DE3923275C2 - - Google Patents
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- DE3923275C2 DE3923275C2 DE19893923275 DE3923275A DE3923275C2 DE 3923275 C2 DE3923275 C2 DE 3923275C2 DE 19893923275 DE19893923275 DE 19893923275 DE 3923275 A DE3923275 A DE 3923275A DE 3923275 C2 DE3923275 C2 DE 3923275C2
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur opti
schen Messung von Werkstückprofilen profilerzeugender Maschi
nen, insbesondere von Walzprofilen in einem Walzspalt, mit ei
ner Lichtquelle, deren Lichtstrahl von einer Strahlformungsop
tik in Längserstreckungsrichtung des im Meßbereich konvexen
Werkstücks im wesentlichen tangential auf dessen Profil gerichtet
ist, und mit einer den in Strahlrichtung hinter dem Meßbereich
fokussierten Lichtstrahl auswertenden optischen Einrich
tung.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 48 10 894 be
kannt. Es soll eine Banddicke gemessen werden. Das Band wird
durch einen Spalt geführt, der von einem Spaltbegrenzungslineal
und einer Walze begrenzt wird, über die das Band geführt ist.
Zur Erfassung der Banddicke wird ein Lichtstrahl quer über den
bandfreien Spalt und ein anderer Lichtstrahl quer über den
durch das Band verengten Spalt zwischen der Walze und dem
Spaltbegrenzungslineal geführt. Die Lichtstrahlen sind auf den
Spalt fokussiert, um geringe Änderungen in den Spaltabmessungen
genügend genau erfassen zu können. In Strahlrichtung hinter dem
Spalt ist für jeden Strahl eine auswertende optische Einrichtung
vorhanden, die mit je einem Zähler zusammenwirkt, so daß
die Dauer des Lichteinfalls ausgewertet werden kann. Durch Differenzbildung
der Zählerwerte wird die Banddicke bestimmt. Infolge
der Fokussierung des Strahls auf den Spalt hat die bekannte
Vorrichtung eine nur geringe Tiefenschärfe. Bereits geringe
Positionierungsfehler ergeben große Meßfehler. Hinzu
kommt die Empfindlichkeit der bekannten Vorrichtung durch den
Schwingspiegel, der erforderlich ist, um die Lichtstrahlen über
den Spalt zu bewegen. Die bekannte Vorrichtung ist daher verbesserungsfähig,
insbesondere wenn an den profilerzeugenden Maschinen
Vibrationen und Schwingungen auftreten.
Aus der PCT/WO 86/07 443 ist eine Vorrichtung zur Abbildung
von Profilen bekannt, die eine mit Blitzröhren ausgeführte
Querbestrahlung eines Profils beinhaltet, das mit einer Videokamera
beobachtet wird, um Profildaten zu gewinnen, mit deren
Hilfe Rechner Kenndaten des untersuchten Profils berechnen.
Diese bekannte Vorrichtung setzt also eine Querbeleuchtung des
Profils voraus und erfordert darüber hinaus eine durch die
Schräganordnung der Videokamera bedingte aufwendige Berechnung
des effektiven Profils aus dem perspektivisch verzerrten Bild
der Videokamera. Daher ist die bekannte Vorrichtung ebenfalls
sehr positionsempfindlich.
Aus der DE-PS 10 92 669 ist eine lichtelektrische Vorrichtung
zur Feinlängenmessung bekannt, mit der Licht scharf gebündelt
zwischen Walzen gestrahlt wird, um deren sich geringfügig
ändernden Abstand zu messen. Die Intensität der durch einen
hinter den Walzen angeordneten Rückstrahler erzeugten Reflexion
des Meßstrahls wird mit der Intensität der Reflexion eines Normals
verglichen, das dem zu messenden Spalt ähnlich ist, jedoch
keine Relativbewegungen aufweist. Auch diese Vorrichtung ist
durch Fokussierung des Lichts positionsempfindlich.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei
ne Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend
zu verbessern, daß eine genaue und kontrastreiche Profilerfas
sung ohne Abtastung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Lichtstrahl
einen das zu messende Profil bei dessen Erzeugung gleichzeitig
beleuchtenden Querschnitt aufweist, daß die Fokussierebene des
hinter dem Meßbereich fokussierten Lichtstrahls vor der Bildebene
einer Profilabbildungseinrichtung liegt und daß im Bereich
der Fokussierebene eine Schlierenblende vorhanden ist.
