DE2356491A1 - Verfahren zur bestimmung der geometrischen form einer flaeche sowie vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der geometrischen form einer flaeche sowie vorrichtung zu seiner durchfuehrung

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Description

Andrejewski, Honke & Gesthuysen Patentanwälte
Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Anwaltsakte: 42 857/MS-th Hans Dieter Gesthuysen
4300 Essen, den 7· Nov. 1973 Theaterplatz 3
Patentanmeldung
A/S Kongsberg vSpenfäbrikk
P. 0. Box 25,
36OI Kongsberg, Norwegen
Verfahren zur Bestimmung der geometrischen Form einer Fläche sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren s.owie eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung zur Bestimmung der geometrischen Form einer Fläche, insbesondere an Werkstücken,, welche maschinell bearbeitet werden sollen, an denen Schweißarbeiten vorgenommen werden sollen, welche vermessen "oder untersucht werden sollen.
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Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz 3
In der mechanischen Industrie sind Vorrichtungen unterschiedlichster Art in Gebrauch, um die Oberflächengeometrie von Werkstücken zu messen. Eine derartige Vorrichtung dient gewöhnlich zur Untersuchung fertig bearbeiteter Werkstücke oder zur Prozeßsteuerung bezw. -kontrolle, wie beispielsweise bei der automatischen maschinellen Bearbeitung mit Hilfe der sogenannten Adaptionskontrolle oder -steuerung. Bei Schweißvorgängen sind derartige Angaben bezüglich des Oberflächenverlaufs besonders nützlich zur automatischen Führung des Schweißkopfes längs der Schweißnaht, um die Arbeitsparameter, beispielsweise die Stromstärke, die Spannung, die Schweißgeschwindigkeit usw. der Schweißeinrichtung während der sogenannten Prozeßsteuerung zu steuern und um die fertige Schweißnaht bezüglich ihres Aussehens und der Qualität zu überprüfen.
Pur gewisse industrielle Anwendungsgebiete stehen fotoelektrische Einrichtungen zur Verfügung, welche gewöhnlich eine Fernsehkamera aufweisen und derart eingesetzt werden, daß der Verr lauf von Kontrastiinien (Übergang zwischen Licht und Schatten) im Fernsehbild mittels geeigneter Anzeigeinstrumente aufgezeichnet werden kann, wie beispielsweise mittels Schreibgeräten oder Computern. Dies ergibt beispielsweise die Möglichkeit, gewisse Abmessungen und Positionen von dunklen Bereichen in einem im übrigen hellen Fernsehbild zu messen. Dieses Prinzip der fotoelektrischen Überwachung beleuchteter Flächen wird in der mechanischen Industrie auf die verschiedenste Weise angewendet, und zwar beispielsweise:
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Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 issen 1, Theaierplatz 3
a) Bei Dreharbeiten auf einer Drehbank wird eine Fernsehkamera auf das Werkstück scharf eingestellt, welches gegen ■ einen hellen Hintergrund betrachtet wird, sodaß sich eine Umfangslinie des Werkstückes ergibt0 Die Zuführung des Werkzeuges in der Drehbank erfolgt auf der Basis elektrischer Ausgangssignale seitens der Fernsehkamera, welche die dem Umriß entsprechende Kontrastlinie wiedergibt»
b) In der sowjetischen Literatur findet sich die Besehreibung einer Einrichtung zur automatischen Führung des Schweißgerätes längs einer Verbindungsstelle, welche eine hinter der offenen Verbindungsstelle angeordnete Lichtquelle sowie eine vor der offenen Verbindungsstelle angeordnete Fernsehkamera verwendet, welche auf den hellen Schlitz eingestellt ist. Die Kontrastlinien im Fernsehbild sind in diesem Fall die Kanten des hellen Schlitzes. Der Schweißkopf wird dann automatisch längs des angezeigten Schlitzes, d.h. also längs der herzustellenden Schweißnaht, geführt.
c) In der US-Patentschrift 3 532 8o? wird ebenfalls die Führung eines Schweißkopfes längs einer herzustellenden Schweißnaht beschrieben. In diesem Fall wird eine Kante der Naht vorher bearbeitet, um einfallendes Licht in eine Fernsehkamera zu reflektieren, welche infolgedessen eine helle Linie längs der Naht anzeigt, die parallel zu der Bewegung der Mittellinie des Schweißkopfes verläuft.
