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Verfahren zur Breitenmessung von Gegenständen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Breitenmessung von Gegenständen, insbesondere von handförmigem
Gut, das sich an der Meßstelle vorbeibewegt. Dabei wird mittels einer Fernsehkamera
ein Bildsignal erzeugt, welches aus einer Folge von angenäherten Rechteckimpulsen
besteht, deren Vorder-und Rückflanken den Kanten des Gegenstandes entsprechen.
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Nach einem derartigen bekannten Verfahren wird in nur einer Zeile
mit relativ geringer Frequenz abgetastet und das Auflösungsvermögen der Bildaufnahmeröhre
nur in der Abtastrichtung voll ausgenutzt, wogegen die Auflösung in der dazu senkrechten
Richtung gering ist. Dabei wird die wirksame Fläche der lichtempfindlichen Schicht
der Bildaufnahmeröhre vollständig oder fast vollständig abgetastet. Bei diesem Verfahren
wird die Meßgenauigkeit dadurch herabgesetzt, daß die einzige Zeile entweder mit
einem sehr breiten, in vertikaler Richtung auseinandergezogenen Elektronenstrahl
(wobei die lange Achse des Strahlendurchmessers nie genau senkrecht zur Zeile in
Abtastrichtung verläuft) abgetastet wird oder daß die abgetastete Fläche durch Ävobbelung
in vertikaler Richtung vergrößert wird. Bei der Wobbelung wird der Abtastweg länger,
und es entstehen Unlinearitäten, welche ebenfalls die Meßgenauigkeit herabsetzen.
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Außerdem ist ein Verfahren zur berührungslosen Längenmessung unter
Verwendung eines lichtelektrischen Elementes, z. B. einer Photozelle bekannt, wobei
zwischen dem Meßobjekt und dem lichtelektrischen Element ein lichtundurchlässiges
und mit einer Schlitzblende versehenes Band mit konstanter und bestimmbarer Geschwindigkeit
bewegt wird. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren den Nachteil aufweist, ein mechanisch
bewegtes Band zu verwenden, dessen Geschwin digkeit immer nur bis zu einem gewissen
begrenzten Genauigkeitsgrad konstant gehalten werden kann, geht die Erfindung einen
völlig anderen Weg.
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Nach einem weiteren bekannten Verfahren zur Breitenmessung von Gegenständen
wird mittels je einer Fernsehkamera je eine Kante des bandförmigen Gutes derart
aufgenommen, daß sich die entsprechenden Bilder der Bandkanten - bei gleichzeitiger
Sichtbarmachung auf einem einzigen Bildschirm - in einem Punkt schneiden. Bei Breitenänderungen
bewegt sich dann dieser Schnittpunkt der Bandkantenbilder auf der Winkelhalbierenden
der beiden Bilder. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß zwei Fernsehkameras erforderlich
sind, so daß also sowohl die Herstellungskosten der Anlage als auch die Wartungskosten
relativ hoch sind. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin,
daß es bei geringen Abmessungen des zu messenden Bandes (gegenüber den Abmessungen
der beiden Fernsehkameras) nur unter
großem Aufwand an optischen Mitteln anwendbar
ist.
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Die Einstellung der Meßgenauigkeit erfolgt nach diesem bekannten Verfahren
durch örtliche Justierung der Fernsehkameras, da auf diese Weise der Winkel, den
die Bandkantenbilder miteinander einschließen, eingestellt wird. Auch bei Ausmessung
verschieden breiter Bänder muß in den meisten Fällen ebenfalls jeweils eine neuerliche
mechanische Justierung mindestens einer der Fernsehkameras vorgenommen werden. Im
Laboratorium können derartige mechanische Justierungen allenfalls relativ einfach
vorgenommen werden. In Fertigungsbetrieben jedoch, z. B. über dem Fließband, ist
eine derartige Justierung nachteiligerweise wesentlich schwieriger durchzuführen,
und wenn dies öfters erforderlich ist, müssen eigene Vorrichtungen zur Verdrehung
bzw. zur Verschiebung der Kameras angeordnet werden.
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Die Erfindung bezweckt, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden,
und bietet außerdem noch einige weiter unten zu erwähnende Vorteile.
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Erfindungsgemäß wird zu jedem Rechteckimpuls des von der Fernsehkamera
gelieferten Videosignals je ein relativ kurzer Bezugsimpuls und je ein relativ kurzer
Meßimpuls erzeugt, und auf einem Fernsehbildschirm wird sowohl die Folge der Meßimpulse
als auch die Folge der Bezugs impulse derart sichtbar gemacht, daß sich die entsprechenden
Kurvenzüge (angenäherte Geraden) schneiden. Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden
die Bezugsimpulse in bezug auf eine der Flanken der Rechteckimpulse um eine konstante
Zeitdifferenz versetzt. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Meßimpulse
- in bezug auf die andere der Flanken der Rechteckimpulse - in entsprechenden Zeilen
einanderfolgender Bilder eine konstante Zeitdifferenz und in benachbarten Zeilen
ein und desselben Bildes um eine stetig größer werdende Zeitdifferenz zeitlich versetzt.