Aufgrund der Ausbildung der Vorrichtung ohne zu Funktionszwecken
fortwährend zu bewegende Teile ist sie für
den rauhen Betrieb bei profilerzeugenden Maschinen geeignet. Zu
solchen Maschinen gehören Umformeinrichtungen, wie Walzanlagen
und Extruder. Der Einsatz der Vorrichtung kommt jedoch auch an
spanabhebenden Maschinen infrage, sofern die zu messenden Profile
tangential zu ihrer Oberfläche mit dem Lichtstrahl beleuchtet
und tangential beobachtet werden können. Tangential
bedeutet dabei in Längserstreckungsrichtung des zu messenden
Profils, und zwar in einem Meßbereich, in dem das Werkstück eine
konvexe Krümmung aufweist.
Für die Erfindung ist zunächst von Bedeutung, daß das ge
samte zu messende Profil gleichzeitig bestrahlt wird, indem der
Lichtstrahl in seinem Querschnitt entsprechend bemessen ist.
Ein derartiger Lichtstrahl ermöglicht grundsätzlich die gleich
zeitige Vermessung des gesamten Profils bzw. Profilteils. Die
tangentiale Bestrahlung des konvexen Profils mit dem Licht
strahl schafft die Voraussetzung dafür, daß mit einer Schlie
renblende gemessen werden kann. Schlierenblenden sind solche
Bauelemente, die eine Erfassung von Licht nach dem Schlieren
verfahren ermöglichen, sei es im Dunkelfeldverfahren oder im
Hellfeldverfahren. Mit dem Ausdruck Schlierenblende sollen auch
alle dem Schlierenverfahren physikalisch verwandten physikali
schen Verfahren zur deutlichen Abbildung nicht lichtabsorbie
render Objekte verstanden werden, soweit diese lichtselektie
rende Wirkung haben.
Letztlich ist von Bedeutung, daß in Strahlrichtung hinter
dem Profil eine Fokussiereinrichtung angeordnet ist, deren Fo
kussierebene vor der Abbildungseinrichtung liegt. Durch die Fo
kussiereinrichtung, die tangential zum Profil beobachtet, wird
das tangential am konvexen Profil vorbeigeleitete Licht gesam
melt und derart gebündelt, daß in der Fokussierebene die bei
den Schlierenverfahren bekannten Raumfilterungen durchgeführt
werden können, um die genaue Abbildung des bestrahlten Profils
zu erreichen.
Mit der Vorrichtung kann das Werkstückprofil besonders
kontrastreich abgebildet werden. Das gilt insbesondere für sol
che Umformeinrichtungen, bei denen z. B. aufgrund von Eigenhei
ten des Umformprozesses eine sonstige genaue Abbildung des Pro
fils nicht möglich ist, z. B. wegen übermäßiger Lichtentwicklung
beim Walzen. Die Vorrichtung hat außerdem den erheblichen Vor
teil, unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Werk
stücks genau zu messen.
Durch die Anwendung des Schlierenverfahrens beim optischen
Messen von Werkstückprofilen wird es durch die Verwendung des
tangentialen Lichtstrahls ermöglicht, zwischen dem direkten, an
den Tangentialflächen des Werkstückprofils nicht abgebeugten
Licht und letzterem zu unterscheiden und dieses zu der ge
wünschten kontrastscharfen Abbildung des Profils heranzuziehen.
