DE10335685A1

DE10335685A1 - Vorrichtung zum umseitigen Prüfen von Werkstücken

Info

Publication number: DE10335685A1
Application number: DE10335685A
Authority: DE
Inventors: Helmut A Kappner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung 1 für Werkstücke 3 mit mindestens einer das Werkstück 3 tragenden, eine Ausnehmung 4.1 oder einen Schlitz aufweisenden Fördereinrichtung 4, einer der Fördereinrichtung 4 zugeordneten, eine erste Lichtquelle 6.1 aufweisenden Bildverarbeitungsvorrichtung 5 sowie einer zweiten Lichtquelle 6.2, wobei die erste Lichtquelle 6.1 und die zweite Lichtquelle 6.2 gegenüberliegenden Seiten 3.1, 3.2 des Werkstücks 3 zugeordnet sind und die als elektronische Kamera ausgebildete Bildverarbeitungsvorrichtung 5 innerhalb eines durch die zweite Lichtquelle 6.2 und das Werkstück 3 und/oder innerhalb eines durch die zweite Lichtquelle 6.2 und eine Blende generierten Kernschattens 2 angeordnet ist und die Fördereinrichtung 4 eine Ausnehmung 4.1, wie einen Schlitz, aufweist und/oder durchsichtig ausgebildet ist, wobei der Bildverarbeitungsvorrichtung 5 mindestens zwei Spiegelflächen 10a, 10b zugeordnet sind, die den Lichtstrahlengang zumindest von einer Teilseitenfläche 3.4 des Werkstücks 3 in Richtung zur Bildverarbeitungsvorrichtung 5 umlenken.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung für Werkstücke mit mindestens einer das Werkstück tragenden, eine Ausnehmung oder einen Schlitz aufweisenden Fördereinrichtung sowie einer der Fördereinrichtung zugeordneten Bildverarbeitungsvorrichtung mit einer ersten Lichtquelle und einer zweiten Lichtquelle, wobei die als elektronische Kamera ausgebildete Bildverarbeitungsvorrichtung und die erste Lichtquelle mit Bezug zum Werkstück gegenüber der zweiten Lichtquelle angeordnet sind.
Es ist bereits eine Einrichtung zum Prüfen von Bolzen aus der DE 42 38 115 A1 bekannt. Hierbei werden die zu prüfenden Bolzen über zwei parallel mit Abstand zueinander verlaufende Transportbänder an einer Kamera und einer Beleuchtungseinrichtung vorbeigeführt. Hierbei handelt es sich um eine auf der Seite der Kamera angeordnete Auflichtbeleuchtung, wobei die Transportbänder eine dunkle, kontrastbietende Oberfläche aufweisen. Alternativ ist zusätzlich eine Gegenlichtbeleuchtung vorgesehen, die auf der der Kamera entgegengesetzten Seite der Transportbänder angeordnet ist. In diesem Fall sind die Oberflächen der Transportbänder hell bzw. reflektierend ausgebildet, so dass in Verbindung mit der die Schraube diffus hinterleuchtenden Gegenlichtbeleuchtung der Rand der Schraube komplett dunkel vor rundum hellem Hintergrund erscheint und die Kontur damit kontrastreich abgebildet wird und damit die Helligkeit des Hintergrunds der Schraube eine ausreichende Größe erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung derart auszubilden und anzuordnen, dass eine optimale Prüfung von Werkstücken gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass eine Linse der elektronischen Kamera innerhalb eines durch die zweite Lichtquelle und das Werkstück und/oder innerhalb eines durch die zweite Lichtquelle und eine Blende generierten Kernschattens angeordnet ist und die Fördereinrichtung eine Ausnehmung, wie einen Schlitz, aufweist und/oder durchsichtig ausgebildet ist, wobei der Bildverarbeitungsvorrichtung mindestens zwei Spiegelflächen zugeordnet sind, die den Lichtstrahlengang zumindest von einer Teilseitenfläche des Werkstücks in Richtung zur Bildverarbeitungsvorrichtung umlenken. Hierdurch wird erreicht, dass das durch die zweite Lichtquelle ausgestrahlte Licht keine negativen Einflüsse auf die Linse der elektronischen Kamera hat. Das durch die zweite Lichtquelle ausgestrahlte Licht könnte nur durch eine Unregelmäßigkeit, wie ein Loch oder ein Schlitz im Werkstück, durch dieses hindurchtreten und somit zur elektronischen Kamera gelangen. In diesem Fall ist das Werkstück unbrauchbar und wird aussortiert. Zum Zeitpunkt der Bildaufnahme wird das über der Gegenlichtbeleuchtung befindliche Werkstück nicht von der Gegenlichtbeleuchtung überstrahlt, da die Gegenlichtbeleuchtung aus der Sicht der elektronischen Kamera von dem Werkstück abgedeckt wird. Auf diese Weise werden nur Durchbrüche im Innern des Werkstücks im Gegenlicht hell erscheinen, nicht jedoch der Hintergrund um das Werkstück herum. Damit ist ein ausreichender Kontrast zwischen dem hellen Werkstückrand und dem dunklen Hintergrund gewährleistet. Die Durchsichtigkeit