DE102004053659B3 - Non-contact measurement of the temperature profile of a surface, along a line, uses a rotating and transparent polygon scanner to pass emitted and/or reflected light from the surface to a focusing lens - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von thermischen Eigenschaften einer Objektoberfläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.The The invention relates to a method and a device for non-contact Detection of thermal properties of an object surface after the The preamble of claim 1 or claim 4.
In vielen Bereichen der Technik kommt es darauf an, Temperaturprofile punktgenau zu erfassen. Dies ist im Prinzip auch mit diskreten punktförmigen Temperatursensoren möglich, die auf die zu erfassende Prüflingsoberfläche entlang einer gewünschten Linie appliziert werden. In der Regel setzt diese Vorgehensweise eine stationäre und hier nicht in Betracht gezogene möglicherweise einmalige Applikation voraus. Bei der vorliegenden Anwendung geht es um kontinuierliche Prozesse, so daß eine solche Lösung nicht in Frage kommt.In In many areas of technology, it depends on temperature profiles to pinpoint. This is in principle also with discrete point temperature sensors possible, along the surface of the specimen to be detected a desired one Line are applied. In general, this procedure sets a stationary one and possibly unparalleled application not considered here ahead. The present application is about continuous Processes, so that one such solution out of the question
Um die hier vorgeschlagene Messung möglichst lückenlos durchführen zu können, muß sie berührungslos und sehr schnell erfolgen.Around to carry out the measurement proposed here as completely as possible can, does she have to contactless and done very fast.
Es sind Sensoren bekannt, die die Temperatur eines Meßpunktes berührungslos erfassen. Mit den meisten bekannten Sensoren dieser Art lassen sich nur Temperaturprofile der abgetasteten Oberfläche entlang der Bewegungsrichtung des Prozesses erfassen. Die vorliegende Aufgabe ist, eine (nahezu) lückenlose und ortsauflösende Erfassung von Temperaturprofilen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Prozesses zu implementieren. Die bekannten Sensoren lassen eine solche Messung nicht zu, da sie entweder stationär angebracht sind und somit nur die im „Sichtfeld" des Sensor befindliche Werkstückoberfläche und entlang der Bewegungslinie die Temperatur erfassen können oder, wenn dieselben hin und her quer zur Bewegungslinie geschwenkt oder translatorisch mit einem übergeordneten elektromechanischen System bewegt werden, niemals bei schnell ablaufenden Prozessen wegen der vorhandenen mechanischen Trägheit des Sensors und des übergeordneten Bewegungssystems die gewünschte Werkstück-Oberflächentemperatur lükkenlos (oder nahezu lückenlos) erfassen können.It sensors are known which measure the temperature of a measuring point contactless to capture. With most known sensors of this kind can be only temperature profiles of the scanned surface along the direction of movement of the process. The task at hand is a (nearly) complete one and spatially resolving Detection of temperature profiles perpendicular to the direction of movement of the Process to implement. The known sensors leave one such measurements are not, since they are either stationary mounted and thus only in the "field of view" of the sensor located Workpiece surface and along the line of movement can capture the temperature or, when they are swung back and forth across the line of motion or translational with a parent electromechanical system to be moved, never at fast-running Processes due to the existing mechanical inertia of the sensor and the parent Movement system, the desired workpiece surface temperature lükkenlos (or almost completely) can capture.