Vorteilhafterweise sind die nicht vom bestrahlten Profil abge
lenkten Strahlen von der Schlierenblende ausblendbar. Damit ar
beitet die Vorrichtung nach dem Dunkelfeldverfahren. Die ausge
blendeten direkten Lichtstrahlanteile werden also nicht zur Ab
bildung herangezogen. Die Abbildung des Profils erfolgt nur
durch Streulicht, also durch von der Profiloberfläche abgelenk
te Lichtstrahlanteile, die infolge der Tangentialeinstrahlung
des Lichts auf das Profil entsprechend gering sind und zu der
gewünschten kontrastreichen Profilabbildung führen.
Die Steuerung der Schlierenblende in ihre exakte Relativ
lage zum Lichtstrahl wird dadurch erreicht, daß in der Fokus
sierebene ein lichtempfindliches Positionsmeßelement vorhanden
und an eine Verstelleinheit zur Korrektur der Lage der Schlie
renblende relativ zur Lichtstrahllage angeschlossen ist. Das
Meßelement ist beispielsweise eine Halbleitersonde, ein soge
nannter positionsempfindlicher Detektor PSD. Das Positionsmeß
element wird in den Lichtstrahl gebracht und dabei wird seine
Position gemessen. Dem Meßergebnis bei veränderter Lichtstrahl
lage entsprechend wird die Blendenlage relativ zur Lichtstrahl
lage beispielsweise dadurch korrigiert, daß das Meßelement mit
dem Brennfleck zur Deckung gebracht wird.
In Lichtstrahlrichtung hinter der Fokussierebene sind eine
Detektoroptik und ein Detektor als Teile der Abbildungseinrich
tung angeordnet. Mit der Detektoroptik kann der hinter der
Schlierenblende vorhandene Lichtstrahl auf den Detektor gebün
delt werden.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß
im Lichtstrahl in Lichtstrahlrichtung hinter dem Werkstück ein
Umgebungslicht- und/oder ein Werkstückeigenleuchten-Filter an
geordnet ist bzw. sind. Die konkrete Anordnung des Filters
hängt von der jeweiligen Ausbildung der Vorrichtung ab. Er wird
zweckmäßigerweise baulich im Sinne einer Baueinheit integriert.
Grundsätzlich kann der Filter als dem Meßbereich nächstes opti
sches Bauteil angeordnet werden, wenn sichergestellt ist, daß
die nachfolgenden optischen Bauteile nicht durch Fremdlicht be
einflußt werden.
Damit die Meßergebnisse des Detektors ausgewertet werden
können, ist an den als elektronische Kamera ausgebildeten De
tektor ein dessen Signale verarbeitender Speicher angeschlos
sen. Dessen Speichergrößen können dann weiterverarbeitet wer
den.
Eine Weiterverarbeitung der Speichergrößen zur konturge
naueren Abbildung der Werkstückprofile wird dadurch erreicht,
daß an den Detektor und/oder an den Speicher eine die von den
Nachbarbereichen außerhalb des Werkstücks hervorgerufenen Luft
oder Gasschlieren diskriminierende elektronische Auswertungs
schaltung angeschlossen ist.
An die Auswertungsschaltung ist eine Profilanzeige- und/
oder -ausgabeeinrichtung und/oder eine Maschinensteuereinrich
tung angeschlossen. Damit kann das Abbildungsergebnis veran
schaulicht und/oder zur Profilerzeugung verwertet werden.
In einigen Anwendungsfällen herrschen im Bereich der Pro
filerzeugung Platzprobleme. Um diese zu lösen ist die Vorrich
tung so ausgebildet, daß die Lichtquelle und die Profilabbil
dungseinrichtung auf derselben Seite des beleuchteten Werk
stückprofils angeordnet sind, daß auf der gegenüberliegenden
Seite dieses Werkstückprofils ein Spiegel für den Lichtstrahl
vorhanden ist und daß zwischen diesem Werkstückprofil und der
Strahlformungsoptik ein das vom Spiegel reflektierte Licht aus
dem Strahl ausblendender Strahlteiler vorgesehen ist.
