneidvor­ richtung aktiviert wird. Es können also im Betrieb der Windemaschine 27 Vibrationen auftreten, die auch zu einer Unschärfe der Hell-/Dunkelstruktur in der Matrixkamera 3 führen. Um diese zu kompensie­ ren, kann die Lichtquelle 5 gepulstes Licht abge­ ben. Die Lichtblitze müssen so kurz sein, dass wäh­ rend der Erzeugung der Hell-/Dunkelstruktur auftre­ tende Bewegungen nicht zu einer Unschärfe des Bil­ des führen können. Denkbar ist es auch, eine Kamera mit kurzer Belichtungszeit zu verwenden, um Bewe­ gungen des zu vermessenden Gegenstandes, also der Schraubenfeder 29, zu kompensieren.

Es zeigt sich, dass bei einer beispielhaft ausge­ wählten Kamera das Messfenster circa 40 × 30 mm groß sein kann, dass die Auflösung circa 6 µm beträgt und die Messgenauigkeit circa 0,02 mm. Zur Kompen­ sation von Bewegungen und um eine möglichst genaue Längenmessung zu ermöglichen, sind bis zu zehn Mes­ sungen 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 Ausfüh­ rungsbeispiele der Messvorrichtung, auch für die unten noch erwähnte Zeilenkamera.

Das zweite in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbei­ spiel der anhand von Fig. 1 erläuterten Messvor­ richtung 1 umfasst als Kamera beispielsweise wie­ derum eine Matrixkamera 3, außerdem eine Lichtquel­ le 5, die Lichtstrahlen 7 auf die Matrixkamera ab­ gibt, 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 defi­ nierten Abstand über einen Messtisch 37 angebracht, auf dessen Oberfläche 39 eine Schraubenfeder 29 aufgestellt ist. Es handelt sich hier um eine ge­ schliffene Schraubenfeder, also um eine Feder, de­ ren Enden plan geschliffen sind und die hier auf die Oberfläche 39 aufgestellt ist, um mittels der Messvorrichtung 1 deren Länge l₀ 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 da­ mit 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 10, 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 Fig. 3 erläuterte Ausführungsbei­ spiel 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 Schat­ tenbild, also eine Hell-/Dunkelstruktur, in der Matrixkamera abgebildet wird. Anstelle einer Mat­ rixkamera 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 Fig. 4 zeigt wiederum eine Messvorrichtung 1 mit einer als Mat­ rixkamera 3 ausgebildeten Kamera und einer Lichtquelle 5. Diese gibt punktiert angedeutete Licht­ strahlen 7 ab, die auf die Matrixkamera 3 auftref­ fen und eine Messstrecke 9 ausbilden. Anders als bei den anhand von Fig. 2 und 3 erläuterten Aus­ führungsbeispielen, ist hier der Lichtpfad abge­ knickt. 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 7d über, der von dem Spiegel 43c zur Matrixkamera 3 verläuft. Der Lichtstrahl 7 fällt also auch hier in die Kamera, wie bei den übrigen Ausführungsbeispie­ len. Der Strahlungsweg ist allerdings mehrfach ab­ geknickt.

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 Licht­ punkt in der Matrixkamera 3 abgebildet, also wie­ derum eine Hell-/Dunkelstruktur, wie sie anhand der vorangegangenen Figuren angesprochen wurde. Aller­ dings 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 reibungs­ los gelagert. Das Messloch der Lochblende 45 ist vorzugsweise zentrisch zur Schraubenfeder 29 ange­ ordnet.

Von der Matrixkamera 3 abgegebene Signale gelangen über eine Leitung 15 zu einer Auswertungseinrich­ tung 17, die einen Monitor 31 umfasst. Die Auswer­ tungseinrichtung 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 re­ sultierende Querkraft zu einer seitlichen Auslen­ kung 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 Mess­ loch, so dass der von der Lichtquelle 5 in der Mat­ rixkamera 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 wur­ de eine maximale Bewegungsfreiheit des Messaufbaus auf ±3 mm festgelegt. Die Verkippung der Messplatte 49 betrug weniger als 0,2°. Die Auflösung der Mat­ rixkamera betrug 2 µm. Es ergab sich eine Messge­ nauigkeit von 0,01 mm.

