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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Erkennung der Ausrichtung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine Sensoreinrichtung zur automatisierten Erkennung der Ausrichtung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
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Im Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Erkennung der Ausrichtung eines Werkstücks bekannt. Die gängigen Verfahren reichen dabei von mechanischen Abtastverfahren über Wirbelstrominduktionsverfahren bis hin zu optischen Verfahren und werden abhängig vom jeweils spezifischen Anwendungsfall gewählt. Die Erkennung der Lage eines Werkstücks ist dabei insbesondere in automatisierten Fertigungsprozessen von Bedeutung, damit das Werkstück dem jeweils nächsten Prozessschritt mit der hierfür benötigten Ausrichtung zugeführt werden kann.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 199 14 716 C2 ein Verfahren zum Ausrichten von Werkstücken mittels Wirbelstrom. Das Werkstück wird dabei mittels eines Spannfutters auf einem linear oder drehbar beweglich gelagerten Werkstücktisch eingespannt und der Werkstücktisch wird relativ zu einem Wirbelstromsensor bewegt, wodurch der Außenumfang des Werkstücks berührungslos auf ein detektierbares Merkmal abgetastet wird. Dieses detektierbare Merkmal kann z.B. eine Fuge, ein Riss oder eine Kante des Werkstücks sein und wird durch Vergleich mit bereits zuvor gemessenen und gespeicherten Referenzmesswerten erkannt. Dies ermöglicht eine vollautomatische Ausrichtung des Werkstücks relativ zu dem detektierten Merkmal.
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Aus der
DE 30 38 147 C2 ist eine Messeinrichtung zum optischen Erfassen der Seitenlage eines Werkstücks auf einer Unterlage bekannt. Das Werkstück ist beispielsweise ein flaches metallisches Stanzteil, das typischerweise an einer Kante der Eintauchseite des Stanzwerkzeugs gratfrei ist und an einer Kante der Ausbruchseite des Stanzwerkzeugs einen Grat aufweist. Des Weiteren weist das Werkstück jedoch identische Oberflächen auf. Mittels einer Lichtquelle wird nun eine Kante des Werkstücks beleuchtet und mittels eines Lichtempfängers wird ein Teil des reflektierten Lichts empfangen. Da die Anordnung der Lichtquelle bzw. des Lichtempfängers zum Werkstück derart ist, dass die zum Empfänger reflektierte Lichtmenge abhängig davon ist, ob die Kante einen Grat aufweist oder nicht, wird nun anhand eines Vergleichs mit einem Schwellwert für die Lichtmenge die Seitenlage des Werkstücks bestimmt. Sofern die empfangene Lichtmenge den Schwellwert überschreitet, ist dem Empfänger die gratfreie Seite zugewandt, sofern die empfangene Lichtmenge den Schwellwert jedoch unterschreitet, ist dem Empfänger die den Grat aufweisende Seite zugewandt.
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Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren unterliegen jedoch einer unerwünschten Störanfälligkeit gegenüber unerwarteten Positionierungen des Werkstücks auf dem Werkstücktisch bzw. der Unterlage sowie gegenüber Werkstücken mit beispielsweise fehlerhafter Geometrie.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vergleichsweise zuverlässigeres Verfahren zur automatisierten Erkennung der Ausrichtung eines Werkstücks vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur automatisierten Erkennung der Ausrichtung eines Werkstücks gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Erkennung der Ausrichtung eines Werkstücks, wobei sich eine aus einer ersten Perspektive erfassbare erste Oberfläche des Werkstücks von einer aus einer zweiten Perspektive erfassbaren zweiten Oberfläche des Werkstücks unterscheidet, wobei mindestens die erste Oberfläche von mindestens einem ersten optischen Sender optisch ausgeleuchtet wird, wobei mindestens von der ersten Oberfläche reflektiertes Licht von mindestens einem ersten optischen Empfänger optisch erfasst wird, wobei ein Abstand und/oder ein Ausrichtungswinkel mindestens des ersten optischen Senders zu mindestens dem ersten optischen Empfänger bekannt ist und wobei die Ausrichtung nach Maßgabe des erfassten Lichts erkannt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Erfassungsinformationen über das erfasste Licht zur Erkennung der Ausrichtung einer Triangulationsrechnung unterworfen werden.