Für Walzanlagen ist es besonders vorteilhaft, daß der dem
Profil tangentiale Lichtstrahl in einer Walzanlage den gesamten
profilgebenden Walzenumriß beleuchtet, daß eine den vom Werkstück
freien Walzspalt abbildende Anordnung mit Schlierenblende
vorhanden ist und daß der Detektor fortlaufend ein dem Füllgrad
des Walzspalts proportionales Ausgangssignal zu erzeugen
vermag. Diese Vorrichtung ermöglicht eine on-line-Messung der
zeitlichen Entwicklung des Werkstückprofils. Darüber hinaus
kann der Füllgrad on-line bestimmt werden und das diesem Füll
grad proportionale Ausgangssignal kann zur Beeinflussung des
Walzvorgangs herangezogen werden. Das Walzen wird also so ge
steuert bzw. geregelt, daß sich das gewünschte Walzgut ergibt,
indem der Walzspalt weggeregelt wird.
Als Lichtquelle zur tangentialen Beleuchtung des Werk
stückprofils oder des Walzenumrisses ist ein Laser vorhanden.
Diese Lichtquelle ist soweit wie möglich punktförmig, so daß
sich eine hohe Meßgenauigkeit ergibt. Außerdem ist die Licht
quelle von hoher spektraler Brillanz und damit weitgehend un
abhängig von den Eigenschaften des Werkstücks oder des zu ver
messenden Produkts, wie beispielsweise Eigenleuchten. Infolge
der Brillanz des Lichts kann die Meßvorrichtung auch bei nor
maler Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell
ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zweier Walzen mit
dazwischen befindlichem Walzgut,
Fig. 2 eine Abbildung des Walzspaltes in einer in Fig. 2 nä
her bezeichneten Detektionsebene,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der wesentlichen Be
standteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5 bis 5b Darstellungen zur Auswertung des bestrahlten
Profils mittels Schlierenblende.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand einer
speziellen Umformanlage erläutert, nämlich anhand einer Walzen
anlage, wie sie zum Längswalzen und zum Ringwalzen bei einer
Warmumformung eingesetzt wird. Die zu profilierenden Werkstoffe
weisen Temperaturen im Bereich von 1000°C auf, so daß sich die
zu formenden Werkstücke in dem glühenden Zustand befinden.
Die Walzanlage besteht im wesentlichen aus einem Dorn 2
und aus einer Kaliberwalze 3 mit dem profilbestimmenden Kaliber
4. Diese Walzen 2, 3 werden zur Umformung des Werkstücks 1 in an
sich bekannter Weise angetrieben. Infolgedessen wird das Werk
stück 1 zwischen ihnen hindurchgezogen und erfährt durch das
Kaliber 4 der Walze 3 eine Profilierung. Aus Fig. 1 ist ersicht
lich, daß das Werkstück 1 das profilgebende Kaliber 4 der Walze
3 nicht vollständig ausfüllt. Das ist beispielsweise dann der
Fall, wenn das Werkstück die gewünschte Sollprofilierung in
mehreren Schritten bzw. Walzendurchläufen erhält. Wenn das Ka
liber 4 durch das Werkstück 1 nicht wie gewünscht oder voll
ständig ausgefüllt ist, kann es daran liegen, daß der Walzvor
gang in unerwünschter Weise abläuft. In jedem Stadium der Pro
filierung kann es sein, daß Haltepunkte und Rückzugseffekte
auftreten, so daß die Füllung bzw. der Füllgrad des Kalibers
trotz weiteren Walzens wieder abnimmt. Es kann auch sein, daß
sich das Profil des Werkstücks 1 im Kaliber 4 während des Walz
vorgangs so ändert, daß bestimmte Bereiche des Kalibers 4
schneller gefüllt werden als andere. Für das Walzen ist es da
her von Bedeutung, daß das Profil 5 des Werkstücks 1 bestimmt
werden kann, bzw. daß der Füllgrad des Kalibers 4 bestimmt wer
den kann. Derartige Bestimmungen wurden bisher mit umfangrei
chen Testserien ermittelt, bei denen die Umformung nach ver
schiedenen Bearbeitungsdauern unterbrochen wurde, um von den
Werkstücken Schnitte anzufertigen, anhand derer die zeitliche
Profilentwicklung ermittelt werden konnte. Eine derartige um
ständliche und zeitraubende Bestimmung des Werkstückprofils
kann durch die beschriebene Vorrichtung vermieden werden.
