DE102006031906B4

DE102006031906B4 - Vorrichtung zum optisch umseitigen Prüfen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102006031906B4
Application number: DE200610031906
Authority: DE
Inventors: Helmut A Kappner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2026-07-08
Also published as: DE102006031906A1

Abstract

Prüfvorrichtung (1) zum umseitigen Prüfen von Werkstücken (2), die sich in einer Prüfzone (2.1) befinden, mit mindestens einem eine optische Achse (3.1) aufweisenden Objektiv (3) zum Erfassen des vom Werkstück (2) reflektierten Lichts, mit einer ersten und einer zweiten Reflexionseinheit (4, 5), die je zwei Reflexionselemente (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) aufweisen, wobei die beiden ersten Reflexionselemente (4.1, 5.1) dachförmig aneinandergestellt sind und in einem Erfassungsbereich E des Objektivs (3) angeordnet sind, wobei das jeweils zweite Reflexionselement (4.2, 5.2) in Richtung rechtwinklig zur optischen Achse (3.1) mit Abstand zum ersten Reflexionselement (4.1, 5.1) angeordnet ist, wobei das vom Werkstück (2) zum jeweils zweiten Reflexionselement (4.2, 5.2) reflektierbare Licht über das jeweils erste Reflexionselement (4.1, 5.1) zum Objektiv (3) hin reflektierbar ist, wobei ein erster und ein zweiter Reflexionsspiegel (12, 13) vorgesehen sind, die mit Bezug zur Prüfzone (2.1) jeweils gegenüberliegend zum jeweils zweiten Reflexionselement (4.2, 5.2) angeordnet sind, wobei die beiden...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung zum umseitigen Prüfen von Werkstücken, die sich in einer Prüfzone befinden, mit mindestens einem eine optische Achse aufweisenden Objektiv zum Erfassen des vom Werkstück reflektierten Lichts, mit einer ersten und einer zweiten Reflexionseinheit, die je zwei Reflexionselemente aufweisen, wobei die beiden ersten Reflexionselemente dachförmig aneinandergestellt sind und in einem Erfassungsbereich E des Objektivs angeordnet sind, wobei das jeweils zweite Reflexionselement in Richtung rechtwinklig zur optischen Achse mit Abstand zum ersten Reflexionselement angeordnet ist, wobei das vom Werkstück zum jeweils zweiten Reflexionselement reflektierbare Licht über das jeweils erste Reflexionselement zum Objektiv hin reflektierbar ist, wobei ein erster und ein zweiter Reflexionsspiegel vorgesehen sind, die mit Bezug zur Prüfzone jeweils gegenüberliegend zum jeweils zweiten Reflexionselement angeordnet sind, wobei die beiden zweiten Reflexionselemente und die zwei Reflexionsspiegel zirkumferenziell um die Prüfzone herum angeordnet sind, sodass das seitlich vom Werkstück abstrahlbare Licht umseitig erfassbar ist.
Aus der WO 1997/032181 A1 ist eine Vorrichtung, nach Art der im Oberbegriff beschriebenen, bekannt. Zwecks rückseitiger Prüfung des Werkstücks ist eine zweite Prüfvorrichtung vorgesehen, die gegenüberliegend zu der ersten Prüfvorrichtung angeordnet ist.
Aus der DE 196 34 881 C1 ist eine Vorrichtung zum optischen Erfassen der Oberfläche eines insbesondere flachen Gegenstandes mit einem lichtempfindlichen Empfänger bekannt, die dem Erfassen der Draufsicht eines Gegenstandes dient. Die Vorrichtung weist mehrere Spiegelanordnungen mit jeweils wenigstens drei Spiegeln auf, wobei der erste Spiegel seitlich neben dem Gegenstand, der zweite Spiegel oberhalb des ersten und der dritte Spiegel seitlich neben dem zweiten in einem geringeren Abstand zur optischen Achse des Empfängers angeordnet ist als der erste Spiegel. Damit ist zum einen der seitliche Teil der seitlichen Oberfläche des Gegenstandes sowie die Draufsicht auf dem lichtempfindlichen Empfänger abbildbar.