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Die Hauptnachteile derartiger bekannter Einrichtungen bestehen darin, daß sie in vielen wichtigen Fällen der Praxis keine ausreichende Information bezüglich der Form der Oberfläche abgeben. Die von diesen Einrichtungen erhältlichen Informationen beschränken sich auf den Verlauf spezieller Linien, welche natürliche Kanten zwischen physikalisch getrennten Flächen bilden, beispielsweise die Kante zwischen hellen und dunklen Flächen (Ausführungsform c) oder die Umrisse eines Werkstückes gegenüber einem Hintergrund (Ausführungsform a und b). Diese bekannten Einrichtungen liefern jedoch keinerlei Information bezüglich der Form der Fläche auf den Teilen des Werkstückes, welche keine scharf abgegrenzte Kante aufweisen, die eine natürliche Kontrastlinie ergeben würde. Beispielsweise geben derartige Einrichtungen keine Information bezüglich des Querschnittes der herzustellenden Schweißnaht ab, wenn die Blickrichtung rechtwinklig zur Schweißnaht verläuft.
In vielen Fällen sind die vorbeschriebenen Einrichtungen auch recht unpraktisch. Sie erfordern entweder eine Oberflächenvorbereitung (Ausführungsform c) oder den Zugang zu dem Bereich hinter dem Werkstück (Ausführungsform a und b).
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, mittels welchem bezw. mittels welcher ganz allgemein die geometrische Form einer Fläche bestimmt werden kann, ohne daß die vorgenannten Abweichungen und Nachteile der bisher bekannten Verfahren und Einrichtungen auftreten.
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Andrejewski, Honke ά Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz
Die Erfindung betrifft dabei ein Verfahren zur Bestimmung der geometrischen Form einer Fläche, insbesondere von zu bearbeitenden, zu schweißenden, zu messenden oder zu untersuchenden Gegenständen, unter Verwendung von seitens wenigstens einer Strahlungsquelle auf die"Fläche einfallenden elektromagnetischen Strahlen. Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen dadurch, daß ein Teil der einfallenden Strahlen durch wenigstens eine Abschirmung zur Erzeugung eines Schattenbildes mit scharfen Umrissen den überstrahlten und den abgeschirmten Bereichen auf der zu untersuchenden Fläche unterbrochen bezw. abgefangen ivird, wobei die den Umriß begrenzende Abdeckkante auf der Abschirmung näher an der Fläche als an der Strahlungsquelle angeordnet wird und das Schattenbild bezw. seine-Wiedergabe auf einem Bildschirm mittels einer geeigneten Projektionsvorrichtung zur Anzeige der. geometrischen Form der Fläche verwendet wird.
Im Prinzip kann man elektromagnetische Strahlen irgendwelcher Art verwenden, beispielsweise Radiostrahlen, infrarote oder ultraviolette Strahlen, Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, wenn auch für die meisten Fälle der Praxis sichtbare Lichtstrahlen vorzuziehen sind. Zur Anzeige der geometrischen Form der Fläche werden vorzugsweise Strahlungsdetektoren, beispielsweise fotoelektrische Wandler, verwendet, während der von den Strahlungsdetektoren aufgenommene Teil der einfallenden Strahlen vorzugsweise stark abweichende Winkel mit der Senkrechten auf der Fläche längs des scharfen Umrisses bildet.
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Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Anordnung der Abschirmung nahe dem Werkstück, während die Strahlungsquelle relativ weit entfernt angeordnet ist. Dies ergibt einen scharfen Übergang zwischen den überstrahlten und den abgeschirmten Flächen auf dem Werkstück und folglich eine hohe Meßgenauigkeit. Beim Schweißen liegen die Toleranzen zwischen 0,1 und 0,5 nun, d.h. also vollkommen innerhalb der Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Schattencmriß kann tatsächlich so scharf sein, daß die Genauigkeit des Verfahrens durch die fotoelektrischen Umwandler limitiert werden kann.