Die hier dargestellte Messvorrichtung 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Messstrecke 9 nicht un­ mittelbar durch ein Schattenbild des zu vermessen­ den Gegenstandes, also ein Schattenbild der Schrau­ benfeder 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 bil­ det.

Denkbar ist es auch, statt der Lochblende 45 am Messaufbau 47 beispielsweise einen Stift oder der­ gleichen anzubringen, der in eine Messstrecke 9 ragt, wie sie anhand der Fig. 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 beziehungs­ weise in einem auf dem Monitor 31 abgebildeten Messfenster verlagert.

Es ist also möglich, einen hellen Punkt mittels ei­ ner 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 verbun­ denen Blendenplatte 55 angebracht ist, kann auch ein gradliniger Lichtpfad beziehungsweise Licht­ strahl 7 von einer Lichtquelle 5 auf eine Matrixka­ mera 3 gerichtet und dort erfasst werden. Wie ge­ sagt kann anstelle des hellen Lichtpunkts auch ein Schatten eines Messzeigers erfasst werden, der mit dem Messaufbau 47 fest verbunden ist.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ei­ ner Vorrichtung zur Erfassung der Länge einer Fe­ der. Teile, die bereits anhand der vorangegangenen Figuren erläutert wurden, sind mit gleichen Bezugs­ ziffern versehen, so dass insofern auf die Be­ schreibung oben verwiesen wird.

Die in Fig. 5 dargestellte Messvorrichtung 1 um­ fasst 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 aus­ gebildet 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 7' entsteht, der letztlich die Messstrecke 9 ausbildet und der von dem zu vermessenden Gegenstand 11, hier beispielhaft von einer Schrau­ benfeder 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 Bei­ spiel anhand von Vergleichsmessungen mit einer Re­ ferenzfeder eingestellt wird. Wenn der Gegenstand 11 beziehungsweise die Schraubenfeder 29 in den Be­ reich zwischen die Prismen 69 und 71 eintritt, wird von dem Lichtstrahl 7 eine Hell-/Dunkelstruktur, nämlich ein Schattenbild in der Kamera 3 abgebil­ det.

Fig. 5 zeigt, dass der Lichtstrahl 7 im Wesentli­ chen V-förmig verläuft und dass der horizontal ver­ laufende 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 Kame­ ra 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 geeig­ nete 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 Fig. 5 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels der Messvorrichtung 1 kann als Mat­ rixkamera ausgebildet sein oder aber vorzugsweise als Zeilenkamera. Das schmale langgestreckte Mess­ fenster der Zeilenkamera verläuft vorzugsweise pa­ rallel 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 Fig. 5 wird deutlich, dass sowohl die Licht­ quelle 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. Außer­ dem wird durch den V-förmigen Verlauf des Licht­ strahls 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 Vib­ rationen oder störende Lichteinflüsse vermeiden zu können. Die oben beschriebenen Abhilfemaßnahmen können selbstverständlich bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wie auch bei allen an­ deren eingesetzt werden. Es sei hier noch darauf verwiesen, dass eine Zeilenkamera, wie sie anhand von Fig. 5 erläutert wurde, sehr wohl auch dazu eingesetzt werden kann, anstatt eines Schattenbilds einen hellen Lichtpunkt zu erfassen, der unter Ein­ wirkung des zu vermessenden Gegenstandes 11 verla­ gert wird. Mit Hilfe der Zeilenkamera kann aller­ dings nur eine quasi eindimensionale Verlagerung eines Lichtpunktes erfasst werden.

Die anhand von Fig. 5 erläuterten Prismen 69 und 71 können auch dazu verwendet werden, den zur Er­ zeugung einer Messstrecke 9 abgewinkelt verlaufen­ den Lichtstrahl bei einer Vorrichtung bereitzustel­ len, die anhand von Fig. 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 Fig. 1 bis 5 wird deut­ lich, 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 ausge­ henden Lichtstrahlen wird eine Messstrecke reali­ siert, 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 ent­ steht.

Um Störungen aus der Umgebung möglichst zu vermei­ den, 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 dar­ stellt, wird eine helle aktiv leuchtende Fläche 25 bevorzugt, die ein Messfeld entsprechender Größe ermöglicht. Innerhalb des Messfeldes können be­ stimmte Bereiche ausgewählt werden, um definierte Strukturen des zu vermessenden Gegenstandes zu er­ fassen.

