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Publication number: DEE0009754MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 27. Oktober 1954 Bekanntgemacht am 12. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Breite, der seitlichen Verschiebung, des Durchmessers bzw. Abstandes paralleler Begrenzungen, z. B. Kanten, von Gegenständen an sich beliebiger Art, vorzugsweise von bandförmigem Gut, insbesondere bei der kontinuierlichen Messung von sich bewegendem Gut.

Gemäß Anmeldung E 9301 IX/42b, auf das die Erfindung zurückbezogen ist, wird das Bild der Begrenzungen des Gegenstandes, z. B. der beiden Bandkanten, mittels zweier Fernsehkameras erfaßt und auf eine gemeinsame Bildröhre abgebildet. Durch eine Winkelverstellung der - Kameras wird eine entsprechende Winkelverstellung der Begrenzungen, z.B. der Bandkanten, erreicht, so daß der Winkel, den die optischen Achsen der Kameras untereinander bilden, genau dem Winkel entspricht/ unter dem sich, die '' Abbildungen der Kanten schneiden. Der Winkel, unter dem sich die Bandkanten schneiden, legt das· Anzeigeverhältnis der Breitenänderung e zur Parallel-Verschiebung f des Bandes fest. Es ist im allgemeinen

erstrebenswert, das Verhältnis η

= — so groß

wie möglich zu machen, weil hierdurch die Breitenänderung gegenüber der Parallelverschiebung hervorgehoben wird.

Die nachfolgend beschriebene weitere Ausbildung der Erfindung beruht auf der Möglichkeit, das elektrooptische Vergrößerungs- bzw. Verkleinerungsverhältnis zwischen, der Kamera und dem Bildschirm, im

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folgenden »elektrooptisches Übersetzungsverhältnis« genannt, zu variieren. Erfindungsgemäß wird nunmehr das Anzeigeverhältnis η=— dadurch in ge-

wünschtem Sinne durch an sich bekannte elektrooptische Maßnahmen beeinflußt, insbesondere vergrößert, indem das elektrooptische Übersetzungsverhältnis in der Richtung der Höhe des Bildschirms und in der Richtung der Breite desselben verschieden

ίο gewählt wird. Das Anzeigeverhältnis η kann also in den gegebenen Grenzen durch elektrooptische Maßnahmen beliebig geändert werden. Hierbei wird natürlich auf dem Bildschirm ein vom relativen Verdrehungswinkel der Kameras verschiedener Schnittwinkel der abgebildeten Kanten erzielt, da der relative Verdrehungswinkel und der abgebildete Schnittwinkel der beiden Bandkanten hinsichtlich Bildhöhe und Bildbreite nur bei gleichem elektrooptischem Übersetzungsverhältnis übereinstimmen.

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, wobei weitere erfindungsgemäße Einzelheiten erläutert, werden.

Fig. ι veranschaulicht die Verhältnisse bei reiner Breitenänderung des zu messenden bandförmigen Gutes, während

Fig. 2 die Verhältnisse bei der reinen Parallelverschiebung des Bandes untersucht.

Fig. 5 bis 8 dienen zur Erläuterung der geometrischen Verhältnisse bei den Anordnungen gemäß Fig. 3 und 4, wobei die elektrooptische Übersetzung hinsichtlich der Bildhöhe verringert wird:

Fig. 9 und 10 veranschaulichen die Anbringung besonders ausgestalteter Photoelemente an dem Bildschirm der Bildröhre, um eine Messung der Breite des bandförmigen Gutes zu erleichtern.

Fig. 11 stellt schematisch eine Anordnung zur SoIl-■ Ist-Anzeige dar.

In den Fig. 1 bis 4 kennzeichnet die Bezugsziffer 1 den zu messenden Gegenstand, z. B. ein Band mit den Begrenzungen α und b. Die Fernsehkameras sind mit 2 und 3 bezeichnet. Die Abbildung erfolgt mittels der Fernsehkameras über Draht oder drahtlos auf einem gemeinsamen Bildschirm 4. Die Mittellinie des aufzunehmenden Gegenstandes, z. B. des Bandes i, ist durch die strichpunktierte Linie X gegeben.