Diese Beziehung zwischen den einfallenden Strahlen, Vielehe gewöhnlich durch eine Lichtquelle erzeugt werden, und dem aufgespürten Licht, d.h. ihre unterschiedlichen Winkel zur Senkrechten auf dem interessierenden Flächenbereich ergibt auch einen wichtigen Vorteil, und zwar insofern als unerwünschte Reflektionen ausgeschaltet werden. Palls die Reflektionseigenschaften der Fläche ungleichmäßig sind, können normalerweise Reflektionen auftreten, welche die fotoelektrische Umwandlung stören können. Dies kann bei Werkstücken eintreten, welche geschliffene Flächen, ausgefräste Rillen zum Schweißen, helle Schweißraupen, aufgedruckte oder gemalte Beschriftungen und dgl. aufweisen. Unerwünschte Reflektionen können sehr oft auftreten, wenn die Abschirmungen weit vom Gegenstand entfernt angeordnet werden, und insbesondere wenn die fotoelektrischen Wandler derart angeordnet sind, daß die Winkel des einfallenden und des reflektierten Lichtes mit der interessierenden Fläche etwa gleich sind.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können diese fotoelektrischen Wandler auch verwendet werden, um das Schattenbild bezw. seine Wiedergabe abzutasten, sowie zur Erzeugung analoger oder digitaler Signale, welche den Verlauf des Umrisses durch Abtastung der scharf abgezeichneten Kontur ausdrücken.
Die auf diese Weise erzeugten elektrischen Signale können durch einen Computer weiterbearbeitet werden, um zur Steuerung bei Bearbeitungsvorgängen, beim Schweißen, beim Messen oder ' beim Untersuchen einer derartigen Fläche verwendet zu werden»
Außerdem können in gewissen Fällen Teile der Oberfläche des Gegenstandes selbst zur Abschirmung ausgenutzt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt im allgemeinen eine Strahlungsquelle, welche auf die in ihrer Geometrie zu bestimmende Fläche einfallende Strahlen erzeugt.
Gekennzeichnet ist eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen dadurch, daß sie wenigstens eine Abschirmung zur Erzeugung eines Schattenbildes mit scharfen Umrissen zwischen überstrahlten und abgeschirmten Bereichen auf der Fläche aufweist und die den Umriß ergebende Abdeckkante auf der Abschirmung näher an der zu untersuchenden Fläche als an der Strahlungsquelle angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet, daß sie Strahlungsdetektoren, beispielsweise eine Fernsehkamera, zur Anzeige der Geometrie der Fläche aufweist, wobei diese Detektoren in einem Winkel auf die Fläche ausgerichtet sind, welcher stark vom Winkel der einfallenden Strahlen gegenüber der Senkrechten auf der Fläche längs des scharf aufgezeichneten Umrisses abweicht.
Dieses spezielle Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung/, gemäß welchem sie mit einer Abschirmung spezieller Gestaltung ausgerüstet ist, sodaß dieser nahe der zu untersuchenden Fläche des Gegenstandes angeordnet werden kann, ergibt unter anderem den Vorteil, daß die Vorrichtung ohne Schwierigkeiten speziellen Aufgaben angepaßt werden kann, indem eine Umrißkante der Abschirmung dieser Aufgabe angepaßt wird. In den meisten Fällen wird dies dadurch erreicht, daß die Kante im großen und ganzen der Fläche des Gegenstandes entspricht. Man kann unschwer feststellen, daß derartige Vorrichtungen bedeutende Vorteile ergeben, wenn die zu untersuchende Fläche kompliziert ausgebildet ist, wenn es sich beispielsweise um die Verschweißung innenliegender Kanten'zwischen Stahlplatten handelt. Oberflächenmessungen dieser Art unter Verwendung bisher bekannter Vorrichtungen würden komplizierte Kraftsteuerungen von Lichtflecken entsprechend einem speziell ausgebildeten Muster erfordern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch selbst dann verwendet werden, wenn das Werkstück eine derart komplizierte Gestaltung aufweist, daß die zu untersuchende Fläche nicht unmittelbar von dem Bedienungsmann erreichbar ist, beispiels-
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weise wenn es sich darum handelt, Behälter oder enge Durchlässe innenseitig zu schweißen. In diesem Falle ergibt sich der Vorteil dieser Schattenbild-Vorrichtung aus ihrer relativen Kompaktheit und leichten Handhabung sowie ihrer Fähigkeit, ein sichtbares Bild des Gegenstandes zu erzeugen. Die Vorrichtung kann in einer Unterdruckkammer eingesetzt werden, wie sie in zunehmendem Maße für Schweißvorgänge verwendet wird, und sie kann in jeder Lage, wagerecht, vertikal und von oben nach unten arbeiten. ^
Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
Figur 1 das Arbeitsprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtungj
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufspürung von Unregelmäßigkeiten einer im übrigen ebenen Fläche;
Figur J5 ein Äusführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines SchweißVorganges;
Figur 4 die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Ausnutzung eines Teiles der Fläche des Gegenstandes als Abschirmung;
Figur 5 das Auslesen des Umrisses des Schattenbildes mit Hilfe einer Spurführung;
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Figur 6 im Prinzip die Art und Weise, auf welche ein durch kohärente Strahlen erzeugtes Schattenbild zur Herstellung von Hologrammen verwendet werden kann; und
Figur 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Materialmenge, welche auf einem Förderband transportiert wird, sowie der Geschwindigkeit des Förderbandes.
Figur 1 zeigt· schematisch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung im Prinzip eine Strahlungs- oder Lichtquelle 1 aufweist, welche auf einem Gegenstand 4, dessen Oberfläche untersucht werden soll, einfallendes Licht erzeugt. Eine Abschirmung 2 ist zwischen dieser Lichtquelle 1 und dem Gegenstand 4, und zwar so nahe wie möglich am Gegenstand, angeordnet, um ein Schattenbild mit scharf abgegrenzten Umrissen zwischen erleuchteten und abgeschirmten Flächen auf der Oberfläche des Gegenstandes zu erzeugen. Eine Einrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung, vorzugsweise eine Fernsehkamera 5, ist auf dieses Schattenbild auf der Oberfläche ausgerichtet. Das Schattenbild kann als stehendes Bild ausgebildet sein oder es kann sich längs der Oberfläche des Gegenstandes bewegen, indem die Lichtquelle und/oder die Abschirmung gegenüber dem Gegenstand 4 bewegt wird. Durch die Relativbewegung zwischen dem Gegenstand 4 und einem oder mehreren der Bestandteile 1, 2 oder 5 der Vorrichtung kann man Fernsehbilder über eine Zeitspanne erhalten, welche eine vollständige dreidimensionale Beschreibung der Oberfläche ergeben.
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Pigur 9 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Um zu erreichen, daß der Umriß des Schattenbildes auf dem Gegenstand 4 scharf ist, wird die Strahlungsquelle 1 nach Möglichkeit als Funktlichtquelle ausgebildet, während die Abschirmung 2 in beträchtlichem Abstand von der Strahlungsquelle angeordnet ist, jedoch dicht an der zu untersuchenden Oberfläche des Gegenstandes 4„ Die Abschirmung 2 besitzt einen geraden Schlitz 2A, welcher durch die einfallenden Lichtstrahlen IA seitens der Lichtquelle 1 beleuchtet wird. Die Kante dieses Schlitzes ergibt infolgedessen einen scharfen Umriß einer beleuchteten Fläche auf der Oberfläche des Gegenstandes 4, welche von Schatten umgeben ist. Diese helle Fläche zeigt sich als geradliniges Band an den Stellen, an denen die Oberfläche des Gegenstandes eben ist, während außerhalb der ebenen Bereiche das Band die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche aufzeigte Eine Fernsehkamera J> als fotoelektrischer Wandler ist auf das Schattenbild ausgerichtet, um es auf dem Bildschirm wiederzugeben, wodurch diese Kamera ■ Videosignale erzeugt, die einer Einrichtung 7 zur Signalverarbeitung zugeleitet werden, welche die zeitlichen Veränderungen in den Videosignalen aufzeichnet. Diese Einrichtung 7 gibt dann ein elektrisches Ausgangssignal ab, welches ein direkter Ausdruck der Gestaltung und der Stelle des Schattenbildes innerhalb des Fernsehbildes ist. Das Oszilloskop 6 und der Monitor sind nicht unbedingt für die erfindungsgemäße Vorrichtung erforderlich, sind jedoch äußerst praktisch zur Überwachung des Videosignals und des Fernsehbildes selbst. Die Lichtquelle 1, die Abschirmung 2 und die Fernsehkamera J, welche insgesamt auf der Einrichtung G angeordnet sind, können als Ganzes gegenüber dem Gegenstand 4 verschoben werden.