Zur Messung des Profils 5 wird eine Lichtquelle 6 herange
zogen, die einen Lichtstrahl 7 erzeugt, der zu einer Strahlfor
mungsoptik 8 gelangt. Mit Hilfe der Strahlformungsoptik 8 er
hält der Lichtstrahl 7 einen Querschnitt 31, mit dem der ge
samte profilgebende Walzenumriß 35 der Kaliberwalze 3 beleuch
tet wird, in Fig. 1 dargestellt als Beobachtungsfeld 16.
Aus den Fig. 1, 3 ist ersichtlich, daß das Werkstück 1 durch
den Lichtstrahl 7 im Bereich des zu messenden Profils 5 der
Querschnittsebene 13 tangential beleuchtet wird. Tangential ist
dabei im Sinne der Längserstreckungsrichtung 40 des Werkstücks
1 zu verstehen. Fig. 3 zeigt dazu eine parallele Strahlführung
39. Stattdessen ist aber auch ein divergenter oder konvergenter
Strahlverlauf möglich, sofern die Beleuchtung des Werkstückpro
fils 5 in der Walzebene 13 zumindest im wesentlichen tangential
ist.
Außerdem muß natürlich dafür gesorgt sein, daß das Licht
bzw. der Lichtstrahl 7 bis zu dem zu messenden Profil 5 einen
ungestörten Durchtritt hat, also ungestört beispielsweise durch
den Verlauf des Werkstücks 1, durch Walzstaus od. dgl. Das Werk
stück 1 wurde daher in Fig. 3 ringförmig dargestellt, um den un
gestörten Lichtdurchtritt durch den freien Bereich zwischen dem
Werkstückprofil 5 und dem Umriß 35 der Kaliberwalze 4 in der
Ebene 13 zu veranschaulichen. Grundsätzlich ist erforderlich,
daß das Werkstück 1 im Meßbereich konvex ausgebildet ist, um
die gewünschte Profilabbildung zu erreichen.
Die Beobachtung des Werkstücks 1 bzw. des Walzenumrisses
35 erfolgt hinter der Ebene 13, senkrecht dazu, also tangential
zum Werkstück 1. In der Richtung des Lichtstrahls 7 hinter dem
beleuchteten Profil der Ebene 13 ist eine Fokussiereinrichtung
9 angeordnet, mit der das das Profil 5 bzw. den freien Walz
spalt 36 zwischen Profil 5 und Walzenumriß 35 passierende Licht
fokussiert wird. Es ergibt sich eine Fokussierebene 10, die vor
der Bildebene einer Abbildungseinrichtung 9, 12, 14 angeordnet
ist. Die Abbildungseinrichtung 9, 12, 14 besteht aus der zur Ab
bildung beitragenden Fokussiereinrichtung 9, einer Detektorop
tik 12 und aus einem beispielsweise als elektronische Kamera
ausgebildeten Detektor 14 zur Auswertung des den Walzspalt 36
passierenden Lichts. Dieses Licht ist jedoch in besonderer
Weise aufbereitet, um den Walzspalt möglichst konturenscharf
bzw. kontrastreich abzubilden. Das erfolgt mit einer Schlieren
blende 11, die im Bereich der Fokussierebene 10 angeordnet ist.
Ihre Darstellung ist lediglich schematisch, da sie je nach Art
des eingesetzten Schlierenverfahrens unterschiedlich ausgebil
det ist. Ihre Wirkung wird unten erläutert.
Zwischen der Detektoroptik 12 und dem Detektor 14 ist ein
Filter 15 angeordnet, der aus dem zu detektierenden Licht
Lichtanteile herausfiltert, die die Abbildung des Werkstück
bzw. Walzenprofils beeinträchtigen könnten. Das ist beispiels
weise Umgebungslicht oder Licht, das von einem Eigenleuchten
des Werkstücks 1 herrührt, das sich in glühendem Zustand befin
den kann.
