Verfahren zur objektiven Messung der Form und Grösse von Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur objektiven Messung der Form und Grösse von Werkstükken sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Zur objektiven Messung der Grösse von Werkstücken ist es an sich bekannt, auf bestimmte Passmasse abgestimmte Lehren sowie einstellbare Messgeräte, beispielsweise Messuhren, zu verwenden.
Einer rationellen Anwendung dieser Messverfahren sind indessen Grenzen gesetzt, insbesondere wenn es sich darum handelt, grosse Mengen von kleinen und kleinsten Werkstücken mit mehreren Messstellen und gegebenenfalls verwickelt gestaltetem Profil hun dertprozentig zu prüfen. Dasselbe gilt für das ebenfalls an sich bekannte Verfahren der Projektion mit Lichtspalt, bei dem das zu kontrollierende Werkstück die eine Begrenzung eines Lichtspalts bildet, während eine feste Kante die andere Begrenzung dieses Lichtspalts darstellt, und wobei der bei Massabweichungen des Werkstücks veränderliche Lichtspaltquerschnitt über einen Photozellenverstärker eine elektrische Anzeige ergibt. Die Genauigkeit der Anzeige ist von der Konstanz der Lichtintensität der Beleuchtungsquelle abhängig.
Es sind weiter Messverfahren und -vorrichtungen bekannt, bei denen eine objektive Messung der Grösse von Werkstücken mittels eines Projektionsbzw. Interferenzverfahrens in der Weise herbeigeführt wird, dass in Abhängigkeit von der Grösse des zu messenden Teils eine Phasenverschiebung eines durch einen Impulsgenerator erzeugten zyklischen Signals erfolgt, wobei die Grösse dieser Phasenverschiebung über Photozellen und Verstärkerelemente für eine Messanzeige ausgewertet wird.
Verfahren und Vorrichtungen dieser Art stützen sich auf eine mechanische Abtastung eines Werkstücks und besitzen gleichfalls den Nachteil eines beschränkten Anwendungsbereichs hinsichtlich der Art und Form der Werkstücke; ausserdem ist für sie ein verwickelt gestalteter Aufbau erforderlich.
Schliesslich ist es bekannt, zur Prüfung des Profils beliebig geformter kleiner Werkstücke Mess- bzw.
Profilprojektoren zu verwenden. Der hiermit durchgeführte Formvergleich zwischen dem zu prüfenden und dem Soll-Profil ist jedoch subjektiv.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine objektive Kontrolle der Form und Grösse beliebig geformter Werkstücke, insbesondere auch solcher kleiner Abmessungen, gestattet, und das darüber hinaus eine selbsttätige Durchführung der vorgenannten Prüfungen ermöglicht.
Gemäss der Erfindung wird eine Lösung dieser Aufgabe dadurch erzielt, dass ein sich in seiner Grösse periodisch änderndes Luftbild einer Lehre durch Projektion erzeugt wird, und dass der dem Uberschneiden von Kanten des Luftbilds der Lehre und des Werkstückprofils zugeordnete Phasenwert durch ein Steuergerät bestimmt wird, das den Zeitzusammenhang zwischen einer bestimmten Phase der Grössenänderung des Luftbilds und den Zeitpunkten des Ansprechens verwendeter photoelektrischer Lichtempfänger herstellt.
Der besondere Vorzug des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass dieses in schneller und genauer Weise eine Prüfung der Form und Grösse von Werkstücken jeden Profils, auch verwickelt gestalteter, ermöglicht. Eine körperliche Berührung der zu prüfenden Werkstücke findet nicht statt, so dass durch den Messvorgang nicht die geringste nachteilige Beeinflussung des Werkstücks hinsichtlich seiner Lage und seiner Oberflächen- bzw. Profilbeschaffenheit stattfindet. Vielmehr überstreicht ausschliesslich das sich in seiner Grösse ändernde Luftbild einer Lehre die Kanten des zu prüfenden Profils, und der gesuchte Messwert wird dadurch erzielt, dass der Moment des zur Deckung-Kommens bzw. Über- schneidens einer Kante des Lehren-Luftbilds und der entsprechenden Kante des zu prüfenden Profils bestimmt wird.
Dieses Überschneiden steht hierbei in einem direkten Zusammenhang mit einer bestimmten Phase der Grössenänderung des Lehren-Luftbilds, so dass die Prüfung des Werkstückprofils auf eine Zeitmessung zurückgeführt ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht somit eine objektive Messung von hoher Genauigkeit, insbesondere auch von empfindlichen Werkstücken, und ebenso lässt sich durch die vorgenannte Art der Messwertbestimmung ein vollselbsttätiger Mess- bzw.
Kontrollablauf herbeiführen. Ein solcher kann dadurch erzielt werden, dass die zu prüfenden Werkstücke durch eine selbsttätige Zuführung in das Luftbild der Lehre geführt und das Auswerfen der kontrollierten Werkstücke aus der selbsttätigen Zuführbzw. Transportvorrichtung in Abhängigkeit von den ermittelten Zeitwerten für das Überschneiden von Luftbild-Lehrenkante und Werkstückprofil gesteuert werden. Mittel zur Durchführung von Programmsteuerungen in Abhängigkeit von voreingestellten Zeitwerten sind an sich bekannt, beispielsweise durch elektronische Zählgeräte mit Ziffernvorwahl.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens solcher Ausbildung, dass eine als Lehre dienende Blende und ein optisches Abbildungssystem für diese schwingfähig angeordnet und ihre in Richtung der optischen Achse erfolgenden Lageänderungen einander so zugeordnet sind, dass ein sich in seiner Grösse änderndes Luftbild der Lehre in der Ebene erzeugt wird, in welcher das zu prüfende Profil des Werkstücks angeordnet ist.