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Im Vergleich zu einem der eingangs genannten bekannten Verfahren
- nach dem die lichtempfindliche Schicht der Bildaufnahmeröhre fast vollständig
beim Überfahren einer einzigen Zeile abgetastet wird -liefert die Erfindung genauere
Meßwerte.
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Gegenüber einem anderen der bekannten Verfahren - bei dem zwei Kameras
verwendet werden - bietet die Erfindung die Vorteile, daß nur eine einzige Kamera
erforderlich ist, daß nur ein Auswechseln der serienmäßig hergestellten Kameraoptik
notwendig ist, wenn die Abmessungen des auszumessenden Gegenstandes sehr klein im
Vergleich zur Fernsehkamera sind, und daß die Einstellung der Meßgenauigkeit auf
rein elektrischem Wege - etwa durch Verdrehen eines Potentiometers - bewirkt wird
und nicht durch relativ umständliche mechanische Justierung. Bei Ausmessung verschieden
breiter Bänder kann die notwendig werdende Einstellung ebenfalls auf rein elektrischem
Wege durchgeführt werden und nicht durch mechanische Verschiebung mindestens einer
der Fernsehkameras. Wenn derartige Änderungen. insbesondere relativ häufig. vorgenommen
werden müssen, dann erübrigen sich alle Vorrichtungen zur Verdrehung und Verschiebung
der Kameras, wie sie nach dem bekannten Verfahren erforderlich sind.
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In vielen Fällen ist es zweckmäßig. mit der Fernsehkamera nicht nur
den Gegenstand. sondern auch gleichzeitig eine Vorlage (Muster) aufzunehmen, so
daß die angenäherten Rechteckimpulse des Bildsignals teilweise vom Gegenstand und
teilweise von der Vorlage herrühren. Auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers werden
dann außer den beiden sich schneidenden Geraden, welche den Kanten des Gegenstandes
entsprechen. auch weitere Geraden sichtbar, welche der Vorlage entsprechen. Da für
die WIessung der Breite die Lage der Schnittpunkte maßgebend ist, kann also auf
diese Weise die Istbreite direkt mit der Sollbreite verglichen werden. Diese Art
der NIessung bietet außerdem den Vorteil, daß Unlinearitäten der Ablenkeinrichtungen
größtenteils sowohl bei der Abtastung des Gegenstandes als auch bei derjenigen der
Vorlage in gleicher Weise in das Meßergebnis eingehen. so daß der resultierende
Fehler nur sehr gering ist.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der
Fig. 1 bis 4 näher erläutert, wobei in mehreren Figuren vorkommende gleiche Bauteile
mit gleichen Ziffern bezeichnet werden. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltanordnung zur
Breitenmessung eines Bandes, Fig. 2 Impulsfolgen zur Erzeugung der Bezugs- und Aleßimpulse.
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Fig. 3 eine Schaltanordnung und Impulsfolgen bei gleichzeitiger Aufnahme
eines Bandes und einer Vorlage; Fig. 4 Impulsfolgen zur Erzeugung der Bezugs- und
AIeßimpulse bei einem Zwischenzeilenverfahren.
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In der Schaltanordnung, welche in Fig. 1 schematisch dargestellt
wurde, wird mittels einer Fernsehkamera 1 ein sich bewegendes Band 2 aufgenommen
(welches entsprechend beleuchtet wird), dabei die Folge der Rechteckimpulse a gewonnen
und der Differenzierstufe 3 zugeführt. Die Fernsehkamera 1 ist derart orientiert,
daß die Horizontalabtastrichtung angenähert senkrecht auf der Bewegungsrichtung
des Bandes 2 steht. Die Impulsfolge a wurde auch in Fig. 2 prinzipiell dargestellt,
wobei wegen der einfacheren Darstellung nur vier Al>tastzeilen angenommen wurden.
