DE2227436B2 - Vorrichtung zur erfassung des profils eines werkstueckes - Google Patents

Description

richtung etwa entsprechen. Aus der Zeitverschie- so ist das Balkenformbild des Rasters, das auf der bung dieser Impulse gegenüber einem gewissen Stan- Oberfläche des Prüflings entsteht oder von dort redard-Zeitintervall, welches einem vorgegebenen Pro- flektiert wird, sehr klar und scharf, wie es F i g. 1 a fil entspricht, lassen sich die Oberflächen-Abwei- zeigt. Besitzt jedoch der Prüfling eine rauhe Oberchungen des streifenförmigen Prüflings bestimmen. 5 fläche mit mikroskopisch kleinen Unebenheiten, so Dabei werden die Impulse entsprechend dem Zen- wird das projizierte Licht gestreut und man erhält ein trum bzw. hellsten Punkt des Lichtrasters in Abtast- verschwommenes Bild entsprechend F i g. 1 L. Auf richtung bestimmt, so daß örtliche Verunreinigun- der Sichtplatte einer Bildröhre der Fernseheinrickgen oder Deformationen der Oberfläche, welche zu tung entstehen also in Abhängigkeit von der Oberfläeiner Streuung des Bildes führen, keinen nachteiligen io chenstniktur des Prüflings entweder bei glatter Ober-Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben. Es ist leicht fläche ein Bild gemäß F i g. 2 a oder bei rauher Obereinzusehen, daß die Vorrichtung nach der Erfindung fläche das Bild der F i g. 2 b. Das auf dem Prüfling vielfältig eingesetzt werden kann. Ais weiterer Vor- abgebildete oder vom Prüfling reflektierte Licht zug ist zu erwähnen, daß sich eine derartige Vorrich- werde beispielsweise mit fünf Abtastlinien Γ, 2', 3', tung mit sehr geringen Kosten aufbauen läßt und bei i₅ 4' und S' in Längsrichtung des Lichtrasters, d.h. quer Wartung und Betrieb nur einen geringen Aufwand zur Längsachse des Prüflings, abgetastet. In diesem erfordert. Falle erhält man den in F i g. 3 gezeigten zeitlichen

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungs- Verlauf der Bildsignalspannung. In Fig.3 ist dabei beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung an die Bildsignalspannung längs der Ordinate und die Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt ₂₀ Zeit längs der Abszisse aufgetragen. Hat der Priif-

F i g. 1 a und 1 b schematisch die Beziehung zwi- ling, wie in F i g. 2 a gezeig.., eine reflektierende sehen einem auf ein Werkstück projizierten Lichtra- Oberfläche, so ist die Bildfläche, die mit der dritten ster und der Oberflächenbeschaffenheii des Werk- Abtastlinie 3' abgetastet wird, sehr strahlend, da die Stückes, dritte Abtastzeile längs des auf engem Raum konzen-

F i g. 2 a und 2 b schematisch den Abtastvorgang 25 trierten Lichtrasters verläuft. Man erhält also mit der bei einem bekannten Verfahren und Lichtrastern ent- dritten Abiastzeile 3' eine Bildsignalspannung, die sprechend den F i g. 1 a und Ib, (F i g. 3 a) größer ist als die, welche die Abtastzei-

F ig. 3 a und 3b den Spannungsverlauf bei Abta- len 1', 2', 4' und 5' ergeber. Außerdem bleibt die stung der F i g. 2 a bzw. 2 b, Größe der Bildsignalspannung während der Abtast-

Fig. 4a eine Darstellung entsprechend Fig. 2a 30 zeit Jf, konstant. Wird jedoch das Lichtraster auf oder 2 b bei einer Prüflingsoberfläche mit örtlichen einen Pruning projiziert, der eine rauhere Oberfläche Verunreinigungen oder Deformationen, besitzt, so wird das Licht gestreut und es vergrößert

F i g. 4 b die bei Abtastung gemäß F i g. 4 a entste- sich die Breite des balkenförmigen Lichttasters hende Signalspannung, (F i g. 2 b). Dadurch wird die Helligkeit des Bildes

