DE2364046A1

DE2364046A1 - Beruehrungsfreie laengenmesseinrichtung

Info

Publication number: DE2364046A1
Application number: DE2364046A
Authority: DE
Inventors: Masasi Mizuno; Kazuo Watanabe
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1972-12-27
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2212533A1; GB1458828A; US3901606A; JPS5737806B2; FR2212533B1; JPS4990160A

Description

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DAIDO SEIKO KABTJSHIKI KAISHA

Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine berührungsfreie Längenmeßeinrichtung, insbesondere zum Messen des Durchmessers eines Gegenstandes, der sich auf hoher Temperatur befindet und mit hoher Geschwindigkeit vorwärtsbewegt wird, beispielsweise eines runden Stahlstabes während eines Walzvorganges.

Bei der Verarbeitung von Rohmaterial beispielsweise in der Eisen- und Stahlindustrie werden Meßeinrichtungen zum automatischen Messen von Abmessungen eines Produkts benötigt, sowohl zur Kontrolle des Verarbeitungsvorganges als auch zur Qual it ätskojit rolle der Produkte. Wenn man den Durchmesser von runden Stahlstäben oder Stahldrähten beim Walzen messen kann, ist es möglich, zur Beeinflussung des Durchmessers des Stahlstabes den Spalt zwischen den Walzen entsprechend dem gemessenen Durchmesser zu verändern. Ein poliertes Produkt, das nach dem Walzen gezogen oder spangebend feinbearbeitet worden ist, muß mit sehr kleinen Toleranzen ge-naue Abmessungen haben. Auch in diesem Fall ist eine Längenmeßeinrichtung erforderlich, die mit hoher Genauigkeit und hohem Wirkungsgrad arbeitet .

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Beim Messen des Durchmessers eines Produktes während des Walzens desselben muß berücksichtigt werden, daß die Walztemperatur etwa 1000°' C beträgt und das Produkt beim Walzen mit einer hohen Geschwindigkeit von beispielsweise 30 m/sek vorwärtsbewegt wird. Daher darf das Produkt von dem Meßsystem nicht berührt werden, sondern muß man zum Messen ein berührungsfrei arbeitendes System verwenden. Zum Messen von polierten Produkten verwendet man derzeit ein Mikrometer. Das Messen und die Kontrolle des Produkts über seine ganze Länge mit Hilfe eines Mikrometers bedingt jedoch einen großen Arbeitsaufwand. Daher ist ein automatisches Messen des Produkts sehr erwünscht. Mit einem berührungsfrei arbeitenden Meßsystem kann man beim Messen einen höheren Wirkungsgrad erzielen als mit einem mit Berührung arbeitenden Meßsystem.

Man hat schon versucht, der genannten Forderung dadurch zu entsprechend, daß man den Durchmesser eines Produkts mit Hilfe'von Licht berührungsfrei mißt. Dabei muß aber berücksichtigt werden, daß ein Stahlstab beim Walzen schwingt, so daß beim Messen des Stahlstabes mit Hilfe von Licht während des Walzvorgangs die Schwingungen des Stabes zu Meßfehlern führen.

Beispielsweise werden in einer Meßeinrichtung mit rotierender Spaltblende und einer Quelle von kollimierter Strahlung, wobei diese Quelle aus einer Lichtquelle und einer ersten Sammellinse besteht, die aus der Quelle der kollimierten Strahlung austretenden kollimierten Strahlen auf einen Gegenstand, beispielsweise einen Stahlstab geworfen, worauf die von dem Stahlstab nicht ausgesiebten Strahlen mittels einer zweiten Sammellinse konvergierend auf einen photoelektrischen Wandler geworfen werden. Dieser ist in einer Trommel angeordnet, die mit konstanter Geschwindigkeit rotiert. Die Drehachse der Trommel geht durch den photoelektrischen

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Wandler. Die Trommel besitzt einen Spalt, der mit der Trommel umläuft und sich daher durch den Strahlengang bewegt, der von der zweiten Linse zu dem photoelektrischen Wandler führt. Wenn in dieser Anordnung der Spalt im Schatten des Stahlstabes liegt, empfängt der photoelektrische Wandler von der zweiten Linse keine Strahlen und erzeugt er daher kein elektrisches Signal. Wenn sich der Spalt dagegen außerhalb des Schattens des Stahlstabes befindet, empfängt der photoelektrische Wandler Strahlen von der zweiten Linse und erzeugt er daher ein elektrisches Signal. Durch Messen der Verweilzeit des Spaltes innerhalb des Schattens des Stahlstabes,d.h. der Zeit, in welcher der photoelektrische Wandler kein elektrisches Signal erzeugt, kann man daher ein Signal erhalten, das dem Durchmesser des Stahlstabes proportional ist.