Es sind beispielsweise auch Sensoren bekannt, bei denen nur der Meßstrahl über einen oder mehrere hin und her schwenkbaren Spiegel so umgelenkt wird, daß eine senkrecht (oder nahezu senkrecht) zur Bewegungslinie liegende Meßspur entsteht. Hier wird tatsächlich eine gewisse Ortsauflösung erzielt, aber das Verfahren hat weiterhin erhebliche Einschränkungen, da die schwenkbaren Spiegel aufgrund der eigenen mechanischen Trägheit keine lineare, sondern meistens eine sinusförmige Bewegung ausführen, so daß die Verweilzeit des Meßflecks auf der Werkstückoberfläche positionsabhängig ist und somit auch den erfaßten Meßwert beeinflußt. Zwar ist die erzielbare Meßgeschwindigkeit relativ hoch, aber durch die Spiegelträgheit trotzdem begrenzt, so daß die Messung bei sehr schnellen Prozessen nicht lückenlos erfolgen kann. Ein weiterer wichtiger Nachteil des erwähnten Verfahrens besteht darin, daß der Meßstrahl stets den Winkel und damit auch den Abstand zur Werkstückoberfläche während der Schwenkbewegung ändert und damit die Messung von der meist unbekannten Abstrahlcharakteristik der zu messenden Oberfläche stark beeinflußt wird. Hinzu kommt außerdem die „Feldwölbung" der Meßlinie, d.h. daß ohne eine teuere korrigierende Optik die Meßpunkte auf einer gekrümmten Linie in der Scanebene liegen. Die „punktförmig berührungslos messenden Temperatursensoren" messen außerdem die Oberflächentemperatur nicht in einem nahezu dimensionslosen Punkt, sondern üblicherweise in einem runden Meßfleck mit einem Durchmesser von ca. 3 bis 15mm. Diese Sensoren erfassen lückenlos das Integral der Temperatur einer breiten Spur gemäß dem Meßfleckdurchmesser entlang der Bewegungsrichtung der Werkstückoberfläche, wobei hier aufgrund von optischen Abbildungsnichtlinearitäten, aufgrund der Form des Meßflecks und aufgrund der zu erfassenden Temperaturprofilen quer zur Bewegungsrichtung systematische Meßfehler auftreten, die eine ortsauflösende Temperaturmessung unmöglich machen. Als Hinweis hierzu sei bemerkt, daß ein kreisförmiger Temperaturmeßfleck eine wesentlich höhere nichtlineare Meßempfindlichkeit in der Mitte als am Rande des Meßflecks aufweist, da die Länge der Meßstrecke in der Mitte des Meßflecks dem Durchmesser entspricht und am Rande des Meßflecks kürzer ist, daß der schließlich erfaßte temperaturabhängige Meßwert von der örtlichen Emissivität und von der vierten Potenz der ört lich vorhandenen Temperatur sowie von der ortsabhängigen Abstrahlcharakteristik des Werkstückoberfläche abhängt.It For example, sensors are known in which only the measuring beam via a or deflecting multiple reciprocating mirrors so that one perpendicular (or nearly perpendicular) to the line of motion lying measuring track is formed. Here is actually a certain spatial resolution achieved, but the process still has significant limitations, because the swivel mirrors due to its own mechanical inertia no linear, but mostly perform a sinusoidal motion, so that the Dwell time of the measuring spot is position dependent on the workpiece surface and thus also the detected measurement affected. Although the achievable measuring speed relatively high, but limited by the mirror inertia anyway, so that the Measurement in very fast processes can not be complete. One Another important disadvantage of the mentioned method is that that the measuring beam always the angle and thus the distance to the workpiece surface during the Swinging motion changes and thus the measurement of the most unknown emission characteristic strong to the surface to be measured affected becomes. Add to that the "field curvature" of the measuring line, i.e. that without an expensive corrective optics the measurement points on a curved line lie in the scan plane. The "punctiform contactless measuring temperature sensors " Furthermore the surface temperature is not in a nearly dimensionless point, but usually in a round one measuring spot with a diameter of about 3 to 15mm. Capture these sensors gapless the integral of the temperature of a wide trace according to the spot diameter along the direction of movement of the workpiece surface, here due to optical imaging nonlinearities, due to the shape of the measuring spot and due to the temperature profiles to be detected transversely to the direction of movement systematic measurement errors occur, which is a spatially resolving Temperature measurement impossible do. As an indication, it should be noted that a circular Temperaturmeßfleck a much higher nonlinear measuring sensitivity in the middle than at the edge of the measuring spot, since the length of the measuring distance in the middle of the measuring spot corresponds to the diameter and is shorter at the edge of the measuring spot, that the finally detected temperature-dependent measured value of the local emissivity and from the fourth power of the local Lich existing temperature as well as the location-dependent radiation characteristic depends on the workpiece surface.