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Ein spezielles Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Figur 3 dargestellt, wobei eine Lichtquelle 1 senkrecht über einer geraden Kante der Abschirmung 2 angeordnet ist, sodaß die Fernsehkamera j5 ein Schattenbild aufzeichnen kann, welches einen Umriß besitzt, welcher die Form der Fläche des Gegenstandes 4 rechtwinklig zum Verlauf der herzustellenden Schweißnaht wiedergibt. Dies wird mittels des Monitors 7 wiedergegeben, welcher ein Schattenbild mit V-förmigem Umriß zeigt, welches der Verbindungsstelle zwischen zwei zu verschweißenden Gegenständen 4, in diesem Fall von zwei Platten 4, entspricht. Die Wellenform des Videosignals seitens der Fernsehkamera 3 wird am Oszilloskop 6 sichtbar gemacht. Dieses Videosignal wird in der Einrichtung 7 zur Signalverarbeitung umgewandelt, welche über eine gewisse Zeitspanne eine vollständige dreidimensionale Beschreibung der Form der Plattenoberfläche für den Computer 8 erzeugen kann. Aufgrund dieser Information bezüglich der Form und der Stelle der herzustellenden Schweißnaht kann der Computer 8 die Schweißmaschine 11 führen. Die zwischengeschalteten Signalübertrager 9 und' 10 sind vorgesehen, um Signale über Kabel vom Computer 8 zur Schweißmaschine 11 zu übertragen. Eine Abschirmung 12 auf der Schweißmaschine verhindert, daß der Schweißbogen das durch die Fernsehkamera aufzuzeichnende Schattenbild stört. Die Führung der erfindungsgemäßen Vorrichtung längs der herzustellenden Schweißnaht gemäß Figur "3 ergibt eine vollständige Beschreibung der Oberfläche des Werkstückes. Dies setzt eine schnelle und vollständige Aufzeichnung der von der Fernsehkamera erzeugten Information im Computer 8 voraus, was sich ohne weiteres durch allgemein bekannte technische Anordnungen
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erzielen läßt. Auf diese Weise werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Aufzeichnung der Stelle, der Form und der Abmessung der herzustellenden Schweißnaht sowie vorhandener Heftstellen, jegliche Verschiebung oder Divergenz der Platten, der Winkel zwischen den Platten und die Geometrie vorher angebrachter Schweissungen u.a. erreicht. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung die Arbeit einer großen Anzahl spezialisierter handelsüblicher Indikatoren ausführen, gleichgültig ob sie mechanisch, pneumatisch, magnetisch oder elektronisch arbeiten.
öanz allgemein läßt sich feststellen, daß sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, d.h. des Schattenbildindikators, die Geometrie der vollständigen Oberfläche des Werkstückes aufzeichnen läßt. Dies läßt sich sehr schnell durchführen, da die Fernsehkamera alle 0,02 see ein Schattenbild an den Computer liefert. ' '
Wie bereits erwähnt und wie dies im Fernsehbild auf dem Monitor 5 in Figur 3 zu sehen ist, ergibt der Schattenbildumriß eine .Information über die Form der Verbindungsstelle (im Bild V-förmig), über ihre Abmessung und ihren lokalen Verlauf. Dadurch lassen sich die Arbeitsparameter wie Spannung, Strom, Zuführgeschwindigkeit der Elektrode, Vorschufegesohwindigkeit usw. der automatischen Schweißmaschine ebenso steuern wie die Führung dieser Schweißmaschine längs der Verbindungsstelle. Unter allen Umständen muß in das Computerprogramm ein Verzögerungsmechanismus eingebaut werden, welcher der Zeitspanne entspricht, die
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-Inzwischen der Aufzeichnung eines bestimmten Querschnittes durch das Schattenbild und das Eintreffen der Schweißmaschine an dieser Stelle abgelaufen ist. Zu diesem Zweck kann man die Fernsehkamera längs der gesamten Verbindungsstelle vorlaufen lassen und die Information zwecks nachfolgender Führung der Schweißmaschine speichern.