Um die vom Detektor 14 herrührenden Meßsignale verarbeiten
zu können, ist an den Detektor 14 ein Speicher 18 angeschlos
sen, der von üblicher Ausbildung ist und daher nur als Block
dargestellt wurde. Dasselbe gilt für die nachfolgenden Schal
tungen, nämlich eine Auswertungsschaltung 19, welche der elek
tronischen Aufbereitung dient, die weiter unten beschrieben
ist. Diese Auswertungsschaltung 19 kann eine Profilanzeigevor
richtung und/oder eine Profilausgabeeinrichtung 20 speisen, wie
auch eine Maschinensteuereinrichtung 21, so daß das Ergebnis
der Auswertungsschaltung 19 sowohl zur Beobachtung eingesetzt
werden kann, als auch zur Beeinflussung des Walzvorgangs, bei
spielsweise der Walzgeschwindigkeit oder des Abstands der Wal
zen 2, 3 voneinander.
Um eine genaue Messung durchführen zu können, ist es er
forderlich, die Schlierenblende 11 stets radial exakt auf den
Lichtstrahl 7 bzw. auf ihre Lage relativ zum Brennfleck des
Lichtstrahls 7 auszurichten. Hierzu ist ein in den Figuren
nicht dargestelltes Positionsmeßelement vorhanden, beispiels
weise ein Halbleiterdetektor. Dieser sogenannte positionsem
pfindliche Detektor PSD ist lichtempfindlich und wird im Brenn
punkt 37 des von der Fokussiereinrichtung 9 fokussierten Licht
strahls 7 angeordnet. Die minimale Außenabmessung des
Meßelements ist darauf abzustimmen, daß der Brennfleck abge
deckt wird. Die maximale Außenabmessung des Meßelements ist da
durch gegeben, daß der vom Objekt zur Detektoroptik 12 gelan
gende Lichtstrahlenanteil der abgelenkten Strahlen zur Anzeige
ausreicht. Das gilt für die unten erwähnte Dunkelfeldmessung.
Sofern sich beim Walzen eine Änderung der Lage des Lichtstrahls
ergibt, beispielsweise durch den Walzvorgang selbst oder durch
Störungen oder Justageänderungen im Meßbereich, so wird dies
vom Meßelement ermittelt, das mit einer Verstelleinheit 22 ver
bunden ist. Die Wirkverbindung 38 zwischen Meßelement und Ver
stelleinheit 22 ist gepunktet eingezeichnet. Diese Verstellein
heit 22 verschiebt die Schlierenblende 11 relativ zum Brenn
fleck, so daß exakt gemessen werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind die Lichtquelle
6 und die Abbildungseinrichtung 12, 14 jeweils auf einer Seite
der Ebene 13 angeordnet. Das kann je nach den räumlichen Gege
benheiten der Umformungsanlage unerwünscht sein. In Fig. 4 ist
infolgedessen eine Ringwalzanlage 34 dargestellt, bei der die
Lichtquelle 6 und die Abbildungseinrichtung 12, 14 auf derselben
Seite 33 des beleuchteten Werkstückprofils 5 bzw. der formge
benden Walzen 2, 3 angeordnet sind. Für die Lichtführung ist es
erforderlich, auf der der Seite 33 gegenüberliegenden Seite der
Anlage 34 einen Spiegel 24 bzw. Reflektor für den Lichtstrahl 7
anzuordnen. Der Spiegel 24 reflektiert das Licht zurück durch
den Walzspalt 36 auf einen Strahlteiler 23, der es auf die Fo
kussiereinrichtung 9 ausblendet. Im übrigen entspricht die Aus
bildung der Vorrichtung gemäß Fig. 4 derjenigen gemäß Fig. 3.
Zur Messung des Profils 1 bzw. zur Messung des Füllgrades
des Walzspaltes 36 wird das für andere Zwecke bekannte Schlie
renverfahren herangezogen, bei dem die Richtung, in die eine
Objektstelle das Licht lenkt, über die Kennzeichnung der be
treffenden Objektstelle in der Bildebene entscheidet. Grenzfäl
le des Schlierenverfahrens sind Dunkelfeld-, Hellfeld- und Pha
senkontrastverfahren. Dunkelfeldverfahren bedeutet, daß das di
rekte nicht abgebeugte Licht nicht an der Bildabbildung mit
wirkt. Es muß also von der Schlierenblende ausgeblendet werden.
