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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührunglosen
Kontrolle der Anordnung von freien Stiftenden von Stiften, insbesondere
Steckerstiften, mit mindestens einer Bildaufnahmeeinrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Kontrolle von
Stiften nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
elektrischen Steckverbindern unterscheidet man Stiftleisten oder
Messerleisten ("Männchen") von Buchsenleisten ("Weibchen").
Ein Problem bei der Produktion der Stiftleisten ist die genaue Einhaltung
der Stiftgeometrie; Verbinder mit nur geringfügig verbogenen
Stiften passen nicht in die Buchsenleisten.
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Automatische
Prüfeinrichtungen mit mechanischen Lehren sind insofern
kritisch, als sich verbogene Stifte von selbst in die Schablone
einfädeln können, ausserdem kann es bei verbogenen
Stiften immer wieder zu Verklemmungen und damit zu Maschinenstörungen
kommen. Man versucht deshalb, die Position der Stifte an der Stiftspitze
berührungslos zu kontrollieren; hierzu muß an
der Stiftspitze der Mittelpunkt des Stiftquerschnitts vermessen
werden, gesehen in Stift-Längsachse. Je nach Situation
sind auch die Aussenmasse des Stifts an der Stiftspitze zu kontrollieren.
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Die
berührungslose Auswertung mit Bildverarbeitungssystemen
mit Blickrichtung längs der Stiftachsen und Darstellung
der Stiftspitzen im Bild im Auflicht ist insofern schwierig, als
die Stiftspitzen geometrisch sehr unterschiedlich ausgeprägt
sein können und sich deshalb im Auflicht nur sehr instabil
darstellen. Zur Erläuterung der Problematik sei auf 3 hingewiesen;
sie zeigt eine Bildaufnahmeeinrichtung 1, bestehend aus
einer Kamera, einer Beleuchtung 2 aus Richtung der Kamera,
und Stifte 3, deren Position (strichpunktierte Symmetrielinien 4, 5) zu
vermessen ist. An den Stiftspitzen entstehen Reflexe 6,
deren Position relativ zur Symmetrieachse von der Ausprägung
der Stiftspitze abhängt. Eine Vermessung der Reflexpositionen
im Auflicht, zur Vermessung der Position der Stiftspitze, ist daher notwendigerweise
fehlerbehaftet. Alternative wäre eine homogene Rundumbeleuchtung;
dieses ist jedoch je nach Steckergeometrie sehr aufwendig und nimmt
viel Platz ein und ist bei entprechend großen Steckergehäusen
nicht realisierbar; ausserdem sind bei einer solchen Anordnung die
Kontraste gering und stark hintergrundabhängig.
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Anordnungen
im Durchlicht hingegen sind bei nicht-transpartentem Steckergehäuse
(Regelfall) nicht möglich. Die Betrachtung quer zu den
Stiftachsen verbietet sich in einer Vielzahl von Fällen
schon dadurch, dass die Stifte im Inneren eines Steckergehäuses
sitzen: weder die Betrachtung noch die Beleuchtung kann daher seitlich
erfolgen. In den verbleibenden Fällen müssen die
Stifte aus zwei Richtungen, also mit zwei Kameras betrachtet werden,
um eine Lagekontrolle der Stiftspitzen in zwei Koordinaten senkrecht
zur Stiftachse zu gewährleisten.
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Nach
EP 1 579 169 B1 wird
eine Maske mit Durchbrüchen verwendet, durch die ein Bild
der Stiftenden mit einer Bildaufnahmeeinrichtung aufnehmbar ist,
und eine Beleuchtungseinrichtung auf der der Bildaufnahmeeinrichtung
abgewandten Seite der Maske. In spezieller Ausgestaltung wird eine
transparente planparallele Platte als Beleuchtungseinrichtung verwendet,
mit Löchern als Blickkanäle, wobei bevorzugt LEDs
als Lichtquellen in die Platte integriert sind. Die Anordnung gestattet
eine Rundum-Beleuchtung der einzelnen Pins, somit werden die vorgenannten
Nachteile vermieden. Nachteil dieser Anordnung jedoch ist der hohe
technische Aufwand für die Realisierung der Beleuchtungseinrichtung.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine preiswerte, sichere, berührungslose
Kontrolle von Steckerstiften, oder sonstigen Stiften mit ähnlicher
Problematik, zu ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird gelöst nach den unabhängigen Ansprüchen.