Die DE 103 35 685 A1 beschreibt eine Prüfeinrichtung für Werkstücke mit einer Kamera und mindestens zwei gegenüberliegend angeordneten Spiegelanordnungen. Die jeweilige Spiegelanordnung ist aus einem lateralen Spiegel, der gemäß Ausführungsbeispiel in 8 das Licht auf ein gemeinsames Prisma für beide Lateralspiegel reflektiert, wobei das Licht ausgehend vom Prisma auf das Objektiv reflektiert wird, gebildet. Das Prisma weist dabei gemäß Beschreibung auf Seite 5, rechte Spalte, achte Zeile von unten eine zentrische kegelstumpfförmige Aussparung auf, die einen direkten Lichtstrahlengang zwischen der Kamera und zumindest einem Teil des Werkstückes gewährleistet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrichtung derart auszubilden und anzuordnen, dass eine höchstmögliche Auflösung bei der umseitigen Prüfung von Werkstücken mit Rücksicht auf die zur Verfügung stehende Bildfläche gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Dadurch, dass der erste und der zweite Reflexionsspiegel mit Bezug zum Erfassungsbereich E des Objektivs in einem äußeren Erfassungsbereich E1 des Objektivs angeordnet sind, wobei das vom Werkstück in radialer Richtung zur optischen Achse zum Reflexionsspiegel reflektierbare Licht zum Objektiv hin reflektierbar ist, ist eine optimale Prüfung ohne eine zweite Kamera gewährleistet. Anstatt der Prüfungsvorrichtung mit einer zweiten Kamera, ist somit eine umseitige Prüfung eines Werkstücks unter Einsatz eines Objektivs bzw. einer Kamera möglich. Die von den beiden Reflexionsspiegeln oder den beiden ersten Reflexionselementen generierte gemeinsame Projektionsfläche G entspricht dabei mit Bezug zum Längen- und Breitenverhältnis der zur Verfügung stehenden Bildfläche. Da bei der seitlichen Prüfung von Werkstücken eine symmetrische Anordnung einer Kamera mit Bezug zur Mittelachse des Werkstücks nicht gewährleistet sein kann, ist zwischen den beiden vorgenannten Varianten zum einen der Einsatz von zwei Kameras oder zum anderen der Einsatz von zwei weiteren Reflexionsspiegeln zwecks umseitiger Prüfung notwendig.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass mit Bezug zur optischen Achse die gemeinsame Projektionsfläche G der beiden ersten Reflexionselemente die Breite B und die Höhe H aufweist, wobei das Verhältnis V, mit V = HB zwischen 7/12 und 1, 2/3 oder 3/4 groß ist. Die gemeinsame Projektionsfläche G der beiden Reflexionselemente kann somit optimal auf die zur Verfügung stehende Bildfläche bzw. deren Verhältnis von Höhe zu Breite abgestimmt werden, sodass eine optimale Ausnutzung vorgenannter Bildfläche und damit eine maximale Auflösung für die Auswertung des Bildes gewährleistet ist.
Letztlich ist es von Vorteil, dass ein dritter Reflexionsspiegel derart vorgesehen ist, dass das nach oben in eine Richtung rechtwinklig zu einer durch die zirkumferenziell angeordneten Reflexionselemente und Reflexionsspiegel aufgespannten Ebene Z reflektierte Licht des Werkstücks erfassbar ist, wobei der dritte Reflexionsspiegel im Erfassungsbereich E des Objektivs angeordnet ist. Ergänzend zu der vorstehend genannten umseitigen Prüfung unter Einsatz eines Objektivs wird durch den Einsatz eines dritten oberhalb des Werkstücks reflektierten Reflexionsspiegels zusätzlich die Prüfung in der Ansicht von oben gewährleistet. Je nach Größe der eingesetzten Reflexionsspiegel und unter Berücksichtigung des Erfassungsbereichs E der Kamera kann mit Rücksicht auf die zur Verfügung stehende Bildfläche eine optimale Ausnutzung derselben erreicht werden, indem die gemeinsame Projektionsfläche aller Reflexionselemente bzw. Reflexionsspiegel nahezu der zur Verfügung stehenden Bildfläche angepasst wird.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass eine rechtwinklig zur optischen Achse in eine Richtung T bewegbare Lagerfläche für das Werkstück vorgesehen ist, über die das Werkstück in Richtung T rechtwinklig zur optischen Achse transportierbar ist. Dies gewährleistet die serielle Prüfung mehrerer Werkstücke, wobei ein optimaler Reflexionswinkel für die Erfassung des umseitig vom Werkstück reflektierten Lichts gewährleistet ist. Die Bewegungsrichtung T kann auch bogen- oder kreisförmig sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze mit vier Umlenkeinheiten und einer Kamera;
1a eine Prinzipskizze der Bildfläche;
1b eine Prinzipskizze der Bildfläche;
2a eine Prinzipskizze der Bildfläche;
2b eine Prinzipskizze der Bildfläche.
