(57)【要約】  ケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体Ｗを自動的に非接触で検出する装置は、外径を決定する第１の光学測定システムＤと、異なる測定原理を用いて色を決定する第２の光学測定システムＣとの準同軸に配置されたグループを有する。２つの測定システムＣ、Ｄの機能的および局所的な分離は、異なる波長範囲を用いることによって、およびロングパスフィルタＣ３によって実現される。第３の仮想の測定システムＰは、ケーブルの位置を決定する目的のために用意されてもよく、色の測定の測定値に重みを付けるとともに、任意選択の渦電流センサの測定値に重みを付けるために使用される。直径、色、および位置を決定する光学測定システムＤ、Ｃ、Ｐは、共通の光学的な円盤状の測定体積ＤＣＰｖを有し、好ましくは、この共通の光学的な円盤状の測定体積ＤＣＰｖは、細長い物体Ｗのために案内デバイス４ａ、４ｂ内の中心で配置される。
2019513233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる測定方法に基づく少なくとも２つの光学測定システム（Ｄ、Ｃ）を備えるケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体（Ｗ）を自動的に非接触で検出する装置であって、前記物体（Ｗ）の外径（Ｗｄｏ）を決定する少なくとも第１の光学測定システム（Ｄ）と、前記物体の色（Ｗ）を決定する少なくとも１つの第２の光学測定システム（Ｃ）とが、共通の好ましくは円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）との組み合わせを形成しており、前記第１の測定システム（Ｄ）は、少なくとも第１の照明装置（ＤＰ１）と、前記測定体積（ＤＣＰｖ）の反対側に位置決めされた第１のセンサアレイ（ＤＰ４）とを備え、レンズ（ＤＣＰ２）が、前記第１の照明装置（ＤＰ１）と前決記測定体積（ＤＣＰｖ）との間に配置され、当該レンズ（ＤＣＰ２）は、前記第１の照明装置（ＤＰ１）の光のためのコリメートレンズとして設計および位置決めされ、前記第２の測定システム（Ｃ）は、少なくとも１つの第２の照明装置（Ｃ１）と、第２のセンサアレイ（Ｃ４）と、ロングパスフィルタ（Ｃ３）とを備え、当該ロングパスフィルタ（Ｃ３）は、前記第１の照明装置（ＤＰ１）と前記レンズ（ＤＣＰ２）との間に配置され、かつ、前記第２の測定システム（Ｃ）の波長スペクトルについては反射し、前記第１の測定システム（Ｄ）の光については透過しており、前記物体（Ｗ）の反射光によってこれが２度通過されるとともに前記物体（Ｗ）の像を前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）上へ投影するように前記レンズ（ＤＣＰ２）と共に設計および位置決めされていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）は、案内デバイス（４ａ、４ｂ）の両側端間に、好ましくは中心で縦方向に、および好ましくは前記案内デバイス（４ａ、４ｂ）と同軸に配置されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記第１および第２の光学測定システム（Ｄ、Ｃ）の主面（ｙ−ｚ）は、前記細長い物体（Ｗ）のための前記案内デバイス（４ａ、４ｂ）の縦軸（ｘ）に主光軸（ｙ）が直角であるように配置されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記第１の照明装置（ＤＰ１）は、光源（ＤＰ２）と、少なくとも１つのスクリーン（ＤＰ３）とを備えることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記第２の照明装置（Ｃ１）は、異なる波長スペクトルを有する複数の、好ましくは３つの、およびさらに好ましくは互いに近くに配置された光源（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ）を備えるとともに、前記物体（Ｗ）から反射された前記光のための前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）が、前記第２の照明装置（Ｃ１）と前記円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）の同じ側でｘ−ｚ平面に対して位置することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記物体（Ｗ）を連続的に照明し、これによって前記第２の照明装置（Ｃ１）の前記光源の前記波長スペクトル内で像を前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）上へ連続的に投影するように前記第２の照明装置（Ｃ１）の前記光源（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ）を駆動させるために前記第２の測定システム（Ｃ）においてシーケンスが実装され、前記第２の測定システム（Ｃ）が、異なる波長スペクトルの前記光源を用いた照明中に強度が測定されるために、および前記物体（Ｗ）の前記色の決定を確実にするために評価ユニットに接続されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、前記ロングパスフィルタ（Ｃ３）は、主軸（ｙ）に配置され、好ましくは前記物体（Ｗ）が反射した前記光を前記主光軸（ｙ）から外れて位置決めされるとともに前記ロングパスフィルタ（Ｃ３）に対して整合された前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）上にそらすように位置合わせされることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７の１項に記載の装置であって、直径を決定する前記光学測定システム（Ｄ）および前記物体（Ｗ）の前記色を決定する前記光学測定システム（Ｃ）は、前記円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）の内部の前記物体（Ｗ）の位置を決定する第３の仮想の測定システム（Ｐ）を形成するように組み合わされることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記第３の測定システム（Ｐ）は、前記測定体積（ＤＣＰｖ）の内側の前記物体（Ｗ）の前記位置を三角測量で決定するために、好ましくは２つの光源（Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ）を有する第３の照明装置（Ｐ１）と、前記第１のセンサアレイ（ＤＰ４）と、任意選択で前記第１の照明装置（ＤＰ１）とを備えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、前記第３の照明装置（Ｐ１）は、異なる波長スペクトルをそれぞれ有し、前記物体（Ｗ）を連続的に照明し、これによって前記光源の前記波長スペクトル内で像を前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）上へ連続的に投影するように設計されている複数の光源を備えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、前記第１のセンサアレイ（ＤＰ４）の測定平面は、ｘ−ｙ平面の直角に延びるが、ｘ軸に対して小さい角度（α）でこれに交差することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項５から１１の１項に記載の装置であって、前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）は多色センサであり、前記第２の照明装置（Ｃ１）の前記光源（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、およびＣ１ｃ）は、同時に動作させられ、または広帯域または多周波帯の光源によって置き換えられることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項５から１１の１項に記載の装置であって、前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）は多色センサであり、前記第３の照明装置（Ｐ１）の前記光源のうちの少なくとも１つは、広帯域または多周波帯の光源によって置き換えられることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１から１３の１項に記載の装置であって、前記装置は、温度センサ（Ｔ）を備えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
ケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体（Ｗ）を加工する設備であって、入力側の前記物体（Ｗ）は、請求項１から１４の１項に記載の物体を自動的に検出する装置によって用意されることを特徴とする設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部による異なる測定方法に基づいて少なくとも２つの光学測定システムを用いるケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体を自動的に検出する装置、およびそのような装置を用いる請求項１５の前提部による設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケーブル、針金、または同様の細長い物体のための加工機械において、使用者によって定められるそれぞれの目的および要求に、加工の種類、機械の設定、およびそれらのパラメータを合わせることは、対象を確実に特定することによって確かなものにされなければならない。そのために、測定システムが、加工機械の前にまたは入力部に配置されることが好ましく、これによって細長い物体の確実な特定を可能にすべきである。これらは、複数のセンサ装置を備えるが、これは、特定の信頼性が、異なる測定原理の数とともに増加するからである（例えば、同じ外径および同じ色を有するケーブルは、異なる内部伝導の構成を有し得るからであり、または異なる銅断面を有する異なる構造を有するケーブル（細かい編組、編組、針金）は、同じ電磁特性を有し得るからである）。
【０００３】