Wird eine Fernsehkamera um ihre optische Achse um einen Winkel φ verdreht, so kreuzen sich die Abbildungen der Bandkanten O₁ und O₁ auf dem Bildschirm des Empfängers im Schnittpunkt S unter dem

Verdrehungswinkel ψ. ■

Ändert sich die Breite des Walzgutes um den Betragt unter der Voraussetzung, daß die Mittelachse des X des Bandes sich nicht parallel verschiebt, so erfährt das Bild der Kante O₁ eine Parallelverschiebung entsprechend dem gewählten Abbildungsmaßstab um die

Strecke— nach O₁' und entsprechend O₁ nach O₁'.

Der Schnittpunkt S wandert hierbei auf der Winkel-. halbierenden w des Winkels φ zwischen den beiden Kanten a_x und b₁ bzw. «/ und O₁' von S nach S'.

Wird das optische Übersetzungsverhältnis bezüglich der Bildbreite von dem der Bildhöhe verschieden gewählt, so wird die Kante α des Bandes in die Linie a_x , die Bandkante b in die Linie b₁ abgebildet; die Kanten a' und b' des gestrichelt angedeuteten breiteren Bandes werden in entsprechender Weise auf dem Bildschirm in Form der Linien O₁' * und O₁' * abgebildet. Findet keine Parallelverschiebung statt, d. h. bleibt die Mittelachse X des Bandes während der Breitenänderung erhalten, so werden die beiden

seitlichen Breitenänderungen im Betrag — in ver- '

größertem Maßstab auf dem Bildschirm abgebildet. Bei verschiedenen elektrooptischen . Übersetzungsverhältnissen gehen die beiden Schnittpunkte S und S' in die entsprechenden Schnittpunkte 5* und S'* über, wie dies in Fig. 1 an Hand der beiden übereinanderliegenden Abbildungen der Bandkanten erläutert ist. Durch die Änderung des optischen Übersetzungsverhältnisses wird ebenfalls der Winkel φ zwischen den Bandkanten verzerrt. Es findet also keine winkelgetreue Abbildung mehr statt, sondern der Winkel φ* weist je nach dem Unterschied des elektrooptischen Übersetzungsverhältnisses bezüglich der Bildhöhe und der Bildbreite eine entsprechend große Abweichung von dem ursprünglichen Winkel φ auf, der sich ergibt, wenn das elektrooptische Übersetzungsverhältnis bezüglich der Bildhöhe gleich dem elektrooptischen Übersetzungsverhältnis bezüglich der Bildbreite ist. Gleichfalls findet eine' Verzerrung der

d*
beiden Abstände — zwischen den abgebildeten

Kanten ^₁* und «/* sowie zwischen den Kanten b* und O₁'* statt, die nunmehr infolge des verschiedenen elektrooptischen Übersetzungsverhältnisses ebenfalls verschieden große Abstände haben.

In Fig. 2 sind in analoger Weise die Verhältnisse bei einer reinen Parallelverschiebung des Bandes (konstante Breite) veranschaulicht. Bei gleichem elektrooptischem Übersetzungsverhältnis nach Höhe und Breite wandert der Schnittpunkt S der Bandkante längs der Winkelhalbierenden n des Komplementärwinkels von ψ nach 5', während bei der Änderung des elektrooptischen Übersetzungsverhältnisses bezüglich der Höhe des Bildes eine Wanderung des Schnittpunktes der abgebildeten Bandkante längs der Linie n* nach S'* stattfindet.

