DE2227436C3 - Vorrichtung zur Erfassung des Profils eines Werkstückes - Google Patents

Description

ein

vorgegebenen Standard-Zemntervall profü ^m f^^j^^nförorigen Produkte ab-

in welchem FaUe eme Bebesser halt Andere

Jrerfenfönnge We _vemnremigt oder defor-

densten orunaen

miert. _{d ermutcrten} Schwierigkeiten aus-

~i* Se^uch bereits ein Verfahren vorgejgi 5^ Begrenzerstufe dk>B,ld-Wert begrenzt wird_t der Spannur^swert ist Dies ^^ Lichtraster, welches defprüflings projiziert wurde zu ^Tauf diese Weise im allge- ^Sfenförmigen Werkstükvorgehen hat jedoch den du3i örtliche Verunrei-Oberfläche unto daher ein solches Ver-Sa» Prüflinge mit einer reflek-

eingang, erläuterten Art ™

kiemer

die

meinen

Nachteil, daß

Erfindung

3»

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur E** sung des Profils der Oberfläche eines streifenform.-gen Werkstückes in dessen Querrichtung, wobei ein lerades Lichtraster, z.B. ein Lichtbalken od dgl Lf die Oberfläche des Werkstückes etwa senkrecht zu dessen Längsachse projiziert w.rd und eine Fernsehkamera das Lichtrasterbild, dessen Form sich in SEhWeit vom ProfU des Werkstückes ändert, ^Vorrichtung nach der Erfindung ist bevorzugt _Zur Ermittlung der Planheit der Oberflache eines hen £

kes gesta

«Jcr ^Deformat,onen

durch ^ ^d«Jonn

Ät VeSJnTgunge« α _{äche der} werkstücke,

de^ _{rten und re}n_ek-

^ P._{lmäßig wird}, die ProinfluLo können, nach der Erfindung dadurch das Lichtrasterb.ld in

4<> elektrischen ^gnale m

fmdung ausgeht, welches m,t einer £

Fernseheinrichtung arbe.tet w,rd em ^cht.as.

beispielsweise ein Lichtstreifen, auf Jw Oberfläche des Werkstückes projiziert und das LichtrasterbiW, 5» dessen Form sich in Abhängigkeit vom Profil bzw. der Unebenheit der Oberfläche des Werkstückes andert, abgetastet. Das Maß der Unebenheit des Werk-Stückes kann in diesem Falle aus der Abweichung des projizierten bzw. reflektierten Lichtrasters von dem Lichtraster bei ebener Oberfläche ermittelt werden. Dieses Vorgehen hat eine Reihe von Mangeln Insbesondere ist nachteilig, daß die Messung durch #_e Oberflächenbeschaffenheit des Werkstuckes ungünstig beeinflußt wird. Besitzt der Prüflmg namhch Sie reflektierende Oberfläche, so ist das Rasterbild welches von der Oberfläche reflektiert jwd. sehr War ttfid scharf. Besitzt dagegen der Prüfung «J ™*J Oberfläche mit kleinen Unebenheiten, so wird das auf stuck

ihi

pulsen der Abtastzeile« von einem vorge-Standard-Zeitinterviül bestimmen. ^ _{ch def Erfindu}ng wird ein

beispielsweiK ein Balken, ein Fleck ^ _{Wils an sich} bekannt ist. £_{miges od}er bandähnliches Werk-β _Kunststoffstreifen, ein

_Glasplatte od. dgl. sein kann, ts _{> das} Muster auf den streifenfor- ^ projizieren und von diesem auf oder eine ähnliche Einrichtung re- £ _Außerdem könnte auch die soge_: methode« benutzt werden, b« _BUd ^ _yim^ Bild eder «in optischeü Rasters verwendet ^^m Abbildttftg wird Ah te Ka- ^t ^lenverlauf in Öfewegungsflchtung d« mera ™J« ρ^οί^ abgetastet, um se die Ab-

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 tedard-Zeitintervall, welches einem vorgegebenen Pro- flektiert wird, sehr klar und scharf, wie es Fig. 1 a til 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. I b. Auf richtung bestimmt, so daß örtliche Verunreinigun- der Sichtplatte einer Bildröhre der Fernseheinrichgen oder Deformationen der Oberfläche, welche zu tung entstehen also in Abhängigkeit von der Oberflpeiner Streuung des Bildes führen, keinen wachteiligen ia fhenstruktur des Prüflings eistwedei bei glatter Ober-Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben. Es ist leicht fläche ein Bild gemäß F ig. 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. Als weiterer Vor- abgebildete oder vom Prüfling reflektierte Licht zug ist zu erwähnen, daß skft eine derartige Vorrich- werde beispielsweise mit fünf Abtastlinicn Γ. 2', 3', tung mit sehr geringen Kosten aufbauen läßt und bei 15 4' und S' in Längsrichtung des Lichtrastcrs. 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. J ist dabei

beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung an die Bildsignalspannnng längs der Ordinate und die