ドイツ公開特許第１０２１９８４８号は、測定デバイスの中心軸に直角および横断的に配置された光学的な測定平面内の細長い物体の外径および位置を測定するための光学測定デバイスを備えた非接触式の中心性および直径の測定システムを開示する。この物体は、導体とこれを絶縁する被覆とを備え、誘導測定平面内の導体の位置は、誘導測定用のコイル素子によって決定され、その測定平面も、測定デバイスの中心軸に直角および横断的に配置されている。光学測定デバイスによって決定される物体の位置は、誘導的な測定コイルの素子によって決定される導体の位置に関連しており、これから、被覆内の導体の中心性が計算される。この場合には、測定コイルの素子にかかる測定コイルは、光学的な測定平面に関して対でまたは等しく配置されるが、細長い物体によって横断されない。測定物体自体は、常に測定コイルの外側のままである。複数のコイルからなる２個１組の装置が、磁場の強さを差分測定するために使用され、これは交流電流が導体に流れることから始まり、この交流電流は測定システムの追加の誘導子によって導体内に誘導されなければならない。したがって、コイルに誘導される電圧の差は、コイルの鏡軸に対する導体の偏心の程度である。よって、コイルは、銅によって減衰される共振回路の一部ではない。さらに、さらなる光学測定システムは用意されない。
【０００４】
国際公開第２００９１５０６２０号は、ケーブルの外径、絶縁被覆の内部にある金属導体の直径、および任意選択で他の外部から検出可能な特徴の測定の結果として、加工または少なくともケーブルの種類について用意されるそれぞれのケーブルを自動的または半自動的に特定することを可能にするセンサの装置を説明する。様々なセンサは、互いに機能的に独立しており、相乗効果を有さず、一緒に使用される要素または領域を有さず、したがって測定システムの組み合わせを形成しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】中国特許出願公開第１４０３８２１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２１９８４８号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０６９２６９７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／１０７７２９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／１０７７２９号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００５／２１３１１３号明細書
【特許文献７】独国特許出願公開第１０００３７１７号明細書
【特許文献８】米国特許第６４９９３４５号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００９／１０３１１１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２０１１／２９９０９５号明細書
【特許文献１１】中国特許出願公開第８７２１４４７０号明細書
【特許文献１２】独国特許出願公開第１０２００６０１０９９２号明細書
【特許文献１３】独国特許出願公開第１０２１９８４８号明細書
【特許文献１４】国際公開第２００９／１５０６２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、以下のことから物体を確実に特定することがなされることを可能にするために、物体のいくつかの特徴の決定を可能にするコンビネーションセンサの小型で機能的に安定した（robust）設計が得られように、様々な測定システムの相乗効果を使用する改良されたセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を解決するために、最初に説明する装置は、物体の外径を決定する少なくとも第１の光学測定システムと、物体の色を決定する少なくとも第２の光学測定システムとが、共通の測定体積との組み合わせを形成することを特徴とする。好ましい実施形態では、この測定体積は円盤状である。外径を決定する第１の測定システムは、少なくとも第１の照明装置と、測定体積の反対側に位置決めされた第１のセンサアレイとを備える。レンズが、第１の照明装置と測定体積との間に配置され、このレンズは、第１の照明装置の光のためのコリメートレンズとして設計および位置決めされる。第２の測定システムは、少なくとも１つの第２の照明装置と、第２のセンサアレイと、ロングパスフィルタとを備える。これ（ロングパスフィルタ）は、第１の照明装置とレンズとの間に配置され、第２の測定システムの波長スペクトルについては反射し、第１の測定システムの光については透過しており、物体の反射光によってこれが２度通過されるとともに物体の像を第２のセンサアレイ上へ投影するようにレンズと共に設計および位置決めされている。いくつかの測定システムの組み合わせは、細長い物体の種類または性質、例えばケーブルを加工する設備内で加工されるケーブルの種類に対する特定の品質を向上させる。それによって、ケーブル加工のパラメータが上記種類に対応し、または適切なケーブルだけがそれぞれの機械上で加工されることを確かにされる。装置は、従来のおよび実績のある構成部品を用いた比較的単純な構造設計で細長い物体の直径のとても正確な決定も可能にする。光源は、有利には案内デバイスの間隙を通じて物体を照明することができ、その影もこの間隙を通じて第１のセンサアレイに入射し、そこで検出することができる。ケーブルの種類は、しばしば、例えばケーブルの被覆の色によって特徴付けられるので、異なる波長スペクトルおよびその反射強度を用いるそのようなセンサ装置は、ケーブルの種類の迅速でとてもしっかりした特定を可能にする。