Eine weitere bekannte Klasse von Sensoren, die eine ortsaufgelöste Temperaturmessung quer zur Bewegungsrichtung ermöglicht, besteht aus zeilenförmig angeordneten punktförmigen temperaturempfindlichen Sensoren (ähnlich wie Zeilenkameras). Diese Sensoren kommen der gestellten Aufgabe am nächsten, aber sie haben ebenfalls schwerwiegende Nachteile. So ist die Materialauswahl des Sensors eingeschränkt und somit hängt der meßbare Temperaturbereich von den verfügbaren Sensormaterialien ab. Ferner weist die Sensorzeile Lücken zwischen den einzelnen Sensoren auf, so daß bei scharf abbildenden Optiken die Lükkenlosigkeit der Messung nicht mehr gegeben ist. Ein weiterer Nachteil besteht in der ungleichmäßigen Empfindlichkeit der einzelnen Punktsensoren der Zeile (Herstellungstoleranz). Das läßt sich in der Regel kalibrieren, aber stellt eine weitere Verkomplizierung und Verteuerung des Meßsystems dar. Die Kosten eines solchen Meßsystems sind sehr hoch und fast exponentiell abhängig von der Anzahl der Einzelsensoren der Zeile, wobei auch die komplizierte erforderliche Abbildungsoptik einen erheblichen Anteil hat. Bedingt durch die Zeilenkosten und verfügbaren Materialien sowie bedingt durch die Größe von solchen Komponenten ist die Realisierung von Zwei- oder Mehr-Wellenlängen-Pyrometern nicht denkbar und im industriellen Maßstab auch bislang nicht realisiert.Another known class of sensors, which allows a spatially resolved temperature measurement transverse to the direction of movement, consists of line-shaped point-shaped temperature-sensitive sensors (similar to line scan cameras). These sensors are closest to the task at hand, but they also have serious disadvantages. Thus, the material selection of the sensor is limited and thus the measurable temperature range depends on the available sensor materials. Furthermore, the sensor line has gaps between the individual sensors, so that the gaplessness of the measurement is no longer given with sharp imaging optics. Another disadvantage is the uneven sensitivity of the individual dot sensors of the line (manufacturing tolerance). This can usually be calibrated, but represents a further complication and increase in the cost of the measuring system. The cost of such a measuring system are very high and almost exponentially dependent on the number of individual sensors of the line, whereby the complicated required imaging optics has a significant share. Due to the line costs and available materials as well as due to the size of such components, the realization of two- or multi-wavelength pyrometers is unthinkable and not yet realized on an industrial scale.
Die einzige Temperatursensor-Klasse, die prinzipiell eine Lösung der gestellten Aufgabe ermöglicht, besteht aus Einzelsensoren, wobei der Meßstrahl über rotierende Spiegel (wie z.B. Polygonscannern) umgelenkt wird. In diesem Fall werden die Probleme aufgehoben, die mit der mechanischen Trägheit des Scanners zusammenhängen. Bei sehr großen Drehgeschwindigkeiten müssen zwar die Scanner ausgewuchtet und mit Luftlager (o.ä.) ausgestattet werden, aber mit dieser Technik können prinzipiell ausreichend große und konstante Meßgeschwindigkeiten erreicht werden. Problematisch bei Polygonscannern sind jedoch: a) die Polygon-Größe, b) das in der Drehachse des Polygons liegendes Antriebselement mit seiner Größe, c) die o.g. Feldwölbung, die nur mit teueren Objektiven kompensiert werden kann, d) der meist ungenutzte relativ große Meßwinkel und e) die ständige Änderung des Meßwinkels zur Werkstückoberfläche. Ausgehend von einer gängigen Facettengröße von 10mm × 10mm beträgt beispielsweise der Durchmesser eines 12-fachen Polygons bereits ca. 40mm. Die übrigen hier genannten Nachteile wurden bereits bei den anderen Sensorklassen behandelt.The only temperature sensor class, which in principle is a solution of task, consists of individual sensors, the measuring beam via rotating mirrors (such as e.g. Polygon scanners) is deflected. In this case, the Problems associated with the mechanical inertia of the scanner. at very big Must have rotational speeds Although the scanner balanced and equipped with air bearings (or similar) be, but with this technique can be sufficient in principle size and constant measuring speeds be achieved. However, problems with polygon scanners are: a) the polygon size, b) the in the axis of rotation of the polygon lying drive element with his Size, c) the above-mentioned Field curvature, which can only be compensated with expensive lenses, d) the most unused relatively large measuring angle and e) the constant change the measuring angle to the workpiece surface. outgoing from a common one Facet size of 10mm × 10mm, for example the diameter of a 12-fold polygon already about 40mm. The rest here mentioned disadvantages were already in the other sensor classes treated.