Wenn sich jedoch der Spalt innerhalb des Schattens eines schwingenden Stahlstabes befindet, schwingt auch der Schatten des Stabes mit, so daß der photoelektrische Wandler das elektrische Signal während einer Zeit erzeugt, die länger oder kürzer ist als die dem durchmesser des Stabes -proportionale Zeit. Infolgedessen wird ein falscher Meßwert erhalten. Man erkennt, daß die Schwingungen des Stahlstabes zu Meßfehlern führen.

Dieser Nachteil kann nur vermieden werden, wenn der Spalt sehr schnell rotiert oder wenn man zur Bestimmung der Abmessungen des Produkts den Durchschnitt von zahlreichen Meßwerten ermittelt.

Wenn der Spalt in der Trommel breit ist, kann man die Yerweilzeit des Spaltes innerhalb des Schattens des Stahlstabes nicht genau messen. Die Breite des. Spaltes muß daher der geforderten Meßgenauigkeit entsprechen. Beispiels-

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weise darf die Breite des Spaltes allgemein nur 50 um betragen. Bei einem so schmalen Spalt kann der photoelektrische Wandler aber nur eine kleine lichtmenge empfangen, so daß eine sehr helle Lichtquelle und als photoelektrischer Wandler eine Vervielfacherphotozelle mit hoher Empfindlichkeit und hohem Wirkungsgrad verwendet werden muß. 3?ür die Vervielfacherphotozelle ist eine Hochspannungsquelle von beispielsweise 1000 V erforderlich. Ferner ist eine Fremdkühlung der hellen Lichtquelle erforderlich. Wenn man mit Hilfe des bekannten Meßsystems eine genügend hohe Meßgenauigkeit erzielen will, sind zahlreiche Teile erforderlich, die häufig gewartet werden müssen. Dazu gehören u.a. die mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Trommeln, ferner Vervielfacherphot özellen, helle Lichtquellen usw.

Die -^ufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer berührungsfreien Längenmeßeinrichtung, die von den vorgenannten Nachteilen frei ist und bei welcher Schwingungen des zu messenden Gegenstandes zu keinem Meßfehler führen, wobei keine helle Lichtquelle und keine Hochspannungsquelle erforderlich ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer derartigen berührungsfreien Längenmeßeinrichtung, in welcher der zu messende Gegenstand einer erzwungenen Schwingung unterworfen und zur Herabsetzung des digitalen Meßfehlers wiederholt gemessen wird.

line berührungsfrei© Längenmeßeinrielitung gemäß der Erfindung besitzt ein. erstes optisches System sum Werfen Ton kollimierten Strahlen auf «inen-au messenden Gegenstand, ein zweites optisches System sum Erzeugen ©ines vergrößertenBildes des Gegenstandes aus den auf -Jim geworfenen, kollimierten Strahlen? eine- Proj©ktrionsfläciie mit mehreren

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kleinen photoelektrischen Wandlern, die das vergrößerte Bild des Gegenstandes empfangen, und eine Operationsschaltung, die von den kleinen photoelektrischen Wandlern Signale empfängt, die von der Größe des vergrößerten Bildes abhängig sind, und von diesen die Abmessung des Gegenstandes ableitet, so daß ein auf die Schwingungen des Gegenstandes verursachter Meßfehler vermieden und der Meßwert sofort angezeigt wird.■ ·

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung besitzt eine berührungsfreie Längenmeßeinrichtung ein erstes optisches System zum Werfen von kollimierten Strahlen auf den zu messenden Gegenstand, ein zweites optisches System aum Erzeugen eines vergrößerten Bildes des Gegenstandes aus den auf ihn geworfenen kollimierten Strahlen, eine Projektionsfläche mit mehreren kleinen photoelektrischen Wandlern zum Empfangen des vergrößerten Bildes des Gegenstandes, eine erste Operationsschaltung, die von den kleinen photoelektrischen Wandlern Signale empfängt, die von der Größe des vergrößerten Bildes abhängig sind, und von diesen die Abmessung des Gegenstandes ableitet, eine Einrichtung, ,die dazu dient, den Gegenstand wiederholt in Schwingungen zu versetzen, und eine zweite Operationsschaltung, die von der ersten Operationsschaltung Signale empfängt, die dem wiederholt gemessenen Wert der Abmessung des Gegenstandes entsprechen, und den Durchschnitt derselben ermittelt, so daß der auf die Abstände zwischen den kleinen photoelektrischen Wandlern zurückzuführende digitale Meßfehler möglichst klein gehalten wird.

Die erfindungsgemäße berührungsfreie Längenmeßeinrichtung besitzt somit eine Lichtquelle zum Werfen von kollimierten Strahlen auf einen zu messenden Gegenstand, eine konvexe Linse zum Empfangen der von dem Gegenstand

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nicht ausgesiebten Strahlen und zum Fokussieren der Strahlen auf den Brennpunkt der Linse, eine erste Projektionsplatte, in der am Brennpunkt der konvexen Linse ein Spalt ausgebildet ist, eine zweite Projektionsplatte, auf der. auf jener Fläche, auf der die durch den Spalt der ersten Platte getretenen Strahlen ein vergrößertes Bild des Gegenstandes erzeugen, eine große Anzahl von photoelektrischen Wandlern angeordnet ist, und eine Operationsschaltung, die aufgrund der von den photoelektrischen Wandlern abgegebenen Signale die Abmessung des .Gegenstandes bestimmt.