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Die
Vorrichtung zur berührungslosen Kontrolle der Anordnung
von freien Stiftenden von Stiften, insbesondere Steckerstiften,
mit mindestens einer Bildaufnahmeeinrichtung und einer Beleuchtungseinrichtung
auf der – von den Stiftenden aus gesehen – der
Bildaufnahmeeinrichtung zugewandten Seite ist gekennzeichnet durch
eine Maske mit Durchbrüchen (Öffnungen), an der
das Licht der Beleuchtungseinrichtung in Richtung Stiftenden und von
dort in Richtung Bildaufnahmeeinrichtung reflektiert wird. Die Stifte
befinden sich, von der Bildaufnahmeeinrichtung aus gesehen, in den
Durchbrüchen und sind somit von der Bildaufnahmeeinrichtung
aus sichtbar. Beleuchtung und Maske werden so gestaltet, daß der
beschriebene Beleuchtungsstrahlengang realisiert ist. In Sonderfällen
(keine oder nur geringe Behinderung durch das Steckergehäuse)
genügt eine flache Einstrahlung und eine einfache, ebene Maske.
Im Normalfall kann der beschriebene Strahlengang z. B. über
Aufwölbungen an den Durchbrüchen realisiert werden.
Vorzugsweise, aus Gründen einfacher Herstellung, besitzt
die Maske Durchbrüche, die auf der der Bildaufnahmeeinrichtung
zugewandten Seite mit Abschrägungen versehen sind, an denen
das Licht der Beleuchtungseinrichtung in Richtung Stiftenden und
von dort in Richtung Bildaufnahmeeinrichtung reflektiert wird. (Solche
Abschrägungen können wie üblich kurz
als Fase bezeichnet werden.) Die Form von Durchbrüchen
wird vorteilhaft an die betreffenden Stiftquerschnitte angepaßt
(optimale Ausleuchtung); im Falle kreisrunder Durchbrüche
genügen als Fasen normalerweise einfache, genügend
breite Ansenkungen. Die Maske muß nicht in Form einer Platte
realisiert sein; es kann ein beliebiges Objekt sein, z. B. ein Drahtgeflecht,
das wie beschrieben positioniert ist und den beschriebenen Strahlengang
ermöglicht.
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Dadurch
gelingt eine Rundum-Beleuchtung jedes einzelnen Stiftendes, wie
nach
EP 1 579 169 B1 ,
jedoch mit wesentlich einfacheren Mitteln. Im Gegensatz dazu befindet
sich hier die Beleuchtungseinrichtung auf der der Bildaufnahmeeinrichtung
zugewandten Seite der Maske. Das schwierige Einbringen der Beleuchtung
auf die Gegenseite der Maske entfällt, ein spezieller Lichtleiter
wie eine planparallele Platte entfällt, die Beleuchtung
braucht nicht an die Stiftenden herangeführt zu werden;
sie kann in großer Entfernung in der Nähe der
Bildaufnahmeeinrichtung platziert werden.
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Die
Höhenlage der Maske, sowie die Breite und die Schräge
der Fase werden so dimensioniert, daß die geschilderte
Reflexionsbedingung erfüllt ist. In der Regel ragen die
Stifte in die Öffnungen hinein und ggf. hindurch.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel mit einer Bildaufnahmeeinrichtung 1,
bestehend aus einer Kamera, einer Beleuchtungseinrichtung 2 aus
Richtung der Kamera, im Beispiel bestehend aus einer oder mehreren
LED-Reihen (nur eine Reihe gezeichnet), und den Stiften 3,
die sich in einem Steckergehäuse 7 befinden. In
das Steckergehäuse wird eine Maske 8 mit Durchbrüchen 9 eingeführt,
so daß sich die Stifte 3 in den Durchbrüchen
befinden, vorzugsweise – bei fehlerfreien Stiften – ohne
den Rand der Durchbrüche zu berühren. Es sind
zwei Strahlenverläufe mit Pfeilen eingezeichnet, aus denen
ersichtlich ist, wie das Licht von der Beleuchtungseinrichtung 2 über
die Fase 10 und den Stift 3 zur Bildaufnahmeeinrichtung 1 gelangt.
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2 zeigt
die Stift- und Durchbruchsgeometrie im Detail.
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Eine
Konstruktionsvorschrift für Fasen- und Beleuchtungsgeometrie
lautet wie folgt: Man verfolge die Strahlen rückwärts
von der Kamera zum Stiftende; von dort weiter zurück im
Glanzwinkel (Einfallswinkel = Ausfallswinkel) zur Fase, von dort
erhält man wiederum im Glanzwinkel zurückgehend
den erforderlichen Beleuchtungsstrahl. Dieser muß dann,
in Beleuchtungsrichtung rückwärts gesehen, auf
die Beleuchtungseinrichtung treffen.