Da die Kamera 3 nicht von dem zu vermessenden Ge­ genstand reflektiertes Licht erfasst, sondern un­ mittelbar das von der Lichtquelle abgegebene Licht, spielen Verschmutzungen des zu vermessenden Gegen­ standes und unterschiedliches Reflexionsverhalten von verschiedenen Bereichen seiner Oberfläche bei der Erfassung der Messwerte keinerlei störende Rol­ le.

Das Verfahren ist unabhängig davon, ob ein Schat­ tenbild 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 vermes­ senden Gegenstand beeinflusst wird, um damit auf diesen rückzuschließen. Es ist also möglich, unmit­ telbar das Schattenbild des Gegenstands zu erfassen oder, wie anhand von Fig. 4 erläutert, einen Lichtpunkt, dessen Position von dem zu vermessenden Gegenstand beeinflusst wird.

Das Messverfahren kann, ebenso wie die oben be­ schriebene Messvorrichtung, universell eingesetzt werden. Besonders bewährt haben sich das Verfahren und die Messvorrichtung bei der Vermessung von Fe­ dern, insbesondere Schraubenfedern, und zwar einer­ seits unmittelbar bei der Herstellung, also beim Austritt aus einer Windemaschine, aber auch ande­ rerseits nach weiteren Bearbeitungsvorgängen, also nach dem Planschleifen der Enden einer Schraubenfe­ der 29.

Wesentlich ist, dass das Messverfahren berührungs­ los arbeitet, also bei der Vermessung eines Gegen­ standes keinerlei Kräfte auf diesen ausgeübt wer­ den. Damit wird also ein unverfälschtes Messergeb­ nis 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 Fig. 5 erläutert - auch Prismen eingesetzt wer­ den, so dass aus einiger Entfernung unmittelbar an der Austrittstelle einer Feder bei einer Windema­ schine Messungen vorgenommen werden können.

Die der Kamera nachgeschaltete Auswertungseinrich­ tung 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 Fig. 1, 2, 3 und 5 erläutert, durch unmittelbare Erfassung eines Schattenbilds eines zu vermessenden Gegenstandes durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, qua­ si indirekte Messungen durchzuführen und eine Mess­ strecke 9 so zu legen, dass diese indirekt durch den zu vermessenden Gegenstand beeinflusst wird. Dies wurde anhand des in Fig. 4 dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert.

Das Verfahren und die Vorrichtung sind also univer­ sell 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 (21)

1. Vorrichtung zum Vermessen eines Gegenstandes mit einer Kamera, einer Lichtquelle und mit einer Mess­ strecke, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht­ strahlen (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) beein­ flussbar 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 ge­ kennzeichnet, dass der zu vermessende Gegenstand (29) zwischen der Lichtquelle (5) und der Kamera (3) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegen­ stand (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 An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spiegel (43a, 43b, 43c) und/oder ein Prisma vorgesehen ist, der/das in der Messstrecke (9) ange­ ordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstre­ cke (9) in einem definierten Abstand zu einem vor­ gegebenen Messpunkt verläuft.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrich­ tung 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 An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung zur Vermessung einer Feder, insbe­ sondere 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 Er­ fassung der Länge einer aus einer Windemaschine (27) auftretenden Feder dient.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Er­ fassung der Länge (l_o) einer auf einem Messtisch (37) aufgestellten Feder, insbesondere Schraubenfe­ der (29) dient.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, 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) beein­ flussbar 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 gekenn­ zeichnet, dass die Messvorrichtung eine Lagerung, insbesondere ein Luftlager (59) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Er­ fassung 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 An­ sprüche, gekennzeichnet durch, eine Sortiereinrich­ tung (19), die die vermessenden Gegenstände in Ab­ hängigkeit vom Messergebnis sortiert.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine mit der Sortiereinrichtung (19) zusam­ menwirkende Zähleinrichtung (21).

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, 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 Messvor­ richtung 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 gekenn­ zeichnet, dass eine Matrix- oder Zeilenkamera ver­ wendet wird.