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Im Gegensatz zu gattungsgemäßen bekannten Verfahren erfolgt die Erkennung der Ausrichtung also nicht anhand einer Intensitätsbewertung der Erfassungsinformationen des erfassten Lichts, sondern anhand einer Triangulationsrechnung, welche anhand des reflektierten und erfassten Lichts eine zumindest zweidimensionale Bestimmung eines Profils der ausgeleuchteten Oberflächen, also mindestens der ersten Oberfläche, erlaubt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Erkennung vergleichsweise weniger Störanfällig erfolgt, da für die Triangulationsrechnung ausschließlich die intensitätsunabhängigen Einfallswinkel als Erfassungsinformation einzelner Lichtstrahlen in einem optischen Empfänger herangezogen werden. Diese können im Gegensatz zur Intensität nicht durch Oberflächentrübungen, Oberflächenverschmutzungen oder Streulicht beeinflusst werden.
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Für die Triangulationsrechnung müssen sich ein optischer Sender, der die Oberfläche ausleuchtet, und ein zugehöriger optischer Empfänger, der das reflektierte Licht erfasst, in einem bekannten Abstand bzw. in einem bekannten Ausrichtungswinkel zueinander befinden. Der Empfänger ist bevorzugt ein ortsauflösend erfassender Empfänger. Bei einer Änderung der Entfernung vom Empfänger bzw. Sender zum Werkstück bzw. zur Oberfläche, ändert sich der Einfallswinkel, unter dem das reflektierte Licht vom Empfänger erfasst wird. Somit kann mittels der Triangulationsrechnung über den Einfallswinkel eine Entfernung einzelner Punkte der Oberfläche sehr genau bestimmt werden.
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Die Einfallswinkel als Erfassungsinformationen werden dabei bevorzugt mittels der Auftreffpunkte, insbesondere mittels des richtungsabhängigen Abstands zur optischen Achse, der einzelnen Lichtstrahlen auf einer Sensormatrix in einem optischen Empfänger bestimmt.
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Aus der bestimmten Entfernung einer Vielzahl von einzelnen Punkten zum Empfänger bzw. zum Sender wird dann bevorzugt ein Profil mindestens der ersten Oberfläche bestimmt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also eine Erkennung der Ausrichtung des Werkstücks anhand dessen Oberflächenprofils. Somit ist es nicht nötig, eine Oberfläche des Werkstücks mit einer geeigneten Markierung zu versehen. Das Anbringen einer derartigen Markierung am Werkstück erhöht nämlich den Fertigungsaufwand beträchtlich, da hierfür zusätzliche Maßnahmen an der Fertigungseinrichtung vorgesehen sein müssen. Zudem können die angebrachten Markierungen funktionshinderlich sein. Aufgrund der hohen Messsensibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits geringfüge Unterschiede in den Oberflächen eines Werkstücks ausreichend, um eine zuverlässige Erkennung der Ausrichtung vorzunehmen. Ein Beispiel für einen derartigen geringfügigen Unterschied ist etwa die unterschiedliche Beschaffenheit einer Stanzkante eines mittels Stanzen hergestellten Werkstücks. Während die Eintauchseite des Stanzwerkzeugs in das Werkstück eine vergleichsweise runde Kante aufweist, weist die Ausbruchseite des Stanzwerkzeugs aus dem Werkstück eine vergleichsweise scharfe, durch einen Grat geprägte Kante auf. Damit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren also eine Erkennung der Ausrichtung von mittels Stanzen hergestellten Werkstücken alleine anhand deren unvermeidbar unterschiedlich hergestellten Stanzkanten.
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Entsprechend handelt es sich bei dem Werkstück bevorzugt um ein mittels eines Stanzwerkzeugs in einem Stanzverfahren hergestelltes Werkstück, das im Wesentlichen flächig mit vergleichsweise großer Länge und großer Breite gegenüber einer vergleichsweise geringen Höhe ausgebildet ist. Das Werkstück ist dabei insbesondere metallisch und wird aus einem Blech herausgestanzt.
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Weiterhin ist es möglich und bevorzugt, dass neben einer Triangulationsrechnung zusätzlich auch eine Bestimmung der Laufzeit des Lichts vom Sender zur Oberfläche und zurück zum Empfänger erfolgt. Auch dies ermöglicht eine Entfernungsmessung einzelner Punkt auf der Oberfläche des Werkstücks und somit eine Bestimmung des Profils der Oberfläche.