Die vorstehend angegebenen und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen besser verständlich. Dabei ist auf die beigefügten Zeichnungen bezuggenommen. In diesen zeigt

Fig. 1 das Prinzip der berührungsfreien Längenmeßeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in einer Vorderansicht die Projektionsfläche der in *"ig. 1 gezeigten Einrichtung mit mehreren photoelektrischen Wandlern,

Fig. 3 in einem ^lockschema eine Operationsschaltung zum Zählen der von den Strahlen nicht bestrahlten photoelektrischen Wandler und

Fig. 4 eine andere Projektionsfläche, auf der die photoelektrischen Wandler in zwei Gruppen angeordnet sind.

Fig. 5 und 6 sind Kurvenbilder zur Darstellung der mit Hilfe je einer Ausführungsform der Erfindung ermittelten Meßwerte von Stahlstäben.

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Fig. 7a zeigt einen photoelektrischen Wandler, der vollständig im Schatten eines Gegenstandes liegt, dessen Hand mit einem Seitenrand des Wandlers fluchtet, und

Fig. 7b ein Kurvenbild zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Eingangs- und dem -^usgangssignal eines photoelektrischen Wandlers.

Fig. 8a und 8b stellen das Verhältnis zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangssignal von Schmitt-Triggern mit verschiedenen Schwellenwerten dar.

- Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer berührungsfreien Längenmeßeinrichtung gemäß der Erfindung. Diese berührungsfreie Längenmeßeinrichtung besitzt eine Quelle von kollimierter Strahlung. Diese Quelle besteht aus einer Lichtquelle 1 und einer konvexen Linse 2. Die Quelle von paralleler Strahlung wirft kollimierte Strahlen auf einen zumessenden, runden Stahlstab 3, der einen Schatten wirft, dieser Schatten des mit den kollimierten Strahlen bestrahlten Stahlstabes wird mittels einer konvexen Linse 4 vergrößert und durch einen Spalt 5 einer Projektionsplatte auf eine Projektionswand 8 geworfen. Diese Projektionswand ist auf ihrer den vergrößerten Schatten des Stabes empfangenden Fläche mit mehreren photoelektrischen Wandlern 9 versehen. Gemäß Fig. 2 sind sehr viele photoelektrische Wandler -9 in einer einzigen Reihe in geringen Abständen voneinander auf der Projektionswand 8 angeordnet. Wenn man nun gemäß J^ig. 1 den auf die Projektionswand 8 geworfenen Teil des Schattens des Stahlstabes 3 mit D bezeichnet, kann man die Abmessung des Stahlstabes 3 bestimmen, indem man die Anzahl der in dem Schattenteil D befindlichen, photoelektrischen Wandler zählt. Man kann daher den Durchmesser d des Stahlstabes durch folgende Gleichung ausdrücken:

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d = η ρ

Dabei ist

f Brennweite der Linse 4 ·

1 Abstand des hinteren Brennpunktes der Linse 4 von der Projektionswand 8

ρ Abstand zwischen den photοelektrischen Wandlern η Anzahl der sich innerhalb des Schattenteils D befindlichen photoelektrischen Wandler 9

Da p, 1 und f konstand sind, kann man durch Bestimmen der Zahl η den Durchmesser des Stahlstabes 3 ermitteln. Selbst wenn der Stahlstab 3 schwingt und daher bewegt, wird, kann man den durchmesser des Stahlstabes messen, ohne daß die Schwingungen zu einem Meßfehler führen, wenn man den Momentanwert der Anzahl der innerhalb des Schattenteils D befindlichen photoelektrischen Wandler 9 bestimmt.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Operationsschaltung zur Bestimmung des Momentanwertes der Anzahl der innerhalb des Schattenteils des Stahlstabes befindlichen photoelektrischen Wandler. Dieser Operationsschaltung besitzt mehrere Verstärker 10, welche die Ausgangsspannung je eines der photoelektrischen Wandler empfangen und verstärken. Die Ausgänge der Verstärker 10 werdem gemäß Pig. 3 durch je eine UND-Schaltung 11 an je ein Ein-Bit-Register 12 abgegeben. Die Operationsschaltung besitzt ferner einen Meßauftastimpulsgeber 13, der im Meßzeitpunkt an einen anderen Eingang jedes der UND-Schaltungen 11 gleichzeitig einen Meß-auftastimpuls abgibt. Wenn im Meßzeitpunkt der Auftastimpuls an alle UND-Schaltungen 11 abgegeben wird, bleiben jene Eegister 12 ausgeschaltet, die den in diesem Zeitpunkt innerhalb des Schattenteils D befindlichen photoelektrischen Wandlern zugeordnet sind. Dagegen werden jene