Bei einer reinen Parallelverschiebung verschiebt sich die Mittelachse χ des Bandes und geht in die Achsex' über. Die Kanten a' und b' des parallel verschobenen Bandes gehen auf dem Bildschirm wieder in die Kanten U₁' und O₁' über. Bei Änderung, des elektrooptischen Übersetzungsverhältnisses findet wiederum eine Verzerrung der Abbildung statt, und die Kanten a' und V werden nunmehr in die Kanten «/* und O₁'* übergeführt. Die Kanten α und b gehen bei verschiedenen elektrooptischen Übersetzungsverhältnissen bezüglich Bildhöhe und Bildbreite in die Linien a_x* und &_x* über. Bei gleichem elektrooptischem Übersetzungsverhältnis sind bei einer reinen Parallelverschiebung die Abstände J)₁ zwischen den abgebildeten Linien a_x und' O₁' bzw. ^₁ und O₁' gleich groß. Die entsprechenden Abstände ft_x werden bei verschiedenen elektrooptischen Übersetzungsverhältnissen natürlich verschieden groß, wie man aus der Fig. 2 entnehmen kann. Die der Winkelhalbierenden w

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des Winkels φ entsprechende Linie w*, die sich bei verschiedenen elektrooptischen Übersetzungsverhältnissen ergibt, besitzt natürlich nicht mehr die Eigenschaften einer Winkelhalbierenden.
In den Fig. 3 bzw. 4 weist sowohl die Kamera 2 als auch die Kamera 3 eine Verdrehung ihrer optischen Achse um den Betrag — gegenüber der zugehörigen Kante auf, wobei insgesamt eine Relativ-Verdrehung der optischen Achsen gegeneinander entsteht, welche dem Betrage ψ entspricht. Wie die Abbildungen der Kanten U₁ und b_x bzw. a_x und b_x zeigen, wandert bei der beschriebenen Kamerastellung während einer entsprechenden Breitenänderung des Bandes der Schnittpunkt S beider Bandkanten von S nach S' längs einer waagerechten Linie. Auch eine Verringerung des elektrooptischen Übersetzungsverhältnisses hinsichtlich der Bildhöhe ändert hieran nichts, so daß der Schnittpunkt S* bei einer reinen Breitenänderung nach S'* wandert, also längs der Winkelhalbierenden des Winkels φ, der natürlich infolge des verschiedenen elektrooptischen Übersetzungsverhältnisses eine andere Größe als φ* aufweist. Die symmetrische Änderung der Breite des

Bandes um den Gesamtbetrag^ bedingt eine Verschiebung der beiden Kanten um den Betrag —.

Bei gleichem elektrooptischen! Übersetzungsverhältnis bezüglich Bildbreite und Bildhöhe wird diese Breitenänderung ebenfalls symmetrisch übertragen, d. h.,

der Abstand -^- zwischen der abgebildeten Kante a_x

und O₁' ist gleich dem Abstand zwischen den abgebildeten Kanten b_x und b_x . Im allgemeinen führt ein verschiedenes Übersetzungsverhältnis von Bildhöhe und Bildbreite dazu, daß die den Abständen —^

der Bandkanten bei gleichem elektrooptischen! Übersetzungsverhältnis entsprechenden Breitenänderun-

4.0 d *

gen —— ebenfalls verschieden groß ausfallen. Im

Sonderfalle der Fig. 3 sind jedoch auch die Abstände zwischen den Kanten a_x* und a_x* sowie zwischen den Kanten b_x* und b_x* gleich groß, was sich aus der symmetrischen gegenseitigen Verdrehung der beiden Kameras 2 und .3 um gleiche Winkelbeträge bezüglich der parallelen Bandkanten ergibt.

In Fig. 4 sind in analoger Weise die Verhältnisse für den Fall einer reinen Parallelverschiebung des Bandes S veranschaulicht. Der Schnittpunkt S der beiden Bandkanten wandert somit in senkrechter Richtung zu der obengenannten waagerechten Linie von S nach S' bzw. von S* nach S'*. Die Anord-