Bei einer Führung der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst längs der Verbindungsstelle wird zweckmäßigerweise eine kleine Einkerbung in der Abdeckkante 2A auf der Abschirmung 2 vorgesehen, welche die Einrichtung bildet. Diese Einkerbung kann V-förmig sein, was sich auf dem Monitor 5 in Figur J5 als Einkerbung in der rechten Kante des beleuchteten Bereiches zeigen würde. Die Führung kann dann vom Computer oder von einer Bedienungsperson durchgeführt werden, welche die Vorrichtung derart anordnet, daß sie ständig gegenüber den beiden V-förmigen Spuren im Bild ausgerichtet ist.
Die Figur 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Fall, daß ein Teil des Werkstückes 4 selbst als Abschirmung dient. Die Strahlungsquelle 1, welche in diesem Fall als Halogenröhrenlampe in einem Reflektor 13 angeordnet ist, verläuft parallel zur Verbindungsstelle, welche I-förmig ausgebildet ist, sodaß das einfallende Licht durch die Kante 2A der Verbindungsstelle unterbrochen wird, wobei die eine Seltse der Verbindungsstelle selbst im Dunkeln verbleibt. Die Fernsehkamera 3 ist auf diese dunkle Fläche ausgerichtet und gibt ein Schattenbild wieder, welches auf dem Monitor 3 sicht-
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bar wird. Dieses Bild eignet sich besonders zur Führung längs der Verbindungsstellei d.h. zur Führung eines Schweißkopfes längs dieser Verbindungsstelle, an welcher die Schweißnaht durchgeführt werden soll. Die Breite des dunklen Bandes auf dem Bildschirm ist ein Maß für den Zwischenraum der Verbindungsstelle, was bedeutet, daß es auch zur Steuerung und Kontrolle des Schweißverfahrens ausgenutzt werden kann. Das von der Fernsehkamera 3 herkommende Signal kann durch die Einrichtung 7 umgewandelt werden, welche die Übergangszeit von Hell zu Dunkel und umgekehrt aufzeichnet, wodurch· das Ausgangesignal der Einrichtung 7 eine Spannung sein kann, welche den Verlauf und die Stelle der Verbindungsstelle bestimmt. Die Figur zeigt dieses Merkmal durch die horizontale Linie auf dem Oszilloskop 6 entsprechend der linken senkrechten Schattenkontur auf dem Monitor 5·
Im übrigen kann die in Figur 4 dargestellte Anordnung auf die gleiche Weise verwendet werden wie die in Figur 3, .h. im Zusammenhang mit einer automatischen oder halbautomatischen Schweißmaschine, welche auf einer entsprechenden Schweißvorrichtung montiert ist«.
In Figur 5 ist eine Strahlungsquelle 1 mit einem Reflektor kombiniert, um parallel einfallende Lichtstrahlen IA zu erzielen. In der Abschirmung 2 zwischen der Strahlungsquelle und dem Gegenstand 4 ist ein kreisrundes Loch ausgebildet, sodaß die auf dem Gegenstand 4 einfallenden Strahlen ein zylindrisches Strahlenbündel, ergeben. Da der Gegenstand 4 in diesem
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Pall ebenfalls ein Zylinder ist, ist der Umriß des Schattenbildes die Schnittfläche zweier Zylinder. Dadurch, daß die Abdeckkante 2A so nahe wie irgend möglich an die Oberfläche des Gegenstandes 4 herangebracht wird, läßt sich eine scharf abgezeichnete Kontur zwisehen den bestrahlten und den abgeschirmten Flächen auf der Oberfläche des Gegenstandes erreichen.
Diese scharfe Kontur auf der Oberfläche des Gegenstandes kann ohne weiteres direkt durch eine automatische oder eine manuelle Spurführung j5 abgefahren werden, wodurch die Form dieser Kontur über digitale oder analoge Signale seitens dieser Einrichtung 3 wiedergegeben werden kann.