Im
Bereich der berührungslosen
Temperaturmeßtechnik
sind zahlreiche Patente angemeldet worden, die aber gegenüber der
vorliegenden Erfindung einen oder mehrere Nachteile aufweisen, wobei
das vorliegende Verfahren und die Beispielvorrichtung nicht die
Temperaturmessung selbst, sondern die erfindungsgemäße Ortsauflösung der
Messung und die technisch vorteilhafte Lösung beansprucht. Für die Ein-
oder Zwei-Wellenlängen-Pyrometer
mit und/oder ohne Verwendung einer Referenzstrahlungsquelle werden
im Einzelnen folgende Patentanmeldungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit
zitiert:
Für Meßmethoden
mit gezielter Messung der Oberflächenreflektivität werden
folgende Patentanmeldungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit
zitiert:
Aus dem Stand der Technik ist das Prinzip der Planparallelen-Platte zur Korrektur des Versatzes eines Strahlenganges bekannt. Dies wird meistens stationär als manuelle Feinjustage verwendet. Der erzeugte parallele Strahlversatz hängt vom Winkel der verwendeten Platte zur optischen Achse, von der Dicke und vom Brechungsindex der Platte ab.Out The prior art is the principle of the plane-parallel plate to correct the offset of a beam path known. this will mostly stationary used as manual fine adjustment. The generated parallel beam offset depends on Angle of the plate used to the optical axis, of the thickness and the refractive index of the plate.
Eine schnelle Profil-Messung läßt sich nur realisieren, indem in erster Linie die Trägheit aus dem mechanischen Scannersystem minimiert oder eliminiert wird. Dies läßt sich am einfachsten durch die Umwandlung der hin und her Bewegung in eine Drehbewegung mit konstanter Geschwindigkeit realisieren. Ferner sind die geometrischen Bedingungen einer Temperaturmessung für die Genauigkeit der Messung entscheidend, d.h. der Meßwinkel zur Objektoberfläche muß für eine genaue Messung gleich sein, denn die Emissivität ist meßwinkelabhängig und sollte daher beim Scannen möglichst gleich sein. In der Annahme, daß die meisten technischen zu messenden Flächen flach sind, müßte daher eine entsprechende Profilmessung sicher stellen, daß der Meßstrahl in jedem Punkt der Profilmessung diese Bedingung erfüllt, d.h. es wird eine telezentrische Meßanordnung benötigt. Ferner ist die Aufgabe dieser Erfindung, die Begrenzung des Scannwinkels auf den erforderlichen Bereich zu begrenzen.A fast profile measurement can be only realize, in the first place, the inertia of the mechanical Scanner system is minimized or eliminated. This can be easiest by transforming the back and forth movement in realize a rotational movement at a constant speed. Further are the geometric conditions of a temperature measurement for accuracy the measurement crucial, i. the measuring angle to the object surface must be accurate Measurement be the same, because the emissivity is dependent on the measuring angle and should therefore be Scan as possible be equal. In the assumption that the Therefore, most of the technical surfaces to be measured are flat ensure a corresponding profile measurement that the measuring beam in each point of the profile measurement satisfies this condition, i. it becomes a telecentric measuring arrangement needed. Further, the object of this invention is to limit the scan angle to limit to the required range.
Die DE-OS 2 310 472 offenbart eine Anordnung, mit der ein Infratorbild eines Objekts zeilenweise abgetastet und auf einem Videomonitor dargestellt wird.The DE-OS 2 310 472 discloses an arrangement with which an infrared image an object scanned line by line and on a video monitor is pictured.
Die
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln und hoher Genauigkeit eine (nahezu) lückenlose und ortsauflösende Erfassung von Temperaturprofilen erzielt werden kann.task The invention is a method and an apparatus of the initially mentioned type to improve such that with simple means and high Accuracy one (almost) complete and spatially resolving Acquisition of temperature profiles can be achieved.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4.Is solved This object is achieved by a method according to claim 1 or by a Device according to claim 4th
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Darin zeigen:One embodiment The invention results from the following description in FIG Connection with the drawings. Show:
Zur
Umsetzung des Meßverfahrens
gemäß der Erfindung
ist hier ein Sensorsystem
In
der
Der
Käfig
Durch
den Würfelscanner
wird die Brennweite einer Fokussierlinse
Die
Vorrichtung
In
einer vorteilhaften Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist mindestens
ein Paar der o.g. Polygonfacetten nicht parallel mit der Scanner-Rotationsachse
Falls erforderlich (z.B. begrenzte Platzverhältnisse für den Sensoreinbau), kann der Strahlengang zwischen dem Würfelscanner und der Objektoberfläche über weitere Spiegel umgelenkt werden (ohne Abbildung).If required (e.g., limited space for sensor mounting), the Beam path between the dice scanner and the object surface over another Mirror to be deflected (not shown).