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Ebenso ist es möglich und bevorzugt, dass neben einer Triangulationsrechnung zusätzlich auch eine Bestimmung der Intensität des erfassten Lichts unterworfen werden. Dies liefert zusätzliche Informationen über die Beschaffenheit der Oberfläche.
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Die bestimmte Laufzeit bzw. die bestimmte Intensität werden bevorzugt herangezogen, um die mittels der Triangulationsrechnung erfolgte Erkennung zu validieren bzw. zu verwerfen bzw. zu gewichten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Oberfläche eine aus der ersten Perspektive erfassbare erste Kante aufweist und die zweite Oberfläche eine aus der zweiten Perspektive erfassbare zweite Kante aufweist und dass mittels der Triangulationsrechnung ein Krümmungsradius der ersten und/oder der zweiten Kante bestimmt wird. Da die Kanten des Werkstücks fertigungsbedingt oftmals unterschiedliche Beschaffenheiten, insbesondere unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen, wie z.B. bei einem mittels eines Stanzwerkzeugs in einem Stanzverfahren hergestellten Werkstück, kann somit auf ebenso einfache wie zuverlässige Weise die Ausrichtung des Werkstücks erkannt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der bestimmte Krümmungsradius mindestens der ersten Kante mit einem Referenzwert verglichen wird. Der Referenzwert beschreibt dabei bevorzugt einen Soll-Wert für den Krümmungsradius der ersten Kante. Sofern der Vergleich unter Berücksichtigung angemessener statistischer Toleranzen ergibt, dass der bestimmte Krümmungsradius mit dem Referenzwert übereinstimmt, so wird darauf erkannt, dass sich das Werkstück in einer Soll-Ausrichtung befindet. Sofern der Vergleich jedoch ergibt, dass der bestimmte Krümmungsradius nicht mit dem Referenzwert übereinstimmt, so wird darauf erkannt, dass sich das Werkstück nicht in der Soll-Ausrichtung befindet.
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Ebenso besonders bevorzugt werden die Krümmungsradien der ersten und der zweiten Kante jeweils mit einem Referenzwert verglichen. Die Referenzwerte beschreiben auch hier bevorzugt jeweils einen Soll-Wert für den Krümmungsradius der ersten Kante bzw. der zweiten Kante. Sofern beide Vergleiche unter Berücksichtigung angemessener statistischer Toleranzen r eine Übereinstimmung ergeben, wird darauf erkannt, dass das Werkstück sich in der Soll-Ausrichtung befindet. Sofern hingegen beide Vergleiche eine Nicht-Übereinstimmung ergeben, wird darauf erkannt, dass das Werkstück sich nicht in der Soll-Ausrichtung befindet. Sofern nur einer der Vergleiche eine Übereinstimmung ergibt und der andere Vergleich eine Nicht-Übereinstimmung ergibt, kann z.B. auf ein fehlerhaftes Werkstück erkannt werden.
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Weiterhin ebenso besonders bevorzugt kann der Referenzwert aber auch ein zeitgleich ebenfalls mittels Triangulation bestimmter Krümmungsradius der zweiten Kante des Werkstücks sein. In diesem Fall beschreibt der Referenzwert also keinen Soll-Wert. Durch einen Vergleich der beiden Krümmungsradien kann nun der größere Krümmungsradius z.B. der ersten Kante und der kleinere Krümmungsradius z.B der zweiten Kante zugeordnet werden, je nachdem welche Oberfläche des Werkstücks die Eintauchseite bzw. die Ausbruchseite des Stanzwerkzeugs darstellt.