F i g. 5 a und 5 b schematisch die Abtastung bei 35 pro Flächeneinheit verkleinert. Es ergibt sich dann einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und bei eine höhere Bildsignalspannung längs der Abtastzeieinem Werkstück mit glatter bzw. rauher Oberfläche, len 2', 3' und 4' (F i g. 3 b). Außerden* erhält man in

F i g 6 a und 6 b die Bildsignalspannungen zu den den Bereichen höherer Spannung, die sich über einen Fig. 5 aund 5 b, Zeitraum Jf, erstrecken, zusätzlich schmale Span-

F i g. 7 a eine Darstellung entsprechend F i g. 5 a 40 nungsspitzen, wie dies in F i g. 3 b veranschaulicht ist. und 5 b bei Vorhandensein örtlicher Oberflächenver- Es ist also leicht verständlich, daß bei dem be-

unreinigungen oder -deformationen, kannten Meßverfahren die Messung durch die Ober-

Fig.7b den Bildsignalspannungsverlauf zu flächenbeschaffenheit des Prüflings beeinflußt wird F i g. 7 a, und es unmöglich ist, das gesamte, genaue Profil

F i g. 7 c die den jeweils hellsten Punkten in den 45 eines streifenförmigen Prüflings mit den Bildsigna-Abtastzeilen entsprechenden Impulse in ihrem zeitli- len auszumessen oder zu erfassen,
chen Verlauf, In Fig. 4a ist weiter der Sachverhalt bei einem

F i g. 8 a ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei- Prüfling erläutert, der zur Erzeugung einer rauheren spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bzw. porigen Oberfläche gewalzt ist. In diesem Falle

F i g. 8 b erläuternd die Einstellung bzw. Vorgabe 50 erhält das aufprojizierte Lichtraster die aus F i g. 4 a der Abtastzeilen, ersichtliche Form. Dies ergibt eine Bildsignalspan-

F i g. 9 a bis 9 c die sich bei Projektion eines bal- nung entsprechend F i g. 4 b. Der Darstellung der kenförmigen Lichtrasters auf einen Werkstückstrei- Fig.4b i i zu entnehmen, daß die Änderung der fen in Abhängigkeit von dessen Oberfläche bzw. Pro- Bildsignalspannung, die man in den Abtastzeilen Γ fil ergebenden Bilder, 55 bis 5' erhält sehr unregelmäßig ist. Es wird also eine

Fig. 10a eine Darstellung entsprechend F i g. 7 a genaue Messung schier unmöglich,
bei einem Werkstück-Profil gemäß F i g. 9 b, d. h. mit In F i g. 8 ist nun schematisch ein Blockschaltbild

abgesenktem oder erhöhtem Mittelstück des Prüf- einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, lings, a Öiese Vorrichtung weist eine Lichtquelle 2 auf, die

Fig. 10b den Bildspannungssignalverlauf zu 60 seitlich und senkrecht zu einem längeren, streffenfÖr-Fig. 10 aund migen Werkstück 1 aufgestellt ist, welches sieh in

Fig. 10c die aus der Bildsignalspannung gemäß Richtung d?s Pfeiles bewegt. Die Lichtquelle 1 proji-Fig. 10b erhaltene Impulsfolge, ziert ein längliches, balkenförmiges BUd 3 auf das

BevordasAusfvhrungsbeispielderVorrichtungnach streifenförmige Werkstück 1. Dieses projizierte BUd3 der Erfindung beschrieben werden soll, sei in Verbin- 65 liegt etwa im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung dung mit den Fig. 1 bis 4 das eingangs erwähnte, des Werkstückes. Mit einer Fernsehkamera4 wird bekannte optische Meßverfahren kurz erläutert. das projizierte BUd 3 quer zu seiner Längsachse, d. h.