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So
lassen sich zumindest die Außenkanten der Stiftenden sicher
und konturscharf darstellen; Zur Positionsberechnung werden die
Außenkanten herangezogen (z. B. deren Mittelpunkt), die
Stiftspitzen hingegen treten in der Regel dunkel in Erscheinung, was
die Auswertung der Außenkanten jedoch nicht stört.
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Die
Durchbrüche werden vorzugsweise so dimensioniert, daß zumindest
fehlerfreie Stifte die Durchbrüche nicht berühren
und somit sicher als isolierte Flecken im Bild erscheinen. Zur Sicherheit
kann die Maske auf der Gegenseite mit weiteren Fasen versehen sein,
damit verbogene Stifte sich einfädeln und somit keinen
Crash verursachen. Solche Stifte berühren die Durchbrüche
seitlich und sind damit über die Bildaufnahmeeinrichtung
als fehlerhaft erkennbar. Sicherheitshalber kann man eine solche Berührung
elektrisch abfragen.
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Vorzugsweise
sind die Öffnungen 9 kreisrund und die Stiftspitzen
werden, wenn sie sich in Normallage befinden, in der Mitte des Kreises
abgebildet.
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In
besonderer Ausgestaltung besitzt die Maske weitere Durchbrüche 11,
durch die hindurch vorgegebene Referenzen 12 (üblicherweise
Kanten) am Stecker abgebildet werden. Auf diese Weise wird eine
Positionskontrolle relativ zu diesen Referenzen ermöglicht.
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Um
die Sichtbarkeit der Stiftflanken aus Kamerarichtung rein geometrisch
zu gewährleisten (zur Erläuterung sei auf die
in 1 gezeichneten Betrachtungs-Strahlen verwiesen)
wird für die Bildaufnahmeeinrichtung eine telezentrische
Optik vorgeschlagen (ohne Figur). Damit wird die Rundum-Sichtbarkeit
der Stiftenden gewährleistet. Dies kann – alternativ
oder in Kombination – auch dadurch erreicht werden, daß als
Bildaufnahmeeinrichtung mehrere Kameras eingesetzt werden, die für
verschiedene Stifte "zuständig" sind (ohne Figur). In einfachen
Fällen genügt ein ausreichend großer
Abstand von Kamera zu den Stiften (vgl. 1).
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Die
Beleuchtungseinrichtung ist so realisiert, daß durch sie
die Betrachtungsstrahlengänge nicht behindert werden, beispielsweise
für Reihenstecker als parallel beiderseits der Kamera(s)
platzierte LED-Reihen, oder, vorzugsweise für Rundstecker, als
Ringlicht um das Objektiv. Die LEDs werden vorzugsweise so platziert,
daß die Beleuchtungsstrahlen nicht den Steckerhintergrund
beleuchten.
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In
einer Ausgestaltung ist die Prüfeinrichtung als Prüfkopf
realisiert, bei dem Kamera, Maske und Beleuchtung mechanisch miteinander
verbunden sind. Der Prüfkopf wird zur Prüfung
mechanisch an die Stiftleiste herangeführt und in Prüfposition
gebracht, je nach Steckergeometrie vorzugsweise über einen
(nicht gezeichneten) mechanischen Anschlag, Indexierstifte etc.
Natürlich kann auch umgekehrt der Stecker an den Prüfkopf
herangeführt werden. Alternativ wird bei feststehendem
Stecker, feststehender Beleuchtungs und Bildaufnahmeenrichtung lediglich die
Maske zu den Stiften bewegt. In besonderer Ausgestaltung wird die
Maske federnd auf einen vorzugsweise verstellbaren Anschlag geführt
(nicht gezeichnet), um die genaue Höhe der Maske relativ
zu den Stiftenden zu gewährleisten.
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Die
Stiftspitzen müssen in Optimallage nicht notwendigerweise
genau in der Mitte der Durchbrüche liegen.
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An
die Bildaufnahmeeinrichtung ist für automatischen Betrieb
ein automatisches Bildanalysesystem angeschlossen, das auch in die
Kamera integriert sein kann ("Smart Camera"). Die Bildauswertung
muss nicht automatisch geschehen, die geschilderte Bildaufnahmeeinrichtung
kann auch lediglich Bilder auf einem Monitor o. ä. darstellen,
wo die Bilder manuell, wie z. B. bei Profilprojektoren üblich, ausgewertet
werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1579169
B1 [0006, 0010]