Demgemäß werden durch die Schlierenblende 11 alle nicht durch
das Werkstück 1 oder die Walze 3 abgelenkten Strahlenanteile
des Lichtstrahls 7 ausgeblendet. Zur Abbildung der Ebene 13
bzw. zur Abbildung von dessen Walzspalt 36 tragen also nur die
jenigen Strahlenanteile bei, die an dem Werkstück 1 oder an der
Walze 3 abgelenkt wurden. Derartige Ablenkungen entstehen durch
Streuungen oder Streifreflexionen an den Oberflächen dieser
Objekte. Infolgedessen erscheint das Beobachtungsfeld 16 bei
der Dunkelfeldabbildung auf einer Detektorebene 16′ des Detek
tors 14 gemäß Fig. 2, wobei das Feld im Idealfall dunkel ist,
bis auf die Objektumrisse 17, die hell erscheinen. Im Walzspalt
36 sind jedoch im allgemeinen Luftschlieren vorhanden, also
Teile oder Bereiche des Luftspalts unterschiedlicher Tempera
tur, hervorgerufen durch das heiße Werkstück 1. Diese Luft
schlieren führen ebenfalls zu Ablenkungen des Lichtstrahls 7,
so daß sie sich bei der Dunkelfeldabbildung als Aufhellungen 27
innerhalb der Umrisse 17 darstellen. Sie sind mit 27 bezeich
net.
Es ist sinnvoll, derartige Schlierenabbildungen 27 von den
Werkstück- bzw. Walzenumrissen zu diskriminieren. Das erfolgt
rechnerisch mit der Auswertungsschaltung 19 unter Berücksichti
gung des Intensitätsverlaufs. Die Kurven 23 der Fig. 5a und 24
der Fig. 5b veranschaulichen, wie die Intensität entlang der Li
nie A-A gemäß Fig. 5 bei Dunkelfeldabbildung bzw. bei Hellfeld
abbildung verläuft. Bei Dunkelfeldabbildung ergibt sich gemäß
Fig. 5a ein steiler Intensitätsgradient im Bereich der Profil
bzw. Walzenkontur. Die dazwischenliegenden Luftschlieren weisen
einen wesentlich geringeren Gradienten 25 auf, können also
rechnerisch durch Gradientenbestimmung diskriminiert werden.
Ähnliches gilt für Hellfeldabbildung. Gemäß Fig. 5b sind die
durch Luftschlieren hervorgerufenen Gradienten 26 ebenfalls we
sentlich geringer, als die Gradienten im Bereich der Profil
bzw. Walzenkontur, so daß eine rechnerische Diskriminierung mit
Hilfe der Auswertungsschaltung 19 ermöglicht wird.
Mit Hilfe der Auswertungsschaltung 19 kann jedoch nicht
nur die Objektkontur genügend genau bestimmt werden, sondern es
kann auch der Füllgrad berechnet werden, indem z. B. bei einer
Hellfeldanordnung über die gesamte Querschnittsebene 13 inte
griert wird. Das Ausgangssignal ist dann direkt proportional
zum Füllgrad.