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Sofern die Referenzwerte Soll-Werte darstellen, werden sie insbesondere in einem elektronischen Speicher einer das erfindungsgemäße Verfahren ausführenden Sensoreinheit abrufbar abgelegt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Werkstück in Spannbacken eingespannt derart automatisiert in einen Detektionsbereich geführt wird, dass sowohl die erste Oberfläche als auch die zweite Oberfläche ausleuchtbar sind. Dies ermöglicht sowohl eine schnelle Zuführung der Werkstücke als auch eine einfache Möglichkeit, die aus den Spannbacken herausstehenden Oberflächen bzw. Kanten des Werkstücks auszuleuchten, da die Werkstücke in den Spannbacken bevorzugt eine aufrechte Position einnehmen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Oberfläche mittels linienförmig emittierten, kohärenten Lichts ausgeleuchtet werden. Die Verwendung von kohärentem Licht ermöglicht dabei unabhängig von der Triangulationsrechnung eine Entfernungsbestimmung über das Phasenverhalten des emittierten und erfassten Lichts. Ebenso wird bei Verwendung von kohärentem Licht mittels einer Frequenzmodulation des kohärenten Lichts eine Entfernungsbestimmung über einen Frequenzunterschied zwischen dem emittierten und dem erfassten Licht möglich. Somit kann also bei Verwendung von kohärentem Licht auch mittels des Phasenverhaltens bzw. mittels des Frequenzunterschieds ein Profil der jeweiligen Oberfläche bestimmt werden. Auch diese unabhängig von der Triangulationsrechnung bestimmten Entfernungen bzw. Profile können herangezogen werden, um die mittels der Triangulationsrechnung erfolgte Erkennung der Ausrichtung zu validieren, zu verwerfen oder zu gewichten.
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Indem das Licht linienförmig emittiert wird, ergibt sich der weitere Vorteil, dass der Aufbau des Empfängers vergleichsweise einfach gehalten werden kann, da er ausschließlich Winkel entlang der Längsausdehnung des linienförmig emittierten bzw. reflektierten Lichts auflösen muss.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Oberfläche mittels linienförmig emittierten, kohärenten blauen Lichts ausgeleuchtet wird. Die Verwendung von blauem Licht hat sich in der Praxis als besonders robust und störunanfällig erwiesen, da somit insbesondere der Wellenlängenabstand zu häufig auftretenden infraroten Störquellen vergrößert ist.
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Kohärentes Licht wird üblicherweise mittels Lasern erzeugt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Zuführung des Werkstücks, ein Ausleuchten mindestens der ersten Oberfläche und ein Erfassen des Lichts zeitlich synchronisiert erfolgen. Dies ermöglicht eine synchronisiert getaktete Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, was wiederum die Robustheit und Störunanfälligkeit weiter verbessert. Da der Empfänger durch die Synchronisierung nämlich ausschließlich dann Licht erfasst, wenn auch der Sender Licht emittiert und sich das Werkstück tatsächlich im Detektionsbereich befindet, können Störeinflüsse und Fehlerfassungen weiter minimiert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass weiterhin ein Kantenverlauf mindestens der ersten Kante bestimmt wird. Der Kantenverlauf kann z.B. durch eine Bewegung des Werkstücks durch den Detektionsbereich erfolgen, wobei der Detektionsbereich insbesondere durch die Ausdehnung des linienförmig emittierten Lichts auf dem Werkstück dargestellt wird. In diesem Fall wird z.B. kontinuierlich der Krümmungsradius mindestens der ersten Kante über eine definierte Zeit, z.B. diejenige Zeit, in der das Werkstück durch den Detektionsbereich gefahren wird, bestimmt. Ebenso ist es möglich, den Kantenverlauf über die jeweilige Einzelbestimmung einer Vielzahl von Krümmungsradien an bestimmten Punkten der jeweiligen Kante zu bestimmen. In beiden Fällen wird die Bestimmung fehlerhafte Werkstücke ermöglicht, die einen von einer Norm abweichenden Kantenverlauf aufweisen. Zudem wird die Zuverlässigkeit der Erkennung der Ausrichtung des Werkstücks verbessert, da nicht nur der Krümmungsradius an einem einzelnen Punkt jeweiligen der Kante bestimmt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass weiterhin eine Größe des Werkstücks bestimmt wird. Da mittels der Triangulationsrechnung zunächst eine Entfernung des Werkstücks vom Sender bzw. vom Empfänger bestimmt wird und das Werkstück in den Spannbacken insbesondere stets derart eingespannt wird, dass es auf eine Auflagefläche zwischen den Spannbacken aufliegt, kann nämlich bestimmt werden, wie weit das Werkstück aus den Spannbacken herausragt bzw. wie nahe es dem Sender bzw. dem Empfänger kommt. Insbesondere in Verbindung mit einer getaktet synchronisierten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so vergleichsweise einfach die Größe des Werkstücks bestimmt werden. Die solcherart bestimmte Größe wird nun bevorzugt mit einem Referenzwert, der abrufbar in einem elektronischen Speicher einer das Verfahren ausführenden Sensoreinrichtung abgelegt ist, unter Berücksichtigung angemessener statistischer Toleranzen verglichen. Sofern auf Übereinstimmung mit dem Referenzwert erkannt wird, weist das Werkstück eine Soll-Größe auf. Sofern jedoch auf Nicht-Übereinstimmung erkannt wird, weist das Werkstück eine falsche Größe auf bzw. ist das Werkstück fehlerhaft.