【０００８】
好ましくは、円盤状の測定体積は、案内デバイスの両側端間に、好ましくは中心で縦方向に、および好ましくは案内デバイスと同軸に配置される。この案内デバイスは、例えば、ケーブルジャックとすることができ、それを通じてケーブルは、特定される細長い物体として案内される。したがって、物体の様々な測定値および特性が、高い信頼性でその迅速な特定を可能にするために、比較的小型の装置によって検出可能である。
【０００９】
好ましくは、各光学測定システムの主面は、細長い物体のための案内デバイスの縦軸に主光軸が直角であるように配置される。
【００１０】
有利には、第１の照明装置は、光源と、少なくとも１つのスクリーンとを備える。
【００１１】
好ましくは第２の照明装置は、異なる波長スペクトルを有する複数の、好ましくは３つの、およびさらに好ましくは互いに近くに配置された光源を備えるとともに、物体から反射された光のための第２のセンサアレイが、第２の照明装置と円盤状の測定体積の同じ側でｘ−ｚ平面に対して位置する。好ましくは、この照明装置の光源は、それらの光がセンサハウジングに入射せず、測定される物体にのみ入射するようにそれらの光がセンサハウジングに入射せず、測定される物体にのみ入射するように、それらの円錐状の光がスクリーンを用いて形成されるように配置される。
【００１２】
好ましくは、物体を連続的に照明し、これによって光源の波長スペクトル内で像を第２のセンサアレイ上へ連続的に投影するように第２の照明装置の光源を駆動させるためのシーケンスが第２の測定システムに実装される。当該第２のセンサアレイは、異なる波長スペクトルの光源を用いた照明中に強度が測定されるために、および物体の色の決定を確実にするために評価ユニットにその一部について接続される。
【００１３】
本装置の有利な実施形態は、本発明によれば、色を検出するために、ロングパスフィルタは、主光軸に配置され、好ましくは物体が反射した光を、主光軸から外れて位置決めされるとともにロングパスフィルタに対して整合された第２のセンサアレイ上に偏向するように位置合わせされることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、本発明によれば、直径を決定する光学測定システムおよび色を決定する光学測定システムは、円盤状の測定体積の内部の物体の位置を決定する第３の仮想の測定システムを形成するように組み合わされる。したがって、個々の光学的な測定および誘導的な測定は、より正確な測定結果を得るために、物体についての位置情報を組み込むことによって補正することできる。
【００１５】
本発明のさらなる実施形態は、第３の測定システムが、測定体積の内側の物体の位置を三角測量決定するために、好ましくは２つの光源を有する第３の照明装置と、第１のセンサアレイと、任意選択で第１の照明装置とを備えるものとして提供される。
【００１６】
色の決定のための光源についての代替実施形態は、第３の照明装置の照明器具は、異なる波長スペクトルをそれぞれ有し、物体を連続的に照明し、これによって光源の波長スペクトル内で像を第２のセンサアレイ上へ連続的に投影するように設計されている複数の光源を備えるという構成をとる。
【００１７】
反射を防ぐために、第１のセンサアレイの測定平面は、ｘ−ｙ平面の直角に延びるが、ｘ軸に対して小さい角度でこれに交差することができるという本発明の有利な特徴は、全ての装置に共通である。これは、位置を決定するための光源の２つの位置が、色を決定するための光源の位置としても使用される場合、特に重要である。
【００１８】
代替の実施形態は、色を決定する第２のセンサアレイは多色センサであり、第２の照明装置の光源は、同時に動作させられ、または広帯域または多周波帯の光源によって置き換えられることを特徴としてもよい。
【００１９】
代替としてまたは加えて、第２のセンサアレイは多色センサであり、第２の照明装置の光源のうちの少なくとも１つは、広帯域または多周波帯の光源によって置き換えられることも、この目的のために行われてもよい。
【００２０】
有利には、装置は、温度により引き起こされる測定誤差を補正するための温度センサを備えることもできる。
【００２１】
最初に定めた目的を解決するために、ケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体を加工する設備も、前述の段落にあるように片側に位置決めされた物体を自動的に検出する装置に関して説明される。
【００２２】
本発明のさらなる利点、特徴、および細部は、以下の説明から得られ、本発明の例示的な実施形態は、図面を参照して説明される。この内容において、特許請求の範囲および明細書において言及される特徴は、それら自体にとってまたは任意の組み合わせにおいて個々に本発明にそれぞれ必須である。
【００２３】