η* =

nungen gemäß den Fig. 3 und 4 haben insbesondere den Vorteil, daß die reinen Breitenänderungen bzw. die reinen Parallelverschiebungen parallel zu den Koordinatenachsen eines rechtwinkligen Systems verlaufen, was eine besonders gute Übersichtlichkeit der Messung ermöglicht. Ferner wird der Schnittwinkel der Änderungslinien für die reine Parallelverschiebung mit den entsprechenden Änderungslinien für die reine Breitenänderung unabhängig vom elektrooptischen Übersetzungsverhältnis, d. h., bei einer Änderung des elektrooptischen Übersetzungsverhältnisses bleibt die Orthogonalität des obengenannten Koordinatensystems erhalten. Außerdem werden die Winkel φ und φ* sowie deren entsprechende Komplementärwinkel unabhängig vom elektrooptischen Übersetzungsverhältnis durch die Änderungslinien S-S' bzw. S*-S'* halbiert.

Die genannten Fälle lassen sich auch leicht quantitativ an Hand der Fig. 5 bis 8 übersehen, in denen die elektrooptische Übersetzung hinsichtlich der' Bildbreite konstant gehalten ist, während sie hinsichtlich der Bildhöhe verringert ist. Somit ergibt sich zunächst e = e* und f* =m₁· f, wobei Wi₁ der elektrooptische Übersetzungsfaktor bezüglich der Bildhöhe ist, d.h.,

e =

2 sin φ bzw.

2sm

Aus den Fig. 7 bzw. 8 ergibt sich:

COS 1

cos φ*

cos

Das Anzeigeverhältnis η und η* beträgt also:

cos φ I_x 2 cL_x ctg φ

η =

2 sin
2

^=TT =

f*. 2P₁*
wegen e = e* und m_x f =
sich außerdem

d_x ctg φ

ctg.

und η* — -^- ergibt

m_xf

2 sin ψ

Wl-,

Aus diesen Gleichungen geht hervor, daß bei gegebener Winkelstellung φ der Kameras und dadurch gegebener Strecke e bei Änderung der Bandbreite, wenn die Breitenübersetzung konstant gehalten, die Höhenübersetzung jedoch geändert wird, das Anzeigeverhältnis umgekehrt proportional dem elektrooptischen Übersetzungsverhältnis bezüglich der Bildhöhe entsprechend dem dadurch entstandenen Winkel 9?*

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geändert wird. Analog gilt dasselbe für Änderung der Breitenübersetzung bei konstanter Höhenübersetzung. Auch durch Kombinationen von Änderungen der Breiten- und Höhenübersetzungen werden verschiedene Winkel φ* und damit verschiedene Anzeigeverhältnisse η* erzielt..

Auch bei sehr günstigem Anzeigeverhältnis η = —

kann. wegen der starken Parallelverschiebungen p

ίο des Bandes auf dem Rollgang, die in der Praxis oft wesentlich höher sind, als die Abweichungen des Bandes von der Sollbreite, der Schnittpunkt 5 der beiden Bandkanten erheblich in Richtung der Normalen n zur Richtung der Winkelhalbierenden w des auf dem Bildschirm gebildeten Winkels φ zwischen den Abbildungen der Bandkanten schwanken und damit die Ablesung erschweren. Je größer die elektrooptische Bildvergrößerung ist,· desto unangenehmer macht sich diese Erscheinung bemerkbar. Die Möglichkeit, das Band auf dem Rollgang seitlich mit hinreichender Genauigkeit zu führen, ist nicht immer gegeben. Außerdem nutzt man in der Praxis derartige Möglichkeiten nur sehr ungern aus, da man bestrebt ist, dem mit hoher Geschwindigkeit über den Rollgang laufenden Band alles aus dem Wege zu räumen, was ein Festhaken der Bandspitze und damit eine Unterbrechung des glatten Walz- und Bandführungslaufes bis zum nächsten Walzgerüst oder bis zur Haspel bewirken würde.

Dieser Nachteil kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch vermieden werden, daß geeignete, beispielsweise streifenförmige Photoelemente, die am Bildschirm angebracht werden, in Richtung der Normale n verlaufen. Durch geeignete Schaltungsmaßnahmen läßt sich nun erreichen, daß unabhängig von der Parallelverschiebung des Bandes nur die Breitenänderung vom Meßinstrument- angezeigt wird.