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass weiterhin eine Sorte des Werkstücks bestimmt wird. Dies erfolgt bevorzugt ähnlich der Bestimmung der Größe des Werkstücks, da unterschiedliche Sorten von Werkstücken in der Regel unterschiedliche Größen aufweisen. Daher wird bevorzugt zunächst auch in diesem Fall bestimmt, wie weit das Werkstück aus den Spannbacken herausragt bzw. wie nahe es dem Sender bzw. dem Empfänger kommt. Dieser Wert wird nun unter Berücksichtigung angemessener statistischer Toleranzen mit einer Reihe von sortenspezifischen Referenzwerten, welche abrufbar in einem elektronischen Speicher einer das Verfahren ausführenden Sensoreinrichtung abgelegt sind, verglichen. Sofern auf Übereinstimmung mit einem der Referenzwerte erkannt wird, wird das Werkstück als derjenigen Sorte zugehörig erkannt, der auch der sortenspezifische Referenzwert zugehörig ist. Sofern jedoch auf Nicht-Übereinstimmung mit jedem der sortenspezifischen Referenzwerte erkannt wird, kann das Werkstück auch hier als fehlerhaft erkannt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sensoreinrichtung zur automatisierten Erkennung der Ausrichtung eines Werkstücks, umfassend mindestens einen ersten optischen Sender, einen ersten optischen Empfänger und ein elektronisches Rechenwerk, wobei der erste Sender (12) dazu ausgebildet ist, mindestens eine erste Oberfläche eines Werkstücks auszuleuchten, wobei der erste Empfänger dazu ausgebildet ist, mindestens von der ersten Oberfläche reflektiertes Licht zu erfassen, wobei ein Abstand und/oder ein Ausrichtungswinkel mindestens des ersten optischen Senders zu mindestens dem ersten optischen Empfänger bekannt ist und wobei das elektronische Rechenwerk dazu ausgebildet ist, die Erkennung nach Maßgabe des erfassten Lichts auszuführen. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das elektronische Rechenwerk weiterhin dazu ausgebildet ist, Erfassungsinformationen über das erfasste Licht zur Erkennung der Ausrichtung einer Triangulationsrechnung zu unterwerfen. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung umfasst somit alle Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Der bekannte Abstand und/oder Ausrichtungswinkel des mindestens des ersten optischen Senders zum mindestens ersten optischen Empfänger tragen zur einfachen Ausführbarkeit der Triangulationsrechnung bei.
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Der Empfänger umfasst bevorzugt eine Empfangsoptik, die das vom Werkstück bzw. mindestens der ersten Oberfläche diffus reflektierte Licht auf eine Sensormatrix fokussiert.
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Das elektronische Rechenwerk berechnet bevorzugt aus den Einfallswinkeln auf die Sensormatrix einzelner Lichtstrahlen jeweils eine Entfernung des Senders bzw. des Empfängers zu demjenigen Punkt auf der Oberfläche des Werkstücks, welches den Lichtstrahl reflektiert hat. Diese Punktinformationen werden dann vom Rechenwerk in ein sensorfestes, zweidimensionales Koordinatensystem eingetragen. Mithilfe des Koordinatensystems kann dann der Krümmungsradius der Kanten bestimmt werden und anhand des Krümmungsradiusses wiederum kann die Ausrichtung des Werkstücks erkannt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung weiterhin einen zweiten optischen Sender und einen zweiten optischen Empfänger umfasst, wobei der zweite Sender dazu ausgebildet ist, eine zweite Oberfläche des Werkstücks auszuleuchten und wobei der zweite Empfänger dazu ausgebildet ist, von der zweiten Oberfläche reflektiertes Licht zu erfassen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dies führt zu den bereits beschriebenen Vorteilen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein mittels eines Stanzwerkzeugs hergestelltes Werkstück,
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2 eine beispielhafte Anwendung einer Triangulationsrechnung und
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3 eine schematische und beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zur automatisierten Erkennung der Ausrichtung eines Werkstücks.
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Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
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1a zeigt beispielhaft ein Werkstück 1, das mittels eines Stanzwerkzeugs (nicht dargestellt) in einem Stanzverfahren hergestellt wurde. Wie für in Stanzverfahren hergestellte Werkstücke üblich, ist das Werkstück 1 flächig ausgebildet, mit einer vergleichsweise großen Länge 2 und Breite 3 gegenüber einer vergleichsweise geringen Dicke 4. Das Werkstück 1 ist in 1 aus einer ersten Perspektive derart abgebildet, dass eine erste Oberfläche 5 zu sehen ist. Die erste Oberfläche 5 umfasst eine erste Kante 7 sowie an die erste Kante 7 angrenzende Flächen 8 und 9 des Werkstücks 1. Die erste Kante 7 weist einen größeren Krümmungsradius auf als eine zweite Kante 10, da das Stanzwerkzeug bei der ersten Kante 7 in das Material des Werkstücks 1 eingetaucht ist und bei der zweiten Kante 10 aus dem Material des Werkstücks 1 ausgebrochen ist. Die Eintauchrichtung und die Ausbruchrichtung des Stanzwerkzeugs sind weiterhin auch an der Oberflächenstruktur der Fläche 9 zu erkennen. Wie zu sehen ist, ist der an die erste Kante 7 angrenzende Teil der Fläche 9 vergleichsweise glatt und ebenmäßig ausgebildet, wohingegen der an die zweite Kante 10 angrenzende Teil der Fläche 9 vergleichsweise rau ausgebildet ist. Dies wird auch in 1b gezeigt, wo eine Draufsicht auf die Fläche 9 dargestellt ist. In 1c ist weiterhin ein Querschnitt durch das Werkstück 1 entlang der Breite 3 zu sehen. Wie in 1c veranschaulicht ist, weist die erste Kante 7 gegenüber der zweiten Kante 10 einen größeren Krümmungsradius auf. Die wird wesentlich dadurch verursacht, dass die zweite Kante 10, an welcher das Stanzwerkzeug aus dem Material ausgebrochen ist, einen Grat aufweist. Weiterhin zeigt 1c die Fläche 11, welche an die zweite Kante 10 angrenzt und in 1a der dem Betrachter abgewandten Seite des Werkstücks 1 zugewandt ist und daher nicht zu sehen ist. Die dargestellten Krümmungsradien sind nicht maßstabsgetreu und dienen ausschließlich der Veranschaulichung. Die Ausrichtung des dargestellten Werkstücks 1 kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt werden, ohne dass das Werkstück 1 mit zusätzlichen und den Herstellungsaufwand für Werkstück 1 vergrößernden Markierungen versehen wird.
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In 2 ist eine beispielhafte Anwendung einer Triangulationsrechnung veranschaulicht. Zu sehen sind ein optischer Sender 12, ein optischer Empfänger 13 sowie das Werkstück 1. Dem optischen Empfänger 13 vorgeschaltet im optischen Strahlengang ist zudem eine als optische Linse 14 ausgeführte Empfangsoptik, welche das von Werkstück 1 reflektierte Licht auf eine als CCD-Sensor 15 ausgeführte Sensormatrix fokusiert. Der Strahlengang vom Sender 12 über das Werkstück 1 zum Empfänger 13 ist einmal beispielhaft als gestrichelte Linie und einmal beispielhaft als gepunktete Linie dargestellt. Die Ausgangspunkte des reflektierten Lichts sind dabei Ausgangspunkte 16 und 17 auf dem Werkstück 1. Abhängig vom Einfallswinkel des reflektierten Lichts in den Empfänger 13 wird das reflektierte Licht auf bestimmte Punkte des CCD-Sensors 15 fokusiert. Durch den bekannten räumlichen Abstand sowie den bekannten Ausrichtungswinkel des Senders 12 zum Empfänger 13 kann nun mittels einer Triangulationsrechnung unter Heranziehen bekannter trigonometrischer Zusammenhänge die Entfernung der Ausgangspunkte 16 und 17 auf der Oberfläche des Werkstücks zum Empfänger bestimmt werden.