der Fördereinrichtung gewährleistet einen ausreichenden Kontrast der Seitenflächen bzw. Teilseitenflächen, so dass in Kombi nation mit den beiden Spiegelflächen eine gleichzeitige Aufnahme von der Oberseite und den Seitenflächen des Werkstücks durch die Kamera gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung kann z.B. aus einem geteilten Förderband bestehen, dessen zwei Teilbänder in vorteilhafter Weise in den Umlenk- und Antriebsrollen seitlich durch umlaufende Seitenführungen geführt werden oder in Einstichen der Rollen eingelassen sind, so dass die beiden Teilbänder stets einen gleichen Abstand voneinander aufweisen. Eine andere Ausführung der Fördereinrichtung ist eine geteilte Rutsche, die in Minimalausführung aus zwei dünnen Drähten besteht, um eine möglichst große Fläche des Werkstücks mit der Gegenlichtbeleuchtung zu beaufschlagen. Vorteilhafterweise werden die Werkstücke beim Rutschen seitlich mit Führungsschienen zentriert. Eine weitere Ausführung ist ein geteilter Linear-Rüttelförderer oder ein Gliederkettenförderer.
Die kombinierte Anordnung der doppelseitigen Beleuchtung mit Kamera-Kernschatten, durchsichtiger Fördereinrichtung sowie Umlenkspiegel gewährleistet eine umseitige Erfassung des Werkstücks mit einer Kamera-Aufnahme. Der Einsatz relativ kleiner Beleuchtungswinkel gewährleistet neben dem Kamera-Kernschatten zudem den erforderlichen Kontrast der Teilseitenfläche, insbesondere im Bereich der Fördereinrichtung.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass drei oder vier Spiegelflächen vorgesehen sind, die über den Umfang des Werkstücks verteilt angeordnet sind und den Lichtstrahlengang zumindest von den drei oder vier Teilseitenflächen des Werkstücks in Richtung zur Bildverarbeitungsvorrichtung um lenken. Somit ist eine genauere Darstellung der Seitenfläche gewährleistet.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass der Bildverarbeitungsvorrichtung und den Spiegelflächen eine weitere gemeinsame Umlenkeinheit für Lichtstrahlen, wie ein Prisma zugeordnet ist, die das von den Spiegelflächen reflektierte Licht in Richtung der Bildverarbeitungsvorrichtung umlenkt, wobei die Umlenkeinheit eine zentrische Ausnehmung aufweist. Je größer der Raumwinkel ist, den die Kamera überstreichen muss, um die lateralen Spiegel in das Kamera-Bild zu bekommen, desto geringer ist die Auflösung der Abbildung. Aus der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 8 ist die Anordnung des Prismas ersichtlich. Der Raumwinkel ist bedeutend geringer als im Ausführungsbeispiel gemäß 7. Dies gewährleistet eine erheblich bessere Ausnutzung der Kamera-Auflösung in den interessierenden Teilbereichen. Die Aussparung gewährleistet eine direkte Aufnahme der Oberseite des Werkstücks, dessen Ausschnitt von der Größe der Aussparung und der Kameraposition abhängig ist.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass der Raumwinkel der Bildverarbeitungsvorrichtung mehrere Winkelanteile aufweist, wobei der Winkelanteil des durch die Spiegelflächen reflektierten Strahlengangs mindestens 50 % des Raumwinkels beträgt. Somit ist eine optimale Auflösung des durch die Spiegelflächen reflektierten Bildausschnitts gewährleistet.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die zweite Lichtquelle eine Breite B₂ aufweist, die kleiner oder gleich groß wie die Breite B₃ des Werkstücks ist, und/oder der Kernschatten größer als die Linse der elektronischen Kamera ist. Wenn die zweite Lichtquelle kleiner als das Werkstück ist, so ergibt sich hinter dem Werkstück auf jeden Fall ein sich weitender Schatten bzw. ein Schattenkegel. Je nach Abstand zwischen der zweiten Lichtquelle und dem Werkstück ist der Kernschatten im Bereich der Linse der elektronischen Kamera mindestens gleich breit wie die Linse, so dass diese nicht mit Streulicht beaufschlagt wird. Wenn der Kernschatten größer ist als die Linse der elektronischen Kamera, so fällt auf jeden Fall kein Streulicht der zweiten Lichtquelle auf die Linse.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass zwischen der zweiten Lichtquelle und dem Werkstück mindestens eine Blende angeordnet ist und dass die Fördereinrichtung als Förderband ausgebildet ist und/oder eine dunkle, schwarze und/oder lichtabsorbierende Oberfläche aufweist. Die Blende und die lichtabsorbierende Oberfläche schützen die Linse der elektronischen Kamera zusätzlich vor Streulicht der zweiten Lichtquelle und der ersten Lichtquelle.
Vorteilhaft ist es auch, dass zwischen der zweiten Lichtquelle und dem Werkstück eine optische Linse und/oder ein Lichtleiter angeordnet ist. Somit kann die Lichtintensität unmittelbar im Bereich des Werkstücks beeinflusst werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle mit Bezug zur Bewegungsrichtung des Werkstücks versetzt angeordnet sind. Damit kann das bewegte Werkstück zeitlich und örtlich versetzt von der ersten Lichtquelle bzw. der zweiten Lichtquelle beleuchtet werden.
Falls zwei separate Bildaufnahmen mit jeweils einer aktivierten Beleuchtung zeitlich so kurz hintereinander erfol gen, dass das Werkstück sich bei beiden noch im Bildfeld der elektronischen Kamera befindet, kann auf eine zweite Kamera verzichtet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Prüfung von Kunststoff-Verschlusskappen ist eine sensorische Erweiterung zur Erfassung von Materialanhäufungen im Anspritzpunkt vorgesehen. Diese Materialanhäufungen entstehen beim Erzeugen der Verschlüsse in der Kunststoff-Spritzgussmaschine und äußern sich in Form einer kleinen Kuppe in der Mitte der äußeren Kreisfläche des Verschlusses. Wird der Verschluss in einer der erfindungsgemäßen Fördereinrichtungen transportiert, so wird vorzugsweise der Anspritzpunkt zwischen beiden Förderbändern zu liegen kommen und damit die Materialanhäufung in die Ausnehmung der Förderbänder hineinragen. Die erfindungsgemäße Erweiterung sieht nun eine sensorielle Erfassung dieser Kuppe vor. In einer ersten Ausführung ist ein Teilbereich des Kamera-Bildfeldes über einen Umlenkspiegel, der zwischen den Transportbändern angebracht ist, auf eine Beleuchtung gerichtet. Der Umlenkspiegel und die Beleuchtung sind knapp unterhalb der Oberkante des Fördermediums örtlich so angeordnet, dass im Strahlengang zwischen ihnen die zu detektierende Kuppe zu liegen kommt. Die durch die Lichtquelle und die Kuppe generierte Kontur der Seitenfläche wird somit über den Umlenkspiegel von der elektronischen Kamera erfasst und ausgewertet. Der Umlenkspiegel und die Beleuchtung sind in vorteilhafter Weise etwas außermittig angeordnet, wobei die optische Achse zwischen ihnen in Bezug zur Bewegungsrichtung etwas schräg zu liegen kommt, so werden sie nicht von der Kuppe gestreift und demgemäß nicht mechanisch beansprucht.
Gelöst wird die Aufgabe auch dadurch, dass innerhalb der Ausnehmung ein Sender und ein Empfänger vorgesehen sind, wobei ein vom Sender emittiertes Messsignal unmittelbar unterhalb des positionierten Werkstücks zwischen dem Sender und dem Empfänger angeordnet ist. Somit treten Auftragungen an dieser Seite des Werkstücks in das Messsignal bzw. zwischen den Sender und den Empfänger und werden somit detektiert.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass der als Lichtquelle ausgebildete Sender und der als optische Fläche ausgebildete Empfänger auf der Höhe des Förderbands vorgesehen sind, wobei der Sender mit Bezug zum Werkstück in etwa gegenüber dem Empfänger angeordnet ist und der Sender über einen Lichtstrahl und den Empfänger der elektronischen Kamera zugeordnet ist. Die durch die Lichtquelle und das Werkstück generierte Kontur der Seitenfläche wird somit über die erste optische Fläche von der elektronischen Kamera erfasst und ausgewertet.