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Register 12 eingeschaltet, die den außerhalb des Schatten befindlichen photoelektrischen Wandlern 9 zugeordnet sind. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, bis der nächste Auftastimpuls an die UND-Schaltungen 11 abgegeben wird. Q-Ausgänge von Registern 12 werden gemäß ^£'±g, 3 über je eine UND-Schaltung 14 und eine einzige ODER-Schaltung 15 an einen einzigen Zähler 16 abgegeben. Die UND-Schaltungen 14 empfangen nacheinander von einem folgeimpulsgeber 17 je einen Zählimpuls. Daher werden von dem Zähler 16 nur jene Register 12 sequentiell gezählt, die sich im ausgeschalteten Zustand befinden. Dieser von dem Zähler 16 gezählte Wert gibt an, wieviele photoelektrische Wandler sich innerhalb des Schattenteils D befinden. Wenn die UND-Schaltungen 11 aus Transistor-Iransistor-Verrlegelungsschaltungen bestehen, dauert die Eingabe des Auftastimpulses in die Register weniger als eine Mikrosekunde. Diese Zeit ist wesentlich kürzer als die Zeit, in der sich der äußere Rand des Schattens des Stahlstabes infolge der Schwingungen desselben von einem photoelektriachen Wandler zu einem anderen bewegt. Daher führt bei der erfindungsgemäßen Einrichtung eine derartige Schwingung nicht zu einem Meßfehler.

Wenn die Schwingungsamplitude des Stahlstabes relativ klein ist, brauchen die photoelektrischen Wandler 9 nicht gemäß ^'ig. 1 und 2 auf der ganzen Pläche der Projektionswand 8 angeordnet zu werden, sondern kann man die photoelektrischen Wandler in zwei Gruppen 9A und 9B teilen, die auf der Projektionswand 8 nur in Teilflächen in der Nähe des oberen und des unteren Randes des Schattens angeordnet sind. Dies ist in ^£ ig. 4 dargestellt. In diesem Fall wird der Durchmesser d des Stahlstabes durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

-p

d * η ρ γ + G

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- ίο -

Dabei ist G der Abstand des untersten photoeljgktrischen Wandlers der oberen Gruppe 9A von dem obersten photoelektrischen Wandler der unteren Gruppe 9B geteilt durch den Vergrößerungsfaktor l/f.

In diesem Fall kann sich der obere oder, untere Rand des Schattens des Stahlstabes von den Gruppen der photoelektrischen Wandler 9A und 9B wegbewegen. Daher kann man einen Blockierkreis vorsehen, der die Erzeugung des Meßauftastimpulses durch den Auftastimpulsgeber verhindert, wenn sich der obere oder untere Rand des Schattens von den Wandlergruppen 9A und 9B wegbewegt hat.

In der erfindungsgemäßen Meß-einrichtung ist der Meßfehler zurückzuführen auf den Abstand zwischen den photoelektrischen Wandlern; daher ist der Meßfehler digital. Er kann durch folgenden Ausdruck dargestellt werden:

In einer längenmeßeinrichtung mit 0,5 mm-Silicium-Sonnenbatterien, die nahe beieinander angeordnet sind, wobei ρ = 0,5 mm, f = 50 mm und 1 = 500 mm ist, beträgt der digitale Meßfehler 0,05 mm. Es wurde bereits erwähnt, daß in der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung theoretisch kein Fehler auftritt, der auf die Schwingungen des Stahlstabes zurückzuführen ist. In der Einrichtung tritt jedoch ein gewisser digitaler Fehler auf, der auf den Abstand zwischen den photoelektrischen Wandlern zurückzuführen ist. Dieser digitale Fehler kann mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsrechnung beträchtlich herabgesetzt werden, wenn man den Stahlstab wiederholt mißt und den Durchschnitt der Ergebnisse der wiederholten Messungen ermittelt.