Hand der Zeichnungen näher erläutert, hs zeigt ao Zeit längs der Abszisse ausgetragen. Hat der Prüf-

Fig. 1 a und I b schematisch die Beziehung zwi- ling, wie in Fig 2a gezeigt, eine reneklierende

sehen einem auf ein Werkstück prc^zierten Lichtra- Oberfläche, so ist die Bildfläche, die mit der dritten

ster und der Oberflächenbeschaffenheit des Werk- Abtastlinie 3' abgetastet wird, sehr strahlend, da die

Stückes, dritte Abtastzeile längs des auf engem Raum konzcn-

F i g. 2 a und 2 b schematisch den Abtastvorgang »5 trierten Lichtrasters verläuft. Man erhält also mit der

bei einem bekannten Verfahren und Lichtrastern ent- dritten Abtastzeile 3' eine Bildsignalspannung, die

sprechend den F i g. 1 a und Ib, (F i g. 3 a) grußer ist als die, welche die Abtastzei-

Fig. 3 a und 3b den Spannungsvcrlauf bei Abta- len Γ, 2'. 4' und 5' ergeben. Außerdem bleibt die

stungder Fig. 2abzw. 2b. Größe der Bildsignalspannung während der Abtast-

F ig. 4 a eine Darstellung entsprechend Fig. 2 a 30 zeit Ii₁ konstant. Wird jedoch das LichtruMer auf

oder 2 b bei einer Prüfiiiigsuln.·! fläche mit örtlichen einen Prüfling 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 cntstc- sich die Breite des balkcnförmigen Lichttasters

hende Signalspannung, (F ι g. 2 b). Dadurch wird die Helligkeit des Bildes

Fig. .Sa'und 5 b schematisch die Abtastung bei 35 pro Flächeneinheit \crkleincrt. Es ergibt sich dann

einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und bei eine höhere Bildsignalspunnung längs der AbtaMzei-

einem Werkstück mit glatter bzw. rauher Oberfläche, len 2', 3' und 4' (F i g. 3 b). Außerdem erhält man in

F i g. 6 a una 6 b die Bildsignalspannungen zu den den Bereichen höherer Spannung, die sich über einen

F i g. 5 a und 5 b, Zeitraum I f, erstrecken, zusätzlich schmale Span-

Fig.7a eine Darstellung entsprechend Fig. 5 a 40 nungsspitzen, wie dies in Fig. 3b veranschaulicht ist.

und 5 b bei Vorhandensein örtlicher Obcrflächenver- Es ist also leicht verständlich, daß bei dem hc-

unreinigungen oder -deformationcn. kannten Meßverfahren die Messung durch die Ober-

F ig. 7b den Bildsignalspannungsvcrlauf zu flächenbeschaffenheit des Prüflings beeinflußt wird

Fig.7a, und es unmöglich ist, das gesamte, genaue Profil

Fig. 7 c die den jeweils hellsten Punkten in den 45 eines streifenförmigen Prüflings mit den Bildsigna-Abtastzeilen entsprechenden Impulse in ihrem zeitli- len aus^umessen 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

Fig. 8b erläuternd die Einstellung bzw. Vorgabe 50 erhält das aufprojizierte Lichtrastcr die aus Fig 4a

der Abtastzeilen. ersichtliche Form. Dies ergibt eine Bildsienalspan-

F i g. 9 a bis 9 c die sich bei Projektion eines bal- nung entsprechend F i g. 4 b. Dc Darstellung der

kenförmigen Lichtrasters auf einen Werkstückstrei- F i g. 4 b ist zu entnehmen, daß die Änderung der

fen in Abhängigkeit von dessen Oberfläche bzw. Pro- Bildsignalspannung, die man in den Abtastzcilen Γ

fil ergebenden Bilder, 55 bis 5' erhält sehr unregelmäßig ist. Es wird also eine

Fig. 10 a eine Darstellung entsprechend Fig. 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, Diese Vorrichtung weist eine Lichtquelle! auf, die

Fig. 10b den Bildspannungssignalverlauf zu 60 seitlich und senkrecht zu einem längeren, streifenför-

Fig. 10aund migen Werkstück 1 aufgestellt ist, welches sich in

Fig. 10c die aus der Bildsignalspannung gemäß Richtung des Pfeiles bewegt. Die Lichtquelle2 proji-

F ig. 10b erhaltene Impulsfolge. ziert ein längliches, balkenförmiges Bild 3 auf das

Bevor das Ausführungsbeispiel der Vorrichtungnach streifenförmige Werkstück 1. Dieses projiziert Bild 3

der Erfindung beschrieben werden soll, sei in Verbin- 65 Hegt 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 Bild 3 quer zu seiner Längsachse, d. h.