本特許の特許請求の範囲および図の技術的内容は、本開示の一部である。図は、まとまりのある一部重複するやり方で説明される。同じ参照番号は同じ構成要素を意味し、異なる添え字を有する参照番号は、機能的に同じまたは類似する構成要素を特定する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ケーブル加工機械用の本発明による例示的なセンサ装置を貫くｘ−ｙ平面の縦断面を示す図である。
【図２】図１の装置の測定システムを示す図である。
【図３】細長い物体の軸方向の図１による測定システムの概略図である。
【図４】ケーブルの直径を測定する本発明によるセンサ装置の機能図を概略的に示す図である。
【図５】光軸に沿って本発明によるセンサ装置を貫くｘ−ｙ平面の縦断面を示す図である。
【図６】センサ装置を貫くｙ−ｚ平面の別の縦断面を示す図である。
【図７】センサ装置と二重のレンズ系の光学的な関係を示す図である。
【図８】センサ装置と鏡を備える二重のレンズ系の光学的な関係を示す図である。
【図９】像の幅、物体の幅、および像の縮尺を物体と像の距離の関数とした図である。
【図１０】センサ装置のホワイトバランスについての図である。
【図１１】オレンジの色付きのケーブルの測定値に関する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、測定物体Ｗとして加工されるケーブルを確実に特定することを可能にするために、好ましくは細長い物体用の加工機械の前にまたは入力部に、特にケーブル等用の加工機械のために位置決めされるようなセンサ装置の例示的な実施形態を示す。入力側には、ハウジング２、ならびにセンサ装置の光学系の一部を有する管３が、加工機械に固定される。細長い物体Ｗは、軸方向に、そして実際の加工が始まる前にハウジング２内の案内デバイスとしてのケーブルジャック４ａ、４ｂを通じて案内される。
【００２６】
物体Ｗの通過移動中に、または静止時間中にも、物体Ｗの外径および色が決定される。加えて、ケーブルジャック４ａ、４ｂ内部の物体の位置が決定され得る。これらの測定量を決定するセンサ、およびしたがって物体Ｗの外径または色についての測定システムは、本発明によれば異なる測定原理に基づくが、センサ装置の連結領域または要素を少なくとも一部使用する。
【００２７】
図１は、ケーブルジャック４ａおよび４ｂの光軸ｙおよび軸ｘによって画定される平面内でセンサ装置を貫く断面を示す。管３の最外端に位置決めされるのは、光源ＤＰ２およびスクリーンＤＰ３を有する直径を決定する第１の光学測定システムＤの第１の照明装置ＤＰ１である。第１の光学測定システムＤは、物体Ｗの位置を決定する別の光学測定システムＰの一部でもあり得る。結像光学系ＤＣＰ５が、物体Ｗとこの第１の照明装置ＤＰ１との間に設置され、そのロングパスフィルタＣ３は、可視光用の鏡として働き、物体Ｗが反射した光を反射し、この光を物体Ｗの色を検出する測定システムＣの第２のセンサアレイＣ４、好ましくはリニアセンサアレイＣ４へ向ける。ハウジング２も、直径を決定する光学測定システムＤのための検出器としての別の第１のセンサアレイ、好ましくはリニアセンサアレイＤＰ４を収容する。いずれの場合でも、上記の測定システムＣ、Ｄは、以下にさらに説明するように、第３の仮想の測定システムＰを形成するように結び付けることができる。
【００２８】
測定システムＤ、Ｃ、Ｐの必須の要素が、図２および図３に概略的にそれらの有利な相互配置でやはり示されており、以下詳細に説明する。いずれの場合も、完全に異なる基本原理に基づくここに示される光学測定装置とさらなる測定装置との組み合わせは、例えば、渦電流センサがコイルＥ１を備えることが好都合であり、これは、誘導的な測定システムの共振回路Ｅ６を共に形成する２つの半コイルＥ１ａおよびＥ１ｂとキャパシタＥ２とからなる。この測定システムは、励起回路Ｅ３、抵抗器Ｅ４、および信号変換器Ｅ５も備え、細長い物体の電磁特性の測定を可能にし、好ましくは、そこから物体Ｗの伝導性の構成要素の断面積、特にケーブルの１つまたは複数の導体の断面積を決定することができる。
【００２９】
２つのケーブルジャック４ａ、４ｂは、軸方向に互いからわずかに離間しており、その結果、間隙９がこれら２つの構成要素の間に得られ、この間隙９は、ハウジング２内で連続しており、光学測定システムＤ、Ｃ、Ｐのためにケーブルジャック４ａ、４ｂの内部で物体Ｗにアクセスすることを可能にする。間隙９およびケーブルガイドの開口によって得られる連結の部分的な体積は、円盤状の光学的な測定体積ＤＣＰｖを形成する。
【００３０】
さらに、主光軸ｙも横たわる光学測定システムＤ、Ｃ、Ｐの主面ｙ−ｚが、ケーブルジャック４ａ、４ｂの縦軸ｘに直角に配向させていることが好ましいことも図２から推定される。
【００３１】
物体Ｗの外径の光学的な測定については、これは、間隙９を通じて光学的な測定体積ＤＣＰｖの領域内でケーブルジャック４ａ、４ｂの内部で照明される。図５においてはっきりと示されるように、第１の照明装置ＤＰ１の光は、測定システムＤの光学系ＤＣＰ５によって平行にされ、物体Ｗに当たり、Ｓ１によって符号で表されたシャドウイングを引き起こす。図１に概略的に示されるように、このシャドウイングＳ１は、第１のリニアセンサアレイＤＰ４上の画素ごとに異なる電圧レベルを引き起こし、その分布から、ケーブル径を結論付けることができる。有利には、リニアセンサアレイＤＰ４の測定平面は、ｘ−ｙ平面に直角に延びるが、ｘ軸に対して小さい角度αでこれに交差し得る（図２参照）。