Die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschreiben das
Walzen von Werkstücken. Stattdessen können Werkstücke aber auch
extrudiert oder sonstwie behandelt werden, sofern sich Profile
ergeben, deren tangentiale Bestrahlung und Beobachtung möglich
ist. Derartige Werkstücke können aus metallischen, nichtmetal
lischen oder organischen Werkstoffen bestehen.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur optischen Messung von Werkstückprofilen
profilerzeugender Maschinen, insbesondere von Walzprofilen
in einem Walzspalt, mit einer Lichtquelle, deren Licht
strahl von einer Strahlformungsoptik in Längserstreckungs
richtung des im Meßbereich konvexen Werkstücks im wesentlichen
tangential auf dessen Profil gerichtet ist, und mit
einer den in Strahlrichtung hinter dem Meßbereich fokussierten
Lichtstrahl auswertenden optischen Einrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (7) einen
das zu messende Profil (5) bei dessen Erzeugung gleichzeitig
beleuchtenden Querschnitt (31) aufweist, daß die Fokussierebene
(10) des hinter dem Meßbereich fokussierten
Lichtstrahls (7) vor der Bildebene einer Profilabbildungseinrichtung
(9, 12, 14) liegt und daß im Bereich der Fokussierebene
(10) eine Schlierenblende (11) vorhanden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die nicht vom bestrahlten Profil (5) abgelenkten
Strahlen des Lichtstrahls (7) von der Schlierenblende (11)
ausblendbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Fokussierebene (10) ein lichtempfindliches Positionsmeßelement
vorhanden und an eine Verstelleinheit
(22) zur Korrektur der Lage der Schlierenblende (11) relativ
zur Lichtstrahllage angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in Lichtstrahlrichtung (32) hinter der Fokussierebene
(10) eine Detektoroptik (12) und ein Detektor (14) als
Teile der Abbildungseinrichtung (9, 12, 14) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß im Lichtstrahl (7) in Lichtstrahlrichtung (32) hinter
dem Werkstück (1) ein Umgebungslicht- und/oder ein Werkstückeigenleuchter-
Filter (15) angeordnet ist bzw. sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß an den als elektronische Kamera ausgebildeten
Detektor (14) ein dessen Signale verarbeitender Speicher
(18) angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß an den Detektor (14) und/oder
an den Speicher (18) eine die von den Nachbarbereichen außerhalb
des Werkstücks (1) hervorgerufenen Luft- oder Gasschlieren
diskriminierende elektronische Auswertungsschaltung
(19) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß an die Auswertungsschaltung (19) eine Profilanzeige-
und/oder -Ausgabeeinrichtung (20) und/oder eine Maschinensteuereinrichtung
(21) angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle (6) und die Profilabbildungseinrichtung
(9, 12, 14) auf derselben Seite (33) des
beleuchteten Werkstückprofils (5) angeordnet sind, daß auf
der gegenüberliegenden Seite dieses Werkstückprofils (5)
ein Spiegel (24) für den Lichtstrahl (7) vorhanden ist
und daß zwischen diesem Werkstückprofil (5) und der
Strahlformungsoptik (8) ein das vom Spiegel (24) reflektierte
Licht aus dem Strahl (32) ausblendender Strahlteiler
(23) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der dem Profil (5) tangentiale Lichtstrahl
(7) in einer Walzanlage (34) den gesamten profilgebenden
Walzenumriß (35) beleuchtet, daß eine den vom Werkstück
(1) freien Walzspalt (36) abbildende Anordnung mit
Schlierenblende (11) vorhanden ist und daß der Detektor
(14) fortlaufend ein dem Füllgrad des Walzspalts (36) proportionales
Ausgangssignal zu erzeugen vermag.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (6) zur tangentialen
Beleuchtung ein Laser vorhanden ist.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2937155A1 (de) | 2014-04-11 | 2015-10-28 | SMS Meer GmbH | Umformmaschine und verfahren zur steuerung einer umformmaschine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4801207A (en) * | 1985-06-14 | 1989-01-31 | The Broken Hill Proprietary Company Limited | Method and apparatus for the optical determination of surface profiles |
JPS62255806A (ja) * | 1986-04-29 | 1987-11-07 | Mitsubishi Electric Corp | 膜厚測定方法及び装置 |
-
1989
- 1989-07-14 DE DE19893923275 patent/DE3923275A1/de active Granted
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US10065234B2 (en) | 2014-04-11 | 2018-09-04 | Sms Group Gmbh | Forming machine and method for control of a forming machine |
US10507502B2 (en) | 2014-04-11 | 2019-12-17 | Sms Group Gmbh | Forming machine, particularly ring-rolling machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3923275A1 (de) | 1991-01-24 |
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