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

dic mit der Kamera 4 erhaltenen Signale werden in sitzt, wobei zusätzlich Deformationen vorhanden sein dncm Bildverstärkers verstärkt. Nachgeschaltet ist können. In diesem Falle erhalt man das in Fig10a β nc Detektorstufe oder ein Impulsgeber 6, mit dem gezeigte Projektionsbdd, das mit fünf Abtastzeilen 1 ewcils der helSe Punkt in deS Abtastzeilen 1', 2', bis 5', die in Bewegungsrichtung des «ref nformigen 3' erfaßt werden kann und Impulse in Abhängig- 5 Prüflings 1 hegen, abgetastet werden soll. In diesem keil"von den erfaßten hellsten Punkten erzeugt wer- Falle erhält man fur jede Abtastzeile die in Fig.10b den können. Es ist weiterhin eine Stufe Λ zur Bild- gezeigte Beziehung zwischen der Signalspannung,V £Lvo£äbe und eine Bildzeilenselektivstufe 11 und ^er ^iI i_?· Die entstehende S.gnalspannung wird vorgesehen, mit denen eine der Abtastzeilen in Ab- mittel^ des Impulsgebers6 (s,Fig.?) in die in hängigkeit von den Impulsen ausgewählt werden io Fig. 10 c gezeigten Impulse umgeformt kann dte die hellsten Punkte in den Abtastzeilen 1' Besitzt das streifenförmig*ι Werkstuck 1 eine ebene

bis n' repräsentieren. Nachgeschaltet sind eine Gat- Oberfläche, so ist der zeitliche Abstand zwischen beter oder Torstufe 7, eine Stufe mit logischen Ver- nachbarten Impulsen, die den Abtastzeilen 1 bis 5 knünfuneen oder eine Rechenstufe 8, ein linearer entsprechen, gleich Δ t. Im Falle des in Fig. 10a ge-Kippspanmingsgenerator9, mit dem die Spannung Ii- is zeigten Projektionsbildes ist der Teil des Projektionsnearmit der Z*it vergrößert werden kann, und eine bildes 3, der mit der dritten Abtastzeile abgetastet Auswertstufe 10 für Abweichungen. wird, nach oben ausgelenkt, so daß der ImPuIs₁,der

Das von der Lichtquelle! projizierte längliche der Abtastzeile3 entspricht, bei der gewählten Dar-BiId 3 wird mit der Kamera 4 abgetastet. Die erhalte- Stellungsart nach links verschoben ist, wie es durch ncn SiEnale werden an den Punkten 1 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 2' und 3' entsprechen, als Bild eine scharfe Linie. Ist jedoch die Oberfläche der Beziehung .1 f < Λ ι entspricht. In entsprechendes strcifeniörmigen Werkstückes 1 rauh, porenför- der Weise genügt das Zeitintervall zwischen den Immie oder norös so beobachtet man als Bild eine rela- 95 pulsen, die den Abtastzeilen 3' und 4' entsprechen tiv breite Linie.' ^d«Beziehung J r"> Ii (s.Fig. 10c)