Das Videosignal eines derartigen Bildes besteht also in diesem Fall nur aus den
eingezeichneten Ab-
schnitten Z, bis Z4. Vom Ausgang der Differenzierstufe 3 wird
die Impulsfolge b der Trennstufe4 zugeführt, in der die Impulsanteile negativer
Polarität c dem Sägezahngenerator 5 zugeführt werden, welcher die Impulsfolge e
erzeugt. Die Sägezahnimpulse der Impulsfolge e werden dabei derart erzeugt, daß
sich bei Änderungen der Rückflanken der Rechteckimpulse a auch die Sägezahnimpulsee
zeitlich verschieben Im Sägezahngenerator 6 wird eine rasterfrequente Folge von
Sägezahnimpulsen f erzeugt und gemeinsam mit den Sägezahnimpulsen e der Mischstufe
7 zugeleitet. worin durch additive Mischung die Impulsfolge g entsteht. Durch doppelseitige
Begrenzung wird in Stufe 8 ein schmaler Amplitudenbereich 9 abgeschnitten und durch
nachfolgende Übersteuerung und Abschneidung in Stufe 11 die ImpulsfolgeS gewonnen.
Diese Impulsfolge h wird dann der Differenzierstufe 12 und der Abschneidestufe 13
zugeleitet und die dabei erzeugte Impulsfolge k in Stufe 14 in die Impulsfolge ni
umgewandelt. Die einzelnen Impulse der Impulsfolge m sind gegenüber den Rückflanken
der Rechteckimpulse a um die stetig größer werdenden Zeitdifferenzen ht bis h4 versetzt.
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In der Trennstufe 4 werden die Impulse d abgespalten und nach Verformung
in Stufe 15 in Rechteckimpulse 1 umgewandelt, welche entweder gleichzeitig wie die
Vorderflanken der Impulsfolge a oder mit konstanter Verzögerung diesen gegenüber
auftreten. Die Impulsfolgen 1 und m werden dann der Mischstufe 16 zugeleitet und
die erzeugte Impulsfolge 11 auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers 17 sichtbar
gemacht, so daß sich die Geraden G1 und G,, ergeben, die sich im Punkt P schneiden.
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Bei Änderungen der auszumessenden Distanz D des Bandes 2 verschiebt
sich entweder die Vorder- oder die Riiclcflanke der Rechteckimpulse a, oder es erfolgt
eine zeitliche Verschiebung von beiden Impulsflanken.
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Infolge derartiger Impulsflankenverschiebungen verschieben sich auch
die Impulse I und/oder m, so daß sich der Punkt P in Pfeilrichtung verschiebt. Je
kleiner die Amplitude der Impulsfolge f ist, desto kleiner ist auch der Winkel a,
und desto größer ist die Verschiebung des Punktes P in Pfeilrichtung. Dahingegen
erfolgt bei einer seitlichen Verschiebung des Bandes 2 keine Verschiebung des Punktes
P in Pfeilrichtung, sondern in der dazu senkrechten Richtung der strichpunktierten
Linie.
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Um eine bestimmte Einstellung des Punktes P in Richtung der strichpunktierten
Linie vorzunehmen, kann man gewisse elektrische Einstellungen entsprechend abändern.
Es sind dies die Amplitude der Sägezahnimpulse e, die Stellung des Begrenzers bei
der doppelseitigen Begrenzung der Impulsfolge g und die Verzögerung der Impulsfolge
I gegenüber den Vorderflanken der Impulse a. Auf diese Weise läßt sich also das
Meßverfahren in einfacher Weise durch eine elektrische Einstellung zur Messung eines
breiteren oder schmäleren Bandes umstellen, ohne daß, wie bei den eingangs erwähnten
bekannten Verfahren, eine mechanische Justierung mindestens einer der Fernsehkameras
erforderlich wäre.
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Um die Verschiebung des Punktes P in Pfeilrichtung besser beurteilen
zu können, ist es grundsätzlich möglich, auf dem Schirm des Empfängers 17 eine durchsichtige
Skala anzubringen. Allerdings werden sich dabei gewisse Fehler, die durch unlineare
Kippströme entstehen, nur auf die Lage des Punktes P übertragen, nicht aber auf
die fest angebrachte Skala, so daß es zu einer gewissen Fehlanzeige kommt. Um diese
Fehlanzeige möglichst klein zu halten, kann man
(relativ teure)
Ablenksysteme verwenden, die möglichst lineare Kippströme liefern sollen.
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Die Impulse ei könnte man z. B. auch mittels Sägezahnimpulsen p in
Abhängigkeit von der Vorderflanke der Impulse a erzeugen, sofern die Impulse der
Impulsfolge I gleichzeitig oder mit konstanter Verzögerung gegenüber den Rückflanken
der Impulsfolge ci erzeugt werden.
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Schließlich ist es auch möglich, mittels der Impulsfolge n (welche
von der Breite D des Bandes abhängig ist) eine Regelspannung abzuleiten und damit
die Steuerung von Maschinenteilen, z. B. zur Konstanthaltung der Breite D, zu bewirken.
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In Fig. 3 wurde eine Schaltanordnung und Impulsfolgen bei gleichzeitiger
Aufnahme eines Bandes und einer Vorlage schematisch dargestellt. Die Fernsehkamera
1 nimmt also sowohl das Band 2 auf als auch die Vorlage 20, welche eine Sollbreite
D' aufweist.
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Die Horizontalabtastrichtung der Fernsehkamera 1 soll wieder angenähert
senkrecht auf die Bewegungsrichtung des Bandes 2 sein. Die von der Fernsehkamera
1 gelieferten Videosignale wurden als Impulsfolgea' dargestellt, wobei zwecks einfacher
Darstellung angenommen wurde, daß sich ein Bild nur aus den drei Zeiten entsprechend
den Abschnitten 21', Z2' und 23' zusammensetzt.
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Ähnlich wie in der Schaltanordnung nach Fig. 1 wird zu jedem der
Rechteckimpulse n' je ein Sägezahnimpuls e' erzeugt und mit der weiteren Sägezahnimpulsfolge
P additiv gemischt. Aus der dabei entstehenden Impulsfolge g' wird wieder durch
doppelseitige Begrenzung, Übersteuerung und Abschneidung die Impulsfolge 11.' gewonnen
und schließlich die Impulsfolge n' abgeleitet. In jeder Zeile entstehen dann Impulse
I und ei in Abhängigkeit von den Breiten D und D' des Bandes 2 und der Vorlage 20.
Auf dem Bildschirm des Empfängers 17 sind dann außer den Geraden Gt und Cm mit dem
Schnittpunkt P auch die Geraden Gl' und GmZ mit dem Schnittpunkt P' zu ersehen.
Da das Band 2 und die Vorlage 20 fast gleichzeitig abgetastet werden, bewirken Unlinearitäten
der Ablenkspannungen annähernd die gleichen Fehler bei der Sichtbarmachung der Punkte
P und P', so daß eine Fehlanzeige wie bei feststehender Skala weitgehend vermieden
wird.
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In manchen Fällen ist es vorteilhafter, auf einer Seite des Bandes
2 eine Vorlage mit minimal zulässigen Abmessungen und auf der anderen Seite des
Bandes 2 eine weitere Vorlage mit maximal zulässigen Abmessungen anzubringen, so
daß also pro Zeile drei Rechteckimpulse erzeugt werden und auf dem Bildschirm des
Empfängers 17 drei Paare von Geraden sichtbar werden. Die Schnittpunkte der beiden
äußeren Geradenpaare geben dann die Toleranzen an, innerhalb der der Schnittpunkt
des mittleren Geradenpaares variieren darf.
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In Fig. 4 wurden Impulsfolgen zur Erzeugung der Bezugs- und Meßimpulse
unter Zugrundelegung eines Zwischenzeilenverfahrens schematisch dargestellt. Dabei
setzt sich die vollständige Abtastung eines Bildes aus den beiden Rastern R1 und
R2 (Halbbilder) zu-
sammen, wobei zwecks einfacher Darstellung nur insgesamt sieben
Zeilen entsprechend den Abschnitten Z" bis Z7" dargestellt wurden. Die Impulsfolgen
a", e", f", g", h" und n" entsprechen den Impulsfolgen a, e, f, g, h und n nach
Fig. 2. Allerdings ist die Impulsfolge f" rasterfrequent, d. h., bei zwei Rastern
pro Bild entfallen zwei Perioden der Impulsfolge f" auf ein Bild.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Breitenmessung von Gegenständen,
insbesondere von bandförmigem Gut, das sich an der Meßstelle vorbeibewegt, unter
Verwendung einer Fernsehkamera, wobei ein Bildsignal erzeugt wird, welches aus einer
Folge von angenäherten Rechteckimpulsen besteht, deren Vorder- und Rückflanken den
Kanten des Gegenstandes entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Rechteckimpuls
(a) je ein relativ kurzer Bezugsimpuls (1) und je ein relativ kurzer Meßimpuls (m)
erzeugt werden, daß die Bezugsimpulse (1) in bezug auf eine der Flanken (Vorder-
bzw.
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Rückflanken der Rechteckimpulse) um eine konstaut Zeitdifferenz (>
0) versetzt sind, daß die Meßimpulse (ei) - in bezug auf die andere der Flanken
(Rück- bzw. Vorderflanken der Rechteckimpulse) - in entsprechenden Zeilen einanderfolgender
Bilder eine konstante Zeitdifferenz und in benachbarten Zeilen ein und desselben
Bildes um eine stetig größer werdende Zeitdifferenz zeitlich versetzt sind und daß
sowohl die Folge der Meßimpulse (ei) als auch die Folge der Bezugsimpulse (I) auf
einem Fernsehbildschirm derart sichtbar gemacht werden, daß sich die entsprechenden
Kurvenzüge (Gl, Cm, Gel', Gm; angenäherte Geraden) schneiden.