DE29610878U1 - Gerät zum Messen der Kantenstruktur flächiger Gegenstände - Google Patents

Description

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Anmelder:

abc-Elektrogeräte Volz
GmbH & Co.
Schöllkopfstr. 120
73 230 Kirchheim

0114 132 W/mr 20.06.1996

WP96/10

Titel: Gerät zum Messen der Kantenstruktur flächiger Gegenstände

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen der Kantenstruktur flächiger Gegenstände, mit einer Belichtungseinheit, einer Heßeinheit, einer elektronischen Auswerteeinheit und einer Anzeigeeinheit, wobei die Meßeinheit die Meßwerte aufnimmt und an die Auswerteeinheit weitergibt.

Ein Hauptanwendungsgerät für solche Geräte ist die Zännungsmessung bei Briefmarken. Diese erfolgte bisher meist mit Meßhilfen aus Karton, Folie oder Metall. Es gibt auch ein Meßgerät, bei dem die Messung berührungslos, nämlich mit Hilfe einer Lichtschranke erfolgt. Die Lichtschranke läuft auf einer Präzisionsspindel und vermißt die Kantenstruktur der

Briefmarke. Gleichzeitig wird die Umdrehungszahl der Spindel gezählt. Ein Prozessor wertet diese Meßwerte aus und errechnet aus Umdrehungszahl und Hell/Dunkel-Signalen die Anzahl der Zähne, bezogen auf 2 cm Kantenlänge.

Nachteilig daran ist vor allem die Fehleranfälligkeit, die einer mechanischen Vorrichtung inhärent ist. Die für eine hinreichend genaue Messung notwendige Präzisionsmechanik macht das Gerät auch teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gerät der o.g. Art bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln eine präzise Messung ermöglicht.

Die Lösung besteht darin, daß die Meßeinheit ein feststehender optoelektronischer Sensor ist, der ein Meßfeld für den zu vermessenden Gegenstand definiert.

Damit werden keine bewegbaren Teile mehr benötigt, wodurch sich alle oben erwähnten Nachteile vermeiden lassen. Die Präzision der Messung nimmt zu, die Fehler- und Pannenhäufigkeit nimmt ab.

Der Seitenrand des zu prüfenden Gegenstands wird also in eine Meßeinrichtung eingebracht, mit einem unterhalb des Gegenstands befindlichen optoelektronischen Element, und von oben ausgeleuchtet. Dieses optoelektronische Element weist

eine definierte Meßfläche auf, auf der der Seitenrand aufliegt. Dieser Rand wird durch die Beleuchtung auf dem optoelektronischen Element abgebildet, welches mit hoher Frequenz ein Signal angibt, das zur weitren Auswertung dient.

Als feststehender optoelektronischer Sensor eignet sich besonders gut ein ein- oder zweidimensionaler CCD-Sensor. Dabei handelt es sich um einen bekannten Ladungsspeicher-Baustein, d.h. ein ladungsgekoppelter Baustein, der lokalisierte Ladungspakete speichern und durch externe Spannung an eine benachbarte Stelle übertragen kann. Die Ladung jedes Paketes, die von der Kapazität der CCD und der angelegten Spannung abhängt, kann eine digitale Information darstellen. CCDs dienen als Bildsensoren, wobei das auf dem CCD fokussierte Bild in einzelne elektrische Ladungspakete umgesetzt wird. Diese Pakete werden ausgelesen und in einem Prozessor bearbeitet.

Um die Präzision der Messung sicherzustellen, ist es vorteilhaft, den optoelektronischen Sensor justierbar in einer Aussparung aufzunehmen und vor der Belichtung zu entladen.

Um eine möglichst scharfe Abbildung zu erhalten, ist die Belichtung mit quasiparallelem Licht von Vorteil, das grundsätzlich durch eine in großem Abstand zum Sensor eingeordnete punktförmige Lichtquelle erzeugt werden kann.