Besitzt der Prüfling eine reflektierende Oberfläche, in Bewegungsrichtung des Werkstückes, abgetastet;

die mit der Kamera 4 erhaltenen Signale werden in sitzt, wobei zusätzlich Deformationen vorhanden seir einem Bildverstärkers verstärkt. Nachgeschaltet ist können. In diesem Falle erhält man das in Fig. 1Oe eine Detektorstufe oder ein Impulsgeber 6, mit dem gezeigte Projektionsbild, das mit fünf Abtastzeilen 1'

jeweils der hellste Punkt in den Abtastzeilen 1', 2', bis 5', die in Bewegungsrichtung des streifenförmiger

3'... erfaßt werden kann und Impulse in Abhängig- 5 Prüflings 1 liegen, abgetastet werden soll. In diesem keit von den erfaßten hellsten Punkten erzeugt wer- Falle erhält man für jede Abtastzeile die in Fig. 10b den können. Es ist weiterhin eine Stufe Λ zur Bild- gezeigte Beziehung zwischen der Signalspannung V

zeilenvorgabe und eine Bildzeilenselektivstufe 11 und der Zeit/₀. Die entstehende Signalspannung wird vorgesehen, mit denen eine der Abtastzeilen in Ab- mittels des Impulsgebers 6 (s.Fig.8) in die in

hängigkeit von den Impulsen ausgewählt werden io Fig. 10cgezeigten Impulse umgeformt,

kann, die die hellsten Punkte in den Abtastzeilen Γ Besitzt das streifenfflrmige Werkstück 1 eine ebene

bis ri repräsentieren. Nachgeschaltet sind eine Oat- Oberfläche, so ist der zeitliche Abstand zwischen be-

ter- oder Torstufe 7, eine Stufe mit logischen Ver- nachbauen Impulsen, die den Abtastzellen Γ bis 5'

knüpfungen oder eine Rechenstufe 8, ein linearer entsprechen, gleich I/. Im Falle des in Fig. 10a ge-

Kippspannungsgenerator 9, mit dem die Spannung Ii- 15 zeigten Projektionsbildes ist der Teil des Projektions-

near mit der Zeit vergrößert werden kann, und eine bildes 3, der mit der dritten Abtastzeile abgetastet

Auswertstufe 10 für Abweichungen. wird, nach oben ausgelenkt, so daß der Impuls, der

Das von der Lichtquelle 2 projizierte längliche der Abtastzeile 3' entspricht, bei der gewählten Dar-BiId 3 wird mit der Kamera 4 abgetastet. Die erhalte- Stellungsart nach links verschoben ist, wie es durch nen Signale werden an den PunktenI und II einem ao den ausgezogenen Impuls in Fig. 10c angedeutet ist. Monitor zugeführt. Hat das streifenförmige Werk- Dies bedeutet, daß der Zeitabstand zwischen den Imstück 1 eine reflektierende Oberfläche, so erhält man pulsen, die den Abtastzeilen V und 3' entsprechen, als Bild eine scharfe Linie. Ist jedoch die Oberfläche der Beziehung At¹KiAt entspricht. In entsprechendes streifenförmigen Werkstückes 1 rauh, porenför- der Weise genügt das Zeitintervall zwischen den Immig oder porös, so beobachtet man als Bild eine rela- 15 pulsen, die den Abtastzeilen 3' und 4' entsprechen tiv breite Linie. der Beziehung. ί t" > A t (s. F i g. 10 c).

Es sei nun angenommen, daß der Lichtstreifen 3 Um eine der Abtastzeilen, beispielsweise die

mit fünf Abtastlinien Γ bis 5' abgetastet wird. In die- Zeile Γ, hinsichtlich der Lage der Impulse !' bis 5'

sem Falle zeigt die überwachung bei einem streifen- zu überprüfen, die die hellsten Punkte in den Abtast-

förmigen Prüfling mit einer reflektierenden Ober- 30 zeilen Γ bis 5' repräsentieren, und die Prüf- bzw.

fläche ein Bild entsprechend Fig. 5 a und bei einem VorgaiXiciicii I' bis η vorgesehen, mit denen über

streifenförmigen Prüfling mit einer porösen Ober- die Bildzeilenselektivstufe U ein Impuls erzeugt

fläche ein Bild entsprechend F i g. 5 b. Hieraus erhält wird, durch den die gewünschte Abtastzeile, z. B. 1'.