Vorteilhaft ist es ferner, dass zwischen dem Sender und dem Werkstück ein erstes Abschirmteil und zwischen dem Empfänger und dem Werkstück ein zweites Abschirmteil vorgesehen ist. Der Sender und der Empfänger sind somit vor mechanischem Kontakt mit dem Werkstück geschützt. Das Abschirmteil schließt hierbei mit dem Förderband auf der dem Werkstück zugewandten Seite bündig ab.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass der Sender und der Empfänger an gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmung quer zur Bewegungsrichtung des Werkstücks angeordnet sind. Somit kann eine Auftragung am Werkstück unabhängig von der Quer-Positionierung des Werkstücks auf dem Förderband erfasst werden, d. h. ein seitlicher Versatz des Werkstücks mit Bezug zur Transportrichtung hat keinen negativen Einfluss auf das Prüfergebnis.
Ferner ist es vorteilhaft, dass der Sender als Diode (LED), Laser, Lichtleiter oder als Glühmittel ausgebildet ist und mit dem Empfänger eine Lichtschranke bildet.
Um die Komplexität der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu begrenzen, ist es von Vorteil, dass unterhalb des Werkstücks ein punktförmiger oder linienförmiger Triangulatonssensor angeordnet ist, wobei der Triangulationssensor einen vom Werkstück reflektierten Messstrahl zwischen einem Sender und einem Empfänger aufweist. Der Triangulationssensor wird unterhalb des Förderbands an der entsprechenden Werkstückposition angeordnet, so dass eine Auftragung auf dem Werkstück erfasst wird. Es ist auch vorgesehen, einen kapazitiven Sensor und/oder einen Tiefensensor mit entfernungsabhängiger Empfindlichkeitscharakteristik anzuordnen.
Triangulationssensoren in Punkt- und Linienausführung sind Stand der Technik und haben den Vorteil, dass sie reflektiv arbeiten. Inzwischen sind auch Abstandssensoren bekannt, die den 3D-Effekt der Triangulationsmethode auf einfachere Weise bewirken, dergestalt, dass eine Reflexion in einem bestimmten Abstandsbereich ausgeblendet wird – hier die Reflexion der Verschluss-Außenfläche, während eine Kuppe in den aktiven Bereich des Sensors eindringt und der Sensor ein Fehlersignal generiert. In einer weiteren Ausführung der sensorischen Erweiterungen ist ein kapazitiver Sensor, dessen Messbereich an die Kuppe angepasst ist, unterhalb des Verschlusses, nahe am Anspritzpunkt angebracht und gibt bei Passieren eines Verschlusses mit Kuppe ein Fehlersignal ab.
Von Vorteil ist es auch, dass unterhalb des Werkstücks, auf der Höhe einer Begrenzungsfläche des Werkstücks ein mechanischer Widerstand angeordnet ist, wobei dem Widerstand ein Kraft- und/oder Bewegungssensor zugeordnet ist. Der mechanische Kontakt zwischen einer Auftragung und dem Sensor wird erfasst und ausgewertet.
Schließlich ist es von Vorteil, dass ein Teilbereich eines Kamera-Bildfelds über die als Umlenkspiegel dienende optische Fläche, die zwischen den Förderbändern angebracht ist, auf eine Beleuchtung gerichtet ist, wobei der Umlenkspiegel und die Beleuchtung knapp unterhalb der Oberkante des Fördermediums örtlich so angeordnet sind, dass im Strahlengang zwischen dem Umlenkspiegel und der Beleuchtung die zu detektierende Auftragung zu liegen kommt und die durch die Beleuchtung und die Auftragung generierte Kontur der Seitenfläche über den Umlenkspiegel von der elektronischen Kamera erfasst und von einem nachgeordneten Bildverarbeitungssystem ausgewertet wird.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass das Werkstück durch die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle beleuchtet wird, dass die Linse der elektronischen Kamera während der Beleuchtung durch die zweite Lichtquelle im Kernschatten des Werkstücks und/oder einer Blende angeordnet wird und dass während der Beleuchtung des Werkstücks durch die erste Lichtquelle und während der Beleuchtung durch die zweite Lichtquelle mittels der elektronischen Kamera ein Bild generiert wird.
Letztlich ist es von Vorteil, dass das Werkstück durch eine weitere Lichtquelle von einer Seite beleuchtet wird und die Kontur einer Seitenfläche des Werkstücks von der elektronischen Kamera erfasst wird, wobei der Lichtstrahl der weiteren Lichtquelle durch eine erste optische Fläche zur elektronischen Kamera umgelenkt wird.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass das Werkstück zumindest mit einer Seitenfläche unmittelbar an einem Messsignal einer Sender-Empfänger-Einheit vorbeigeführt wird und das Messsignal durch eine Auftragung auf der Seitenfläche beeinflusst und/oder unterbrochen wird.
Hierbei ist die Seitenfläche des Werkstücks auf der Unterseite des Werkstücks, auf der Oberseite des Werkstücks oder an einer anderen Seite des Werkstücks vorgesehen.
Sowohl der Sender als auch der Empfänger können als optische Flächen bzw. Spiegel ausgebildet sein, wobei der Messsignalgenerator bzw. die endgültige Empfängerfläche mit größerem Abstand zum Werkstück angeordnet ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
1 eine Prinzipskizze einer Prüfeinrichtung in einer Seitenansicht mit einer ersten Lichtquelle und einer zweiten Lichtquelle und einer elektronischen Kamera,
2 eine Prinzipskizze der Prüfeinrichtung in einer Ansicht von vorne,
3 eine Prinzipskizze der Prüfeinrichtung in einer Ansicht von oben,
4 eine Prinzipskizze einer Prüfeinrichtung in einer Seitenansicht mit einer weiteren Lichtquelle und einem Empfänger,
5 eine Prinzipskizze der Prüfeinrichtung mit einem Sender und einem Empfänger in einer Ansicht von oben,
6 eine Prinzipskizze der Prüfeinrichtung mit einem Sender und einem Empfänger in einer Ansicht von vorne,
7 eine Prinzipskizze der weiteren Teile der Prüfeinrichtung mit zwei Spiegelflächen,
8 eine Prinzipskizze der weiteren Teile der Prüfeinrichtung mit Prisma,
9 eine Prinzipskizze der gesamten Teile der Prüfeinrichtung.
Die in 1 dargestellte Prüfeinrichtung 1 weist eine als Förderband ausgebildete Fördereinrichtung 4 auf, die durch eine Förderwalze 4.3 und eine Förderwalze 4.3' bewegt wird. Auf dem Förderband 4 ist ein Werkstück 3 vorgesehen, welches zwischen einer ersten Lichtquelle 6.1 und einer zweiten Lichtquelle 6.2 hindurchbewegt wird. Gemäß 1 befindet sich das Werkstück 3 zwischen der ersten Lichtquelle 6.1 und der zweiten Lichtquelle 6.2 auf dem Förderband 4, wobei das Werkstück 3 mit einer Seite 3.2 des Werkstücks 3 auf dem Förderband 4 aufliegt und mit einer entgegengesetzten Seite 3.1 zur ersten Lichtquelle 6.1 hin ausgerichtet ist.
Im Bereich der ersten Lichtquelle 6.1 ist eine elektronische Kamera 5 zur Erfassung bzw. Generierung eines Bildes der Seite 3.1 des Werkstücks 3 angeordnet, wobei die erste Lichtquelle 6.1 die eine Linse der elektronischen Kamera 5 umgibt.
Das Werkstück 3 weist eine Breite B₁ auf, die größer ist als eine Breite B₂ der zweiten Lichtquelle 6.2. Der durch die zweite Lichtquelle 6.2 emittierte Lichtstrahl beleuchtet das Werkstück 3 bzw. die Seite 3.2 gemäß 1 von unten, wobei die Linse der elektronischen Kamera 5 innerhalb eines Kernschattens 2 angeordnet ist. Das Förderband 4 ist hierbei schwarz bzw. lichtabsorbierend ausgebildet, so dass im Bereich der Linse der elektronischen Kamera 5 kein Streulicht der zweiten Lichtquelle 6.2 vorhanden ist.
In der Vorderansicht gemäß 2 ist eine Ausnehmung 4.1 des Förderbands 4 bzw. der beiden Förderbandteile 4, 4' dargestellt. Der Lichtstrahl der zweiten Lichtquelle 6.2 tritt durch die Ausnehmung 4.1 an bzw. in das Werkstück 3 ein. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 5 bzw. die erste Lichtquelle 6.1 befindet sich hierbei ebenfalls im Kernschatten 2 der zweiten Lichtquelle 6.2. Der Kernschatten 2 wird hierbei durch die zweite Lichtquelle 6.2 und das Förderband 4 bzw. 4' gebildet.
In der Ansicht von oben gemäß 3 ist das Werkstück 3 unmittelbar über der zweiten Lichtquelle 6.2 positioniert.
Gemäß 4 ist eine weitere Lichtquelle bzw. ein Sender 7.1 unmittelbar bzw. unterhalb des Werkstücks 3 vorgesehen. Dem Sender 7.1 ist eine optische Fläche bzw. ein Empfänger 7.2 zugeordnet, über den das von der Lichtquelle 7.1 emittierte Licht zur elektronischen Kamera 5 geleitet wird. Durch die Lichtquelle 7.1 wird eine Kontur der unteren Seitenfläche 3.2 des Werkstücks 3 generiert und über die elektronische Kamera 5 erfasst. Eine Auftragung 3.3 auf der Seitenfläche 3.2 wird deutlich sichtbar.
Zwischen der Lichtquelle 7.1 und der elektronischen Kamera 5 kann eine nicht dargestellte Abschirmung angeordnet sein. Die Lichtquelle 7.1 ist hierbei innerhalb der Ausnehmung 4.1 des Förderbands 4 bzw. unterhalb des Werkstücks 3 angeordnet.
Gemäß 5 ist innerhalb der Ausnehmung 4.1 ein Sender 7.1 und ein Empfänger 7.2 vorgesehen, die über einen Lichtstrahl 7.3 in Verbindung stehen. Gemäß 6 sind der Sender 7.1 und der Empfänger 7.2 unterhalb eines ersten Abschirmteils 9.1 bzw. eines zweiten Abschirmteils 9.2 angeordnet, so dass das Werkstück 3 den Sender 7.1 und den Empfänger 7.2 nicht berührt.
Der Lichtstrahl 7.3 ist gemäß 6 unmittelbar unterhalb bzw. im unteren Bereich einer Seitenfläche des Werkstücks 3 positioniert. Durch eine Auftragung 3.3 des Werkstücks 3 wird der Lichtstrahl 7.3 unterbrochen. Diese Unterbrechung wird über den Empfänger 7.2 von einer nicht dargestellten Steuereinheit erfasst.
Gemäß 5 verläuft das erste Abschirmteil 9.1 bzw. das zweite Abschirmteil 9.2 innerhalb der Ausnehmung 4.1 entlang des Förderbands 4 bzw. 4' und schließt gemäß 6 an seiner Oberseite mit einer Oberseite des Förderbands 4 bzw. 4' bündig ab.
Gemäß 1, 2 und 4 sind die elektronische Kamera 5, die erste Lichtquelle 6.1, das Werkstück 3 und die zweite Lichtquelle 6.2 entlang einer nicht dargestellten Raumachse angeordnet.
Gemäß 7 wird mit der Kamera 5 die Mantelfläche bzw. Teilseitenflächen 3.4 eines runden Werkstücks 3, z.B. eines Getränke-Flaschen-Verschlusses, über zwei laterale Umlenk spiegel 10a, 10b geprüft. Das Bildfeld 13 der Kamera 5 deckt dabei beide lateralen Spiegel 10a, 10b ab, so dass das von den Spiegeln 10a, 10b reflektierte Bild von der Kamera 5 erfasst wird. Aufgrund der seitlichen Anordnung der Spiegel 10a, 10b ist ein großer Raumwinkel 13 der Kamera 5 gegeben.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können mit einer Kamera 5 mehrere Teilbereiche bzw. Teilseitenflächen 3.4 des Außenmantels des Werkstücks 3 simultan erfasst werden. Unter Einsatz eines ebenfalls außerhalb des Werkstücks 3 angebrachten, jedoch runden, das Werkstück 3 umschließenden Spiegels 10a, der als Hohlzylinder ausgeführt ist, wird die gesamte Seitenfläche 3.4 durch die Kamera 5 erfasst.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 8 weist neben den beiden Spiegelflächen 10a, 10b eine weitere als Prisma ausgebildete Umlenkeinheit 11 auf. Der Lichtstrahlengang wird dabei ausgehend von den Spiegelflächen 10a, 10b auf das Prisma 11 projiziert, von deren jeweiliger Teilfläche er zur Kamera 5 projiziert wird. Aufgrund der Position des Prismas 11 direkt unterhalb der Kamera 5 ist ein deutlich kleinerer Raumwinkel 13 des Lichtstrahlengangs gegeben und damit eine höhere Auflösung gewährleistet. Das Prisma 11 weist dabei eine zentrische, kegelstumpfförmige Aussparung 11.1 auf, die einen direkten Lichtstrahlengang zwischen der Kamera 5 und zumindest einem Teil des Werkstücks 3 gewährleistet. Der Raumwinkel 13 ist dabei in drei Winkelanteile 13a, 13b, 13c gegliedert, wobei die Winkelanteile 13a, 13b durch den umgelenkten Strahlengang gebildet sind und der Winkelanteil 13c durch den direkten Strahlengang zwischen Kamera 5 und Werkstück 3 gebildet ist.
Gemäß 9 weist die Prüfeinrichtung 1 eine Kamera 5, ein durchsichtiges Förderband 4 mit Werkstück 3, eine erste Lichtquelle 6.1, eine mit Bezug zum Werkstück 3 gegenüberliegende zweite Lichtquelle 6.2 sowie zwei Spiegelflächen 10a, 10b auf, die das Bild von der Teilseitenfläche 3.4 des Werkstücks 3 zur Kamera 5 hin umlenken. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich noch das Prisma 11 unterhalb der Kamera 5 angeordnet, das einen kleineren Raumwinkel 13 gewährleistet.

1: Prüfeinrichtung
2: Kernschatten
3: Werkstück
3.1: Seite des Werkstücks
3.2: Seite des Werkstücks, Seitenfläche
3.3: Auftragung
3.4: Teilseitenfläche, Umfang
4: Förderband, Fördereinrichtung
4': Förderband, Fördereinrichtung
4.1: Ausnehmung
4.2: Oberfläche
4.2': Oberfläche
4.3: Förderwalze
4.3': Förderwalze
5: Bildverarbeitungsvorrichtung, elektronische Kamera
6.1: erste Lichtquelle
6.2: zweite Lichtquelle
7.1: Sender, Diode, Laser, Lichtquelle
7.2: Empfänger
7.3: Messsignal, Lichtstrahl
8.1: erste optische Fläche
9.1: erstes Abschirmteil
9.2: zweites Abschirmteil
10a: Spiegelfläche
10b: Spiegelfläche
11: Umlenkeinheit, Prisma
11.1: Aussparung
13: Raumwinkel, Bildfeld

Claims

Prüfeinrichtung (1) für Werkstücke (3) mit mindestens einer das Werkstück (3) tragenden Fördereinrichtung (4), einer der Fördereinrichtung (4) zugeordneten, eine erste Lichtquelle (6.1) aufweisenden Bildverarbeitungsvorrichtung (5) sowie einer zweiten Lichtquelle (6.2), wobei die erste Lichtquelle (6.1) und die zweite Lichtquelle (6.2) gegenüberliegenden Seiten (3.1, 3.2) des Werkstücks (3) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linse der Bildverarbeitungsvorrichtung (5) innerhalb eines durch die zweite Lichtquelle (6.2) und das Werkstück (3) und/oder innerhalb eines durch die zweite Lichtquelle (6.2) und eine Blende generierten Kernschattens (2) angeordnet ist und die Fördereinrichtung (4) eine Ausnehmung (4.1), wie einen Schlitz, aufweist und/oder durchsichtig ausgebildet ist, wobei der Bildverarbeitungsvorrichtung (5) mindestens zwei Spiegelflächen (10a, 10b) zugeordnet sind, die den Lichtstrahlengang zumindest von einer Teilseitenfläche (3.4) des Werkstücks (3) in Richtung zur Bildverarbeitungsvorrichtung (5) umlenken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder vier Spiegelflächen (10a, 10b) vorgesehen sind, die über den Umfang (3.4) des Werkstücks (3) verteilt angeordnet sind und den Lichtstrahlengang zumindest von den drei oder vier Teilseitenflächen (3.4) des Werkstücks (3) in Richtung zur Bildverarbeitungsvorrichtung (5) umlenken.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildverarbeitungsvorrichtung (5) und den Spiegelflächen (10a, 10b) eine weitere gemeinsame Umlenkeinheit (11) für Lichtstrahlen, wie ein Prisma zugeordnet ist, die das von den Spiegelflächen (10a, 10b) reflektierte Licht in Richtung der Bildverarbeitungsvorrichtung (5) umlenkt, wobei die Umlenkeinheit (11) eine zentrische Aussparung (11.1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumwinkel (13) der Bildverarbeitungsvorrichtung (5) mehrere Winkelanteile (13a, 13b, 13c) aufweist, wobei der Winkelanteil des durch die Spiegelflächen (10a, 10b) reflektierten Strahlengangs mindestens 50 % des Raumwinkels (13) beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtquelle (6.2) eine Breite B₂ aufweist, die kleiner oder gleich groß ist wie die Breite B₃ des Werkstücks (3), und/oder der Kernschatten (2) größer als die Linse der als elektronische Kamera ausgebildeten Bildverarbeitungsvorrichtung (5) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Lichtquelle (6.2) und dem Werkstück (3) mindestens eine Blende angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (4) als Förderband ausgebildet ist und/oder eine dunkle, schwarze und/oder lichtabsorbierende Oberfläche (4.2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Lichtquelle (6.2) und dem Werkstück (3) eine optische Linse und/oder ein Lichtleiter angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle (6.1) und die zweite Lichtquelle (6.2) mit Bezug zur Bewegungsrichtung des Werkstücks (3) versetzt angeordnet sind.