Die Lichtquelle weist daher mindestens ein LED-Element auf, das möglichst weit vom optoelektronischen Sensor entfernt ist. Falls dies oberhalb des Sensors nicht möglich sein sollte, empfiehlt es sich, das Licht über ein Umlenkelement auf den optoelektronischen Sensor zu leiten, z.B. mit Hilfe eines Winkelspiegel. Bei der Verwendung von LED-Elementen empfiehlt sich ferner die Verwendung eines Elektronenfilters im Strahlengang, z.B. einer Polyesterfolie. Dadurch wird das Hintergrundrauschen des Signals verringert. Aus demselben Grund sollte der Meßbereich, also im wesentlichen das durch den Sensor definierte Meßfeld, auch gegen äußeres Licht abgeschirmt sein. Für die Reproduzierbarkeit der Messungen ist es ferner von Vorteil, wenn das durch den optoelektronischen Sensor definierte Meßfeld von Anschlagleisten für den zu vermessenden Gegenstand begrenzt ist. Dadurch wird sichergestellt, daß die Positionierung des zu vermessenden Gegenstandes immer dieselbe ist und reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Diesem Zweck dient auch ein Niederhalter.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Gerät

in schematischer Darstellung;

Figur 2 eine Vorderansicht des erfindungsgeraäßen Geräts

in schematischer Darstellung;

Figur 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein

erfindungsgemäßes Gerät.

Das erfindungsgemäße Gerät 1 dient der Vermessung von Briefmarken 18 und weist ein Gehäuse 2 auf, das sämtliche Komponenten aufnimmt. Das Gehäuse 2 ist in einen vorderen waagrechten Teil 2a und in einen hinteren, abgewinkelten Teil 2b unterteilt. Im hinteren Teil 2b befinden sich eine Hauptplatine mit einem Mikroprozessor, der die erhaltenen Meßwerte auswertet, eine LCD-Anzeige 4, auf der die Meßergebnisse angezeigt werden und ein Schalter 5, mit dem das Gerät 1 sowohl ein- und ausgeschaltet als auch bedient wird. Unterhalb der Hauptplatine 3, zwischen den beiden Teilen 2a und 2b, befindet sich ein LED-Element 6, das als Lichtquelle dient.

Im vorderen Teil 2a des Gehäuses 2 befindet sich im wesentlichen eine nach vorne offene Aufnahme 7, die eine Auflagefläche 8 für die zu vermessende Briefmarke und einen federbelasteten Niederhalter 9 aufweist. Der Niederhalter 9 kann mittels einer Taste 10 auf- und abbewegt werden. Er hat eine abgerundete Kontaktfläche, um Beschädigungen der Briefmarke 18 zu vermeiden. Unterhalb der Auflagefläche 8 ist

in einer Ausnehmung 11 ein CCD-Sensor 12 untergebracht, der ein Meßfeld definiert. Parallel und quer zu diesem Meßfeld sind zwei im rechten Winkel zueinander angeordnete Anschlagleisten 16, 17 angebracht. Die parallele Anschlagleiste 16 ist so angeordnet, daß die Einschiebtiefe der zu vermessenden Briefmarke 18 möglichst gering gehalten ist. Das erleichtert die Handhabung. Oberhalb des CCD-Sensors 12 und der Auflagefläche 8 befindet sich ein Winkelspiegel 13, auf den das vom LED-Element 6 abgestrahlte Licht auftrifft. Der Winkelspiegel 13 lenkt das Licht in Richtung auf die Oberfläche des CCD-Sensors 12 ab, so daß auf letzteren quasiparalleles Licht auftrifft. Das quasiparallele Licht ist notwendig, um eine besonders scharfe Abbildung zu erzeugen. Dies ist auch mit beliebigen anderen Anordnungen möglich. Im Ausführungsbeispiel wurde der Winkelspiegel 13 gewählt, weil das Gehäuse 2 ziemlich flach ist und somit in vertikaler Richtung zu wenig Raum zur Verfügung steht, um eine Lichtquelle in genügend weitem Abstand am CCD-Sensor 12 anzubringen. Der Bereich rund um die Auflagefläche 8 und den CCD-Sensor 12 ist von einer lichtundurchlässigen Abdeckung umschlossen, um den Einfluß störender äußerer Lichtquellen zu eliminieren. Zwischen LED-Element 6 und Winkelspiegel 13, im Strahlengang des von dem LED-Element 6 ausgesandten Lichts, befindet sich eine Polyesterfolie 15, die als Elektronenfilter dient. Die Stromversorgung des Geräts über ein Netzteil ist nicht dargestellt.