Figur 6 zeigt, wie eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Hologramms verwendet werden kann. Von einem Laser 1 werden durch das Loch in einem Schirm 17 kohärente Strahlen projiziert, welche durch eine Linse 16 hindurchfallen. Ein Teil der Strahlen wird von einem Spiegel 14 auf einen fotografischen Film 15 reflektiert, während der Rest den zu überprüfenden Gegenstand 4 erreicht, mit Ausnahme der Strahlen, welche von einem beweglichen Schirm 2, dessen Schatten auf dem Gegenstand erscheint, unterbrochen wird. Durch Interferenz zwischen der Streustrahlung IB von der Oberfläche des Gegenstandes 4 und der vom Spiegel 14 zeichnet der Film 15 ein dreidimensionales holografisches Bild auf.
Figur 7 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung der auf einem Förderband 4 transportierten Material·
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menge sowie der Geschwindigkeit des Transportbandes. Eine Strahlungsquelle 1 mit einem Reflektor 13 ist über dem Förderband 4 angeordnet. Die Abschirmung 2 ergibt somit ein Schattenbild quer über das Transportband 4, wobei die Abdeckkante 2A dieser Abschirmung, welche dicht an dem Material auf dem Transportband verläuft, die Schärfe der Kontur und die Stelle festlegt. Ein fotoelektrischer Wandler, z.B. eine Fernsehkamera ~5, welche auf das Schattenbild in einem Winkel ausgerichtet ist, welcher stark von dem Winkel der auf das Förderband 4 einfallenden Strahlen abweicht, ergibt ein Bild, welches auf dem Monitor 5 -sichtbar wird. Die Kontur des Schattenbildes auf dem Monitor drückt daher die Form der Oberfläche aus, welche in gleicher Weise auch vom Oszilloskop 6 aufgezeichnet werden kann, nachdem das Videosignal von der Einrichtung 7 entsprechend verarbeitet wurde.
Die Form der Oberfläche des Materials 4 auf dem Förderband ist daher in dem elektrischen Ausgangssignal der Einrichtung 7 enthalten. Kombiniert mit einer Information bezüglich der Laufgeschwindigkeit des Förderbandes kann dieses Signal verwendet werden, um die Form und die Menge des. auf dem Förderband transportierten Materials abzuleiten, vorzugsweise durch Computer oder andere elektronische Einrichtungen. Die Laufgeschwindigkeit des Förderbandes kann direkt durch das Schattenbild der Markierungen 1δ gemessen werden, welche in gleichmäßigen Abständen an der Seitenkante des Förderbandes angeordnet sind.
Falls das Material- auf dem Förderband eine komplexe Form aufweist, kann der Einsatz mehrerer Strahlungsquellen erforderlich
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werden, beispielsweise zwecks seitlicher Beleuchtung des Materials. Es kann auch erforderlich werden, mehrere Abschirmungen und mehrere Fernsehkameras vorzusehen.
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Claims (1)

  1. Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Esien ], Theaterplatz
    - 19 Patentansprüche ;
    IJ Verfahren zur Bestimmung der geometrischen Form einer Fläche, insbesondere von zu bearbeitenden* zu schweißenden., zu messenden oder zu überprüfenden Gegenständen, unter Verwendung von seitens wenigstens einer Strahlungsquelle auf die Fläche einfallenden elektromagnetischen Strahlen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der einfallenden Strahlen (IA) durch wenigstens eine Abschirmung (2) zur Erzeugung eines Schattenbildes mit scharfen Umrissen den überstrahlten und den abgeschirmten Bereichen auf der zu untersuchenden Fläche unterbrochen bezw. abgefangen wird, wobei die den Umriß begrenzende Abdeckkante (2) auf der Abschirmung näher an der Fläche als an der Strahlungsquelle (1) angeordnet wird und das Schattenbild bezwo seine Wiedergabe auf einem Bildschirm mittels einer geeigneten Projektionsvorrichtung zur Anzeige der geometrischen Form der Fläche verwendet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektromagnetische Strahlen sichtbare Lichtstrahlen (IA) einer Lichtquelle (1) verwendet werden.