Prüfeinrichtung (1) für Werkstücke (3) mit mindestens einer das Werkstück (3) tragenden, eine Ausnehmung (4.1) oder einen Schlitz aufweisenden Fördereinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Ausnehmung (4.1) ein Sender (7.1) und ein Empfänger (7.2) vorgesehen sind, wobei ein vom Sender (7.1) emittiertes Messsignal (7.3) unmittelbar unterhalb des positionierten Werkstücks (3) zwischen dem Sender (7.1) und dem Empfänger (7.2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der als Lichtquelle ausgebildete Sender (7.1) und der als optische Fläche ausgebildete Empfänger (7.2) auf der Höhe des Förderbands (4) vorgesehen sind, wobei der Sender (7.1) mit Bezug zum Werkstück (3) in etwa gegenüber dem Empfänger (7.2) angeordnet ist und der Sender (7.1) über einen Lichtstrahl (7.3) und den Empfänger (7.2) der elektronischen Kamera (5) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sender (7.1) und dem Werkstück (3) ein erstes Abschirmteil (9.1) und zwischen dem Empfänger (7.2) und dem Werkstück (3) ein zweites Abschirmteil (9.2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7.1) und der Empfänger (7.2) an gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmung (4.1), quer zur Bewegungsrichtung des Werkstücks (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7.1) als Diode, Laser, Lichtleiter oder als Glühmittel ausgebildet ist und mit dem Empfänger (7.2) eine Lichtschranke bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Werkstücks (3) ein punktförmiger oder linienförmiger Triangulationssensor, ein kapazitiver Sensor und/oder ein Tiefensensor mit entfernungsabhängiger Empfindlichkeitscharakteristik angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Werkstücks (3), auf der Höhe einer Begrenzungsfläche des Werkstücks (3) ein mechanischer Widerstand angeordnet ist, wobei dem Widerstand ein Kraft- und/oder Bewegungssensor zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich eines Kamera-Bildfelds über die als Umlenkspiegel dienende optische Fläche (7.2), die zwischen den Förderbändern (4, 4') angebracht ist, auf eine Beleuchtung (7.1.) gerichtet ist, wobei der Umlenkspiegel (7.2) und die Beleuchtung (7.1) knapp unterhalb der Oberkante des Fördermediums örtlich so angeordnet sind, dass im Strahlengang zwischen dem Umlenkspiegel (7.2) und der Beleuchtung (7.1) die zu detektierende Auftragung (3.3) zu liegen kommt und die durch die Beleuchtung (7.1) und die Auftragung (3.3) generierte Kontur der Seitenfläche (3.2) über den Umlenkspiegel (7.2) von der elektronischen Kamera (5) erfaßt und von einem nachgeordneten Bildverarbeitungssystem ausgewertet wird.
Verfahren zum Prüfen eines Werkstücks (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Werkstück (3) durch die erste Lichtquelle (6.1) und/oder die zweite Lichtquelle (6.2) beleuchtet wird, b) die elektronische Kamera (5) während der Beleuchtung durch die zweite Lichtquelle (6.2) im Kernschatten (2) des Werkstücks (3) und/oder einer Blende angeordnet wird, c) während der Beleuchtung des Werkstücks (3) durch die erste Lichtquelle (6.1) und während der Beleuchtung durch die zweite Lichtquelle (6.2) mittels der elektronischen Kamera (5) ein Bild generiert wird, d) das Bild in einem nachgeordneten Bildverarbeitungsrechner auf Fehlerkriterien des Werkstücks hin untersucht wird und ein Ausschleussignal erzeugt wird.
Verfahren zum Prüfen eines Werkstücks (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Werkstück (3) durch eine weitere Lichtquelle (7.1) von einer Seite beleuchtet wird und die Kontur einer Seitenfläche des Werkstücks (3) von der elektronischen Kamera (5) erfasst wird, b) der Lichtstrahl der weiteren Lichtquelle (7.1) durch eine erste optische Fläche (8.1) zur elektronischen Kamera (5) umgelenkt wird.
Verfahren zum Prüfen eines Werkstücks (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Werkstück (3) zumindest mit einer Seitenfläche unmittelbar an einem Messsignal (7.3) einer Sender-Empfänger-Einheit (7.1, 7.2) vorbeigeführt wird, b) das Messsignal (7.3) durch eine Auftragung (3.3) auf der Seitenfläche beeinflusst und/oder unterbrochen wird.