【００３２】
光の平行度およびセンサＤＰ４の画素の幅は、測定の精度にとって極めて重要である。好ましくは赤外線ＬＥＤとして設計された光源ＤＰ２を有する第１の照明デバイスＤＰ１の光は、影響を受けていないロングパスフィルタＣ３を通過し、レンズＤＣＰ２によって平行にされる。しかしながら、他の波長については、特に可視光の波長範囲において、ロングパスフィルタＣ３は、鏡として振る舞う。
【００３３】
円盤状の光学的な測定体積ＤＣＰｖは、直径を決定し物体Ｗの色を検出するために使用され、これによって設備のサイズをかなり節約する結果となる。この目的のために用意される第２の測定システムＣは、図２および図３から推定できるように、異なる波長スペクトルを有する互いに近くに置かれた複数の光源Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃを有する第２の照明装置Ｃ１を備える。好ましくは３つの光源が用意される。例えば、光源は、色付きのＬＥＤ（例えば、ＲＧＢ−ＬＥＤ）として設計される。
【００３４】
この場合には、測定システムＣ、例えばこの測定システムの制御および評価ユニットにおいて実行可能なプログラムとしてシーケンスが実装され、それによって第２の照明装置Ｃ１の光源Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃは、物体Ｗを連続的に照明し、したがって像を光源の波長スペクトル内でこの測定システムＣの第２のセンサアレイＣ４上に連続的に投影するように駆動される。光学測定システムＣの評価ユニットにおいて、異なる波長スペクトルを有する光源を用いて物体Ｗを照明する間に測定される強度は、物体Ｗの色を決定するのに使用される。第２のセンサアレイＣ４は、第２の照明装置Ｃ１の光源Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃとして円盤状の測定体積ＤＣＰｖの同じ側でｘ−ｚ平面に対して設けられる（この件に関しては図１および図２を参照）。３つの光源全部の波長に対して感度がよい第２のセンサアレイＣ４の代替として、それぞれ異なる波長に対して感度がよい３つのセンサからなる多色センサが用意されてもよい。
【００３５】
光学測定システムＤ、Ｃ、Ｐの主軸ｙに位置決めされるロングパスフィルタＣ３は、第２の照明装置Ｃ１の光源Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、およびＣ１ｃの波長について反射しており、それによって物体Ｗから反射した光を主光軸ｙの外側に位置決めされる第２のセンサアレイＣ４上に反射する。したがって、第１の照明装置ＤＰ１の光がロングパスフィルタＣ３を貫き、次いでこの光はレンズＤＣＰ２を通過し、それによって平行にされる。次いで、第１の照明装置Ｃ１の光は、物体Ｗによる反射後とさらにロングパスフィルタＣ３での反射後に、結像レンズとしてのレンズＤＣＰ２を２度通過し、それによってその屈折力は２度使用され、結像する焦点の幅は、ほぼ半分である。したがって、測定システムＣにおいて反射している直角のロングパスフィルタＣ３が、主光軸ｙに対して小さい角度βでｘ−ｙ平面内で配置される場合、像は、光軸ｙの幾分横に形成される。
【００３６】
ケーブルの色を決定するために、好ましくは３つの像は、第２のセンサアレイにより、それぞれ異なる照明によって、例えば赤、緑、および青の光の下で、連続的に作られる。次いで、物体Ｗの色は、投影の色彩強度によって評価ユニット内で計算することができる。第２のセンサアレイＣ４によって測定される色彩強度は、光源と物体Ｗの間の距離に関して二次的に、および物体ＷとレンズＤＣＰ２の間の距離に関して二次的に減少することをここで留意されたい。このケーブル位置の依存性は、例えば、適当な露光時間で補正することができる。ケーブルが光学的な測定体積ＤＣＰｖ内部で位置する場所は、図６に示すように、２つの影の縁を用いて単純な三角測量によって計算することができる。ケーブルの位置の助けを借りて、第２のセンサアレイＣ４の出力信号の補正が、測定体積ＤＣＰｖにおいて経験的に決定される強度の補正値間の補間によってそれぞれの波長についてなされ得る。
【００３７】
測定値の位置に依存した補償については、好ましくは、直径測定のための第１の光学測定システムＤは、円盤状の測定体積ＤＣＰｖ内の物体Ｗの位置を決定する第３の仮想の光学測定システムＰを形成するように２つのさらなる光源Ｐ１ａおよびＰ１ｂと組み合わされる。この追加の光学測定システムＰは、上で説明した光学測定システムの光源Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、ＤＰ２および第１のリニアセンサアレイＤＰ４のうちの少なくとも２つを使用する。
【００３８】
代替として、光源のうちの１つ、特に照明装置ＤＰ１の光源は、直径測定が単独で行われるときに、追加の光源と組み合わせることができる。ケーブルジャック４ａ、４ｂまたは円盤状の光学的な測定体積ＤＣＰｖの周方向に用いられる光源の間隔だけが、ここでは重要である。これらの２つの光源は、異なる角度のシャドウイングＳ１、Ｓ２をもたらし、その間隔は、第１のセンサアレイＤＰ４の助けを借りて決定され、知られている幾何学的な関係に基づいてケーブルジャック４ａ、４ｂ内部の物体Ｗの位置情報、または誘導的な測定体積Ｅｖおよびさらに光学的な測定体積ＤＣＰｖに変換することができる。