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In der erfindungsgemäßen Einrichtung kann der Meßauftastimpuls beispielsweise alle I/IOO sek erzeugt werden, wobei die Einrichtung einmal pro Sekunde den Durchschnitt von 100 Meßwerten anzeigt. In der praktischen Ausführungsform zählt der Zähler 100 Meßwerte und verschiebt er dann das Komma um zwei Stellen nack vorn, wie dies in Pig. 3 gezeigt ist. Die stellenverschobenen Zählwerte werden einem Register 20 über eine UND-Schaltung 18 zugeführt, die von einem Impulsgeber beispielsweise einmal pro Sekunde einen Auftaetimpuls erhält.' Die stellverschobenen Zählwerte d.h., die Durchschnittswerte von 100 Meßwerten, werden einer Anzeigeeinrichtung 21 zugeführt, die den Durchschnittswert einmal pro Sekunde anzeigt. Durch die Ermittlung des Durchschnitts von 100 Meßwerten wird der digitale Fehler auf 0,01 mm herabgesetzt. Wenn sich der Stahlstab jedoch nicht bewegt, wird jedesmal derselbe Meßwert erhalten. In diesem Pail kann der digitale Fehler auch dann nicht herabgesetzt werden, wenn man den Durchschnitt von mehreren Meßwerten ermittelt. Dagegen ist diese Maßnahme sehr vorteilhaft, wenn sich der Stahlstab beispielsweise infolge von Schwingungen bewegt. Da der Stahlstab beim Walzen gewöhnlich ununterbrochen schwingt, kann man beim Messen des Durchmessers eines solchen Stahlstabes den digitalen Fehler durch die Ausnutzung der Schwingungen herabsetzen. Beim Messen der Abmessungen eines Gegenstandes, der gewöhnlich nicht schwingt, kann man den digitalen Fehler herabsetzen,- indem man dem Gegenstand erzwungene Schwingungen erteilt, ihn wiederholt mißt und den Durchschnitt der bei den wiederholten Messungen erhaltenen Werte ermittelt. Wenn sich der äußere Rand des Schattens des Stahlstabes zwischen den photoelektrischen Wandlern befindet, kann man mit einer einzigen Messung einen Bruchteil des tatsächlichen Durchmessers eines Stahlstabes nicht bestimmen, so daß dieser Bruchteil in dem Meßwert als Fehler enthalten ist. Wenn nun dem Stahlstab Schwingungen erteilt

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werden und er'wiederholt gemessen wird, werden manche dieser Messungen in Zeitpunkten durchgeführt, in denen der Randteil des Schattens des schwingenden Stabes einen zusätzlichen photoelektrischen Wandler Gedeckt, während dies bei anderen Messungen nicht der Fall ist. Man kann den Durchmesser des Stahlstabes genau aufgrund der Ergebnisse von Meßergebnissen bestimmen, die angesichts der Anzahl der Zählungen mit zusätzlichem Zählschritt und der Anzahl der Zählungen ohne zusätzlichen Zählschritt gewichtet sind. Man kann daher den Durchmesser des Stahlstabes durch den Durchschnitt der Ergebnisse von wiederholten Messungen des in Schwingungen versetzten Stabes genauer bestimmen.

Wenn beispielsweise bei einem polierten Stahlstab der Durchmesser nach dem Polieren automatisch bestimmt werden soll, werden die Stahlstäbe automatisch einzeln nacheinander einer Meßeinrichtung zugeführt, wobei sie infolge der Zuführung etwas schwingen. Infolgedessen kann beim Messen auch des polierten Stahlstabes der digitale Meßfehler herabgesetzt werden, wenn der Durchmesser wiederholt gemessen und der Durchschnitt der Meßwerte ermittelt wird.

In Fig. 5 sind für einen schwingenden Stahlstab Meßwerte dargestellt, die mit Hilfe der jerfindungsgemäßen Meßeinrichtung erhalten wurden. In diesem Fall betrug die Schwingungsamplitude des Stahlstabes 10 mm und die Schwingungsfrequenz 15 Hz. Der mit Hilfe eines Mikrometers gemessene Durchmesser des Stahlstabes beträgt 7,25 mm. Gemäß Fig. 5 beträgt der Meßfehler 0,01 mm. Man erkennt, daß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Meßeinrichtungen genügend genaue Meßwerte erhalten werden können.

In Fig. 6 stellt die ausgezogene linie ein weiteres Beispiel für die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung erhaltenen Meßwerte des Durchmessers eines schwin-

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genden Stahlstabes dar. Die in ^ig. 6 dargestellten Punkte geben die mit Hilfe eines Mikrometers erhaltenen Meßwerte an. Bei der Messung mit Hilfe des Mikrometers tritt eine Streuung auf, die auf die unterschiedlichen Meßstellungen des Mikrometers an dem Walzdraht abhängt. Man erkennt aus der i^vig. 6, daß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung eine genaue und zuverlässige Messung erzielt werden kann«

Das elektrische Ausgangssignal eines photoelektrischen Wandlers ist bekanntlich von der lichtempfangenden Fläche des Wandlers linear abhängig. Wenn nun der Schatten 51 eines Gegenstandes die Lichtempfangsfläche eines photοelektrischen Wandlers 30 vollkommen bedeckt (siehe Fig. 7s), wobei der untere Rand des Schattens 51 zufällig mit dem unteren Sand des Wandlers 30 fluchtet (t = O), dann erzeugt der photoelektrische Wandler 50 kein elektrisches Ausgangssignal« Wenn der untere Rand des Schattens 51 allmählich aufwärtswandert, nimmt das Eingangs-Idchtsignal des photoelektrischen Wandlers und damit auch sein--elektrisches Ausgangssignal zu, wie dies in Fig. Tb gezeigt ist. Dabei ist das Eingangs-Liehtsignal auf 2eitbasis angegeben. Wenn der Wandler 50 ganz aus dem Schatten 51 heraustritt (t » t.), erreicht das Ausgangssignal seinen höchsten bzw, Sättigungswert.