Eine Prüfvorrichtung 1 gemäß 1 weist ein Objektiv 3 mit einem skizziert dargestellten Erfassungsbereich E und einer nicht weiter dargestellten Kamera 3.2 auf. Das Objektiv 3 weist eine optische Achse 3.1 auf, wobei der Erfassungsbereich E im Wesentlichen durch den nicht dargestellten Objektivwinkel bestimmt ist.
Die Prüfvorrichtung 1 nach Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist zwei Reflexionseinheiten 4, 5 mit vier Reflexionselementen 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 auf. Die beiden ersten Reflexionselemente 4.1, 5.1 überdecken nicht den gesamten Erfassungsbereich E, sondern lediglich einen inneren Teil im Bereich einer optischen Achse 3.1 des Objektivs 3. Die ersten Reflexionselemente 4.1, 5.1 lenken das von den zweiten Reflexionselementen 4.2, 5.2 erfasste Bild des Werkstücks 2 zum Objekt 3 hin um. Sie weisen eine Projektionsfläche G der Breite B und der Höhe H auf. Gegenüberliegend zum Werkstück 2 bzw. zur Prüfzone 2.1 ein erster und ein zweiter Reflexionsspiegel 12, 13 angeordnet, sodass das seitlich nach vorne links und vorne rechts vom Werkstück 2 reflektierte Licht unmittelbar über die beiden Reflexionsspie gel 12, 13 auf einen äußeren Erfassungsbereich E1 des Objektivs 3 reflektiert wird.
Das sich daraus ergebende Gesamtbild ist in 1a dargestellt. Die zur Verfügung stehende Bildfläche 14 wird auf die vier Bildbereiche der beiden ersten Reflexionselemente 4.1, 5.1 sowie der beiden Reflexionsspiegel 12, 13 aufgeteilt. Insbesondere bei der Prüfung länglicher Werkstücke 2 ist diese Anordnung von Vorteil. Gemäß 1b ist eine Teilung der zur Verfügung stehenden Bildfläche 14' auch in horizontaler Richtung möglich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 2 befindet sich zusätzlich zu der Prüfvorrichtung 1 gemäß 2 oberhalb der Prüfzone 2.1 bzw. des Werkstücks 2, also oberhalb der Bildebene Z ein dritter Reflexionsspiegel 15 (gestrichelt dargestellt), der das nach oben vom Werkstück 2 reflektierte Licht zum Objektiv 3 hin umleitet. Das Objektiv 3 weist dabei einen nicht dargestellten größeren Erfassungsbereich E auf, sodass gemäß 2a und 2b zusätzlich zu den gemäß Ausführungsform 1 erhaltenen Bildflächen 14, 14' das vom dritten Reflexionsspiegel 15 zum Objektiv 3 hin reflektierte Licht im Rahmen der so generierten gesamten Projektionsfläche erfasst werden kann. Aufgrund der optimalen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bildfläche 14, 14' ist eine entsprechend hohe Auflösung und damit eine präzise Auswertung gewährleistet. Der dritte Reflexionsspiegel 15, der sich unmittelbar oberhalb des Werkstücks 2 befindet, kann mit sehr geringem Abstand zu diesem platziert werden, sodass die vom Werkstück 2 erhaltene Projektion gemäß rechter Teilbildfläche nach 2a bzw. oberer Teilbildfläche nach 2b entsprechend vergrößert ist.

1: Prüfvorrichtung
2: Werkstück
2.1: Prüfzone
3: Objektiv
3.1: optische Achse
3.2: Kamera
4: Reflexionseinheit
4.1: erstes Reflexionselement
4.2: zweites Reflexionselement
5: Reflexionseinheit
5.1: erstes Reflexionselement
5.2: zweites Reflexionselement
9: Lagerfläche
12: erster Reflexionsspiegel
13: zweiter Reflexionsspiegel
14: Bildfläche
14': Bildfläche
15: dritter Reflexionsspiegel
B: Breite
E: Erfassungsbereich
E1: Erfassungsbereich außen
G: Projektionsfläche
H: Höhe
T: Richtung
V: Verhältnis
Z: Ebene

Claims

Prüfvorrichtung (1) zum umseitigen Prüfen von Werkstücken (2), die sich in einer Prüfzone (2.1) befinden, mit mindestens einem eine optische Achse (3.1) aufweisenden Objektiv (3) zum Erfassen des vom Werkstück (2) reflektierten Lichts, mit einer ersten und einer zweiten Reflexionseinheit (4, 5), die je zwei Reflexionselemente (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) aufweisen, wobei die beiden ersten Reflexionselemente (4.1, 5.1) dachförmig aneinandergestellt sind und in einem Erfassungsbereich E des Objektivs (3) angeordnet sind, wobei das jeweils zweite Reflexionselement (4.2, 5.2) in Richtung rechtwinklig zur optischen Achse (3.1) mit Abstand zum ersten Reflexionselement (4.1, 5.1) angeordnet ist, wobei das vom Werkstück (2) zum jeweils zweiten Reflexionselement (4.2, 5.2) reflektierbare Licht über das jeweils erste Reflexionselement (4.1, 5.1) zum Objektiv (3) hin reflektierbar ist, wobei ein erster und ein zweiter Reflexionsspiegel (12, 13) vorgesehen sind, die mit Bezug zur Prüfzone (2.1) jeweils gegenüberliegend zum jeweils zweiten Reflexionselement (4.2, 5.2) angeordnet sind, wobei die beiden zweiten Reflexionselemente (4.2, 5.2) und die zwei Reflexionsspiegel (12, 13) zirkumferenziell um die Prüfzone (2.1) herum angeordnet sind, sodass das seitlich vom Werkstück (2) abstrahlbare Licht umseitig erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Reflexionsspiegel (12, 13) mit Bezug zum Erfassungsbereich E des Objektivs (3) in einem äußeren Erfassungsbereich E1 des Objektivs (3) angeordnet sind, wobei das vom Werkstück (2) in radialer Richtung zur optischen Achse (3.1) zum Reflexionsspiegel (12, 13) reflektierbare Licht zum Objektiv (3) hin reflektierbar ist.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Bezug zur optischen Achse (3.1) die gemeinsame Projektionsfläche G der beiden ersten Reflexionselemente (4.1, 5.1) die Breite B und die Höhe H aufweist, wobei das Verhältnis V, mit V = HB zwischen 7/12 und 1, 2/3 oder 3/4 groß ist.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Reflexionsspiegel (15) derart vorgesehen ist, dass das nach oben in eine Richtung rechtwinklig zu einer durch die zirkumferenziell angeordneten Reflexionselemente (4.2, 5.2) und Reflexionsspiegel (12, 13) aufgespannten Ebene Z reflektierte Licht des Werkstücks (2) erfassbar ist, wobei der dritte Reflexionsspiegel im Erfassungsbereich E des Objektivs (3) angeordnet ist.
Prüfvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine rechtwinklig zur optischen Achse (3.1) in eine Richtung T bewegbare Lagerfläche (9) für das Werkstück (2) vorgesehen ist, über die das Werkstück (2) in Richtung rechtwinklig zur optischen Achse (3.1) transportierbar ist.