    j5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der geometrischen Form der Oberfläche Strahlungsdetektoren (3)* z.B. fotoelektrische Wandler, verwendet werden. "
    4098 2 0/039
    Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz
    - 20 -
    4. Verfahren nach Anspruch ~$, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der von der Strahlungsquelle (1) auf den Gegenstand
    (4) einfallenden Strahlen (IA) mit der Senkrechten auf dem Gegenstand längs des scharfen Umrisses stark abweichend von dem Winkel gewählt wird,, den die von den Strahlungsdetektoren ■
    (5) aufgefangenen Strahlen mit dieser Senkrechten bilden.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Strahlungsdetektoren (j5) das Schattenbild oder seine Wiedergabe abgetastet wird, und durch den entlang des scharfen Umrisses geführten Abtaststrahl analoge oder digitale Signale erzeugt werden, welche die Stelle des Umrisses ausdrucken.
    6. Verfahren nach Anspruch j5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdetektoren oder fotoelektrischen Wandler (3) auf einer Spurführung montiert werden und mit dieser der scharfe Umriß abgefahren wird, so daß durch Erzeugung analoger oder digitaler Signale entsprechend dem Verlauf des scharfen Umrisses die geometrische Form der Fläche aufgezeichnet wird. '
    7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Signale in einem Computer (8) verarbeitet und zur automatischen Steuerung einer Werkzeugmaschine, einer Schweißmaschine (11), eines Meßgerätes oder eines sonstigen Untersuchungsgerätes an diese weitergeleitet werden.
    409820/0391
    Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz
    - 21 -
    8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 'daß durch Interferenz der Licht- oder anderen Strahlen von den überstrahlten und abgeschirmten Bereichen der zu untersuchenden Fläche mit direkten Licht- oder anderen Strahlen seitens der kohärente Strahlen erzeugenden Strahlungsquelle
    (1) ein Hologramm der Fläche hergestellt wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schattenbild auf einem Bildschirm (5) aufgezeichnet wird und anhand dieser Aufzeichnung die maschinelle Bearbeitung der Fläche, Schweißarbeiten, Messungen oder sonstige Untersuchungen der Fläche von einer Bedienungsperson manuell geführt wird.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9* dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Gegenstandes (4) als Abschirmung
    (2) verwendet wird.
    11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 10 mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle zur Überstrahlung der zu untersuchenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Abschirmung (2.) zur Erzeugung eines Schattenbildes mit scharfen Umrissen zwischen überstrahlten und abgeschirmten Bereichen auf der Fläche aufweist und die den Umriß ergebende Abdeckkante (2A) auf der Abschirmung näher an der zu untersuchenden Fläche als an der Strahlungsquelle (1) angeordnet ist*
    409820/0391
    Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz
    - 22 -
    12. Vorrichtlang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine sichtbare Lichtstrahlen abgebende Lichtquelle (1) ist.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Strahlungsdetektoren, z.B. eine Fernsehkamera (3) zur Anzeige der geometrischen Form der Fläche aufweist, welche in einem vom Winkel der einfallenden Strahlen (IA) mit der Senkrechten auf der Fläche längs der scharfen Kontur stark abweichenden Winkel mit dieser Senkrechten ausgerichtet sind.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) pulsierende Strahlen (IA) abgibt,
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - IJ, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) und/oder die Abschirmung zwecks Abtastung der teilweise unterbrochenen Strahlen über der zu untersuchenden Fläche gemeinsam verschiebbar angeordnet sind.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 - 15* dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Gegenstandes (4) gegenüber der scharfen Kontur verschiebbar ist und dadurch über den Strahlungsdetektor (3) eine fortlaufende Aufzeichnung des Verlaufes der Kontur erzeugbar ist.
    409820/0391
    Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz
    - 25 -
    17. Vorrichtung nach Anspruch IjJ, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Fläche (4) Markierungen (l8) angeordnet sind, und zwar vorzugsweise in gleichen Abständen voneinander in der Bewegungsrichtung, und daß der Strahlungsdetektor (j5) derart ausgebildet ist, daß der Durchgang der einzelnen Markierungen an der scharfen Kontur aufzeigbar ist.
    Patentanwalt.
    4098 2 0/0391
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