In den Fig. 9 bis 11 sind Anordnungen zur Lösung dieser meßtechnischen Aufgabe veranschaulicht. Auf dem Bildschirm 4 werden die Kanten 5 und 6 des Bandes so abgebildet, daß sie ein zeigerförmiges Flächenstück 7 begrenzen.

Die Breiten bzw. die Breitenabweichung werden durch die Skalenteile 8 erfaßt, während sich bei einer reinen Parallelverschiebung des Bandes (bei konstanter Breite) eine Verschiebung des zeigerförmigen Flächenstücks in Richtung des Doppelpfeiles 9 ergibt, wobei keine Änderung der Anzeige des Meßinstrumentes erfolgt. ^:

Fig. 10 erläutert die Anbringung, von streifenförmigen Photoelementen 10 am Bildschirm 4. Durch die Beleuchtungsstärke des Zeigers 7, der hell gegenüber den Bandkanten ist, werden in den Photoelementen Ströme erzeugt, die über den Verstärker 11 auf ein Anzeigegerät 12 übertragen werden und als Maß für die Breite des Bandes dienen.

Fig. 11 veranschaulicht ein besonders einfaches Beispiel einer Soll-Ist-Anzeige. Die Photoelementstreifen 13,14 und 15 zeigen über den Verstärker 19 und die Lampen 16, 17 und 18 an, ob das Band zu breit ist, innerhalb der Breitentoleranz liegt oder zu schmal ist. Durch Verschieben der Photoelementstreifen 13 und 15 in vertikaler Richtung werden die Toleranzbereiche geregelt, durch Verschieben des Streifens 14 wird der Nullpunkt des Meßinstrumentes für die Sollbreite bei gegebenem Band eingestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum berührungslosen Messen der Breite und/oder Parallelverschiebung von Gegenständen, vorzugsweise von bandförmigem Gut, das sich kontinuierlich an der Meßstelle vorbei bewegt nach Patentanmeldung E 9301 IX/42 ε, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische Übersetzungsverhältnis bezüglich der Bildhöhe von dem elektrooptischen Übersetzungsverhältnis bezüglich der Bildbreite verschieden gewählt wird, so daß der Schnittwinkel der auf dem Bildschirm abgebildeten Begrenzungslinien, z. B. Kanten, von dem relativen Verdrehungswinkel der die beiden Begrenzungslinien aufnehmenden Kameras abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptischen Übersetzungsverhältnisse bezüglich der Bildbreite und der Bildhöhe zur Änderung des Abbildungsverhältnisses (η) getrennt und vorzugsweise kontinuierlich geregelt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen der Kameras relativ zu den Bandkanten um entgegengesetzt gleiche Winkel verdreht sind, damit der Schnittpunkt der Bandkanten bei einer Breitenänderung längs einer Linie läuft, die senkrecht zu der Linie liegt, den der Schnittpunkt der Bandkanten bei einer reinen Parallelverschiebung beschreibt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß. zur Elimination der Anzeige der Parallelverschiebung des Bandes und zur Messung der reinen Breitenänderung der Bildschirm mit einem oder mehreren streifenförmigen, parallelen, lichtempfindlichen Meßempfängern versehen ist, wobei sich die von den abgebildeten sich schneidenden Bandkanten begrenzte helle, zeigerförmige Fläche bei einer Parallelverschiebung des Bandes parallel zu.oder in Richtung einer Streifenkante des oder der lichtempfindlichen Empfänger wandert, und daß der (die) von dem (den) Meßempfänger(n) angezeigte(n) Stromwert(e) als Maß für die Größe der zeigerförmigen Fläche und damit für die Breite bzw. die Breitenänderung des Gutes dient.

5. Vorrichtung zum berührungslosen Messen der Breite, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere getrennte, streifenförmige, lichtempfindliche Meßempfänger vorgesehen sind, die je nach der Stellung der zeigerförmigen Fläche eine Soll-Ist-Anzeige bewirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen