DE10138207A1

DE10138207A1 - Qualitätskontrolle von rotationssymmetrischen Elastomerteilen (Formteilen)

Info

Publication number: DE10138207A1
Application number: DE2001138207
Authority: DE
Original assignee: KMK MESS und SYSTEMTECHNIK GMB
Current assignee: KMK MESS und SYSTEMTECHNIK GMB
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein schonendes prüfendes Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Inspektion oder Prüfung von Elastomerteilen, die als elastisch verformbare Formteile oder Toroidteile bezeichnet werden. Außerdem betrifft sie ein Verfahren zum Prüfen zumindest der Oberfläche von im wesentlichen toroidförmigen, nachgiebig verformbaren Teilen. Es ist zumindest ein optischer Sensor (30) vorgesehen, wobei die verformbaren Teile (10, 11, 12) nacheinander aus einem Vorrat einer Belastungsvorrichtung (20; 39a, 39b) zugeführt werden. In der Belastungsvorrichtung werden Kräfte (F1, F2) auf die Formteile aufgebracht, um sie zusammenzudrücken und dadurch die natürliche Oberfläche (10*, 11*, 12*) in zumindest einem Belastungsabschnitt (10a, 11a, 12a, 12b) aus einer natürlichen Form der Formteiloberfläche auszulenken. Dabei wird der optische Sensor (30) auf den belasteten Abschnitt der Oberfläche (10a, 11a, 12a) ausgerichtet, zur Erfassung des ausgelenkten Oberflächenabschnitts als Bild.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur optischen Inspektion oder Prüfung von Elastomerteilen, die als elastisch verformbare Formteile oder Toroidteile bezeichnet werden. Ein repräsentativer Vertreter von solchen "Prüflingen" ist ein O-Ring, der als Toroid in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt ist.

Im Stand der Technik ist die Oberflächenprüfung von Elastomerteilen schon durch Belastung vorgenommen worden, vgl. DE 41 30 366 (Roth), wobei zwei Tragdorne Einsatz fanden, von welchen mindestens ein Tragdorn angetrieben ist. Mit dieser Einrichtung wurde eine definierte Dehnung eines jeweils zwischen den beiden Tragdornen geführt gehaltenen O-Rings eingestellt. Aufgrund der Dehnung konnte das Vorhandensein von Rissen in der Ringoberfläche erkannt werden. Es konnte auch die Haltbarkeit einer Klebestelle bzw. der Fließnaht des O-Rings überprüft werden. Eine andere Variante der Belastung zeigt die DE 35 30 080 (TRW), bei der ein lichtdurchlässiger Objektträger Verwendung fand, auf dem der O-Ring plaziert wurde. Dieser O- Ring hat sich durch sein eigenes Gewicht in seiner Form verändert und Oberflächenfehler konnten dadurch aufgespürt werden, daß das Licht auf einen kleinen Bereich der Oberfläche gestrahlt wurde, während der Ringe gedreht wird. Eine Schwankung in der Charakteristik des reflektierten Lichtes zeigt das Vorkommen eines Fehlers in der Oberfläche des O-Rings an.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Oberflächenprüfung schonender vorzunehmen und die elastisch verformbaren Teile schonend zu verformen und dennoch eine vollständige Oberflächenprüfung durchführen zu können.

Dazu schlägt die Erfindung vor, die elastisch verformbaren Teile aktiv mit einer Druckkraft zu beaufschlagen, um die Oberfläche partiell zu verformen (Anspruch 1). Die Verformung führt alternativ zu einem Auslenken eines Oberflächenabschnitts, zu einer zumindest abschnittsweise stärker ausgebildeten Krümmung oder zu einer zumindest abschnittsweise ausgebildeten erhöhten Oberflächenspannung, die durch eine Oberflächenverformung entsteht. Die Oberfläche ist dabei verglichen zu der natürlichen Oberfläche von nicht belasteten Elastomerteilen zu sehen.

Bevorzugt kann die Erfindung auf rotationssymmetrisch ausgebildete Elastomerteile angewendet werden (Anspruch 31).

Alternative Vorrichtungen zur Aufbringung der Druckkraft auf die Elastomerteilen sind solche, die mit umfänglich beabstandeten Walzen arbeiten oder die eine sich längs erstreckende Ausbildung eines umlaufenden Gurts besitzen, mit dem nicht nur eine Drehbewegung, sondern auch eine überlagerte Längsbewegung auf die Elastomerteile aufgebracht werden kann (Anspruch 10, 18, 24 sowie 35 bis 38).

Die Vorrichtung besitzt eine Druckeinrichtung zum Druckbelasten der elastisch verformbaren Teile während ihrer Bewegung. Während der Bewegung blickt der optische Sensor mit einer Erfassungsachse oder einem Blickfeld auf zumindest einen Abschnitt der aus der natürlichen Form ausgelenkten Oberfläche, um sie auf Fehlerstellen zu prüfen, zu inspizieren oder zu untersuchen.

Die Aufbringung der Druckkraft kann im wesentlichen in einer Ebene erfolgen, die die Hauptebene von als Toroid ausgebildeten Elastomerteilen ist. Dadurch verformt sich der Elastomerteil aus seiner Toroidform heraus an denjenigen Stellen, an denen die Druckkraft nicht einwirkt. Die so ausgebildete stärkere Krümmung an den freien Stellen oder die so ausgebildete nach innen verformte Druckstelle sind umfänglich gegeneinander versetzt.

Eine andere Druckbeaufschlagung erfolgt in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Hauptebene, wodurch die Form des Toroids auch verändert wird, aber im wesentlichen an derjenigen Stelle, an der die Druckkraft einwirkt. Hier entsteht eine Veränderung der natürlichen Oberflächengeometrie hin zu einer Abflachung und seitlich stärkeren Krümmung, die auch von einem Bildgeber erfaßt werden kann.

Das Erfassen von Rissen, die eine Unterbrechung der Oberflächenkontinuität darstellen, kann im Gegenlichtverfahren erfolgen (Anspruch 9), wobei das Licht und der Bildgeber im wesentlichen gegenüber angeordnet sind. Eine Erfassung der Oberfläche im Auflichtverfahren kann zusätzlich, parallel oder alternativ erfolgen, wobei die Blickrichtung des Bildgebers und das Licht aus im wesentlichen derselben Richtung kommen. Als Grenzwinkel kann 90° angegeben werden, wobei Licht, das aus einem Winkel kleiner 90° gegenüber dem Blickfeld herrührt, als Auflichtverfahren betrachtet werden kann, und Licht, das in einem Winkel größer 90° gegenüber der Achse des Blickfeldes aufgebracht wird, ein Gegenlichtverfahren beschreibt.

Der Bildgeber stellt Pixel zur Verfügung, kann als APS, CMOS-, CCD-Sensor oder als eine Kamera ausgebildet sein, die eine Folge von Bildern bei der Bewegung des Elastomerteiles abgibt. Diese Bilder werden mit Methoden der Bildverarbeitung verarbeitet (Anspruch 4), um die Oberflächendefekte zu erkennen oder die Oberflächengüte zu überprüfen.

Die Bewegung während der Belastung führt dazu, daß sich die Oberflächenstelle, die sich als Folge der Belastung aus ihrer natürlichen Geometrie herausbewegt, verlagert oder gedrückt wird. Dadurch ist es möglich, die gesamte Oberfläche oder zumindest wesentliche Teile eines umlaufenden Abschnitts der Oberfläche zu prüfen (Anspruch 5, 6).

Bei einer Längsbewegung, die der Drehbewegung überlagert ist, ist es möglich, mehrere Teile gleichzeitig zu überprüfen (Anspruch 7, 8), wenn sie in einem Längsabstand voneinander eigenständig bewegt werden. Die längsbewegten elastisch verformbaren Teile können auch an zwei gegenüberliegenden Stellen gleichzeitig optisch überprüft werden, namentlich ihrer Vorderseite und ihrer Rückseite bei einer Längsbewegung (Anspruch 32, 33). Dazu ist die Ausbildung mit einem umlaufenden Gurt als Druckverformungseinrichtung geeignet, die aus den Toroidteilen Ovale in einem Spalt ausformt, in den sie eingeführt und in Längsrichtung bewegt werden. In diesem Spalt werden die Toroidteile in Längsrichtung geführt bewegt und haben einen vorderen und einen hinteren Abschnitt, der jeweils zur Überprüfung zur Verfügung steht. Aufgrund der erwzungenen Verformung, insbesondere der Ausbildung als Oval, bilden sich auch an der Innenseite zumindest zwei flacher ausgeformte Randflächen, die auf ihre Oberfläche hin überprüft werden können. Das Oval entsteht dabei mit stärker gekrümmter Frontseite und Rückseite (zwei Stellen mit erhöhter Oberflächenspannung) und mit zwei stärker ausgeflachten Innenflächen, die gegenüberliegen und mit Bezug auf die Förderrichtung oben und unten angesiedelt sind. Diese vier (2 + 2) Stellen mit erhöhter Oberflächenspannung können gleichzeitig geprüft werden. Jeweils gegenüberliegend sind Druckstellen mit stärkerer Abflachung (an der Innenseite) und sich frei ausbauchende stärke Krümmungsstellen (an der Außenseite) eines elastisch verformbaren Formteils.

Eine Ausbildung nicht als Oval, sondern als mehrfach verformtes Toroid kann bei dem Eingriff von zumindest drei Walzen entstehen (Anspruch 27, 28). Hier sind auch mehrere Oberflächen- Überprüfungen an mehreren von der Kraftfolge belasteten Stellen möglich, die zwischen den Walzeneingriffen liegen.

Die Walzen oder der Gurt können geometrisch mit ihrer berührenden Fläche an die Form der elastisch verformbaren Teile angepaßt sein (Anspruch 28, 26, 29). Die Anpassung kann mit einer insbesondere V-förmigen Nut erfolgen, wobei sie in den Walzen oder in Gurt oder/und auch in der dem Gurt gegenüberliegenden Führungsschiene (Anspruch 24) angeordnet sein kann (Anspruch 29, Anspruch 31). Eine V-Form paßt für verschiedene Größen (Durchmesser) von elastomeren Formteilen.

Eine Führung erfolgt vorteilhaft nur im Wesentlichen bei 20 Prozent.

Die Teile können geführt im Einlauf und geführt im Auslauf bewegt werden, wobei die gesamte Meßstrecke aus Einlauf, Prüfungsstrecke und Auslauf eine linear verlaufende Strecke ist, ohne ein seitliches Einsetzen (Anspruch 35). Werden mehrere Formteile kontinuierlich gefördert, in einem kurzen Abstand nacheinander, so kann die Meßstrecke in ihrem Abstand zwischen umlaufenden Band und Führungsbande unverändert bleiben, wozu eine leichte Abschrägung im Einlauf zur Verbesserung des Beginns der Druckausübung vorgesehen sein kann. Gleiches kann auch im Auslauf erfolgen, um ein sanftes Lösen der Druckkräfte nach dem Prüfprogramm zu erlauben.

Die Längsbewegung ist gleichförmig, viele Teile können kurz hintereinander gemessen werden, quasi kontinuierlich erfaßt werden, das Förderband stoppt seine Bewegung nicht, wenn ein neues Teil aufgenommen wird (Anspruch 37).

Die Kraft wirkt im wesentlichen in der Hauptebenen-Richtung, zur Ausformung der elastischen Teile durch Druckkraft. Das führt zu einer Quetschung, um Risse in der Oberfläche sichtbar werden zu lassen. Eine Überprüfung der Oberfläche kann an mehreren Stellen gleichzeitig erfolgen, wobei aus dem aufgezeichneten Bild mehrere Stellen herausgegriffen und mit optischen Methoden bearbeitet werden. Eine mögliche Methode ist das Aufzeigen von Unstetigkeiten in einen Linienzug, der als im Gegenlichtverfahren aufgezeichnete Kante im wesentlichen kontinuierlich verlaufen müßte, wenn keine Oberflächendefekte vorhanden sind.

Das "Toroidteil" steht für eine Gruppe von Prüflingen, die durch Druckkraft verformbar sind (Anspruch 34); sie weisen einen inneren Hohlraum auf. Wird die verformende Kraft axial eingeleitet, kann auch eine Kugel als Prüfling Einsatz finden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen ihr Verständnis erläutern und ergänzen.
Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 20 zur Aufnahme von rotationssymmetrischen elastomeren Formteilen als Prüfteile, z. B. sog. O-Ringe 10 oder 12 zur dynamischen automatisierten Qualitätsprüfung in einem Prüfautomaten, der im übrigen nicht dargestellt ist.
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung eines toroidförmigen Elastomerteils 10 in Gestalt eines sog. O-Ringes mit einer Hauptebene E.
Fig. 2a, Fig. 2b zeigen einen Belastungszustand mit einer radial einwirkenden Druckkraft F1, bei dem zwei Schnitte in Achsrichtung 100, die senkrecht zu der Hauptebene E orientiert ist, liegen und in Umfangsrichtung einen Zwischenwinkel größer Null einschließen.
Fig. 2c zeigt eine axiale Belastung F2 in Achsrichtung 100 bei einem weiteren Elastomerteil 11.
Fig. 2d zeigt einen Schnitt in einer Achsrichtung 100 bei einem weiteren flachen Elastomerteil 15 in Scheibenform mit einem Körper 15a.
Fig. 2e zeigt einen Schnitt in Achsrichtung 100 bei einem weiteren Elastomerteil 14 in Zylinderform mit einem Körper 14a.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch die Anordnung von drei Walzen 1, 2, 3 zur Aufnahme des Elastomerteils 10 von Fig. 1, hier in zwei Größen.
Fig. 4 veranschaulicht eine alternative Vorrichtung zum Aufnehmen von elastischen Prüfteilen, bei denen diese nicht nur eine Drehbewegung ω10, ω12, sondern auch eine Längsbewegung v1 erhalten.
Fig. 5 veranschaulicht eine Vergrößerung des zum Oval ausgeformten Elastomerteils im Eingriff der Vorrichtung nach Fig. 4, wobei das Elastomerteil 10 oder 12 zu einer unrunden Gestalt verformt ist.
Fig. 5a ist eine Schnittansicht von Fig. 5 senkrecht zur Bewegungsrichtung v1 mit dem oberen Körperabschnitt 12b des Toroidteils 12, anliegend an einem umlaufenden Gurt 40a.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Aufsicht von Fig. 1.
Die Vorrichtung 20 nach Fig. 1 und Fig. 6 ist so ausgebildet, daß eine Prüfung eines Prüflings, hier eines elastomeren O-Rings gleichzeitig sowohl von oben, wie auch von unten vorgenommen werden kann. Die Inspektion von oben und unten ist dadurch angedeutet, daß ein optisches System 30 mit einem Blickfeld oder einer Blickachse B oberhalb und eine nicht dargestellte Lichteinrichtung mit einer Lichtrichtung L unterhalb eines Trägers 21 angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung können sowohl Oberflächenprüfung wie auch Rißprüfung alternativ oder kumulativ innerhalb des Prüfautomaten mit einer Meßeinrichtung M erfolgen.
Ein verformbarer O-Ring 10 ist in Fig. 2 gezeigt. Er weist eine Hauptebene E auf, einen Durchmesser d1 in Hauptebenen-Richtung und einen kleinen Durchmesser d2 hinsichtlich des Körpers als Toroid. Der kleinere Durchmesser d2 erstreckt sich senkrecht zur Hauptebenen-Richtung E, während der große Durchmesser d1 in dieser Ebene E angesiedelt ist. Die Hauptachse 100 ist senkrecht zur Hauptebene E und entspricht der Mittelachse des O-Rings. Innen besteht ein Hohlraum 101.
Der so beschriebene Ring ist in die Vorrichtung nach Fig. 1 und 6 zwischen drei Walzen 1, 2, 3 eingesetzt gezeichnet, die mit ihren Außenflächen einen solchen Abstand haben, der kleiner als der Druchmesser d1 ist. Dadurch verformt sich der O-Ring 10 so, wie in Fig. 6 dargestellt ist, namentlich durch Ausbauchung bzw. stärkere Krümmung in den Zwischenräumen zwischen den drei Walzen und Abflachung an den Druckstellen der Walzen.
Die Verformung nach der Fig. 1 ist schematisch in Fig. 2a, 2b gezeigt, durch zwei axiale Schnitte in Richtung 100, wobei Fig. 2a einen Schnitt zeigt, der durch eine Achse 2b der Antriebswalze 2 verläuft. Sie bringt eine Druckkraft F1 auf die Außenfläche des Formteils 10 auf, der dadurch an der Stelle der Berührung nach innen verformt und bei 10b ausgeflacht wird. Zwischen den Anlagestellen der Walzen 1, 2, 3 bildet sich eine Auswärts-Verformung 10a als Folgeverformung F1', die eine stärkere Belastung, ein Auslenken, eine stärkere Krümmung oder eine Oberflächenverformung bewirkt. Dieser Schnitt ist auch ein axialer Schnitt, aber er ist gegenüber dem anderen Schnitt um einen Winkel verdreht, der kleiner als 120° ist, hier im Beispiel 60°. Zur Erfassung von Oberflächendefekten, beispielsweise die Kontinuität der Oberfläche unterbrechenden Rissen, wird im Gegenlichtverfahren eine Folge von Bildern aufgezeichnet. Dabei dreht sich der Ring 10 in der Vorrichtung nach Fig. 1 und der Bildgeber 30 zeichnet in Achsrichtung 100 ein Bild auf, das sich bei einem Gegenlicht L (ebenfalls in Achsrichtung aber gegenüberliegend) ergibt. Eine Abweichung der stetigen Linienform der abgebildeten Kante weist auf einen Oberflächendefekt hin.
Die natürliche Oberfläche 10* des elastischen Rings 10 ist dabei an der Stelle 10a als verformt anzusehen, wo die resultierende Kraft F1' entsteht, die als Folge des mit der Druckkraft F1 eingespannten Rings gebildet wird.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 hat an den einzelnen umfänglich beabstandeten Walzen 1, 2,3 jeweils eine Gummiauflage 2a, 1a, um eine Friktionskraft zur Aufbringung der Drehbewegung auf den Ring ausüben zu können. Außerdem können die Walzen 1, 2,3 im Bereich der Gummiauflage auch eine an die Außenform der unveränderten Oberfläche 10* angepaßte Nut oder eine speziell geformte Nutform (beispielsweise V-förmig) als Umfangsnut aufweisen.
Die Walze 2 ist angetrieben von einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung, beispielsweise einem umfänglich angreifenden Reibrad oder einem axial wirkenden Schrittmotor. Diese Drehbewegung ω2 um die Achse 2b der Walze 2 führt zu einer Übertragung eines Drehmomentes über die Umfangsnut mit Gummiauflage 2a auf den Ring 10. Der Ring 10 dreht sich und überträgt seine Drehbewegung ω auf die beiden anderen Walzen 2, 3, jeweils auch im Rahmen einer Umfangsnut, die mit einem reibungserhöhenden Material beschichtet ist. Die Rollen 1 und 3 dienen dabei als Gegenlager. Der Rolle 1 ist zusätzlich eine Meßeinrichtung als Geber 4 zugeordnet, hier in Gestalt eines drehbaren Zahnrades gegenüber einem nicht dargestellten Sensor zur Erfassung der Bewegung der Rolle oder Walze. Das Ausgangssignal wird über eine Meßleitung abgegriffen. Mit dem Meßgeber kann die Drehlage, insbesondere auch die Drehgeschwindigkeit, des Rings 10 beobachtet oder gemessen werden. Mit einem Hebelarm 5, der um ein Gelenk 6 drehbar gelagert ist, wird die Verformungskraft F1 aufgebracht und kann eingestellt werden. Eine Druckeinrichtung 7 sorgt für einen Druckkraft, die der Kraft F1 von Fig. 2a entspricht. Ein Bolzen 9 kann dabei gegen einen Exzenter 8 anschlagen, dessen Drehlage die Endstellung vorgibt. Eine Herabsetzung der Endstellung führt zu einem weiteren Auslenken des Hebelarms 5 und zu einer stärkeren Verformungskraft F1. An der Bolzeneinrichtung 9 kann auch eine lösende Kraft eingreifen, wenn der Hebel 5 von dem Ring abgenommen werden soll, um diesen aus der Prüfeinrichtung zu entnehmen und einen neuen Ring aus einem Vorrat V in die Prüfvorrichtung einzusetzen.
Die drei Drehungen ω1, ω2, ω3 der drei Walzen 1, 2, 3 werden auf eine Drehbewegung ω des Rings 10 übertragen, bei vorgegebener Belastung über den Hebel 5 und die Druckvorrichtung 7, die auch als Zugeinrichtung ausbildbar ist. Der Endanschlag ist eine Grenzlagendefinition, die im stetigen Betrieb der Vorrichtung nicht erreicht wird, aber bei weicheren Elastomerteilen eine Grenzverformung des Abschnitts 10a im Zwischenraum zwischen den Walzen vorgibt. Dieser verformte Oberflächenabschnitt ist derjenige, auf den die Kamera 30 mit ihrer Blickrichtung B als optische Achse zumindest ausgerichtet ist. Werden die drei verformten Stellen gleichzeitig erfaßt, ist die Blickrichtung B im wesentlichen parallel zur Achse 100 gemäß Fig. 2. Die erfaßte Folge von Bildern wird einer Bildverarbeitung zugeführt, die eine Auswertung der Oberflächenverformung 10a vornimmt. Dazu wird dieser Auswertung auch die Drehlagen-Information des Gebers 4 zugeführt. Weitere optische Messungen können an dem abgeflachten Innenbereich 10b als weiterer Oberflächenabschnitt erfolgen, auch bis zu drei Messungen gleichzeitig, im Zwischenwinkelbereich von jeweils 120°, aber jeweils um jeweils 60° versetzt gegenüber den Außenmessungen an den Abschnitten 10a.
Sollen größere Prüflinge aufgenommen werden, können die Achsen 1b, 2b versetzt werden, wozu mehrere Aufnahmen auf dem Träger 21 vorgesehen sind. Ein Beispiel hierzu zeigt die Fig. 3, die beide Achsen 1b, 2b der stationären Achsen der Walzen 1, 2 zeigt. Die demgegenüber verschwenkbare Achse der Walze 3 an dem Hebel 5 zeigt zwei Zustände für einen kleinen Elastomerteil 10 und einen größeren Elastomerteil 12. Mit dem größeren Elastomerteil 12 kann auch der Abstand der Achsen 1b, 2b vergrößert werden, muß aber nicht zwingend vergrößert werden, weil auch die Schwenkbewegung des Hebels 5 eine Anpassung an einen größeren Elastomerteil ermöglicht.
Die durchgeführte Quetschung des Elastomerteils in Fig. 1 erlaubt eine Inspektion der gesamten Oberfläche. Dazu wird das Teil unter dem Druck des Hebels 5 gedreht. Bei sehr dickwandigen elastisch verformbaren Prüfteilen kann zusätzlich Druck auf den Hebel 5 ausgeübt werden, um die Andruckkraft F1 zu erhöhen und eine ausreichende Verformung im Zwischenraum zu erreichen.
Beim Prüfvorgang der Rißprüfung wird der Prüfling von der unteren Seite des Trägers 21 aus beleuchtet und die Kamera 30 betrachtet den der Prüfung unterliegenden Elastomerteil von der gegenüberliegenden Seite, also der oberen Seite aus. Bei der Oberflächenprüfung kann im Auflichtverfahren das Licht L und die Kamera 30 mit ihrer Achse B von oben auf den Prüfling ausgerichtet sein.
Die Meßeinrichtung 4 kann dazu dienen sicherzustellen, daß zumindest eine vollständige Umdrehung von 360° für jeden Prüfling erzielt wird.
Eine nicht dargestellte Vorrichtung dient der Ausführung des Belastungszustandes der Fig. 2c. Hier wird eine axiale Kraft in Hauptachs-Richtung 100 auf den Torus aufgebracht, die mit F2 bezeichnet ist. Sie wird von einer zusätzlichen Walze aufgebracht, deren Achse im wesentlichen senkrecht zu den Achsen 1b, 2b verläuft. Eine Ausformung in Form einer Folgekraft F2' führt zu einer Oberflächenbelastung 11a, die eine stärkere Krümmung aufweist. Hier kann die gleiche meßtechnische Erfassung erfolgen, die zuvor mit dem Sensor 30 beschrieben war.
Eine noch weitere Ausbildung zeigt die Fig. 4, die zu der Drehbewegung ω der Elastomerteile noch eine Längsbewegung ergänzt. Auch mit dieser Vorrichtung können die Oberflächenprüfungen und/oder die Rißprüfungen innerhalb einer Prüfvorrichtung vorgenommen werden.
Ein oberer und ein unterer Fördergurt 40a, 40b sind als Umlaufgurt ausgebildet, umgelenkt an einer jeweiligen Umlenkwalze 42a, 42b. Eine Antriebsrolle 41a, 41b ist vorderseitig angeordnet und zwischen der Antriebswalze 41 und der Umlenkwalze 42 erstreckt sich ein linearer Abschnitt 40a' des Umlaufbandes. Dargestellt ist sowohl eine obere Einrichtung 39a wie auch eine spiegelsymmetrische untere Einrichtung 39b, die beide der Verformung von Elastomerteilen 12, 10 dienen. Eingezeichnet ist dabei die Verwendung von zwei unterschiedlich großen Elastomerteilen.
Beide Elastomerteile, die oberen Elastomerteile 12 und die unteren Elastomerteile 11 werden zugeführt und sind eingespannt zwischen dem linearen Abschnitt 40a' des Gurtes und einem gegenüberliegenden linearen Abschnitt einer Bande 43a. Gleiches gilt für die unteren Elastomerteile 10, die zwischen dem linearen Abschnitt 40b' und der unteren Bande 43b eingespannt sind. Sie werden bei dem Einspannen stetig elastisch verformt, zu einem Oval - wie dargestellt - und erhalten sowohl eine umfängliche Drehung ω12, ω10, wie auch eine Längsbewegung v1. Diese beiden Bewegungen überlagern sich.
Der Einlauf E (rechts an 43a, 43b), wo die Formteile aus einem Vorrat V zugeführt werden und der Auslauf bei A (links auf der Höhe der vorderen Umlenkwalzen 41a, 41b) ist leicht angeschrägt ausgebildet, sowohl beim Förderband, wie auch von der Führungsbande 43a, 43b. Damit wird eine stetige Aufnahme und stetig wachsende Druckbelastung der Formteile erreicht. Sie werden linear zugefördert, vom Einlauf über die Prüfstrecke bis zum Auslauf A, wobei das Förderband nicht stoppt, wenn mehrere nacheinander aufgenommene Formteile eingeführt werden. Eingezeichnet sind drei beabstandete, gleichzeitig von Bande und Wand eingespannten Formteile 12, und entsprechende Formteile 11 im unteren Prüfbereich.
Der Gurt hat im Querschnitt gesehen eine Nut nach Fig. 5a, die an die Oberflächenform der unverformten Elastomerteile 11, 12 im wesentlichen angepaßt ist, wodurch die Elastomerteile von dem Gurt geführt und gehalten werden, gleichzeitig aber durch eine Druckkraft entsprechend der von Fig. 2a beschriebenen Art verformt werden. Die Verformung ist bildlich in Fig. 5 so dargestellt, daß ein Oval entsteht, das in Längsrichtung v1 gefördert wird und eine Drehbewegung ω besitzt. Senkrecht zur Bewegungsrichtung v1, also oberhalb und unterhalb der Papierebene, ist ein Bildsensor entsprechend dem Sensor 30 angeordnet und findet sich eine Lichtquelle, die das Licht L im Gegenlichtverfahren aufbringt. Die natürliche Oberfläche 12* des elastischen Teils 12 ist vorne und hinten (mit Bezug auf die Bewegungsrichtung v1) stärker beansprucht, also stärker gekrümmt, was bei 12a zum Ausdruck gebracht ist. Die Bande 43a ist unbeweglich und die verformten Ringteile rollen sich auf ihr ab, veranlaßt durch die Längsbewegung v1 des Umlaufgurtes 40a.
Der Abstand zwischen Fördergurt 40a und Bande 43a ist "b". Dieser Abstand ist kleiner als der natürliche Durchmesser d1 gemäß Fig. 2. Bevorzugt ist die Bande 43a bzw. 43b so ausgebildet, daß der Ringquerschnitt nur ca. 4/5 seines Querschnitts geführt wird. Die Bande läuft im Bereich des Ein- und Auslaufes flachwinklig aus.
Die Länge "a" des geradlinigen Abschnitts 40a', 40b' des Förderbandes ist zumindest so ausgestaltet, daß eine Umdrehung jedes Elastomerteils erfolgen kann. Bevorzugt werden 1,5 bis 2 Umdrehungen für jedes Elastomerteil vorgesehen. Wird aber eine vorderseitige und rückseitige Oberflächeninspektion an den stärker gekrümmten Abschnitten 12a vorgenommen, kann auch eine Herabsetzung bis zu einer halben Umdrehung, bevorzugt etwas mehr, erfolgen. Entsprechendes gilt für Bande 43b und Band 40b.
Eine Anpassung des jeweiligen Abstandes b kann durch ein Verstellen der beiden Banden 43a, 43b vorgenommen werden, um unterschiedlich große Elastomerteile aufzunehmen und der Prüfung zu unterziehen. Es kann auch eine leichte Neigung der Bande vorgesehen sein (flachwinkliger Einlauf), insbesondere im anfänglichen Abschnitt, um die zunächst rotationssymmetrischen Elastomerteile 11, 12 unverformt aufzunehmen und im Zuge der Längsbewegung im Einlaufbereich stetig zu dem Oval zu verformen. Im Bereich der optischen Erfassung eines vorgesehenen Fensters 45 aber sollte keine Veränderung der Verformung mehr vorliegen und der Abstand zwischen dem linear ausgerichteten Band 40a' und der Bande 43a bzw. dem unteren Förderband 40b' und der unteren Bande 43b unverändert bleiben. Im Auslauf, also nach der Messung, kann eine Öffnung dieses Abstandes b wieder bis zu der natürlichen Größe d1 der Elastomerteile erfolgen (flachwinkliger Auslauf).
Beim Prüfvorgang wird der elastisch verformbare Prüfling bevorzugt von der unteren Seite der Prüfstrecke aus beleuchtet. Er kann auch in der zuvor anhand von Fig. 5 beschriebenen Weise senkrecht zur Papierebene aus beleuchtet werden. An der jeweils gegenüberliegenden Seite, also oberhalb in Fig. 4, bzw. unterhalb der Papierebene von Fig. 4 ist der optische Sensor angeordnet.
An den kleinsten Radien des Ovals, also vorne und hinten, kann eine Prüfung der äußeren Oberfläche erfolgen.
An den ausgeflachten Innenseiten 10b oder 12b, also an den Stellen, wo die flächigen Abschnitte des Förderbandes und der Bande angreifen, kann die Innenseite des elastischen Prüflings 10, 12 auf Oberflächendefekte untersucht werden. Entsprechendes gilt für 10a und 12a im stärker gekrümmten Bereich der Formteile.
Stark angerissene oder deformierte Ringe werden entweder nicht weiter transportiert, oder fallen am Ende nach Auswerfen aus der Prüfvorrichtung aus der Förderstrecke heraus, in einen speziellen Behälter. Hier kann eine Schikane vorgesehen sein, die diejenigen Prüflinge aussortiert, die Oberflächendefekte aufweisen. Am Einlauf (rechts von Fig. 4) können zwei Vorratsbehälter vorgesehen sein, von denen eine Ringgröße als Prüflinge der oberen Testbahn 40a, 43a zugeführt werden kann und die andere Ringgröße der unteren Testbahn 43b, 40b ebenfalls zugeführt werden kann. Mehrere Ringe laufen dabei hintereinander in einem Längsabstand, um die Prüfung gegenüber der Einzelprüfung von Fig. 1 zu beschleunigen.
Es ist daher möglich, die beiden parallelen Prüfstrecken mit unterschiedlichen Größen von Prüflingen zu beschicken, wobei aber jede Bahn selbst auch unterschiedliche Größen von Prüflingen aufnehmen kann, deren Durchmesser d1 aber nicht zu stark voneinander abweichen sollte.
Werden mehrere der Vorrichtungen von Fig. 4 in einer Maschine angeordnet, kann eine Vielzahl von Ringgrößen praktisch simultan auf Oberflächendefekte und Oberflächenbeschaffenheit geprüft werden.
Andere Formen von "Toroidteilen" zeigen die Fig. 2d und 2e mit einem inneren Hohlraum 101. Diese Toroidteile haben einen Körper 15a bzw. 14a, der aus Vollmaterial gefüllt ist, dagegen ein von diesem umschlossenen Innenraum 101, der offen oder hohl ist. Die Prüfeinrichtung nach Fig. 1, Fig. 4 oder Fig. 5 können auch auf all diese Formen übertragen werden, wobei die in Fig. 5a beschriebene Form der Aufnahmenuten zur Longitudinal- Förderung der Formteile entsprechend angepaßt sind. Auch hierbei wird das Band 40a entsprechend dem Pfeil nach Fig. 5a (in die Papierebene hinein) bewegt, während das Gegenstück, die Bande 43a stationär verbleibt. Gleiches gilt für einen eventuellen unteren Abschnitt nach Fig. 4, mit einem umlaufenden Band 40b und einem stationären Führungsstück 43b, in das auch eine Nut 47 eingebracht ist, die für Toroidformteile 12 dreieckförmig oder V-förmig gestaltet ist, bei der Gestalt nach Fig. 2d oder 2e aber entsprechend abgewandelt ist.
Zu erwähnen ist noch, daß in Fig. 5a das Vollmaterial 12d demjenigen 15a, 14a von Fig. 2d, 2e entspricht.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen zumindest der Oberfläche von im wesentlichen toroidförmigen, nachgiebig verformbaren Teilen, bei dem zumindest ein optischer Sensor (30) vorgesehen ist,

a) wobei die verformbaren Teile (10, 11, 12) nacheinander aus einem Vorrat einer Belastungsvorrichtung (20; 39a, 39b) zugeführt werden;

b) in der Belastungsvorrichtung Kräfte (F1, F2) auf die Formteile aufgebracht werden, um sie zusammenzudrücken und dadurch die natürliche Oberfläche (10*, 11*, 12*) in zumindest einem Belastungsabschnitt (10a, 11a, 12a, 12b) aus einer natürlichen Form der Formteiloberfläche auszulenken, zumindest abschnittsweise stärker zu krümmen oder zur Ausbildung einer zumindest abschnittsweise erhöhten Oberflächenspannung zu verformen;

c) wobei der optische Sensor (30) auf den belasteten Abschnitt der Oberfläche (10a, 11a, 12a) ausgerichtet wird, zur Erfassung des ausgelenkten, stärker gekrümmten oder verformten Oberflächenabschnitts als Bild.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die im wesentlichen toroidförmigen Formteile als O-Ringe ausgestaltet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formteile aus nachgiebigen Elastomer gestaltet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bild eine Pixeldarstellung zumindest eines Oberflächenausschnitts ist und die Pixeldarstellung mit Methoden der Bildverarbeitung auf Fehlstellen, wie Risse, oder eine Oberflächengüte des belasteten Oberflächenabschnitts (12a, 12b) untersucht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das von dem optischen Sensor erfaßte Formteil während der Belastung bewegt wird (v1, ω, ω11, ω12), so daß die Belastungsstelle sich auf der Oberfläche verlagert oder bewegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest einer der Formteile bei der Belastung um eine Achse (100) gedreht wird, die im wesentlichen senkrecht auf einer Hauptebene (E) steht.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, bei dem zumindest einer der Formteile während der Belastung mit den aus der Belastungsvorrichtung stammenden Druckkräften (F1, F2) in einer Längsrichtung bewegt wird (v1).

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei mehrere Toroidteile nacheinander und voneinander beabstandet in Längsrichtung simultan bewegt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei

a) zur Prüfung auf Defektstellen der Kontinuität der Oberfläche der Formteile, insbesondere Risse, Lunker, Einschlüsse, eine optische Prüfung in einem Gegenlichtverfahren erfolgt, wobei eine Richtung eines Lichteinfalls (L) von einer Blickrichtung (B) des Bildsensors (30) um mehr als 90° abweicht;

b) zur Erfassung der Oberfläche der Formteile die Achsen von Lichteinfall (L) und Blickrichtung (B) des Bildsensors (30) im wesentlichen parallel, insbesondere unterhalb von 90° liegen, um die Oberfläche im Auflichtverfahren zu prüfen.

10. Vorrichtung zum optischen Inspizieren oder Prüfen von nachgiebigen Formteilen aus einer innenliegenden Öffnung und einem diese umgebende Körper, welche bzw. welcher elastisch verformbar sind,
mit einer Belastungseinrichtung (20, 39a, 39b) für die elastisch verformbaren Teile (10, 11, 12), zum Druckbelasten (F1, F2) und entsprechenden Verformen der elastisch verformbaren Teile aus ihrer natürlichen Geometrie, insbesondere einer die Oberfläche des Körpers betreffende Oberflächengeometrie (10*, 11*, 12*);
wobei die Belastungseinrichtung zumindest ein elastisch verformbares Formteil bewegt und in seiner Drehlage (ω, ω11, ω12) verändert;
mit zumindest einem optischer Sensor (30) als Bildgeber, dessen Achse oder Blickfeld (B) während zumindest eines Abschnitts der Dauer der Drehbewegung auf das elastisch verformbare Teil gerichtet ist, zur Erfassung der verformten Oberfläche (12a, 12b, 10b, 11a, 11b) des elastisch verformbaren Teils während seiner Bewegung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Belastungsreinrichtung einen schwenkbaren Hebel (5) aufweist, der von einer elastisch nachgiebigen Zug- oder Druckvorrichtung (7) mit einer Kraft beaufschlagt wird, um diese Kraft als Belastung (F1, F2) auf ein elastisch verformbares Teil zu übertragen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Hebel (5) eine Rolle (3) aufweist, die drehbar ist und an dem elastisch verformbaren Teil anliegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Hebel mit einer Stelleinrichtung (9) gegen die Wirkung der Druckvorrichtung (7) von dem elastisch verformbaren Teil abstellbar ist, um das elastisch verformbare Teil entweder zu entnehmen oder in die Belastungseinrichtung einzulegen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei ein Gegenlager (8) eine Grenzlage des von der Zug- oder Druckvorrichtung beaufschlagten Hebels (5) festlegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Gegenlager (8) in seiner Lage einstellbar ist, zur Veränderung der Grenzlage des Hebels (5).

16. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine Walze (1) vorgesehen ist, die mit einem Geber (4) versehen ist, zur Erfassung der Drehbewegung (ω), insbesondere der Drehlage, eines aktuell mit Druckkraft (F1, F2) belasteten elastisch verformbaren Teils.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Geber (4) an einer nicht aktiv angetriebenen Walze (1) angeordnet ist, um nur indirekt durch eine Drehung des elastisch verformbaren Teils bewegt zu werden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei auf einem Träger (21) zwei zweite Walzen (1, 2) angeordnet sind, die selbst umfänglich beabstandet sind und beide von der an dem Hebel (5) angeordneten Rolle (3) umfänglich beabstandet sind, zur Ausbildung von drei durch Walzen oder Rollen gebildeten Druckstellen an dem elastisch verformbaren Teil und zum Aufbringen der Drehbewegung des zu prüfenden Elastomerteils.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei von den beiden zweiten Walzen (1, 2) zumindest eine relativ gegenüber der anderen verstellbar ist, zur Veränderung eines Abstandes und zur Anpassung an einen anderen Durchmesser (d1) in einer Hauptebene (E) der elastisch verformbaren Teile.

20. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 19, wobei die zweiten Walzen (1, 2) und die Rolle (3) im wesentlichen gleich ausgebildet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die elastisch verformbaren Teile gleichzeitig von oben und unten, also von beiden Seiten ihrer Hauptebene (E) optisch erfaßbar sind, zumindest in einem Umfangsabschnitt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder Verfahren nach Anspruch 1, wobei während der Dauer zumindest einer Umdrehung des elastisch verformbaren Teils bzw. des Toroidteils der optische Sensor (30) auf zumindest einen Abschnitt dieses Teils gerichtet ist.

23. Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Bewegung eine Längsbewegung (v1) ist, der eine Drehbewegung (ω11, ω12) überlagert ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine Längsbewegung (v1) durch einen umlaufenden Gurt (40a, 40b) auf das elastisch verformbare Teil (11, 12) aufgebracht wird, und der Gurt über einen Längsabschnitt (a) so geführt ist, daß er einen im wesentlichen gleichförmigen Abstand (b) von einer Führungsschiene (43a, 43b) aufweist und dieser Abstand kleiner ist als ein Außendurchmesser (d1) der elastisch verformbaren Teile in ihrer Hauptebene (E).

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der Längsabschnitt (a) eine solche Länge aufweist, daß eine zumindest einmalige Drehung der elastisch verformbaren Teile entlang des Längsabschnitts erfolgt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der Gurt als ein Profilgurt ausgebildet ist, mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Nut (46).

27. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Belastungseinrichtung aus zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei Walzen (1, 2, 3) besteht, die umfänglich beabstandet um das toroidförmige Teil angeordnet sind und Kräfte im wesentlichen in Hauptebenenrichtung (E) auf das elastisch verformbare Teil bei seiner Bewegung in Form einer Drehung (ω) aufzubringen vermögen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Walzen eine Oberfläche (2a, 1a) aufweisen, die an eine unbelastete Oberfläche (12*) der toroidförmigen Teile zumindest abschnittsweise angepaßt ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 26, wobei die Führungsschiene (43a, 43b) eine sich in Längsrichtung erstreckende Führungsnut (47) aufweist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Nut (46) angepaßt ist an eine natürliche Oberflächen-Krümmung (12*) des elastisch verformbaren Teils in einer Ebene oder Richtung im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene (E).

31. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 29, wobei die Nut (46, 47) im wesentlichen keilförmig ausgebildet ist.

32. Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei während zumindest eines zeitlichen Abschnitts einer Längsbewegung (v1) eines elastisch verformbaren Teils
an seinem vorderen Abschnitt und hinteren Abschnitt (12a) gleichzeitig eine Oberflächenprüfung durchgeführt wird;
an seinem oberen und unteren inneren Abschnitt (12b) eine Messung zur Oberflächenprüfung erfolgt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Bildsensor (30) und ein Lichteinfall im Gegenlichtverfahren arbeiten und im wesentlichen senkrecht zur Förderrichtung (v1) der in Längsrichtung bewegten elastisch verformbaren Teile (12) ausgerichtet sind.

34. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, wobei die Formteile (10, 11, 12) eine zylindrische Gestalt (14), eine Scheibengestalt (15) oder eine andere, um eine Achse (100) drehbare Form haben, die einen innenliegenden Hohlraum (101) und einen um den Hohlraum angeordneten, sich zumindest radial erstreckenden Körper aufweisen (14a, 15a).

35. Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Einlauf (E) und der Auslauf (A) der Formteile in Förderrichtung (v1) eines längsbewegten Umlaufbandes (40a, 40b) verläuft, um die Formteile (11, 12, 10) geradlinig bei Einlauf, Prüfung und Auslauf zu bewegen.

36. Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein längsbewegtes Endlosband (40a, 40b) eine Druckstelle festlegt und eine nichtbewegte Führungsschiene als Bande (43a, 43b) die zweite Druckstelle für ein jeweiliges Formteil festlegt, wobei ein jeweiliges Formteil sich relativ zur Bande, aber gleichförmig mit dem Endlosband in Längsrichtung bewegt.

37. Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei Band, Endlosband und Bande (40a, 43a; 40b, 43b) zum Einführen eines jeweils folgenden gleichen Formteils (10, 11, 12) nicht angehalten bzw. nicht verstellt werden.

38. Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Bande (43a, 43b) so ausgebildet ist, daß ein Ringquerschnitt nur im Wesentlichen 4/5 des Querschnitts geführt wird und flachwinklig bzw. abgeflacht ausläuft.

39. Verfahren zum Prüfen zumindest der Oberfläche von im wesentlichen toroidförmigen, nachgiebig verformbaren Teilen, bei dem zumindest ein optischer Sensor (30) vorgesehen ist,

a) wobei die verformbaren Teile (10, 11, 12) nacheinander aus einem Vorrat einer Belastungsvorrichtung (20; 39a, 39b) aus einem längs bewegten Endlosband (40a, 40b) und einer nicht bewegten Führungsschiene als Bande (43a, 43b) zugeführt werden, um zwei Druckstellen für ein jeweiliges Formteil festzulegen, wobei ein in Längsrichtung jeweilig bewegtes Formteil gleichförmig mit dem Endlosband bewegt wird;