Der im Ausführungsbeispiel verwendete CCD-Sensor 12 ist ein eindimensionaler Chip, der ein Meßfeld mit 28,67 mm Meßlänge und 2048 Pixsel Auflösung definiert. Für andere Auflösungen bzw. andere Anwendungen sind natürlich sowohl ein- als auch zweidimensionale CCD-Chips anderer Auslegung, geeignet. Der Chip weist eine Komparatorstufe zur Digitalisierung der analogen Pixselwerte in digitale Werte, d.h. He11/Dunkel-Werte bzw. 0/1-Werte auf. Diese Signale werden vom Mikroprozessor der Hauptplatine 3 ausgewertet. Der Mikroprozessor steuert die LCD-Anzeige 4 an. Er weist eine spezielle Auswertelogik, d.h. ein Programm auf, welches bei Briefmarken bereits ab vier Löchern einen Wert angibt und in der Lage ist, Fehlstellen, d.h. fehlende Zähne bzw. Löcher zu erkennen. Diese Bereiche werden für die Berechnung der Zähne ausgeblendet. Der Mikroprozessor ist für die hier vorgestellte Anwendung der Zähnungsmessung von Briefmarken so programmiert, daß er nur einen geforderten Meßbereich von 7 bis 18,5 Löcher auf 20 mm Länge als richtig erkennt.

Der Meßablauf für den Benutzer ist wie folgt. Die Briefmarke 18 wird in die Briefmarkenaufnahme 7 eingeschoben, und an den Anschlagleisten 16 und 17 ausgerichtet. Bei kurzem Drücken des Schalters 5 (ca. 0,5 Sekunden) wird die Zähnung gemessen und der berechnete Wert auf 0,25 Löcher pro 20 mm angezeigt. Bei langem Drücken des Schalters 5 (ca. 1,5 Sekunden) wird die Zähnung gemessen und der berechnete Wert auf 0,01 Löcher pro 20 mm angezeigt. Kann kein exakter Wert berechnet werden, z.B.

wenn die Marke nicht richtig eingelegt ist, der geforderte Meßbereich von 7 bis 18,5 Löcher auf 20 mm Länge nicht eingehalten ist, oder die Zähne zu stark beschädigt sind, so erscheint die Anzeige ERR für "Error" = Fehler im Display. Der aufgrund des durch den Schalter 5 ausgelösten Meßvorgang angezeigte Wert, auch eine eventuelle Fehlermeldung, bleibt solange in der Anzeige, bis entweder ein neuer Meßvorgang ausgelöst wird oder der Benutzer das Gerät ausschaltet, d.h. den Stecker des Netzteils herauszieht.

Das Meßverfahren und die Auswertung laufen wie folgt ab. Zunächst wird der CCD-Sensor 12 vor der Belichtung entladen. Zu diesem Zweck wird der CCD-Sensor 12 vor dem eigentlichen Meßvorgang etwa zwanzigmal ohne Auswertung belichtet. Danach folgt eine genau definierte Wartezeit, welche der geplanten Belichtungsdauer des CCD-Sensors 12 entspricht. Am Ende der Wartezeit ist der CCD-Sensor 12 entladen. Danach folgt der eigentliche Meßvorgang mit jetzt genau definierter Belichtung des CCD-Sensors 12. Wird die Wartezeit vergrößert, so wird der Sensor auch empfindlicher, mit anderen Worten, das Ausgangssignal erreicht einen größeren Hub.

Das sich an die Belichtung anschließende Meßverfahren gliedert sich in folgende Teilschritte.

Der CCD-Sensor 12 wird von der Auswertelogik des Mikroprozessors bis zum ersten Dunkel-Signal, d.h. bis

zum linken Rand der Briefmarke 18, durchmustert. Die Anzahl der Pixel bis zu diesem ersten Signal wird ermittelt. Wird innerhalb eines voreingestellten maximalen Meßbereichs, im Ausführungsbeispiel innerhalb der ersten 768 Pixel, kein Dunkelwert erkannt, dann befindet sich die Briefmarke 18 nicht am linken Anschlag, d.h. an der Anschlagleiste 17. Auf der LCD-Anzeige 4 wird das Signal ERR für "Error" = Fehler ausgegeben.

Jetzt werden solange Hell/Dunkelwerte ermittelt, bis zwei aufeinanderfolgende Werte (d.h. Zacken) sich innerhalb eines definierten voreingestellten Toleranzbereichs befinden. Ein solcher gültiger Wert liegt im Ausführungsbeispiel in einem Bereich zwischen 50 und 210 Pixels. Damti wird berücksichtigt, daß der vorgegebene Meßbereich bei Briefmarken 18 zwischen 7 und 18,5 Signalen auf 20 mm Länge liegen muß. Dabei kann es von Vorteil sein, das zweite Dunkel-Signal (das Signal nach demjenigen ersten Signal, das den linken Rand signalisiert) zu ignorieren, da erfahrungsgemäß der zweite Zacken einer Briefmarke 18 oft fehlt. Der Mittelwert der Abstände der ersten beiden gültigen Meßwerte bestimmt das Grobraster, welches für die Bestimmung des Endes des Meßbereichs, d.h. des Endes der Briefmarke 18 verwendet wird.