man bei Abtasten gemäß der Erfindung den in den ausgewählt wird. Der Impuls, der den hellsten Punkt

F i g. 6 a und 6 b dargestellten Bildspannungsverlauf. 35 in der zu überprüfenden Abtastzeile repräsentiert In F i g. 6 ist wiederum die Signalspannung längs der und der Impuls der Bildzeilenselektivstufe 11 werden Ordinate und die Zeit längs der Abszisse aufgetra- der Gatterstufe? zugeführt. Der Ausgang der Stufe 7

gen. Jede Abtastzeile ergibt dabei eine Spitze bzw. ist mit dem logischen Schaltkreise verbunden. Das

ein Maximum. Ausgangssignal des logischen Schaltkreise« 8 wird

Falls die Oberfläche des streifenförmigen Werk- 4» einem Spannungsgenerator 9 zugeführt, dessen Ausstückes 1 örtlich verunreinigt oder deformiert ist, wie gang mit der Auswertstufe 10 für die Abweichung vcres in F i g. 7 a angedeutet ist, so werden die Spitzen bunden ist. In der Detektorstufe für die Abweichuni: bzw. Maxima der Abtastzeilen Γ, 3' und S' breiter wird der Mittelpunkt des zu prüfenden Impulses heals die Spitzen der Abtastzeilen 2'und 4', wie aus stimmt, womit Aufschluß über das Profil des cni-F i g. 7 b ersichtlich ist. Werden bei einem derartigen 45 sprechenden Flächenstückes des streifenfflrmigcn Bildsignalspannungsverlauf jedoch entsprechend der Werkstückes! erhalten wird, das mit der ANaM Erfindung mit dem Impulsgeber 6 Rechteckimpulse zeile Γ abgetastet wurde. Die jeweiligen Werte k<inerzeugt. so erhält man Spannungs-Impulssignale wie nen auch über die Torschaltung7 mittels einer R-.-sie ir der Fig.7c gezeigt sind. Die Impulse sind in chenstufe erhalten werden, die an Stelle des logzeitlicher Abhängigkeit von den Spitzen der Abtast- 50 sehen Schaltkreises 8, des Spanmmgsgitrs 9 und signale erzeugt. Die Spitzenfona hat jedoch an sieb, der Auswertstufe lfl> for die Anngzt wieFig_/7cerkennen!aßt,kemeöEmfInß. werdenkann.

In F i g. 9 sind drei Beispiele für die Relation zwi- In der beschriebenen Weise werden die Abtastzeischen der Oberflächenbeschaffenheit eines streifen- Jen 1', 2', 3', ... und rf nacheinander überprüft so förmigen Prüflings und dem Bild 3, das mit der 55 daß die Abweichung der Impukstelhingen Γ, 2', bis Lichtquelle 2 auf den Prüfling projiziert wird, erläu- if von der korrekten Stellung (bei vöTHg ebener tert. Ist die Oberfläche des Prfiffings I eben, so erhält Oberfläche) erhalten werden. Auf diese Weise wird man, entsprechend Fig.9a, ein gerades, streifenfor- die Abweichung der Oberflächenkonfiauration des nriges Projektionsbild. Besitzt die Oberfläche des streifenförmigen Prüflings 2 von einer Standard-Prüflings ] in ihrem Mittelstück eine Erhebung oder &> Oberfläche erfaßt und ausgemessen. Absenkung, so zeigt das Projektionsbild fan Zentrum Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße optieine Ausbiegung, wie es in F1 g. 9 b dargestellt ist. sehe Vorrichtung nicht auf das an Hand des Ausfüh-Besitzt die Oberfläche z.B. längs der Seitenkanien rangsbeispiels beschriebene Abtastverrahren be-Abfarickungen, so ist das Büd an beiden Enden ent- schränkt, bei dem das Lichtraster genau unter einem sprechend Fig.9cabgebogen. 65 rechten Wrnkel zn einer Rasterkaste abgetastet