Um Anordnungsschwierigkeiten bezüglich der photoelektrischen Lichtempfänger auszuschalten, insbesondere auch im Falle von Werkstücken kleiner Abmessungen, und um ferner einen für Werkstücke der verschiedensten Art brauchbaren Aufbau zu gewährleisten, können die Lichtempfänger in von der Ebene des Luftbilds verschiedenen Ebenen angeordnet sein, wobei mittels an sich bekannter optischer Einrichtungen die jeweilige Messstelle des Werkstückprofils auf den ihr zugeordneten Lichtempfänger projiziert wird.
Gegenüber den an sich bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Form und Grösse von Werkstücken weisen das beschriebene Verfahren und die zu seiner Durchführung angegebene Vorrichtung die überragenden Vorteile auf, dass eine Messung bzw. Prüfung für Werkstücke jeder Ausbildung in unverwickelter Weise durchführbar ist, welche zu quantitativen Angaben über die Werkstücke führt.
Damit ist weiterhin eine Automatisierung des Messbzw. Prüfvorgangs, beispielsweise einer Toleranzkontrolle, gewährleistet.
Process for the objective measurement of the shape and size of workpieces
The invention relates to a method for the objective measurement of the shape and size of workpieces and a device for carrying out this method.
For the objective measurement of the size of workpieces, it is known per se to use gauges that are matched to specific fitting dimensions and adjustable measuring devices, for example dial gauges.
However, there are limits to the rational use of these measuring methods, especially when it comes to 100% testing of large quantities of small and very small workpieces with several measuring points and possibly complex profiles. The same applies to the method of projection with a light gap, which is also known per se, in which the workpiece to be checked forms one boundary of a light gap, while a fixed edge represents the other boundary of this light gap, and where the light gap cross-section, which changes in the event of dimensional deviations of the workpiece, is via a photocell amplifier gives an electrical indication. The accuracy of the display depends on the constancy of the light intensity of the illumination source.
There are also known measuring methods and devices in which an objective measurement of the size of workpieces by means of a projection or. Interference method is brought about in such a way that, depending on the size of the part to be measured, a phase shift of a cyclic signal generated by a pulse generator takes place, the magnitude of this phase shift being evaluated via photocells and amplifier elements for a measurement display.
Methods and devices of this type are based on mechanical scanning of a workpiece and also have the disadvantage of a limited range of applications with regard to the type and shape of the workpieces; in addition, they require an intricately designed structure.
Finally, it is known to test the profile of small workpieces of any shape.
To use profile projectors. The comparison of forms between the profile to be checked and the target profile is, however, subjective.
In contrast, the invention is based on the object of creating a method which allows an objective control of the shape and size of arbitrarily shaped workpieces, in particular those of small dimensions, and which also enables the aforementioned tests to be carried out automatically.
According to the invention, a solution to this problem is achieved in that an aerial image of a gauge that changes periodically in its size is generated by projection, and that the phase value assigned to the intersection of edges of the aerial image of the gauge and the workpiece profile is determined by a control device which establishes the time relationship between a certain phase of the change in size of the aerial image and the times at which the photoelectric light receivers used respond.
The particular advantage of the method according to the invention is that it enables the shape and size of workpieces of every profile, even those with complex shapes, to be checked quickly and precisely. There is no physical contact with the workpieces to be tested, so that the measuring process does not have the slightest adverse effect on the workpiece with regard to its position and its surface or profile properties. Rather, only the aerial photo of a gauge, which changes in size, sweeps over the edges of the profile to be tested, and the measured value sought is achieved by the moment when an edge of the gauge aerial photo and the corresponding edge come to congruence or overlap of the profile to be tested is determined.
This overlap is directly related to a certain phase of the size change of the gauge aerial image, so that the examination of the workpiece profile is based on a time measurement.
The method according to the invention thus enables an objective measurement with a high degree of accuracy, in particular also of sensitive workpieces, and the aforementioned type of measurement value determination also enables a fully automatic measurement or measurement.
Bring about the control process. This can be achieved in that the workpieces to be tested are guided into the aerial view of the gauge by an automatic feed and the controlled workpieces are ejected from the automatic feed or Transport device can be controlled depending on the determined time values for the intersection of aerial photo gauge edge and workpiece profile. Means for implementing program controls as a function of preset time values are known per se, for example through electronic counting devices with digit preselection.
Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the above-described method such that a diaphragm serving as a teaching and an optical imaging system for this are arranged such that they can vibrate and their changes in position occurring in the direction of the optical axis are assigned to one another so that an aerial image that changes in size the gauge is generated in the plane in which the profile of the workpiece to be tested is arranged.
In order to eliminate difficulties in arranging the photoelectric light receivers, especially in the case of workpieces of small dimensions, and also to ensure a construction that can be used for workpieces of the most varied of types, the light receivers can be arranged in planes different from the plane of the aerial photograph, using known per se optical devices, the respective measuring point of the workpiece profile is projected onto the light receiver assigned to it.
Compared to the methods and devices known per se for measuring the shape and size of workpieces, the method described and the device specified for carrying it out have the outstanding advantages that a measurement or test for workpieces of any design can be carried out in an uncomplicated manner quantitative information about the workpieces.
Automation of the measurement or Checking process, for example a tolerance check, guaranteed.