【００３９】
ケーブルの色を検出するための本発明によるセンサ装置の一実施形態の幾何光学の特定の設計例が、以下に提示される。
【００４０】
図７は、２つの同一レンズＬ１およびＬ２を有する二重のレンズ系、それらの附属の焦点Ｆ１およびＦ２、それらのそれぞれの焦点の幅ｆ１およびｆ２、結像される物体Ｇ、および像Ｂを示す。レンズＬ１およびＬ２は、互いから距離ｄに位置する。ビーム経路および光学的計算を簡略化するために、二重のレンズ系は、主面ＨおよびＨ’ならびに附属の系焦点ＦＳおよびＦＳ’を有する単一のレンズによって置き換えられてもよい。ＦＳからＬ１までの距離はＦＦＬＳ（前の焦点距離）とも呼ばれ、ＦＳ’からＬ２までの距離はＢＦＬＳ（後の焦点距離）とも呼ばれる。
【００４１】
ここで、以下が成り立つ。
【数１】
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【数２】
2019513233.tif 000004
【数３】
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【数４】
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【数５】
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【数６】
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【００４２】
図８は、鏡Ｍが主面Ｈに置かれるときの二重のレンズ系を示す。これは、Ｌ１がＬ２の機能もさらに担うので、像Ｂを物体側に投影し、Ｌ２を省略することができるという効果を有する。したがって、図８は、図２および図３に最もはっきりと示されるように、ケーブルの色のための上で説明した光学測定システムＣにおける光学的な状況を概略的に示す。反射用のロングパスフィルタＣ３は鏡Ｍに対応し、レンズＬ１またはＬ２はコリメートレンズＤＣＰ２に対応する。
【００４３】
鏡ＭとレンズＬ１の間の図１の光学系ＤＣＰ５がくさび状の筒部品である場合、ＭとＬ１の間の距離ｋ＝６．５７５ｍｍが与えられる。図７および図８を参照すると、レンズＬ１とＬ２の間の距離ｄは、以下の通りに計算することができる。
【数７】
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【数８】
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【数９】
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【数１０】
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【数１１】
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【数１２】
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【数１３】
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式６を用いるとともにｆ＝７１ｍｍの場合、ここで、システムの焦点の幅ｆｓは、
【数１４】
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のように計算されるはずである。
【００４４】
図２、図３、および図５による設計では、３３．５ｍｍのｃ値（物体Ｇから像Ｂまでの距離、すなわち、縦軸ｘから第２のセンサのアレイＣ４までの距離）が得られた。ここで、第２のセンサアレイＣ４で鮮明な像が得られるようにどのくらい大きい距離ｂ（センサから鏡）およびｇ（縦軸ｘから鏡Ｃ３）があるべきかについて疑問が生じる。
【００４５】
これは、（ｃ＝３３．５ｍｍの場合）以下の通りに得られる。
【数１５】
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【数１６】
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【数１７】
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【数１８】
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【数１９】
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【数２０】
2019513233.tif 000022
【００４６】
ここで全ての寸法が与えられるので、結像の縮尺Ｍは、以下のように計算することができる。
【数２１】
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【数２２】
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【００４７】
４００ｄｐｉの分解能および１２８画素を有する第２のセンサアレイＣ４については、これは、有効なセンサアレイの長さＩＳＡを与える。