Wenn nun an den Ausgang jedes der Verstärker 10 zwei Schmitt trigger angeschlossen sind _t die v$r/&chiecteiie -Schwellenwerte haben» welche den Pegeln £₂ C^ 1/2 V) bzw. V entsprechen (siehe Fig. ?b), und der Ausgang dieser Schmitttrigger mit einem Eingang 3e einer HID-Sehaltung 11 verbunden tat* dann entspricht diese Anordnung einer Vorrichtung mit photoelektrisohem Wandlern* welche halb so groß und in d^r doppelten Anzahl vorhanden sind wie die photo-

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elektrischen Wandler 9 in -^ig. 3·' ^ie vorstellend erwähnt wurde, kann man den digitalen Fehler als' eine funktion der Größe des photοelektrischen Wandlers (diese Größe ist gleich dem Abstand zwischen einander benachbarten photoelektrischen Wandlern) und der Abstand 1 des Spalts von der Projektilοnsfläche ausdrücken. In der gemäß der vorstehenden Annahme abgeänderten Anordnung ist die Größe jedes photoelektrischen Wandlers effektiv halbiert, obwohl die physische Größe des Wandlers nicht verändert ist. Wenn man den Abstand 1 zwischen dem Spalt und der Projektionswand nicht verändert, wird durch die Verwendung dieser scheinbar kleinen photoelektrischen Wandler der in der Einrichtung gemäß ^ig. 5 auftretende digitale Fehler halbiert.

In einer anderen ^Ausführungsform sind an den -Ausgang jedes der Verstärker 10 die Eingänge von vier Schmitt-Triggern angeschlossen, deren Schwellenwerte &^en Pegeln L-. ( = 1/4 v)_t £ (= 1/2 V), L, (= 3/4 V) bzw. V entsprechen (siehe Pig. 7b) und sind die Ausgänge dieser Schmitt-Trigger mit je einer UED-Sehaltung 11 verbunden. In diesem Fall wird eine viel höhere Meßgenauigkeit erzielt. Diese ist ebenso— hoch wie wenn anstelle jedes Wandlers 9 der Schaltung gemäß Fig. 3 vier photoelektrische Wandler verwendet werden würden, deren Größe¹ ein ^ierte/1 der Größe des Wandlers 9 beträgt. Auf diese Weise kann der digitale Fehler auf ein Viertel herabgesetzt werden.

Fig. 8 zeigt das Verhältnis des Eingangs- zum Ausgangssignal der Schmitt-frigger mit äLen. Schwellenwerten L-, L₂ bzw. Jij in *'ig. 7b» Auf der Abszisse sind die Eingangssignale auf Zeitbasis und auf der Ordinate die Ausgangssignale aufgetragen..

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Wenn man in einer im obigen Sinne abgeänderten Operationsschaltung den Abstand 1 zwischen Spalt und Projektionswand auf die Hälfte oder ein Viertel herabsetzt, wird der digitale Fehler ρ γ· nicht verändert. Man kann daher den Abstand 1 zwischen Spalt und Projektionswand verkleinern, ohne daß die Meßgenauigkeit herabgesetzt wird und ohne daß die Anzahl der photoelektrischen Wandler und der ihnen zugeordneten Verstärker erhöht werden muß. Infolgedessen kann die ganze Vorrichtung viel kleiner ausgeführt werden, ^ie Verkleinerung des Abstandes zwischen dem Spalt und der Projektionsfläche führt ferner dazu, daß die jedem photoelektrischen Wandler zugeteilte Lichtmenge und damit der Ausgang pro Wandler zunimmt. Daher kann man in der Einrichtung Verstärker mit einem kleinen Verstärkungsfaktor verwenden, so daß die Einrichtung nicht unter der Instabilität leidet, die bei Verwendung von Verstärkern mit hohem Verstärkungsfaktor auftreten würde.

Vorstehend wurde die Erfindung im Zusammenhang mit dem vergrößerten Bild eines Gegenstandes auf der Projektionsfläche erläutert. Die Erfindung kann aber auch in der Weise angewendet werden, daß ein verkleinertes Bild des Gegenstandes auf der Projektionsfläche erzeugt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß der Durchmesser eines Stahlstabes genau bestimmt werden kann, wenn man mit Hilfe eines Linsensystems das Bild des Stabes vergrößert und gleichzeitig die Lage des oberen und des unteren Randes des vergrößerten Bildes erfaßt. Selbst wenn der Stahlstab schwingt, kann sein durchmesser genau bestimmt werden. In der erfindungsgemäßen Einrichtung ist kein rotierender Teil, insbesondere keine rotierende Trommel mit einem Spalt, erforderlich. Wenn man als photoelektrische Wandler Silicium-Sonnenzellen verwendet, braucht man auch

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keine Hochspannungsquelle. Mit quadratischen Silicium-Sonnenbatterien von 0,5 mm Seitenlänge versehene Meßeinrichtungen arbeiten auch bei relativ schwachem Lichteinfall einwandfrei. Infolge dieser Vorteile erfordert die erfindungsgemäße Meßeinrichtung nur sehr wenig Wartung und arbeitet sie sehr zuverlässig. Wenn ein zu messender Gegenstand schwingt, kann man einen auf die physische Größe des photoelektrischen Wandlers zurückzuführenden, digitalen Fehler dadurch herabsetzen, daß man die Messungen wiederholt und den Durchschnitt der Meßwerte bestimmt.