Der
Luftantrieb wurde hierzu vorgesehen, um die Größe des Scanners möglichst
klein zu halten. Die Scannerdrehzahl läßt sich über den Luftdruck einstellen
und wird aus Kosten- und Platzgründen
nicht geregelt. Es sind auch andere konstruktive Varianten für den Antrieb
des Scanners denkbar. Beispielsweise kann der hier benötigte Antrieb elektromagnetisch,
berührungslos
wie ein Rührstab
in der chemischen Industrie wirken. Der hier genannte Luftantrieb
besteht aus einer oder mehreren Düsen, die tangential auf die
seitlichen Endflächen
des Käfigs blasen,
wo kleine Taschen
Da die Drehzahl des Scanners erfaßt wird, kann im Falle von höheren Ansprüchen an die Genauigkeit der Einhaltung einer konstanten Drehzahl der Luftdruck des Scannerantriebes über eine steuerbare Drossel oder über ein Ventil und einem entsprechenden Regler so geregelt werden, daß eine gewünschte Drehzahl eingestellt und gehalten wird.There detects the speed of the scanner can, in the case of higher claims to the accuracy of maintaining a constant speed of Air pressure of the scanner drive via a controllable throttle or over a valve and a corresponding controller are controlled so that a desired speed is set and held.
Die
Winkellage des Würfelscanners
entspricht indirekt der Lage des Temperaturmeßflecks in der Drehebene des
Scanners. Als Lichtquelle für
die Winkellageerfassung ist vorzugsweise eine fasergekoppelte LED
Der
Aufbau wurde beispielsweise mit einem schnellen Ge-Detektor
Die örtliche Auflösung der Temperatur-Messung ist in der Praxis < 0,1 mm. Am Rande des Meßbereiches nimmt die Sensorempfindlichkeit ab, da die Transparenz des Würfels bei großen Umlenkwinkeln abnimmt. Dieser systematische Fehler läßt sich jedoch wegkalibrieren. Der Arbeitsabstand des Scanners beträgt beispielsweise 130mm und die Scanstrecke auf der Objektoberfläche ±2 mm. Bei der maximal erreichbaren Drehzahl des Würfelscanners erreicht die tatsächliche Scangeschwindigkeit 120 m/s. Trotz des geringen Druckluftverbrauches sind Drehzahlen von bis zu 60.000min-1zuverlässig erzielt worden, d.h. 4.000 Temperaturprofile pro Sekunde (4 Profile pro Umdrehung). Für einen dauerhaften Einsatz bei dieser Drehzahl muß der Scanner ausgewuchtet und eventuell Luftlager verwendet werden. Die hier beispielhaft genannten Abmessungen lassen sich beliebig skalieren. Die verwendete Druckluft muß frei von Partikeln, Öl und Wasser sein.The local resolution the temperature measurement is in practice <0.1 mm. At the edge of the measuring range decreases the sensor sensitivity, since the transparency of the cube at huge Deflection angles decreases. However, this systematic mistake can be wegkalibrieren. For example, the working distance of the scanner is 130mm and the scanning distance on the object surface ± 2 mm. At the maximum achievable Speed of the dice scanner reaches the actual Scan speed 120 m / s. Despite the low compressed air consumption For example, speeds up to 60,000 rpm have been reliably achieved, i. 4000 Temperature profiles per second (4 profiles per revolution). For one permanent use at this speed, the scanner must be balanced and possibly air bearings are used. The example here These dimensions can be scaled arbitrarily. The used Compressed air must be free of particles, oil and be water.