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3 zeigt eine schematische und beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 18 zur automatisierten Erkennung der Ausrichtung des Werkstücks 1. Zu sehen ist das Werkstück 1, welches in Spannbacken 19 eingespannt ist und einem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung 18 zugeführt wurde. Die Spannbacken 19 sind dabei an einem Gurt 20 angeordnet, der für den Vortrieb der Spannbacken 19 sorgt. Die Sensoreinrichtung 18 umfasst einen ersten optischen Sender 12 und einen ersten optischen Empfänger 13, die beide in einem gemeinsamen Gehäuse der Sensoreinrichtung 18 angeordnet sind. Der erste optische Sender 12 ist dabei als blauer Laser mit einer Wellenlänge von 410 nm ausgebildet. Das Werkstück 1 wurde der Sensoreinrichtung 18 derart zugeführt, dass der erste optische Sender 12 aus einer ersten Perspektive eine erste Oberfläche 5 des Werkstücks mittels blauen, linienförmig emittierten und kohärenten Lichts ausleuchtet. Dieses Licht wird von der Oberfläche 5 reflektiert und vom ersten Empfänger 13 erfasst. Mittels einer von einem nicht dargestellten elektronischen Rechenwerk ausgeführten Triangulationsrechnung wird nun aus den Erfassungsinformationen, beispielsgemäß aus den Einfallswinkeln, der reflektierten und erfassten Lichtstrahlen die Entfernung der Ausgangspunkte 16 und 17 der reflektierten Lichtstrahlen zum ersten Empfänger 13 bestimmt. Indem das elektronische Rechenwerk die Entfernung für eine Vielzahl von benachbarten Ausgangspunkten bestimmt, kann eine Oberflächenkontur des Werkstücks 1 bestimmt werden. Beispielsgemäß wird ein Krümmungsradius der zweiten Kante 10 bestimmt. Der bestimmte Krümmungsradius der zweiten Kante 10 wird nun im Folgenden vom elektronischen Rechenwerk mit einem Referenzwert verglichen, wobei der Referenzwert beispielsgemäß einen Soll-Wert für den Krümmungsradius der zweiten Kante 10 darstellt. Sofern der bestimmte Krümmungsradius und der Referenzwert unter Berücksichtigung angemessener statistischer Toleranzen übereinstimmen, wird beispielsgemäß drauf erkannt, dass das Werkstück mit der ersten Oberfläche 5 der Sensoreinrichtung 18 zugewandt ist (wie in 3 dargestellt). Sofern der bestimmte Krümmungsradius unter Berücksichtigung angemessener statistischer Toleranzen kleiner als der Referenzwert ist, wird beispielsgemäß darauf erkannt, dass das Werkstück mit der zweiten Oberfläche 6 der Sensoreinrichtung 18 zugewandt ist (nicht in 3 dargestellt). Somit kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 18 die Ausrichtung des Werkstücks 1 erkennen, ohne dass dieses besondere Markierungen aufweisen muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- Länge des Werkstücks
- 3
- Breite des Werkstücks
- 4
- Dicke des Werkstücks
- 5
- erste Oberfläche des Werkstücks
- 6
- zweite Oberfläche des Werkstücks
- 7
- erste Kante des Werkstücks
- 8
- an die erste Kante angrenzende Fläche des Werkstücks
- 9
- an die erste und zweite Kante angrenzende Fläche des Werkstücks
- 10
- zweite Kante des Werkstücks
- 11
- an die zweite Kante angrenzende Fläche des Werkstücks
- 12
- optischer Sender, Laser
- 13
- optischer Empfänger
- 14
- Optik des Empfängers, optische Linse
- 15
- Sensormatrix des Empfängers, CCD-Sensor
- 16
- Ausgangspunkt des reflektierten Lichts
- 17
- Ausgangspunkt des reflektierten Lichts
- 18
- Sensoreinrichtung
- 19
- Spannbacken
- 20
- Gurt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19914716 C2 [0003]
- DE 3038147 C2 [0004]