Vorstehend wurde die Erfindung anhand der Messung des Durchmessers eines runden Stahlstabes bestimmt, doch kann die Erfindung auch auf die Messung der Breite von Blech verwendet werden.

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Claims

■ Patentansprüche:_:■

(_ Iy Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung, gekennzeichnet durch ein erstes optisches System zum Werfen von kollimierten Strahlen auf einen zu messenden Gegenstand ^ eine Projektionsflache mit mehreren phötoelefctrischen Wandlern, die in einer Ebene angeordnet sind, ein zweites opti-' sches System zum Erzeugen'eines Bildes des Gegenstandes auf der Projektionsfläche und eine Operationsschaltung, die auf Grund von Signalen, die von den photoelektrischen Wandlern abgegeben werden und die Größe des vergrößerten Bildes darstellen, die Abmessung des genannten Gegenstandes berechnet. ' . . _;

2. Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische System eine Lichtquelle und eine Sammellinse mit einem auf der Lichtquelle liegenden Brennpunkt besitzt.

3* Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische System eine Sammellinse sowie eine Projektionsfläche mit einem am hinteren Brennpunkt der Linse angeordneten Spalt besitzt und daß der zu messende Gegenstand zwischen der Sammellinse und dem ersten optischen System angeordnet wird.

4. Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationsschal-' tung mehrere Verstärker aufweist, die mit dem Ausgang je eines der photoelektrischen Wandler verbunden sind, ferner einen ersten Satz von mehreren UND-Schaltungen, die je einen mit dem Ausgang eines der Verstärker verbundenen Eingang haben, einen Impulsgeber zum gleichzeitigen Anlegen

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eines Impulssignals.an .den; .anderen. -Eingang'.jedetr der. -U-H-B- -.· . Schaltungen-des ersten Satze-s,,.mehrere jfegisffcer,-.. die je., . ■ einen Eingang hfiben,, der mit-dem Umkehrausgang,einer der ■ UND-Schaltungen des ersten Satzes verband en,·.-ist _f. einen zweiten Satz YO η me hr er en UND-S ehalt ,ungen, -die.. j-e _: e,inen Eingang haben, -der mit dem. Ausgang, eines der Register .verbunden ist, einen lOlgeimpulsgeber. mit mehreren.^usgängen, die mit dem _; . anderen Eingang :j_;e einer-.der UND-S ciial-t ungen de:s zweiten Satzes verbunden sind, eine.ODEE-Schal^Müg, die mehrere Ein- . gänge besitzt, die mit dem "^usgang...je ,einer der UND-Schaltungen des zweiten .Satzes verbunden sflnd:, einen mit dem Ausgang der ODER-ßQhaltung verbundenen Zähler _;und eine mit dem Zähler verbundene. Sichtanzeige.einrichtung, .-. ..

5·· .Berührungsfreie Längenmeßeinriehttung ,nach An-.· -:. spruch 1,. dadurch gekennzeichnet,. daß.dx:e. Q.jjerat-.ionsschal-;.. =_ tung ferner •Schmitt-Trigger mit mindestens_;zwei verschiedenen Schwellenwerten besitzt, wobei.Eingänge van mindestens zwei Schmitt-Triggern, die verscMedeiie. Schwellenwerte haben., mit dem -Ausgang- jedes de.rYer-S:tärker verbund.ein sind und ein Ausgang j edes der mindestens zwei Schmitt-Trigger mit dem -. Ausgang einer UND-Schaltung .„des, ersten Satzes -verbunden ist. ;

6. Berührungsfreie Län-genmeßeinricntung nach An- . spruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Operationsschaltung, die,: dazu dient, von der ersten -Gperation.sschaltung wiederholt. °ignale zu-empfangen,-.die dem -M-eßwert der Abmes«-· : sung des Gegenstandes entsprechen,, ,und den-^urchschnitt dieser Signale zu. berechnen.. ..- ; ■■■-.-■■■:·. .-.:,. .. -"^:...':.;: .■--"■ ;-

>7· -Berührungsfreie Längeruneßeinrichtung nach An-, spruch 6,_; dadurch ,gekennzeichnet, ;_;daß die;herste .Operationsschaltung mehrere. Verstärker auf^feisrt.,* die; mit dem ^usgang je eines .der pnptp.eLektrisohen Wandler.;:y,erbund.eii sind, ferner