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 1' bis 5' scm Falle zeigt die Überwachung bei einem streifen- zu überprüfen, die die hellsten Punkte in den Abtastförmigen Prüfling mit einer reflektierenden Ober- 3° zeilen 1' bis 5' repräsentieren, sind die Prüf- bzw. fläche ein Bild entsprechend Fig.5a und bei einem Vorgabezeilen Γ bis n' vorgesehen, mit denen über streifenförmigen Prüfling mit einer porösen Ober- die Bildzeilenselektivstufe 11 ein Impuls erzeugt fläche ein Bild entsprechend F i g. 5 b. Hieraus erhält wird, durch den die gewünschte Abtastzeile, ζ. Β. Γ, man bei Abtasten gemäß der Erfindung den in den ausgewählt wird. Der Impuls, der den hellsten Punkt F i κ 6 a und 6 b dargestellten Bildspannungsverlauf. 35 in der zu überprüfenden Abtastzeile repräsentier« In Fig 6 ist wiederum die Signalspannung längs der und der Impuls der Bildzeilenselektivstufe 11 werden Ordinate und die Zeit längs der Abszisse aufgetra- der Gatterstufe7 zugeführt. Der Ausgang der Stufe! gen Jede Abtastzeile ergibt dabei eine Spitze bzw. ist mit dem logischen Schaltkreise verbunden. Das ein Maximum. Ausgangssignal des logischen Schaltkreises 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 ver es in Fig.7ä angedeutet ist, so werden die Spitzen bunden ist. In der Detektorstufe für die Abweichung bzw Maxima der Abtastzeilen Γ, 3' und 5' breiter wird der Mittelpunkt des zu prüfenden Impulses beals die Spitzen der Abtastzeilen 2'und 4', wie aus stimmt, womit Aufschluß über das Profil des ent-F i g. 7 b ersichtlich ist. Werden bei einem derartigen 45 sprechenden Flächenstückes des streifenförmigen Bildsignalspannungsverlauf jedoch entsprechend der Werkstückes 1 erhalten wird, das mit der Abtast-Erfindung mit dem Impulsgeber 6 Rechteckimpulse zeile Γ abgetastet wurde. Die jeweiligen Werte könerzeugt, so erhält man Spannungs-Impulssignale wie nen auch über die Torschaltung 7 mittels einer Resie in der Fig.7c gezeigt sind. Die Impulse sind in chenstufe erhalten werden, die an Stelle des logizeitlicher Abhängigkeit von den Spitzen der Abtast- 50 sehen Schaltkreises 8, des Spannungsgenerators 9 und signale erzeugt. Die Spitzenform hat jedoch an sich, der Auswertstufe 10 für die Abweichung eingesetzt wie F i g. 7 c erkennen läßt, keinen Einfluß. werden kann.

In Fig.9 sind drei Beispiele für die Relation zwi- *^η,^^τ, beschriebenen Weise werden die Abtastzei-

schen der Oberflächenbeschaffenheit eines streifen- ten 1', 2', 3', ... und ri nacheinander überprüft, so förmigen Prüflings und dem Bild 3, das mit der 55 daß die Abweichung der Impulsstellungen 1', 2', bis Lichtquelle 2 auf den Prüfling projiziert wird, erläu- η von der korrekten Stellung (bei völlig ebener tert. Ist die Oberfläche des Prüflings 1 eben, so erhält Oberfläche) erhalten werden. Auf diese Weise wird man, entsprechend Fig.9a, ein gerades, streifenför- die Abweichung der Obefflächenkonfiguration des miges Projektionsbild. Besitzt die Oberfläche des streifenförmigen Prüflings 2 von einer Standard-Prüflings 1 in ihrem Mittelstück eine Erhebung oder 6° Oberfläche erfaßt und ausgemessen. Absenkung, so zeigt das Projektionsbild im Zentrum Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße opti-

eine Ausbiegung, wie es in F i g. 9 b dargestellt ist. sehe Vorrichtung nicht auf das an Hand des Ausfüh-Besitzt die Oberfläche z.B. längs der Seitenkanten rungsbeispiels beschriebene Abtastverfahren be-Abknickungen, so ist das Bild an beiden Enden ent- schränkt, bei dem das Lichtraster genau unter einem sprechend Fig.9c abgebogen. «5 rechten Winkel zn einer Rasterlcante abgetastet

Nachfolgend soll beispielsweise die Erfassung wurde. Das Abtastverfahren kann vielmehr mehrfach einer Oberfläche beschrieben werden, die in ihrem variiert werden, sofern die Abtastung quer zur Mittelsrück eine Erhebung oder eine Absenkung be- · Längsachse des Rasterbildes erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Erfassung des Profils der ObeScbe eines streiferförmigen Werkes in dessen Querrichtung, wobei era geradesiUcbJüasler, z. B. ein Uchtbalken od. dgl-, auf die Ober-Se des Werkstückes etwa senkrecht zu d«sen

   Längsachse projiziert wird und eine Femsehka-OWtT das Lichtrasterbild, dessen Form sich ω Abhängigkeit vom Profil des Werkstückes an- « dert, abtestet, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsehkamera (4) das Lichtrasterbild (3) in Längsrichtung des streifenförmig«*, Werkstückes (1) in mehreren Abtastzeile», (1 bis n') abtastet und ein Impulsgeber (6) die heU-sten Punkte der von einer Detektorstufeba jeder Abtastzeile ethahenen elektrischen Signale in SecSeckimpulse umformt, und daß eine Stufe (A) zur Bildzeflenvorgabe und eine Budzeden-Se-SkM*(U) die Abtastzeilen(1'.../) nach- » einander auswählt und ein nachgeschalteter line-Ter Kippspannungsgenerator (9) sowie eine Auswertstufe (10) nacheinander die Abweichung der t&ssss&S