Nachfolgend soll beispielsweise die Erfassung »orde. Das Abtastverfahrea kann viefanehr mehrfach

einer Oberfläche beschrieben werden, die in ihrem variiert werden, sofern die Abtastung <mer zor

Mittelstück eine Erhebung oder eme Absenkung be- Längsachse des Rasterbildes erfolgt. Hierzu 2 Blatt Zddtnoagea

Claims (1)

1 O 2

Patentanspruch- Rauhigkeit der Oberfläche des Prüflings, so daß es

^μ " unmöglich ist, in jedem Falle genau das Oberflächen-

Vorrichtung zur Erfassung des Profils der profil zu erfassen. Hierbei muß noch berücksichtigt Oberfläche eines streifenförmigen Werkstückes in werden, daß manche streifenförmigen Produkte abdessen Querrichtung, wobei ein gerades Lichtra- 5 sichtlich gewalzt sind, um eine rauhere bzw. porige ster, z. B. ein Lichtbalken od. dgl., auf die Ober- Oberfläche zu erhalten, in welchem Falle eine Befläche des Werkstückes etwa senkrecht zu dessen schichtung bzw. ein Anstrich besser hält. Andere Längsachse projiziert wird und eine Fernsehka- streifenförmige Werkstücke sind aus dr.n verschiemera das Lichtrasterbild, dessen Form sich in densten Gründen örtlich verunreinigt oder defor-Abhängigkeit vom Profil des Werkstückes an- ₁₀ miert.