/,09 8 27/0;3.1 0 ;,

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einen ersten Satz von mehreren UND-Schaltungen, die je einen mit dem """usgang eines der Verstärker verbundenen Eingang haben, einen Impulsgeber zum gleichzeitigen Anlegen eines Impulssignals an den anderen Eingang jeder der UND-Schaltungen des ersten Satzes, mehrere Register, die je einen Eingang haben, der mit dem Umkehrausgang einer der UHD-Sehaltungen des ersten S_atzes verbunden ist, einen zweiten Satz von mehreren UND-Schaltungen, die je einen Eingang haben, der mit dem ""usgang eines der Register verbunden ist, einen Folgeimpulsgeber mit mehreren ^usgängen, die mit dem anderen Eingang je einer der UND-Schaltungen des zweiten Satzes verbunden sind, eine ODER-Schaltung, die mehrere Eingänge besitzt, die mit dem Ausgang je einer der UND-Schaltungen des zweiten Satzes verbunden und einen mit dem "^usgang der ODER-Schaltung verbundenen Zähler und daß die zweite Operationsschaltung mehrere UND-Schaltungen aufweist, die je einen Eingang besitzen, der mit einer der Zählerstellen des Zählers der ersten Operationsschaltüng, mit Ausnahme der niedrigstwertigen Stelle, verbunden ist, ferner einen Impulsgeber zur periodischen Abgabe eines Impulssignals an den anderen Eingang jeder der UND-Schaltungen, einen mit dem ■Ausgang jeder der UND-Schaltungen verbundenen Zähler und eine mit dem Zähler verbundene "ichtanzeigeeinrichtung zur periodischen Anzeige: eines durchschnittlichen Meßwerte.

8. Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung, gekennzeichnet durch ein erstes optisches System zum Werfen von kollimierten Strahlen auf einen zu messenden Gegenstand, eine Projektionsfläche mit mehreren photoelefctrischen Wandlern, die in einer Ebene angeordnet sind, ein zweites optisches System zum Erzeugen eines Bildes des Gegenstandes auf der Projektionsfläche und eine Operationssehaltung, die auf Grund von ^uignalen, die von den photoelektrischen Wandlern abgegeben werden und die Größe des vergrößerten

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Bildes darstellen, die Abmessung des genannten Gegenstandes berechnet, ferner durch eine Einrichtung, die dazu dient, den Gegenstand wiederholt in Schwingungen zu versetzen, und eine zweite Operationsschaltung, die dazu dient, von der ersten Operationsschaltung wiederholt Signale zu empfangen, die dem Meßwert der Abmessung des Gegenstandes entsprechen, und den Durchschnitt dieser Signale zu berechnen.

9·. Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische System eine Lichtquelle und eine Sammellinse mit einem auf der Lichtquelle liegenden Brennpunkt besitzt.

10. Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische System eine Sammellinse sowie eine Projektionsfläche mit einem am hinteren Brennpunkt der Linse angeordneten Spalt besitzt und daß der zu messende Gegenstand zwischen der Sammellinse und dem ersten optischen System angeordnet wird.

11. Berührungsfreie Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Operationsschaltung mehrere Verstärker aufweist, die mit dem Ausgang je eines der photoelektrischen Wandler verbunden sind, ferner einen ersten Satz von mehreren UND-Schaltungen, die je einen mit dem ■'Kisgang eines der Verstärker verbundenen Eingang haben, einen Impulsgeber zum gleichzeitigen Anlegen eines Impulssignals an den anderen Eingang jeder der UND-Schaltungen des ersten Satzes, mehrere Register, die je einen Eingang haben, der mit dem Umkehrausgang einer der UND-Schaltungen des ersten Satzes verbunden ist, einen zweiten Satz von mehreren UND-Schaltungen, die je einen Eingang haben, der mit dem ""usgang eines der

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Register verbunden ist, einen Folgeimpulsgeber mit mehreren Ausgängen, die mit dem anderen Eingang je einer der UND-Schaltungen des zweiten Satzes verbunden sind, eine ODER-Schaltung, die mehrere Eingänge besitzt, die mit dem Ausgang je einer der UND-Schaltungen des zweiten Satzes verbunden sind und einen mit dem Ausgang der ODER-Schaltung verbundenen Zähler und daß die zweite Operationsschaltung mehrere UND-Schaltungen aufweist, die je einen Eingang besitzen, der mit einer der Zählerstellen des Zählers der ersten Operationsschaltung, mit Ausnahme der niedrigstwertigen Stelle, verbunden ist, ferner einen Impulsgeber zur periodischen Abgabe eines Impulssignals an den anderen Eingang jeder der UND-Schaltungen, einen mit dem Ausgang jeder der UND-Schaltungen verbundenen. Zähler und eine mit dem Zähler verbundene Sichtanzeigeeinrichtung zur periodischen Anzeige eines durchschnittlichen Meßwerts.

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