Jetzt werden solange Hell/Dunkelwerte ermittelt, bis wieder ein Zacken erkannt wird, der ins Grobraster paßt. Ist dies der Fall, so wird die Länge vom allerersten Signal bis hier her im Prozessor als Breite abgelegt. Die aktuelle Zackenbreite, d.h. der Abstand zwischen zwei Zacken wird zur Bestimmung eines feineren Rasters zu den bisher ermittelten Zackenbreiten addiert. Ebenso wird die Anzahl der im Toleranzbereich erkannten Zacken festgehalten.

Der vorige Schritt wird solange wiederholt, bis der CCD-Sensor 12 komplett vermessen ist, also bis keine Signale mehr kommen. Dann ist das Ende der Briefmarke 18 erreicht.

Mit diesem Meßverfahren ist es möglich, Fehlstellen und störende Einflüsse, z.B. Fusseln o.dgl. zu ignorieren.

Das Verfahren liefert drei Meßwerte.

A. Breite der Marke vom ersten bis zum letzten erkannten Zacken, d.h. Summe aller Pixels vom ersten bis zum letzten Signal

B. Pixelsumme aller im Toleranzbereich liegenden erkannten Zacken

.": ·: du. d

: r

C. Anzahl der im Toleranzbereich liegenden erkannten Zacken.

Jetzt werden im Mikroprozessor folgende Berechnungen durchgeführt:

1. Berechnung des Feinrasters

Pixelsumme aller erkannten Zacken (Wert B)

Feinraster =

Anzahl der erkannten Zacken (Wert C)

(Wert D)

2. Berechnung der erkannten Zackenanzahl

Summe aller Pixels (Wert A)

Anzahl = (Wert E)

Feinraster (Wert D)

3. Berechnung des Anzeigewertes

Faktor &khgr; Anzahl (Wert E)

Anzeigewert =

Summe aller Pixels (Wert A)

Der Faktor ist ein Wert, der dazu dient, den gemessenen Wert auf die Anzahl der Zacken auf 20 mm Länge zu normieren. In ihm sind aber auch andere Korrekturen enthalten, z.B. der Abstand des LED-Elements zum CCD-Sensor und die damit verbundene Verzerrung der Abbildung.

Mit dem erfindungsgemäßen Gerät können somit auf schnelle, genaue und einfache Weise ein Kanten flächiger Gegenstände präzise vermessen werden. Die Fehleranfälligkeit ist dabei besonders gering.

Claims (12)

Schut &zgr; ansprüche

1. Gerät zum Messen der Kantenstruktur flächiger Gegenstände (18), mit einer Belichtungseinheit (6, 13), einer Meßeinheit (12), einer elektronischen Auswerteeinheit (3) und einer Anzeigeeinheit (4), wobei die Meßeinheit (12) die Meßwerte aufnimmt und an die Auswerteeinheit (3) weitergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit ein feststehender optoelektronischer Sensor (12) ist, der ein Meßfeld für den zu vermessenden Gegenstand definiert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Sensor ein ein- oder zweidiraensionaler CCD-Sensor ist.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Sensor (12) justierbar in einer Aussparung (11) aufgenommen ist.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Sensor (12) vor der Belichtung in entladenem Zustand ist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bellchtungseinheit als Lichtquelle mindestens ein LED-Element (6) aufweist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungseinheit ein
Umlenkelement (13) für das von der Lichtquelle (6)
kommende Licht aufweist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement ein Winkelspiegel (13) ist.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des von der
Lichtquelle (6) emmittierten Lichts ein Elektronenfilter (15) vorgesehen ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenfilter (9) eine Polyesterfolie ist.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßeinheit (6, 13) gegen äußere Lichtquellen abgeschirmt ist.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel und quer zu dem durch den optoelektronischen Sensor (12) definierten Meßfeld
Anschlagleisten (16, 17) für den zu vermessenden
Gegenstand (18) vorgesehen sind.

12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niederhalter (9) für den zu vermessenden Gegenstand (18) vorgesehen ist.