Um den praktischen Einsatz der Vorrichtung gemäß der Erfindung zu verbessern, ist eine sichtbare Markierung auf der Objektoberfläche erforderlich, um die genaue Lage des Meßbereiches für Justagezwecke sichtbar zu machen. Aufgrund der Besonderheiten der Vorrichtung werden hier zwei prinzipielle applikationsabhängige Anordnungen für eine vorteilhafte Einkopplung der sichtbaren Strahlung einer Laserdiode in den Strahlengang des Scanners vorgeschlagen:
- a) Falls ein unbeweglicher Punkt in der Mitte der Meßstrecke auf der zu messenden Objektoberfläche benötigt wird, so ist die Einkopplung zwischen Scanner und Objekt vorzunehmen, oder
- b) Falls ein sichtbarer Strich im Bereich der Meßstrekke auf der Objektoberfläche benötigt wird, so ist die Einkopplung im kollimierten Teil des Strahlenganges zwischen Würfelscanner und Temperaturmeßvorrichtung vorzunehmen.
- a) If an immovable point in the middle of the measuring section on the object surface to be measured is required, then the coupling between scanner and object is to be made, or
- b) If a visible line is required in the area of the measuring path on the object surface, the coupling in the collimated part of the beam path between the cube scanner and the temperature measuring device must be carried out.
Besonders
vorteilhaft ist eine getrennte Anordnung, bei der die kollimierte
Strahlung einer sichtbaren Laserdiode
Es kann die sichtbare Markierungsvorrichtung mit einer auf derselben Wellenlänge messenden Vorrichtung kombiniert werden, um den Rückreflex von der Objektoberfläche zwecks Gewinnung von weiteren Oberflächeninformationen zu messen. Unter anderem ist eine solche Messung zur Ermittlung der Oberflächenreflektivität und/oder Emissivität geeignet und kann für komplexe und unregelmäßige Verläufe der besagten Eigenschaften um eine oder mehreren sichtbaren und/oder unsichtbaren Wellenlängen erweitert werden. In diesem Fall ist eine sehr präzise und schnelle Messung der Temperatur entlang der Scanner-Temperaturmeßstrecke möglich.The visible marking device may be combined with a device measuring at the same wavelength to provide the back-reflection from the object surface for the purpose of obtaining further surface information. Among other things, such a measurement is suitable for determining the surface reflectivity and / or emissivity and can be extended by one or more visible and / or invisible wavelengths for complex and irregular courses of said properties. In this case, a very precise and rapid measurement of the temperature along the scanner Temperaturmeßstrecke is possible.
Ferner ist der Einbau einer Matrix-Kamera in den Strahlengan der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, um den praktischen Einsatz der Vorrichtung zu verbessern, wobei die Kamera stets an einer bestimmten vorwählbaren Winkelposition des Scannerwürfels getriggert wird, um ein stehendes Bild zu erhalten (ohne Abbildung). Da die Scannergeschwindigkeit viel größer als die Bildwiederholfrequenz der Matrix-Kamera ist, erfolgt der Triggerzeitpunkt der Kamera jeweils nach einer ein stellbaren Anzahl von Scannerumdrehungen. Vorzugsweise wird die Kamera in der 0-Position des Würfels getriggert, d.h. wenn die Scannerwürfelflächen senkrecht auf die optischen Achse der Vorrichtung stehen. Dabei ist der durch den Scannerwürfel erfaßte Bildausschnitt der Objektoberfläche groß genug, um den gesamten Meßbereich für Dokumentation und Kontrollzwecke sichtbar zu machen.Further is the incorporation of a matrix camera in the Strahlgan the device according to the invention provided to improve the practical use of the device, the camera always at a certain preselectable angular position of the scanner cube is triggered to get a stationary picture (not shown). Because the scanner speed is much larger than the refresh rate is the matrix camera, the trigger time of the camera takes place respectively after a settable number of scanner revolutions. Preferably the camera is triggered in the 0 position of the cube, i. if the scanner cube faces perpendicular stand on the optical axis of the device. It is the through the scanner cube captured image detail the object surface big enough, around the entire measuring range for documentation and control purposes.
Ein typisches Einsatzfeld einer solchen Meßvorrichtung ist die Erfassung der thermischen Eigenschaften einer gerade hergestellten Schweißnaht oder die Überwachung von thermischen Prozessen an endlosen Werkstücken wie beispielsweise das Ziehen von Draht.One typical field of application of such a measuring device is the detection the thermal properties of a weld just made or The supervision thermal processes on endless workpieces such as drawing of wire.