dert, abtastet, dadurch gekennzeich- Um die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten ausn e t, daß die Fernsehkamera (4) das Lichtraster- zuschalten wurde auch bereits ein Verfahren vorgebild (3) in Längsrichtung des streifenförmigen schlagen, bei dem mit einer Begrenzerstufe die Bild-Werkstückes (1) in mehreren Abtastzeilen (I' signalspannung auf einen Wert begrenzt wird, der bis n') abtastet und ein Impulsgeber (6) die hell- i₅ kleiner als ein vorgegebener Spannungswert ist. Dies sten Punkte der von einer Detektorstufe bei jeder ermöglicht es, das tatsächliche Lichtraster, welches Abtastzeile erhaltenen elektrischen Signale in auf die Oberfläche des Prüflings projiziert wurde, zu Rechteckimpulse umformt, und daß eine Stufe reproduzieren. Man kann auf diese Weise im allge- (A) zur Bi'dzeilenvorgabe und eine Bildzeilen-Se- meinen das Profil eines streifenförmigen Werkstüklektivstufe ^H) die Abtastzeilen (I'... n') nach- ao kes erfassen. Ein derartiges Vorgehen hat jedoch den einander auswählt und ein nachgeschalteter line- Nachteil, daß die Messung durch örtliche Verunreiarer Kippspannungsgenerator (9) sowie eine Aus- nigungen oder Deformationen in der Oberfläche unwertstufe (10) nacheinander die Abu chung der günstig beeinflußt wird. Es ist daher ein solches Ver-Zeitintervalle (A f, Λ t") zwischen den einzelnen fahren auf streifenförmige Prüflinge mit einer reflek-Rechteckimpulsen der Abtastzeilen von einem 25 tierenden Oberfläche beschränkt,
vorgegebenen Standard-Zeitintervall (J i) bestim- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, men. eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welche ein genaues Erfassen und Ausmessen von Werkstückprofilen, insbesondere der Plan-Die Erfindurj betrifft eine Vorrichtung zur Erfas- 30 heit der Oberfläche eines streifenförmigen Werkstüksung des Profils der Oberfläch» eines streifenförmi- kes, gestattet, ohne daß örtliche Verunreinigungen gen Werkstückes in dessen Querrichtung, wobei ein oder Deformationen der Oberfläche der Werkstücke, gerades Lichtraster, z. B. ein L 'chtbalken od. dgl., durch die die Form des aufprojizierten und reflekauf die Oberfläche des Werkstückes etwa senkrecht tierten Lichtrasterbildes unregelmäßig wird, die Prozu dessen Längsachse projiziert wird und eine Fern- 35 filmessung ungünstig beeinflussen können,
sehkamera das Lichtrasterbild, dessen Form sich in Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch Abhängigkeit vom Profil des Werkstückes ändert, gelöst, daß die Fernsehkamera las Lichtrasterbild in abtastet. Längsrichtung des streifenförmigen Werkstückes in Die Vorrichtung nach der Erfindung ist bevorzugt mehreren Abtastzeilen abtastet und ein Impulsgeber zur Ermittlung der Planheit der Oberfläche eines 40 die hellsten Punkte der von einer Detektorstufe bei streifenförmigen Werkstückes bestimmt. jeder Abtastzeile erhaltenen elektrischen Signale in Es sind verschiedene optische Meßmethoden be- Rechteckimpulse umformt, und daß eine Stufe zur kannt, um das Maß der Unebenheit der Oberfläche Bildzeilenvorgabe und eine Bildzeilen-Selektivstufe von streifenförmigen oder bandförmigen Werkstük- die Abtastzeilen nacheinander auswählt und ein ken bzw. Werkstoffen zu erfassen und genau auszu- 45 nachgeschalteter linearer Kippspannungsgenerator messen. Bei einem dieser Verfahren, von dem die Er- sowie eine Auswertstufe nacheinander die Abweifindung ausgeht, welches mit einer industriellen chung der Zeitintervalle zwischen den einzelnen Fernseheinrichtung arbeitet, wird ein Lichtraster, Rechteckimpulsen der Abtastzeilen von einem vorgebeispielsweise ein Lichtstreifen, auf die Oberfläche gegebenen Standard-Zeitintervall bestimmen,
des Werkstückes projiziert und das Lichtrasterbild, 50 Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird ein dessen Form sich in Abhängigkeit vom Profil bzw. optisches Raster, beispielsweise ein Balken, ein Fleck der Unebenheit der Oberfläche des Werkstückes an- oder ein ähnliches Muster, was an sich bekannt ist, dert, abgetastet. Das Maß der Unebenheit des Werk- auf ein streifenförmiges oder bandähnliches Werkstückes kann in diesem Falle aus der Abweichung stück projiziert, das z. B. ein Kunststoffstreifen, ein des projizierten bzw. reflektierten Lichtrasters von 55 Papierstreifen, eine Glasplatte od. dgl. sein kann. Es dem Lichtraster bei ebener Oberfläche ermittelt wer- wäre auch möglich, das Muster auf den streifenförden. Dieses Vorgehen hat eine Reihe von Mangeln. migen Prüfling zu projizieren und von diesem auf Insbesondere ist nachteilig, daß die Messung durch einen Bildschirm oder eine ähnliche Einrichtung re-..die Oberfläcjjenbeschaffenheit des Werkstückes un- ,flektierenzu lassen» Außerderü könnte auch die soge-"günstig beeinflußt wird. Besitzt der Prüfling nämlich 60 nannte »Zerlegungsmethode« benutzt werden, bei eine reflektierende Oberfläche, so ist das Rasterbild, der ein reflektiertes Bild, ein virtuelles Bild oder ein welches von der Oberfläche reflektiert wird, sehr klar zerlegtes Bild eines optischen Rasters verwendet und scharf. Besitzt dagegen der Prüfling eine rauhe wird. Die so erhaltene Abbildung wird mit einer Ka-Oberfläche mit kleinen Unebenheiten, so wird das mera mit Zeilenverlauf in Bewegungsrichtung des aufprojizierte Licht bei der Reflexion gestreut, und 65 streifenförmigen Prüflings abgetastet, um so die Abman erhält ein verschwommenes Bild. Infolgedessen bildung in elektrische Signale umzuformen. Aus den ergeben sich auf der Bildröhre einer Fernseheinrich- elektrischen Signalen werden dann Impulse gewontung unterschiedliche Bilder in Abhängigkeit von der nen, die jeweils dem hellsten Zeilenpunkt in Abtast-