【数２３】
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【００４８】
したがって、結像される最大の物体の大きさは、
【数２４】
2019513233.tif 000026
のように得られる。
【００４９】
式１４によるレンズの系の焦点の幅ｆｓを用いて、図９に示すように、像の幅ｂおよび物体の幅ｇは、式１８を用いて、特定の例示的な実施形態について、物体と像の距離ｃ、すなわち縦軸ｘと第２のセンサアレイＣ４の距離の関数としてグラフに描くことができる。
【００５０】
物体とセンサの距離ｃが０に向かうと、図１０で認識できるように、結像の縮尺は１００％に向かう。これは、知られている１／１の結像であり、ｇ＝ｂ＝２＊ｆｓである。
【００５１】
ケーブルの色が第２のセンサアレイＣ４を用いて測定され得る前に、ホワイトバランスが実行されなければならない。そのために、白色の較正ロッドが、それができる限り第２の照明装置Ｃ１の近くにあるようにケーブルジャック４ａ、４ｂ内に配置され、その結果センサアレイＣ４が、最大輝度を測定する。異なる波長（赤、緑、青）で照明中の許容される最大の照明時間は、測定した振幅が測定範囲の約９０％を占めるように調整される。次いで、較正ロッドは縦軸ｘに配置され、露光時間は第２のセンサアレイＣ４によって測定されるＲＧＢの積分値が全て同じであるように調整される。その際、２つのより高い積分値は、最小になされ、予め決定された最大の露光時間がいずれの色によって超えないようになる（図１０参照）。像の輝度は、光源と物体Ｗの間および物体ＷとレンズＤＣＰ２の間の距離が増加するにつれて減少するので、異なる波長についての輝度値は、ケーブルの位置に従って重みが付けられなければならない。図１０では、例えば、ＲＧＢの測定値は、ケーブルジャック４ａ、４ｂ内部の６つの較正ロッドの位置について描かれており、「中心／中心」によって示された曲線は、ケーブルジャック４ａ、４ｂの中心における白色の較正ロッドに有効である。較正ロッドが第２のセンサアレイＣ４の近くのケーブルジャック４ａ、４ｂ内に位置する場合、「後／中心」によって示される線が適用される。図６では、位置情報の後、前、下、上は、図１０に描かれた測定値が正しく解釈できるように特徴付けられる。
【００５２】
較正ロッドを用いて測定される特定の位置のＲＧＢの積分値と中心のＲＧＢの積分値の比は、色を補正する値である。色を補正する値は、位置に依存する。
【００５３】
図１１は、ケーブルジャックの中心で物体ＷとしてのオレンジのケーブルのＲＧＢの測定値を最終的に示す。
【００５４】
小型、堅牢（robust）、機械的、および機能的な相乗効果を用いる設計などの測定システムＤ、Ｃ、およびＰの準同軸の装置の既に述べた利点に加えて、別の利点は、通信インタフェース、マイクロコントローラ、電源、ＬＥＤ表示装置、および抑制回路などの電子機器の多くの回路部品が、３つのセンサまたはシステムＤ、Ｃ、およびＰの全てに使用できることである。
【００５５】
コリメーションのためのレンズＤＣＰ２の焦点の幅がより大きくなるほど、コリメーション、すなわち光の平行度はより良くなり、直径を測定するためのシャドウイングはよりシャープな縁となる。レンズＤＣＰ２の大きい焦点の幅は、そのときケーブルとレンズの距離ｇがより大きくなり、したがって物体Ｗがケーブルジャック４ａ、４ｂを通じて中心で延びていないとしても色の検出のための像の鮮明さが維持されるので、色の決定にも有利である。しかしながら、直径測定のためにとともにさらに色の決定のために焦点の幅が増加するにつれて、光の強度は減少し、この光の強度は、両方の機能性にとって光の強度と像の鮮明さの間の妥協点が必ず見つけられるように露光時間をより長くすることによって補償されなければならない。
【００５６】
光学測定システムＤ、Ｃ、Ｐを純粋に用いて細長い物体を自動検出する上述した装置は、必要に応じて、誘導的な測定システムＥだけでなく他の測定システムにも結び付けることができる。ケーブルを処理する設備において、互いに対して移動することができる締付け用の顎部およびブレードを備える所定の長さに切断するデバイスまたはケーブルを絶縁するデバイスが、しばしば用意される。そのような設備については、測定システムＤ、Ｃ、Ｐ、Ｅは、締付け用の顎部の間隔の測定によって物体の外径を決定するために、またはブレードと導体の接触時におけるブレードの間隔の測定に基づいて物体内の電気伝導体の直径を決定するために用意される少なくとも１つのさらなる測定システムと組み合わせることができる。特に静電容量の特性および／または誘導的な特性を監視することによる、電気ベースに基づく測定装置は、十分に知られている。
【００５７】
温度センサを測定システムＤ、Ｃ、Ｐ、Ｅと組み合わせて使用することは、温度により引き起こされる測定誤差を補償するのに有利である。この場合には、好ましくは、それぞれの測定システムにおける補正シーケンスが、温度の関数としての補正係数およびケーブルの位置の関数としての補正係数をその測定値に与えるために、自動補償するように実装される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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