In diesen Fällen sind auch die geometrischen Eigenschaften der zu erfassenden Objekte in Verbindung und gleichzeitig mit deren thermischen Eigenschaften von größter Bedeutung. Zum einen bietet die beanspruchte Vorrichtung eine gute laterale Auflösung, so daß z.B. die Breite einer heißen Schweißnaht oder des Schmelzbades beim Schweißen oder der Drahtdurchmesser beim Drahtziehen zuverlässig und schnell erfaßt werden können.In these cases are also the geometric properties of the objects to be detected in conjunction and at the same time with their thermal properties of highest importance. On the one hand, the claimed device offers a good lateral Resolution, so that e.g. the width of a hot one Weld or the molten pool during welding or the wire diameter when wire drawing reliable and quickly detected can be.
Einfache
Aufgaben lassen sich mit Hilfe der o.g. Markierungsvorrichtungen
mit sichtbarem Licht realisieren, jedoch unregelmäßige Strukturen
wie eine Schweißraupe
lassen sich nur mit Hilfe einer zusätzlichen Erweiterung der Meßvorrichtung
um eine konfokalen Entfernungsmessung ausreichend genau vermessen,
wie dies in der
Für einfache Aufgaben reichen zwei oder drei diskrete Wellenlängen zur Ermittlung eines groben geometrischen Höhenprofils aus dem Fokus der beanspruchten Vorrichtung aus. Für komplexe Aufgaben kann weißes Licht verwendet werden, wobei die Fokussierlinse der beanspruchten Vorrichtung das vorhandene Spektrum der Weißlichtquelle im Bereich der Temperaturmeßlinie in spektrale Bestandteile zerlegt, so daß eine in diesem Bereich liegende Oberfläche nur die Lichtanteile zurückreflektiert, die exakt auf die zu messenden Oberfläche fokussiert sind. Demnach entspricht die Wellenlänge des Rückreflexes der Lage der Objektoberfläche im Fokus, so daß in Verbindung mit der Scannerbewegung die gesamte Profilform der Objektoberfläche im Fokus vier Mal pro Scannerumdrehung gemessen wird.For simple Tasks range from two or three discrete wavelengths to determining a coarse one geometric height profile from the focus of the claimed device. For complex Tasks can be white Light can be used, wherein the focusing lens claimed Device the existing spectrum of white light source in the field of Temperaturmeßlinie decomposed into spectral components, so that a lying in this area surface only the light components reflected back, which are focused exactly on the surface to be measured. Therefore corresponds to the wavelength the return reflex the position of the object surface in focus, so that in Connection with the scanner movement the entire profile shape of the object surface in focus is measured four times per scanner revolution.
Da der Strahlenversatz durch den Würfelscanner wellenlängenabhängig ist, entsteht ein kleiner winkelabhängiger systematischer Meßfehler, der in Bezug auf die augenblickliche Winkellage des Würfelscanners berechnet und kompensiert werden kann.There the beam offset by the cube scanner is wavelength dependent, creates a small angle-dependent systematic measurement error, in relation to the instantaneous angular position of the cube scanner can be calculated and compensated.
Bei
dem in der
Zur
Erfassung der Winkellage des Polygonscanners (hier als Würfel dargestellt)
wird quer zur optischen Achse der Meßvorrichtung das kollimierte Licht
der LED
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: JURCA, MARIUS CHRISTIAN, DIPL.-ING., DE Free format text: FORMER OWNER: MY OPTICAL SYSTEMS GMBH, 97232 GIEBELSTADT, DE Effective date: 20140515 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: OSTERTAG & PARTNER, PATENTANWAELTE MBB, DE Effective date: 20140515 Representative=s name: OSTERTAG & PARTNER PATENTANWAELTE, DE Effective date: 20140515 |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CONFOKAL LLC, CROZET, US Free format text: FORMER OWNER: JURCA, MARIUS CHRISTIAN, DIPL.-ING., 85386 ECHING, DE Owner name: ZYLASE LLC, LEWES, US Free format text: FORMER OWNER: JURCA, MARIUS CHRISTIAN, DIPL.-ING., 85386 ECHING, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: OSTERTAG & PARTNER, PATENTANWAELTE MBB, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CONFOKAL LLC, CROZET, US Free format text: FORMER OWNER: ZYLASE LLC, LEWES, DE, US |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |