DE112016004651B4 - Ultraschall-abstandssensor und werkstückidentifikationsvorrichtung, die diesen enthält - Google Patents

Ultraschall-abstandssensor und werkstückidentifikationsvorrichtung, die diesen enthält Download PDF

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Abstract

Ultraschall-Abstandssensor zum Aussenden von Ultraschallwellen an einen Gegenstand, Empfangen reflektierter Wellen, und Messen der Zeit zwischen Aussendung und Empfang, wobei der Ultraschall-Abstandssensor Folgendes umfasst:ein Hauptkörpergehäuse, das an einem Ende ein Ultraschallelement enthält;ein transparentes Gehäuse, das am Hauptkörpergehäuse befestigt ist;einen Photoreflektor, der an einer Stelle des transparenten Gehäuses vorgesehen ist und einen Lichtemissionsteil und einen Lichtempfangsteil enthält; undeine Schalteinheit, die dafür eingerichtet ist, auf Basis einer Ausgabe vom Photoreflektor zwischen einem Einrichtungsmodus, in dem eine Befestigungsposition des Hauptkörpergehäuses eingestellt wird, und einem Messmodus, in dem der Gegenstand gemessen wird, umzuschalten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschall-Abstandssensor, der Werkstücke auf einer Förderlinie oder dergleichen durch Nutzung von Schallwellen als ein Medium erkennt, sowie eine Werkstückidentifikationsvorrichtung, die diesen enthält.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren diversifizierte sich seitens der Kunden die Nachfrage bezüglich spezifischer technischer Eigenschaften von Produkten. Um diese diversifizierte Nachfrage zu befriedigen, stieg die Anzahl der Fälle , bei denen Produktspezifikationen bezüglich entsprechender Bestimmungs- bzw. Verwendungsorte der Produkte differenziert sind. Außerdem wurden, um den Kundenwünschen zu entsprechen, neue Modelle hinzugefügt und die Anzahl der Produktarten wurde zunehmend gesteigert.
  • Deshalb ist es erforderlich, verschiedene Modellarten in einer kleinen Menge herzustellen (Kleinserienfertigung mit hoher Produktvarianz durchführen) ohne das Tempo des Arbeitsablaufs durch Veränderung der typischen technischen Einrichtung, welche die Großserienfertigung mit geringer Produktvarianz durchführte, zu verringern.
  • Verschiedene Aufgaben sind zu lösen, um die uneinheitliche, vermischte Fertigung diverser Produktarten in einer typischen technischen Einrichtung (Linie) zu bewerkstelligen. Die augenfälligste Aufgabe besteht darin, eine Mehrzahl von Arten von Werkstücken zu bestimmen, die sich dem Band (z. B. Fließband) entlang bewegen, um somit die Fließbandfertigung oder Bearbeitungsleistungen für jede Produktart unterschiedlich und unverwechselbar auszuführen.
  • Beispielsweise ist in einer Produktionsstätte für Automotoren eine Förderlinie für Zylinderblöcke, bei denen es sich um Gussteile oder dergleichen handelt, vorhanden. In vielen Fällen wird eine Mehrzahl von Arten an Zylinderblöcken, die als Werkstücke dienen, entlang dieser Förderlinie bewegt. Deshalb ist es erforderlich, Arten von Zylinderblöcken zu identifizieren und die Zylinderblöcke den Arten entsprechend an einem Eintritt oder Austritt der Förderlinie zu sortieren. Außerdem ist bekannt, dass im Allgemeinen anstelle eines berührungsorientierten Abstandssensors die folgenden Erkennungsverfahren genutzt werden. Im Besonderen wird ein Barcode, bei dem es sich um einen vorstehenden Teilbereich handelt, auf einem Gussteil oder dergleichen, das sich entlang der Förderlinie bewegt, ausgeprägt. Dieser Barcode wird mit Licht aus einer Lichtemissionsquelle schräg bestrahlt und deshalb wird ein Schatten dieses Barcodes gebildet. Dann wird ein Bild dieses Schattens von einer TV-Kamera aufgenommen und eine vorher festgelegte Informationsverarbeitung wird ausgeführt. So wird die Art des Gussteils oder dergleichen bestimmt.
  • Des Weiteren wird außerdem das folgende Erkennungsverfahren ausgeführt. Ein Barcode, bei dem es sich um einen vorstehenden Teilbereich handelt, wird einstückig mit einer Referenzleiste auf einer Umfangsfläche eines Zylinderblocks gegossen, d. h. ein Gussteil dient als ein zu identifizierendes Ziel. Eine Modellnummer, eine Formnummer und dergleichen werden durch die Anzahl vorstehender Teilbereiche und Abstände dazwischen ausgedrückt. Die Modellnummer, die Formnummer und dergleichen werden mit einer TV-Kamera erkannt.
  • Des Weiteren ist, wie beispielsweise in Patentliteratur 1 offenbart, auch die folgende Verfahrenstechnik bekannt. Um die Anzahl einstückig gegossener vorstehender Teilbereiche, mit anderen Worten: Referenzleisten, zu senken, wird ein Gussteil oder dergleichen durch Erlangen der Breiten und Höhen der Leisten erkannt. Eine Mehrzahl von Arten von Gusstei len oder dergleichen wird durch Verändern der Höhen oder der Breiten der Leisten für jede Art von Gussteil oder dergleichen bestimmt.
  • Des Weiteren ist, wie beispielsweise in Patentliteratur 2 offenbart, auch die folgende Verfahrenstechnik bekannt. Um verschiedene Arten von Werkstücken, die einem Förderband zugeführt werden, einwandfrei zu bestimmen, werden ein Abstand von der Oberfläche eines Werkstücks und das Vorhandensein/Fehlen einer Sacklochbohrung auf der Oberfläche eines Werkstücks und eine Position davon durch einen Abstandslasersensor, der als ein optisches Messgerät dient, erlangt.
  • Des Weiteren ist, wie beispielsweise in Patentliteratur 3 offenbart, auch die folgende Verfahrenstechnik bekannt. Durch optisches Prüfen einer äußeren Form ohne Berührung, anstelle des Einsatzes eines berührungsorientierten Abstandssensors, wird eine hochgradig präzise Erkennung ausgeführt, ohne dass eine schädliche Einwirkung, wie beispielsweise eine Positionsverlagerung eines Werkstücks, eintritt.
  • Des Weiteren ist, wie beispielsweise in Patentliteratur 4 offenbart, auch die folgende Verfahrenstechnik bekannt. Bei einem Ultraschallsensor unterscheidet sich, abhängig vom Material eines Gegenstands, eine Reflexionsmenge oder Übertragungsmenge von Ultraschallwellen. Um eine durch diese Tatsache verursachte Fehl- bzw. Falscherkennung zu verhindern und eine zuverlässige Erkennung zu erzielen, berechnet eine Abstandsberechnungseinheit einen Abstand von einem Gegenstand auf Basis der Zeit zwischen einem Zeitpunkt, zu dem Ultraschallwellen emittiert werden, und einem Zeitpunkt, zu dem reflektierte Wellen erkannt werden. Die Art des Gegenstands wird auf Basis des berechneten Abstands und einer von einer Ultraschallwellen-Sende- und Empfangseinheit empfangenen Empfangsmenge berechnet.
  • Des Weiteren ist, wie beispielsweise in Patentliteratur 5 offenbart, auch die folgende Verfahrenstechnik bekannt. Ein Photoreflektor wird als Auslöseschalter einer Kamera genutzt, um das berührungslose Auslösen einer Kamera zu bewerkstelligen und einen Einfluss einer durch eine Auslösetätigkeit bewirkten Erschütterung der Kamera zu verringern. Zudem beschreibt die US 2008/0110265 A1 allgemein Projektoren und insbesondere einen Projektor, der in der Lage ist, projizierte Bilder automatisch einzustellen, und ein Autofokussierungsverfahren, das in dem Projektor verwendet wird. Der Projektor zum automatischen Einstellen von Bildern, die auf einen Bildschirm projiziert werden, umfasst ein Detektionsmodul zum Detektieren der Ausbreitungszeit für die emittierte Ultraschallwelle, die vom Projektor gesendet wird, um vom Bildschirm als reflektierte Ultraschallwelle zurückgestrahlt und vom Projektor empfangen zu werden, sowie ein Verarbeitungsmodul zum Berechnen eines Abstands zwischen dem Projektor und dem Bildschirm basierend auf der Ausbreitungszeit sowie das Ausgeben von Steuersignalen, und eines Einstellmoduls zum Einstellen optischer Parameter eines optischen Moduls gemäß den Steuersignalen. Aus der JP H10-255 578 A ist ein Schaltergerät bekannt, von dem ein Signal ausgegeben wird, wenn es mit dem Finger berührt wird und wenn es gedrückt wird. Dabei sind eine transparente Tastenkappe und ein Schalter vorgesehen, der mittels der Tastenkappe ein- und ausgeschaltet wird. Ein Licht emittierendes Element, das Licht zu der Bedienoberfläche der Tastenkappe ausgibt, und ein Licht empfangendes Element, das das Licht von der Richtung der Bedienoberfläche der Tastenkappe empfängt, sind an der Rückseite der Tastenkappe vorgesehen. Wenn die Tastenkappe durch Finger oder dergleichen berührt wird, wird das von dem lichtemittierenden Element ausgegebene Licht durch das Lichtempfangselement durch die Tastenkappe empfangen, und die Berührung des Fingers mit der Tastenkappe wird detektiert der Empfang des Lichts. Das Drücken der Tastenkappe wird vom Ausgang des Schalters erfasst.
  • LISTE VON ENTGEGENHALTUNGEN - PATENTLITERATUR
  • PATENTLITERATUR 1:
    • PATENTLITERATUR 1: JP H08- 287 175 A
    • PATENTLITERATUR 2: JP 2008-119 786 A
    • PATENTLITERATUR 3: JP 2004-294 095 A
    • PATENTLITERATUR 4: JP 2006-292 634 A
    • PATENTLITERATUR 5: JP H06-160 971 A
    • PATENTLITERATUR 6: US 2008/0110265 A1
    • PATENTLITERATUR 7: JP H10-255 578 A
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
  • Bei der vorstehend erwähnten artverwandten Technik ist es bei einem Fall, bei dem Werkstücke durch Berührung auf einer Förderlinie zur Montage oder Bearbeitung erkannt werden, aufgrund einer Positionsverlagerung der Werkstücke oder dergleichen schwierig, eine hochgradig präzise Erkennung durchzuführen. Außerdem besteht eine Möglichkeit einer Funktionsstörung oder eines durch eine Erschütterung verursachten Bruchschadens. Aus diesem Grund sind jene Technologien nicht realistisch nutzbar.
  • Des Weiteren werden in dem Fall einer optischen TV-Kamera oder eines optischen Abstandslasersensors die optische TV-Kamera oder der Abstandslasersensor durch ein Umfeld beeinflusst bzw. beeinträchtigt, in dem sich die Förderlinie befindet. Es ist beispielsweise erforderlich, ein Modell unmittelbar vor der Bearbeitung in einer Werkzeugmaschine, wie beispielsweise einem Bearbeitungszentrum, zu identifizieren. Dieses Bearbeitungszentrum verfügt über eine automatische Werkzeugwechselfunktion und führt zweckabhängig verschiedene Bearbeitungsarten, wie beispielsweise Fräsen, Bohren, Stanzen und Gewindebohren aus. In einem Umfeld, in dem Mikropartikel, wie beispielsweise Ölnebel und Staub, vorhanden sind, werden Licht oder Laser aufgrund von deren Einfluss bzw. Einwirkung in der optischen Einheit zerstreut. Deshalb ist es schwierig, eine präzise Erkennung zu erzielen. Somit ist es außerordentlich schwierig, eine große Anzahl von Modellen zu identifizieren.
  • Des Weiteren sind in einem Fall, bei dem ein Wirbelstrom-Abstandssensor eingesetzt wird, der ein Hochfrequenz-Magnetfeld nutzt und widerstandsfähig gegenüber Staub, Wasser, Öl und dergleichen ist, die Genauigkeit hoch und eine Reaktionsgeschwindigkeit schnell, wohingegen ein messbarer Abstand kurz ist, d. h. ungefähr einige Millimeter. Deshalb wird ein Wirbelstrom-Abstandssensor an der Förderlinie des Bearbeitungszentrums oder dergleichen nicht in geeigneter Weise genutzt.
  • Des Weiteren ist in einem Fall, bei dem ein Ultraschall-Abstandssensor, der Schallwellen als ein Medium nutzt, eingesetzt wird, ein Messabstand lang. Deshalb wird ein Ultraschall-Abstandssensor an der Förderlinie in geeigneter Weise genutzt. Wenn jedoch dieser Ultraschall-Abstandssensor auf simple Weise genutzt wird, ist die Genauigkeit niedriger als jene anderer Verfahren. Des Weiteren wird die Größe einer zu messenden Oberfläche zwangsläufig vergrößert. Deshalb ist es zur Bestimmung einer großen Anzahl von Modellen erforderlich, eine zu messende Oberfläche eines Werkstücks entsprechend zu vergrößern.
  • Insbesondere wird in einem Fall, bei dem eine große Anzahl von Modellen durch den Ultraschall-Abstandssensor erkannt werden, die große Anzahl von Modellen durch Nutzung der Zeit des Eintreffens von Ultraschallwellen, die von einer Oberfläche des Werkstücks reflektiert werden, erkannt bzw. bestimmt. Deshalb wird für jedes Modell ein Schwellenwert festgelegt und die Zeit des Eintreffens wird mit diesem Schwellenwert verglichen. Und somit wird eine Stellung bestimmt.
  • Des Weiteren werden bei der in Patentliteratur 4 offenbarten Technologie im Vorhinein ein Schwellenwert einer Empfangsmenge und ein Schwellenwert eines Abstands als Schwellenwerte auf einfache Weise in einer Einstelleinheit festgelegt und die Erkennung wird ausgeführt. Deshalb wird nicht berücksichtigt, dass die Zeit des Eintreffens in Abhängigkeit von einer Messumgebung schwankt. Somit ist es selbst in einem Fall, bei dem jeder Schwellenwert als ein bestimmter Wert angegeben wird oder ein Bereich eines jeden Schwellenwerts festgelegt wird, insbesondere beispielsweise die Temperatur, schwierig, eine große Anzahl von Modellen in Abhängigkeit von einer Messumgebung zu bestimmen. Wenn insbesondere ein als ein Schwellenwert dienender Wertebereich einfach festgelegt wird, um eine Schwankung zuzulassen, umfasst dieser Schwellenwert eine übermäßig große Toleranz. In diesem Fall muss, wenn eine Mehrzahl von Modellen bestimmt wird, die Anzahl bestimmbarer Modelle gering sein.
  • Des Weiteren ist es in einem Fall, bei dem Werkstücke durch den Ultraschall-Abstandssensor an der Förderlinie bestimmt werden, erforderlich, nicht nur einen Schwellenwert festzulegen, sondern auch eine Befestigungsposition eines Hauptkörpers des Ultraschall-Abstandssensors, wie beispielsweise eine Position und eine Richtung davon, vor dem Festlegen einzustellen. Diese Einstellung ist umso schwieriger, je mehr die Anzahl der Modelle erhöht wird. Dann wird nach Positionseinstellung und der Einrichtung hiervon die Messung durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt, in einem Einrichtungsmodus, muss der Ultraschall-Abstandssensor nichts an die Einstellungseinheit der Schwellenwerte oder eine Messeinheit ausgeben. Deshalb ist es erforderlich, einen Schalter zum Umschalten des Ultraschall-Abstandssensors selbst vom Einrichtungsmodus in einen Messmodus vorzusehen.
  • In einem Fall, bei dem ein mechanischer Schalter auf einfache Weise am Ultraschall-Abstandssensor befestigt ist, kann eine Position von diesem selbst dann verlagert werden, wenn der mechanische Schalter positioniert und angebracht werden kann, um eine Empfangsstärke von Ultraschallwellen zu steigern. Dies hat seinen Grund darin, dass eine Erschütterung übertragen wird, wenn der Schalter betätigt wird. In Anbetracht dessen wird ein Photoreflektor in geeigneter Weise als der Schalter genutzt, wie in Patentliteratur 5 dargestellt. Wenn jedoch der Photoreflektor einfach im Baukörper des Ultraschall-Abstandssensors vorgesehen ist, ist es unmöglich, festzustellen, ob eine Positionseinstellung abgeschlossen ist oder nicht. Des Weiteren ist zum Einsatz des Photoreflektors an der Förderlinie eine Gegenmaßnahme gegen Staub und dergleichen wichtig.
  • Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Probleme der vorstehend erwähnten artverwandten Technik zu lösen. Des Weiteren ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, selbst in einem Fall, bei dem sich eine große Anzahl von Modellen als Werkstücke in gemischter Anordnung eine Förderlinie entlang bewegt, Arten der jeweiligen Modelle an einem Eintritt oder Austritt der Förderlinie sicher zu identifizieren. Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, eine große Anzahl von Modellen, insbesondere an einer Förderlinie von Zylinderblöcken in einer Produktionsstätte für Automotoren, zu identifizieren, und für jedes Modell abgeänderte Bearbeitungsarbeiten sowie Sortierarbeiten für Zylinderblöcke entsprechend einem jeden Modell präziser durchzuführen, und dabei die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
  • LÖSUNG DER AUFGABE
  • Um die vorstehende Zielsetzung zu erreichen, umfasst die vorliegende Erfindung einen Ultraschall-Abstandssensor zum Senden von Ultraschallwellen an einen Gegenstand, Empfangen reflektierter Wellen der Ultraschallwellen und Messen der Zeit zwischen Senden und Eintreffen, wobei der Ultraschall-Abstandssensor Folgendes umfasst: ein Hauptkörpergehäuse, das an einem Ende ein Ultraschallelement enthält; ein am Hauptkörpergehäuse angebrachtes transparentes Gehäuse; einen Photoreflektor, der an einer Stelle des transparenten Gehäuses vorgesehen ist und einen Lichtemissionsteil und einen Lichtempfangsteil umfasst; sowie eine Schalteinheit, die dafür eingerichtet ist, zwischen einem Einrichtungsmodus, in dem eine Befestigungsposition des Hauptkörpergehäuses eingestellt wird, und einem Messmodus, in dem der Gegenstand auf Basis der Ausgabe vom Photoreflektor gemessen wird, umzuschalten.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ultraschall-Abstandssensor ist es wünschenswert, dass dieser eine LED enthält, die dafür eingerichtet ist, eingeschaltet zu sein, um eine Lichtmenge, basierend auf einer Intensität empfangener reflektierter Wellen, aufzuweisen.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ultraschall-Abstandssensor ist es wünschenswert, dass dieser ein Ultraschallelement enthält, das dafür eingerichtet ist, Ultraschallwellen auszusenden und reflektierte Wellen zu empfangen, wenn der Lichtempfangsteil einen Lichteingang entgegennimmt, sowie eine Intensitätserkennungseinheit, die dafür eingerichtet ist, eine Intensität empfangener reflektierter Wellen zu identifizieren.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ultraschall-Abstandssensor ist es wünschenswert, dass das transparente Gehäuse über eine Dichtung am Hauptkörpergehäuse angebracht ist.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ultraschall-Abstandssensor ist es wünschenswert, dass das transparente Gehäuse an einem anderen Ende, d. h. an einer dem Ende, an dem sich das Ultraschallelement befindet, entgegengesetzten Seite, vorgesehen ist.
  • Um die vorstehende Zielsetzung zu erreichen, umfasst die vorliegende Erfindung eine Werkstückidentifikationsvorrichtung zur Erkennung bzw. Bestimmung eines Modells eines Werkstücks, das auf einer Förderlinie platziert ist und an einer vorbestimmten Stelle einen Teilbereich zur Erkennung aufweist, wobei die Werkstückidentifikationsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Hauptsensor und einen untergeordneten Sensor, die dafür eingerichtet sind, Ultraschallwellen an den zu identifizierenden Teilbereich auszusenden, reflektierte Wellen zu empfangen, und die Zeit zwischen Aussendung und Empfang zu messen; einen Hauptsensor und einen untergeordneten Sensor, wobei der Hauptsensor und der untergeordnete Sensor ein Hauptkörpergehäuse mit einschließen, das an einem Ende ein Ultraschallelement enthält, ein am Hauptkörpergehäuse angebrachtes transparentes Gehäuse mit einschließen, sowie einen an einer Stelle des transparenten Gehäuses vorgesehenen Photoreflektor, der einen Lichtemissionsteil und einen Lichtempfangsteil umfasst; sowie eine Schalteinheit, die dafür eingerichtet ist, zwischen einem Einrichtungsmodus, in dem eine Befestigungsposition des Hauptkörpergehäuses eingestellt wird, und einem Messmodus, in dem das Werkstück auf Basis der Ausgabe vom Photoreflektor gemessen wird, umzuschalten.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Werkstückidentifikationsvorrichtung ist es wünschenswert, dass diese eine LED enthält, die dafür eingerichtet ist, eingeschaltet zu sein, um eine Lichtmenge, basierend auf einer Intensität empfangener reflektierter Wellen, aufzuweisen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Werkstückidentifikationsvorrichtung ist es wünschenswert, dass der Hauptsensor und der untergeordnete Sensor eine LED enthalten, die dafür eingerichtet ist, eingeschaltet zu sein, um eine Lichtmenge, basierend auf einer Intensität empfangener reflektierter Wellen, aufzuweisen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Werkstückidentifikationsvorrichtung ist es wünschenswert, dass diese ein Ultraschallelement enthält, das dafür eingerichtet ist, Ultraschallwellen auszusenden und reflektierte Wellen zu empfangen, wenn der Lichtempfangsteil einen Lichteingang entgegennimmt, sowie eine Intensitätserkennungseinheit, die dafür eingerichtet ist, eine Intensität empfangener reflektierter Wellen zu identifizieren.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Werkstückidentifikationsvorrichtung ist es wünschenswert, dass der Hauptsensor und der untergeordnete Sensor an einer Stelle angeordnet sind, die dem zu identifizierenden Teilbereich zugewandt ist, und das Modell identifizieren, indem ein Niveauunterschied zwischen einer Oberfläche des dem Hauptsensor zugewandten zu identifizierenden Teilbereichs und einer Oberfläche des dem untergeordneten Sensor zugewandten zu identifizierenden Teilbereichs erkannt wird.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein transparentes Gehäuse, das an einem Hauptkörpergehäuse, in dem ein Ultraschallelement angeordnet ist, angebracht ist, und ein an einer Stelle des transparenten Gehäuses vorgesehener Photoreflektor vorgesehen. Ein Einrichtungsmodus, in dem eine Befestigungsposition des Hauptkörpergehäuses eingestellt wird, und ein Messmodus, in dem ein Gegenstand gemessen wird, werden auf Basis der Ausgabe vom Photoreflektor geschaltet. Deshalb wird in einem Fall, bei dem die Positionierung in einer derartigen Weise ausgeführt wird, dass eine Empfangsstärke von Ultraschallwellen im Einrichtungsmodus gesteigert wird, die Position nicht verlagert, wenn der Modus nach der Positionierung in den Messmodus umgeschaltet wird. Dadurch wird es möglich, eine große Anzahl von Modellen von Werkstücken sicher zu erkennen. Insbesondere ist es möglich, eine Mehrzahl von Modellen präzise zu identifizieren, vornehmlich auf einer Förderlinie von Zylinderblöcken in einer Produktionsstätte von Automotoren, wodurch die Zuverlässigkeit erhöht wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Konfigurationszeichnung, bei der eine Werkstückidentifikationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Werkzeugmaschine oder dergleichen angewendet wird.
    • 2 ist ein Blockdiagramm der Identifikationsverarbeitung in einer Ausführungsform.
    • 3 ist eine erläuternde Ansicht einer Identifikationsform eines Werkstücks und der Bearbeitung in einer Ausführungsform.
    • 4 ist eine erläuternde Ansicht der Zuordnung (Mastering) von Werkstücknummern in einer Ausführungsform.
    • 5 ist eine erläuternde Ansicht der Identifikation von Werkstücknummern in einer Ausführungsform.
    • 6 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Durchmesser eines Lichtpunkts, einer Schwingungsfrequenz und einem Abstand eines U ltraschall-Abstandssensors.
    • 7 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Energiedichte, einer Schwingungsfrequenz und einem Abstand eines Ultraschall-Abstandssensors.
    • 8 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Durchmesser eines Lichtpunkts, einer Schwingungsfrequenz und einem Abstand eines Ultraschall-Abstandssensors gemäß einer Ausführungsform.
    • 9 ist ein Diagramm eines Ausgabewertes bezüglich der Zeit in einem typischen Ultraschall-Abstandssensor.
    • 10 ist ein Diagramm eines Ausgabewertes bezüglich der Zeit in einem typischen Ultraschall-Abstandssensor gemäß einer Ausführungsform.
    • 11 ist eine erläuternde Ansicht eines Erkennungseffekts, abhängig von einer Temperaturänderung, in einem typischen Ultraschall-Abstandssensor gemäß einer Ausführungsform.
    • 12 ist eine erläuternde Ansicht eines Messintervalls in einem typischen Ultraschall-Abstandssensor gemäß einer Ausführungsform.
    • 13 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens der Festlegung eines Schwellenwerts in einer Ausführungsform.
    • 14 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem in einer Ausführungsform Schwellenwerte entsprechenden Werkstücknummern zugeordnet werden.
    • 15 ist eine perspektivische Ansicht einer äußeren Erscheinungsform von Ultraschall-Abstandssensoren gemäß einer Ausführungsform.
    • 16 ist ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsflusses von einem Einrichtungsmodus zu einem Messmodus in einer Ausführungsform.
    • 17 ist ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsflusses von einem Einrichtungsmodus zu einem Messmodus in einer Ausführungsform (Fortsetzung von 16).
    • 18 ist ein Blockdiagramm, das sich auf das Umschalten von einem Einrichtungsmodus zu einem Messmodus in einer Ausführungsform bezieht.
    • 19 ist eine Schnittzeichnung der Teile einer Schalteinheit in einer Ausführungsform.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Bei der Autoherstellung wird eine Kleinserienfertigung mit hoher Produktvarianz gewünscht, um der Diversifikation der Kundenbedürfnisse hinsichtlich Autos zu entsprechen. Bei einer derartigen Kleinserienfertigung mit hoher Produktvarianz ist im Hinblick auf die Produktionseffizienz, die Gesamtlänge des Montagebandes, die Kosten der Zusatzausrüstung, eine Betriebsgeschwindigkeit des Montagebands und dergleichen im Vergleich mit der Produktmontage auf einem Band, das jedem einzelnen Modell zugewiesen ist, zu bevorzugen, Produkte auf einem Band mit Erzeugnissen für mehrere unterschiedliche Modelle, kompatibel mit einer großen Modellanzahl, zu montieren. Abhängig von den Modellen unterscheiden sich die Art der zur Produktmontage erforderlichen Arbeiten, die zur Fertigstellung von Produkten benötigten Arbeitsstunden, die für jede Arbeitseinheit benötigte Zeit und dergleichen, erheblich.
  • 1 ist eine Konfigurationszeichnung, bei der eine Werkstückidentifikationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Bearbeitungszentrum, d. h. einer Werkzeugmaschine, angewendet wird. Ein Werkstück 6 ist ein Zylinderblock. Dieser Zylinderblock enthält eine Mehrzahl von Kolben. Eine Kurbelwelle ist an einem Kurbelgehäuseteil in einem unteren Teil des Zylinderblocks angebracht.
  • Im Allgemeinen wird Gusseisen oder ein aus Aluminiumlegierung gefertigtes Gussteil als der Zylinderblock verwendet. Verschiedene Arten von Werkstücken 6 werden einer Förderlinie gemischt zugeführt. Eine Förderlinie für Zylinderblöcke ist in einer Produktionsstätte für Automotoren vorhanden. In vielen Fällen wird eine Mehrzahl von Arten an Zylinderblöcken, die als Werkstücke dienen, entlang dieser Förderlinie bewegt. Deshalb muss ein Modell, das einen Typ eines Zylinderblocks darstellt, an einem Eintritt oder Austritt einer Förderlinie erkannt werden.
  • Des Weiteren handelt es sich bei dem Bearbeitungszentrum um eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, die verschiedene Bearbeitungsarten, wie beispielsweise Fräsen, Stanzen, Bohren und Gewindebohren, ohne Wechsel der Anbau- bzw. Zusatzgeräte, ausführt. In 1 bezeichnet beispielsweise ein Bezugszeichen 5 ein Maschinenwerkzeug, das die Stanzbearbeitung ausführt. Des Weiteren führen eine große Anzahl von in einem Werkzeugmagazin gelagerten Schneidwerkzeugen automatisch die Bearbeitung als Reaktion auf ein Kommando der CNC-Steuerung aus. Diese Werkzeugmaschine enthält eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung. Des Weiteren sind bekannt: eine Werkzeugmaschine, die einen Bearbeitungstisch bei hoher Drehzahl drehen kann und das Drehen mittels eines an einer Hauptwelle befestigten Werkzeugeinsatzes durchführt, eine Werkzeugmaschine, die einen Schleifstein anstelle eines Fräswerkzeugs nutzt, sowie eine Werkzeugmaschine, die eine Sonde zum Messen von Abmessungen enthält. Ein Hauptzweck ist das Bearbeiten. Folglich sind Mikropartikel, wie beispielsweise Ölnebel und Staub, in einem Umfeld vorhanden, in dem das Bearbeitungszentrum installiert ist. Um Gussteile, wie beispielsweise Zylinderblöcke, in einem derartigen Umfeld zu identifizieren, wird wünschenswerterweise ein Ultraschall-Abstandssensor eingesetzt.
  • Ein Zylinderblock, bei dem es sich um das Werkstück 6 handelt, wird auf der Förderlinie platziert. Dieser Zylinderblock wird in Richtung eines Pfeiles A transportiert und wird angehalten. Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnen Ultraschall-Abstandssensoren. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Hauptsensor. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen untergeordneten Sensor. Ultraschallwellen werden an einen zu identifizierenden Teilbereich ausgesendet, der an einer vorbestimmten Stelle des Werkstücks 6 an einer Stelle vorhanden ist, an der das Werkstück 6 angehalten wird. Ein Modell wird mittels empfangener reflektierter Wellen erkannt.
  • Ein Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Sensoreinheit, die bei Nutzung des Hauptsensors 1 und des untergeordneten Sensors 2 Messung und Erkennung durchführt. Diese Sensoreinheit empfängt von einer Werkzeugmaschinensteuerung 4 eine Anweisung, mit der Messung zu beginnen, und sendet ein Erkennungsergebnis. Die Werkzeugmaschinensteuerung 4 empfängt das Erkennungsergebnis und erteilt dann eine Anweisung, das Werkstück 6 zu einer bearbeitbaren Position, dargestellt mit einer gestrichelten Linie, zu bewegen. Dann erteilt die Werkzeugmaschinensteuerung 4 eine Anweisung zur Durchführung der Bearbeitung an eine Werkzeugmaschine 5, wobei die Anweisung vom Erkennungsergebnis, und zwar dem von der Sensoreinheit 3 empfangenen Modell, abhängt. Die Anweisung zur Bearbeitung bezieht sich beispielsweise auf eine Größe, eine Position und dergleichen eines Lochs, die als Vorgaben bei der Stanzbearbeitung dienen, und bezieht sich auf eine Drehzahl und dergleichen, die als Bearbeitungsbedingungen dienen.
  • Hierin weisen Ultraschallwellen eine hervorragende Konvergenzeigenschaft und eine hervorragende Direktionalität auf. Des Weiteren sind Ultraschallwellen Druckwellen der Luft. Folglich ist ein Einfluss der Streuung von Mikropartikeln in der Luft im Vergleich zu einem Fall der Optischen gering. Somit ist es möglich, eine stabile Messung selbst in einem Umfeld mit Ölnebel und Staub, in dem die Werkzeugmaschine 5 installiert ist, durchzuführen. Des Weiteren ist es durch Nutzung von Ultraschallwellen möglich, verschiedene Werkstoffe bzw. Materialien, wie beispielsweise Metall, Holz, Glas, Gummi, Pulver und Flüssigkeit, als ein zu messendes Objekt (Werkstück 6) berührungslos zu messen. Außerdem ist es möglich, die Messung selbst an einer entfernten Stelle, d. h. an einer Stelle, die sich mehrere hundert Millimeter vom Werkstück 6 entfernt befindet, durchzuführen.
  • Der Ultraschall-Abstandssensor erkennt das Vorhandensein/die Abwesenheit eines Gegenstands und einen Abstand vom Gegenstand, indem bewirkt wird, dass ein Sender Ultraschallwellen an den Gegenstand aussendet und ein Empfänger dessen reflektierte Wellen empfängt. Ein Ultraschallelement wird zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen verwendet. Bei dem Ultraschallelement handelt es sich um ein Element, das Ultraschallwellen durch Nutzung eingesetzter elektrischer Energie erzeugt, oder um ein Element, das Schwingungsenergie von Ultraschallwellen in elektrische Signale umwandelt. Bei dem Ultraschallsensor kann es sich normalerweise um einen Bariumtitanat-Oszillator handeln, der ein piezoelektrisches Phänomen nutzt.
  • Wenn an das piezoelektrische Element eine Wechselspannung angelegt wird, oszilliert das Element. Dieses Element weist eine inhärente Schwingungsfrequenz auf. Durch Anlegen einer Wechselspannung mit derselben Frequenz wie die Frequenz, oszilliert das Element effizient. Im Allgemeinen wird in vielen Fällen ein piezoelektrisches Element mit 40 kHz eingesetzt. Ein piezoelektrisches Element mit einer Niederfrequenz wird zum Messen eines großen Abstands verwendet. Ein piezoelektrisches Element mit einer Hochfrequenz wird zum präzisen Messen eines geringen Abstands verwendet.
  • Des Weiteren kann der Ultraschall-Abstandssensor verschiedene Werkstoffe bzw. Materialien, wie beispielsweise Metall, Holz, Glas, Gummi, Pulver und Flüssigkeit, messen. Des Weiteren wird die Messung berührungslos durchgeführt. Folglich gibt es keinen Einfluss von Viskosität. Außerdem gibt es kein Korrosionsproblem. Der Ultraschall-Abstandssensor weist die folgenden Eigenschaften auf. Im Besonderen kann dieser Sensor die Erkennung bei großem Abstand durchführen und behindert folglich die Bewegung eines sich bewegenden Gegenstands auf der Förderlinie nicht. Dieser Sensor kann ein Niveau in einem mit Mängeln behafteten Umfeld stabil messen.
  • Des Weiteren misst der Ultraschall-Abstandssensor eine Länge durch Messen der Zeit zwischen der Aussendung von Ultraschallwellen und deren Empfang. Somit wird selbst in einem Fall, bei dem eine Oberfläche eines zu messenden Gegenstands rau bzw. uneben ist oder dessen Festigkeit verändert wird, die Zeit des Eintreffens im Ultraschall-Abstandssensor nicht verändert. Somit wird die Messung nicht durch die Rauheit der Oberfläche beeinträchtigt, was einen Unterschied gegenüber der Optischen darstellt. Dies macht es möglich, eine stabile Messung durchzuführen. Dieser Vorteil lässt sich in einem Fall nutzen, bei dem es sich bei dem Werkstück 6 speziell um einen Zylinderblock handelt, der ein Gussteil ist. Des Weiteren wird die Messung nicht durch einen heißen Zylinderblock beeinträchtigt.
  • Des Weiteren ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur eine Schallgeschwindigkeit in der Luft. Folglich wird ein Messergebnis des Ultraschall-Abstandssensors durch eine Atmosphärenänderung beeinflusst. Angesichts dessen handelt es sich sowohl beim Hauptsensor 1 als auch beim untergeordneten Sensor 2 um Ultraschall-Abstandssensoren, welche die Zeit zwischen Aussendung und Empfang messen. Auf diese Art und Weise führt die Sensoreinheit 3 eine Erkennung mittels der Differenz zwischen von einem Paar des Hauptsensors 1 und des untergeordnetem Sensors 2 gemessenen Werten durch.
  • Ein Modell wird mittels der Differenz zwischen den vom Hauptsensor 1 und dem untergeordnetem Sensor 2 gemessenen Werten erkannt. Dadurch wird es möglich, einen Einfluss von Temperatur, Ölnebel, Staub und dergleichen in einem Abstand vom Hauptsensor 1 und vom untergeordnetem Sensor 2 zum beim Werkstück 6 zu identifizierenden Teilbereich zu kompensieren. Somit ist es auch in einem Umfeld, wie beispielsweise einer Fertigungslinie von Zylinderblöcken, möglich, eine große Anzahl von Modellen bei einem hinreichenden Arbeitsabstand insoweit präzise zu identifizieren, dass die Bearbeitung nicht behindert wird.
  • 2 ist ein Blockdiagramm der Identifikationsverarbeitung. Sowohl der Hauptsensor 1 als auch der untergeordnete Sensor 2 sind dafür eingerichtet, einen Abstand zum Werkstück 6 zu messen. 3 veranschaulicht eine Form des zu identifizierenden Teilbereichs, d. h. eine zu messende Oberfläche des Werkstücks 6. Die Form des zu identifizierenden Teilbereichs ist mit dem Werkstück 6 aus einem Stück gebildet. Es besteht eine Differenz bezüglich des Niveaus zwischen einer Oberfläche, die dem Hauptsensor 1 gegenüberliegt und einer Oberfläche, die dem untergeordnetem Sensor 2 gegenüberliegt. Die Ungleichförmigkeit der Oberflächen bemisst sich auf mehrere Millimeter.
  • Im Fall einer Messung muss die zu messende Oberfläche an einer Stoppposition des Werkstücks 6 dem Hauptsensor 1 und dem untergeordnetem Sensor 2 gegenüberliegen, wie in 3 veranschaulicht. Eine Größe der zu messenden Oberfläche wird auf Basis der Stopppositionsgenauigkeit und einer Strahlgröße der Ultraschall-Abstandssensoren bestimmt. Es ist zu beachten, dass eine Verkleinerung des zu messenden Bereichs erforderlich ist, da es sich beim Zylinderblock um ein Gussteil handelt. Der zu identifizierende Teilbereich weist einen Niveauunterschied auf und folglich wird ein Messbereich deutlich. Als eine Folge davon ist es möglich, eine große Anzahl von Modellen zu identifizieren.
  • Des Weiteren wird die Differenz zwischen den gemessenen Werten des Hauptsensors 1 und des untergeordnetem Sensors 2 genutzt, wobei ein Abstand der Längenmessung zwischen den Sensoren und dem Werkstück 6 verrechnet wird. Damit ist die Messung auf die Messung der Ungleichförmigkeit begrenzt. Des Weiteren stören sich Ultraschallsensoren gegenseitig, wenn zwei Ultraschallsensoren einfach nebeneinander angeordnet und genutzt werden. Dies bewirkt einen Messfehler. Im Gegensatz dazu senden der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 abwechselnd Ultraschallwellen aus, um eine Störung zu vermeiden. Dadurch wird es möglich, zu verhindern, dass sich Ultraschallwellen des Hauptsensors 1 und des untergeordnetem Sensors 2 gegenseitig stören.
  • Wie in 2 veranschaulicht, weisen der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 eine ähnliche Konfiguration auf. Der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 enthalten jeweils die Ultraschallelemente 31 und 32. Der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 werden von den CPUs 33 und 34 geschaltet, um Aussendung und Empfang durchzuführen. Die Speicher 35 und 36 speichern Messdaten temporär. Das Speichern und Auslesen dieser Messdaten wird von den CPUs 33 und 34 gesteuert. Der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 sind miteinander verbunden. Das Ultraschallelement 32 des untergeordnetem Sensors 2 oszilliert, um die Synchronisation mit den vom Hauptsensor 1 erzeugten Taktsignalen herzustellen. Die Messdaten des untergeordnetem Sensors 2 werden an die CPU 33 des Hauptsensors 1 übertragen. Auf diese Weise wird selbst in einem Fall, bei dem die Messung viele Male ausgeführt wird, ein Ausstrahlungstakt von Ultraschallwellen nicht verschoben. Des Weiteren können Störungen für einen langen Zeitraum vermieden werden.
  • Die in 2 veranschaulichte Konfiguration ist ein Beispiel. Es ist möglich, jede beliebige Konfiguration einzusetzen, solange die Konfiguration eine ähnliche Funktion aufweist. Beispielsweise ist es auch möglich, eine Konfiguration einzusetzen, die den Hauptsensor 1 und einen untergeordneten Sensor 2 mittels einer einzigen CPU steuert, anstatt eine Konfiguration einzusetzen, die zwei CPUs, d. h. die CPUs 33 und 34, umfasst. Des Weiteren kann eine Konfiguration eingesetzt werden, die den Hauptsensor 1 und den untergeordneten Sensor 2 mittels eines einzigen Speichers betreibt.
  • Die CPU 33 des Hauptsensors 1 ist an die Werkzeugmaschinensteuerung 4 angeschlossen. Eine Anweisung zum Beginn der Messung wird von der Werkzeugmaschinensteuerung 4 erteilt. Ein Erkennungsergebnis wird von der CPU 33 an die Werkzeugmaschinensteuerung 4 übertragen. Die Werkzeugmaschinensteuerung 4 empfängt das Erkennungsergebnis und bewegt und stoppt anschließend das Werkstück 6. Danach weist die Werkzeugmaschinensteuerung 4 die Werkzeugmaschine 5 an, auf Basis des Erkennungsergebnisses die Bearbeitung durchzuführen.
  • Der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 arbeiten folgendermaßen, um eine Störung zu vermeiden. Der Hauptsensor 1 erzeugt ein Taktsignal, das als eine Referenzzeit für die Aussendung von Ultraschallwellen dient. Der untergeordnete Sensor 2 sendet Ultraschallwellen aus, um die Synchronisation mit dem im Hauptsensor 1 erzeugten Taktsignal herzustellen. Auf diese Art und Weise oszillieren der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 abwechselnd. Eine ausreichende Zeitspanne wird als ein Oszillationsintervall und ein Ausstrahlungsintervall festgelegt, um eine durch vom Werkstück 6 reflektierte Wellen verursachte Mehrfachreflexion zu eliminieren. Die durch reflektierte Wellen verursachte Mehrfachreflexion hängt von einem Arbeitsabstand vom Hauptsensor 1 und dem untergeordnetem Sensor 2 zum Werkstück 6 ab. Folglich wird der Arbeitsabstand durch Festlegen des Aussendeintervalls (Übertragungsintervalls) bestimmt.
  • Die Messung wird folgendermaßen begonnen. Zunächst werden Ultraschallwellen vom Ultraschallelement 31 des Hauptsensors 1 ausgesendet. Anschließend werden Ultraschallwellen vom Ultraschallelement 32 des untergeordnetem Sensors 2 ausgesendet. Jene sind als eine einzige Gruppe definiert. Eine vorbestimmte Anzahl von Gruppen wird wiederholt und dann wird das Aussenden gestoppt. Wie in 3 veranschaulicht, ist die Identifikationsform der zu messenden Oberfläche des Werkstücks 6 eine Musterform mit auf der Oberfläche vorhandener Ungleichförmigkeit. Im Beispiel von 3 beträgt ein Abstand vom Hauptsensor 1 zum Werkstück 6 200 mm als Arbeitsabstand, und ein Abstand vom untergeordnetem Sensor 2 zum Werkstück 6 beträgt 197 mm. Die dem untergeordnetem Sensor 2 zugewandte Seite der Identifikationsform weist zum Ultraschall-Abstandssensor hin einen Niveauunterschied auf, wobei diese Seite um 3 mm hervorsteht.
  • Angesichts eines Messfehlers oder dergleichen beträgt ein Wert des Niveauunterschieds wünschenswerterweise ungefähr 1/40 bis 1/200 des Arbeitsabstands. Auf diese Weise ist es selbst in einem Fall, bei dem eine hohe Anzahl von Modellen erkannt wird, möglich, das Auflösungsvermögen des Sensors sicherzustellen. Ultraschallwellen werden vom Ultraschallelement 31 des Hauptsensors 1 ausgesendet. Die Zeit, bis reflektierte Wellen von einem ausgesparten Teilbereich des Werkstücks 6 am Hauptsensor 1 eintreffen, wird als Messdaten berechnet und im Speicher 35 gespeichert. Als Nächstes wird ein Zeitpunkt verschoben, um eine Störung zu verhindern, und Ultraschallwellen werden vom Ultraschallelement 32 des untergeordnetem Sensors 2 ausgesendet. Die Zeit, bis reflektierte Wellen zum untergeordnetem Sensor 2 zurückkehren, wird berechnet und im Speicher 36 gespeichert.
  • Nachdem das Aussenden gestoppt wurde, gibt der untergeordnete Sensor 2 die gespeicherten Messdaten an den Hauptsensor 1 aus. Der Hauptsensor 1 berechnet eine Differenz zwischen den im Speicher 35 gespeicherten Messdaten des Hauptsensors 1 und den vom untergeordnetem Sensor 2 ausgegebenen Messdaten. Anschließend ermittelt die CPU 33 des Hauptsensors 1 als ein Muster der zu messenden Oberfläche, dass die dem untergeordnetem Sensor 2 zugewandte Seite um 3 mm hervorsteht.
  • 4 ist eine erläuternde Ansicht eines Modus (Mastering-Modus), in dem Werkstücknummern zugeordnet werden und ein Schwellenwert, der als eine Erkennungsreferenz dient, wird im Speicher 35 gespeichert. Benötigte Arten von Master-Werkstücken 11 werden zusätzlich erstellt. Jene Master-Werkstücke 11 sind Referenzen eines Zylinderblocks, der als ein wirkliches, zu messendes Ziel, das auf einer Förderlinie platziert ist, dient. Das Master-Werkstück 11 wird vor dem Hauptsensor 1 und dem untergeordnetem Sensor 2 bewegt. Ein Master-Werkstück 11, das sich auf eine Werkstücknummer 1 bezieht, wird auf eine Förderlinie eines Werkstücks, das als wirkliches, zu messendes Ziel dient, platziert. Eine Messeinheit misst das Master-Werkstück 11. Ein Differenzwert zwischen vom Hauptsensor 1 und dem untergeordnetem Sensor 2 ausgelesenen Werten wird gespeichert. Dieser Differenzwert wird mit der Werkstücknummer 1 verknüpft. Anschließend wird eine Musterform des Master-Werkstücks 11 als die Werkstücknummer 1 in eine Identifikationsdatentabelle 12 eingetragen, die, wie in der Zeichnung veranschaulicht, als eine Erkennungsreferenz dient. Die Identifikationsdatentabelle 12 wird im Speicher 35 des Hauptsensors 1 als eine Tabellenstruktur gespeichert.
  • Des Weiteren hängt die Eintreffzeit von einer Messumgebung ab. Folglich misst die Messeinheit das Master-Werkstück 11 mit Bezug zu einer jeden Werkstücknummer eine Mehrzahl von Malen. Um die Anzahl von erkennbaren Modellen zu erhöhen, ist es wünschenswert, dass ein Schwellenwert festgelegt wird, der eine vorbestimmten Bandbreite auf Basis von Statistikwerten der erlangten Datengruppe aufweist.
  • 5 veranschaulicht die Erkennung von Werkstücknummern. Im Besonderen ist 5 eine erläuternde Ansicht eines Erkennungsmodus, in dem ein auf der Förderlinie platzierter Zylinderblock (Werkstück 6) gemessen und erkannt wird. Wie bereits vorstehend beschrieben, wird ein Werkstück 6 gemessen. Ein Differenzwert zwischen vom Hauptsensor 1 und vom untergeordnetem Sensor 2 gemessenen Werten wird mit der Identifikationsdatentabelle 12 verglichen, um eine übereinstimmende Werkstücknummer zu erlangen. In einem Fall, bei dem die übereinstimmende Werkstücknummer die Werkstücknummer 1 ist, wird an die Werkzeugmaschinensteuerung 4 ein Ergebnis ausgegeben, das angibt, dass die Werkstücknummer 1 ist. Die Werkzeugmaschinensteuerung 4 führt, basierend auf der Werkstücknummer 1, eine Bearbeitungsanweisung oder dergleichen aus.
  • Die dem untergeordnetem Sensor 2 zugewandte Seite der Identifikationsform, d. h. die zu messende Oberfläche des Werkstücks 6, steht zum Ultraschall-Abstandssensor hin gegenüber der dem Hauptsensor 1 zugewandten Seite um 3 mm vor. Eine Werkstücknummer wird für jedes vorbestimmte Maß dieses Niveauunterschieds von 3 mm zugeordnet. Beispielsweise werden Werkstücknummern in vier Stufen zugewiesen, so dass jede Werkstücknummer pro Millimeter festgelegt wird.
  • Bei dem Zylinderblock handelt es sich um ein Gussteil, das durch Eingießen von Metall in eine Gussform hergestellt wird. Folglich ist es unmöglich, eine Genauigkeit von 0,1 mm oder 0,01 mm zu erzielen, die ein Werkstück mit Metallschnittfläche aufweisen muss. Des Weiteren ist aus der Gussform entnommenes Metall rau und ungleichmäßig. Aus diesem Grund beträgt das vorbestimmte Maß zur Abgrenzung eines Niveauunterschieds ungefähr 0,7 bis 1,4 mm und beträgt wünschenswerterweise 1 mm. Auf diese Weise werden Zylinderblöcke selbst in einem Fall, bei dem die Anzahl der zu identifizierenden Modelle hoch ist, problemlos hergestellt.
  • Die Werkstücknummer 1 wird einem Niveauunterschied von 3 mm zugewiesen, eine Werkstücknummer 2 wird 4 mm zugewiesen, eine Werkstücknummer 3 wird 2 mm zugewiesen, und eine Werkstücknummer 4 wird 1 mm zugewiesen, wobei es möglich ist, vier Arten von Mustern zu bestimmen, die eine dem untergeordnetem Sensor 2 zugewandte hervorstehende Seite aufweisen. Zu diesem Zeitpunkt ist es wünschenswert, eine Werkstücknummer, die einer hohen Anzahl von Modellen zugewiesen ist, einem Wert zuzuweisen, der nahe an einem festgelegten zentralen Wert der Niveauunterschiede liegt, anstatt Werkstücknummern nach Größenreihenfolge des Niveauunterschieds zuzuweisen. Mit anderen Worten: in einem Fall, bei dem Werkstücke des Modells der Werkstücknummer 1 in hoher Stückzahl hergestellt werden, ist zu bevorzugen, die Werkstücknummer 1 zu 3 mm, nahe dem zentralen Wert der Niveauunterschiede, zuzuweisen. 3 mm ist in einem Fall, bei dem fünf Stufen festgelegt sind, ein zentraler Wert.
  • Dies hat seinen Grund darin, dass durch Kennzeichnen eines hohen Niveauunterschieds gegenüber dem Kennzeichnen eines geringen Niveauunterschieds eine höhere Zuverlässigkeit erzielt wird. Beispielsweise wird eine höhere Zuverlässigkeit durch Identifizieren eines Niveauunterschieds zwischen 3 mm und 5 mm gegenüber dem Identifizieren eines Niveauunterschieds zwischen 5 mm und 4 mm erzielt. Da viele Modelle dem zentralen Wert der Niveauunterschiede zugewiesen werden, ist es möglich, Ausnahmefälle problemlos zu bestimmen. Es ist beispielsweise möglich, Ausnahmefälle problemlos zu bestimmen, wenn viele Modelle 3 mm zugewiesen sind und ein außergewöhnliches Modell 5 mm zugewiesen ist.
  • Des Weiteren wird ein Master-Werkstück 11, das eine gegenüberliegende Ungleichförmigkeit aufweist, als ein weiteres Muster erstellt. Im Besonderen wird ein Master-Werkstück 11 erstellt, bei dem die dem Hauptsensor 1 zugewandte Seite von der dem untergeordnetem Sensor 2 zugewandten Seite hervorsteht, und der Niveauunterschied wird entsprechend geändert. Auf diese Weise ist es möglich, 4 x 4 = 16 Modelltypen zu identifizieren. Dadurch wird es möglich, ein Ein-/Ausgabesystem zwischen dem Hauptsensor 1 und der Werkzeugmaschinensteuerung 4 auf 4 Bits (vier Bits können 24 = 16 Typen entsprechen) zu reduzieren. Selbstverständlich kann die Anzahl der Unterteilungen eines Niveauunterschieds erhöht werden, um die Anzahl der zu identifizierenden Modelle zu steigern. Ein Muster, das keinen Niveauunterschied aufweist, kann vorgesehen werden.
  • 13 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens der Festlegung eines Schwellenwerts. Die Messeinheit misst das Master-Werkstück 11 mit Bezug zu einer jeden Werkstücknummer eine Mehrzahl von Malen. Eine Berechnungseinheit berechnet einen Schwellenwert zur Erkennung eines Modells. Der Schwellenwert wird so festgelegt, dass er eine Bandbreite aufweist. Zunächst wird das Master-Werkstück 11, das eine Erkennungsreferenz darstellt, in einem Ausführungsumfeld der Modellerkennung platziert, wenn beispielsweise eine Förderlinie von Zylinderblöcken für den Betriebsablauf gestartet wird. Als Nächstes wird eine Zeit D für ein einzelnes Master-Werkstück 11, das sich auf die Werkstücknummer 1 bezieht, eine Mehrzahl von Malen pro vorbestimmter Zeit, beispielsweise zweiunddreißig Mal, wiederholt gemessen (S2). Die gemessenen Zeiten D werden im Speicher 35 als eine Datengruppe von Zeiten D1 bis D32 gespeichert (S3).
  • Die Berechnungseinheit berechnet einen arithmetischen Mittelwert Da und eine Standardabweichung σ auf Basis der Zeiten D1 bis D32, die als die erlangte Datengruppe dient (S4). Ein Schwellenwert für die Werkstücknummer 1 wird in der Identifikationsdatentabelle 12 festgelegt, um über ± 3σ um den arithmetischen Mittelwert Da zu verfügen, mit anderen Worten: Da ± 3σ (S5). Der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 senden Ultraschallwellen an den zu identifizierenden Teilbereich des auf der Förderlinie platzierten Werkstücks 6 aus und empfangen reflektierte Wellen. Wenn eine Differenz von Messwerten davon in eine Bandbreite des in der Identifikationsdatentabelle 12 festgelegten Schwellenwerts fällt, ermittelt eine Identifikationsbestimmungseinheit, dass 1 die Werkstücknummer des Werkstücks 6 ist. In einem Fall, bei dem festgestellt wird, dass 1 die Werkstücknummer des Werkstücks 6 ist, gibt die Identifikationsbestimmungseinheit ein Ergebnis an die Werkzeugmaschinensteuerung 4 aus, das angibt, dass die Werkstücknummer 1 ist. Die Werkzeugmaschinensteuerung 4 führt, basierend auf der Werkstücknummer 1, eine Bearbeitungsanweisung oder dergleichen aus.
  • 14 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem Schwellenwerte entsprechenden Werkstücknummern zugeordnet werden. Als Beispiel wird die Werkstücknummer 1 der Werkstücknummer 6 durch Festlegen eines Niveauunterschieds auf 1 mm zugewiesen. Sechs Master-Werkstücke 11, die unterschiedliche Niveauunterschiede aufweisen, werden für die entsprechenden Werkstücknummern erstellt. Eine Datengruppe, ein arithmetischer Mittelwert Da, und eine Standardabweichung σ davon werden im Einklang mit 13 berechnet. Ein Schwellenwert wird als eine Bandbreite festgelegt, bezeichnet durch eine vertikale Linie um den mit einem schwarzen Kreis gekennzeichneten arithmetischen Mittelwert einer jeden Werkstücknummer. 4 zeigt, dass in einem Fall eines Gussteils, wie beispielsweise einem Zylinderblock, für festgelegte Werte hinreichend bestimmt werden kann, dass sie einander nicht überlappen, wenn der Niveauunterschied auf ungefähr 0,7 bis 1,4 mm, wünschenswerterweise auf ungefähr 1 mm, festgelegt ist.
  • Gemäß der vorstehenden Bestimmung der Schwellenwerte wird jeder Schwellenwert nicht nur auf Basis eines simplen numerischen Werts bestimmt, sondern auch auf Basis eines mittels des Master-Werkstücks 11 gemessenen Werts, wenn die Förderlinie des Werkstücks 6 in einem wirklichen Messumfeld für den Betriebsablauf gestartet wird. Des Weiteren werden Schwankungen bei Messwerten in der Messumgebung und ein statistischer Fehler berücksichtigt. Aufgrund dieser Aspekte weist der Schwellenwert keine übermäßig große Toleranz auf. Des Weiteren ist es möglich, eine große Anzahl von Modellen zuzuordnen. Überdies ist es möglich, die Zuverlässigkeit zu steigern.
  • Ferner wurde die Nutzung eines arithmetischen Mittelwerts einer Datengruppe als das Zentrum beschrieben. Stattdessen kann der am häufigsten vorkommende Wert als das Zentrum von Schwellenwerten genutzt werden. Überdies wird die Standardabweichung σ erlangt und anschließend wird der arithmetische Mittelwert Da ± 3σ in der Identifikationsdatentabelle 12 festgelegt. Es ist jedoch, abhängig von einer Situation der Verteilung numerischer Werte der Datengruppe, möglich, ±σ oder ±2σ zu verwenden, anstelle von ±3σ. Darüber hinaus werden eine hohe Anzahl von Messwerten, die bei Nutzung eines jeden Master-Werkstücks 11 eine Mehrzahl von Malen erlangt werden, oder eine hohe Anzahl von Messwerten des Werkstücks 6, die zum Zeitpunkt der Identifikation und Bestimmung erlangt werden, in Erfahrung gebracht. Ergebnisse davon werden als empirische Größen festgelegt. Das Bestimmen von Schwellenwerten und Bandbreiten auf Basis der empirischen Größen ist ebenfalls wirkungsvoll.
  • Messwerte, die mittels Ultraschallwellen gewonnen werden, werden normalerweise von der Temperatur beeinflusst. Nicht nur dies, sondern eine Strahlgröße tendiert dazu, im Hinblick auf das Werkstück 6, das als ein zu messender Gegenstand dient, größer zu werden. Auf diese Weise wird ein zu messender Bereich unweigerlich vergrößert. Im Fall von Zylinderblöcken ist ein Einfluss einer Oberflächengestalt und der Rauheit von Gussteilen erheblich. Folglich ist die praktische Nutzung schwierig. Des Weiteren ist es möglich, die Strahlgröße durch Bereitstellung einer Sonotrode, d. h. eines Reflektors für das Konvergieren und Emittieren von Ultraschallwellen in einer bestimmten Richtung oder das Empfangen von Ultraschallwellen, zu verringern. Die Sonotrode kann jedoch nur Schallwellen empfangen, die sich direkt bzw. geradlinig vom zu messenden Gegenstand aus bewegen. Angesichts dessen ist es wünschenswert, die Tatsache zu nutzen, dass bei Ultraschallwellen die Strahlgröße verringert werden kann, da die Geradlinigkeit im Verhältnis zu einer Größe einer Schwingungsfrequenz erhöht wird.
  • Des Weiteren wird in einem Fall, bei dem Frequenzen identisch sind und die Abmessungen von Oszillatoren sich unterscheiden, die Direktionalität erhöht, wenn die Abmessung des Oszillators groß ist. In diesem Fall ist eine Breite eines Strahls bei einem kurzen Abstand groß, wohingegen ein Ultraschallwellenstrahl bei einem langen Abstand nicht sehr verbreitert wird. Indes wird die Direktionalität verringert, wenn die Abmessung des Oszillators klein ist. In diesem Fall ist eine Breite eines Strahls bei einem kurzen Abstand klein, wohingegen der Strahl bei einem langen Abstand verbreitert wird. Folglich ist die Verringerung der Echohöhe in Abhängigkeit von einem Abstand bemerkenswert.
  • 6 zeigt eine Beziehung zwischen einer Strahlgröße, einer Schwingungsfrequenz und einem Abstand des Ultraschall-Abstandssensors. Eine abwechselnd gestrichelte und gepunktete Linie bezeichnet 40 kHz, eine gestrichelte Linie bezeichnet 100 kHz, und eine durchgezogene Linie bezeichnet 300 kHz. Indes zeigt 7 eine Beziehung zwischen einer Energiedichte, einer Schwingungsfrequenz und einem Abstand des Ultraschall-Abstandssensors. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird die Energiedichte, die mit einer Ausgangsintensität in Beziehung steht, abgeschwächt, da die Schwingungsfrequenz höher ist. In derselben Weise wie in 6 bezeichnet eine abwechselnd gestrichelte und gepunktete Linie 40 kHz, bezeichnet eine gestrichelte Linie 100 kHz, und bezeichnet eine durchgezogene Linie 300 kHz.
  • 8 zeigt tatsächliche Messwerte einer Strahlgröße, die in einem Fall erlangt wurden, bei dem die Schwingungsfrequenz 40 kHz oder 300 kHz beträgt. Wenn die Schwingungsfrequenz 300 kHz beträgt, ist es möglich, eine Strahlgröße auf 20 mm einzustellen, entsprechend einem geeigneten, zu messenden Bereich, bei einem Arbeitsabstand von 200 mm vom Werkstück 6 (Zylinderblock) zum Hauptsensor 1. Es ist zu beachten, dass es möglich ist, die Schwingungsfrequenz auf 200 bis 400 kHz, den Arbeitsabstand auf 150 bis 250 mm, und die Strahlgröße auf 15 bis 25 mm, d. h. einen für den Zylinderblock praktikablen Wert, einzustellen. Des Weiteren ist es, wenn ein Abstand vom Hauptsensor 1 und vom untergeordnetem Sensor 2 zum zu identifizierenden Teilbereich auf 150 bis 200 mm eingestellt wird, nicht erforderlich, die Sensoren in der Fertigungslinie der Zylinderblöcke nahe an dem zu identifizierenden Teilbereich anzuordnen. Folglich fällt es leicht, die Positionssteuerung für das Stoppen des Werkstücks 6 auszuführen. Des Weiteren behindern die Positionen der Sensoren nicht die Bearbeitung des Werkstücks 6.
  • Des Weiteren ist der Zylinderblock ein Gussteil. Somit wird ein Niveauunterschied von ungefähr 1 mm als ein Grenzwert der Ungleichförmigkeit der zu messenden Oberfläche festgelegt. Indes beträgt in einem Fall, bei dem die Schwingungsfrequenz 40 kHz beträgt und die Strahlgröße, wie bei einem typischen Ultraschall-Abstandssensor, ungefähr 60 bis 80 mm beträgt, eine Auflösung davon ungefähr 1 mm. Somit ist es unmöglich, einen Niveauunterschied von 1 mm zu messen.
  • In einem Fall, bei dem die Schwingungsfrequenz 200 bis 400 kHz beträgt, und der Arbeitsabstand 150 bis 250 mm beträgt, ist es möglich, die Auflösung auf bis zu ungefähr 0,1 mm zu steigern. Somit ist es hinreichend möglich, 1 mm zu identifizieren, d. h. einen Grenzwert der Unterscheidungsbestimmung eines Niveauunterschieds in einem Gussteil selbst bei Berücksichtigung eines Einflusses der Oberflächenrauheit des Gussteils. Da die Schwingungsfrequenz von Ultraschallwellen 200 bis 400 kHz beträgt, ist es möglich, eine Strahlgröße der Ultraschallwellen zu verringern und einen Bereich des zu identifizierenden Stücks bzw. Abschnitts zu verringern Des Weiteren wird, da eine Strahlgröße der an dem zu identifizierenden Teilbereich auszusendenden Ultraschallwellen 15 bis 20 mm beträgt, die Bereitstellung des zu identifizierenden Teilbereichs selbst bei einem Gussteil, das eine komplexe Form aufweist, wie beispielsweise ein Zylinderblock, nicht behindert. Wenn jedoch elektrische Signale, die nahe einer Resonanzfrequenz der Ultraschallelemente 31 und 32 liegen, in einem Impuls an die Ultraschallelemente 31 und 32 angelegt werden, hält die Ultraschallwellenoszillation mechanisch für eine kurze Zeit an, nachdem die elektrischen Signale nicht angelegt werden. Wenn dieses Phänomen eine lange Zeit anhält, wird die Erkennung aufgrund eines reflektierenden Typus schwierig.
  • 9 stellt eine chronologische Veränderung der Ausgangsspannung von der Oszillation zum Empfang in einem Fall dar, bei dem die Schwingungsfrequenz ungefähr 40 kHz, wie in einem typischen Fall, beträgt. Mehrfach reflektierte Ultraschallwellen werden in einem Diagramm von 9 an einer Spitze an der Seite ganz rechts erkannt. Wie vorstehend beschrieben, ist ein Abschwächungswert von Ultraschallwellen, die eine niedrige Frequenz aufweisen, gering. Folglich tendiert die Vielfachreflexion dazu, vorzukommen. Somit erkennt ein typisches Ultraschall-Abstandsmessgerät möglicherweise fälschlicherweise diese Vielfachreflexion. Im Gegensatz dazu werden in einem Fall, bei dem die Schwingungsfrequenz 200 bis 400 kHz beträgt, Ultraschallwellen weitgehend abgeschwächt, Folglich werden reflektierte Wellen ebenfalls erheblich abgeschwächt, wie in einem Diagramm von 10 (reflektierte Wellen werden erkannt) durch eine Spitze an der Seite ganz rechts bezeichnet. Folglich ist es möglich, einen Einfluss der Vielfachreflexion zu verringern. Dies macht es möglich, Schwankungen bei Messwerten zu verringern.
  • 11 stellt einen temperaturabhängigen Erkennungseffekt in einem Fall dar, bei dem der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 als eine einzelne Gruppe eingesetzt werden. In einem Fall, bei dem die Temperatur um 10°C erhöht wird, wird eine Schallgeschwindigkeit erhöht. Folglich wird in einem Fall, bei dem eine Temperaturerhöhung um 10°C nicht korrigiert wird, ein Abstand von 200 mm als 196,5 mm gemessen. Es wird jedoch ein Unterschied gemessen und berechnet, und deshalb kann dieser Einfluss vernachlässigbar klein werden. Eine Änderung des Niveauunterschieds von 1 mm, die durch eine Temperaturerhöhung um 10°C verursacht wird, beträgt in Wirklichkeit ungefähr 0,017 mm.
  • 12 stellt Zeitpunkte dar, zu denen in einem Fall, bei dem der Hauptsensor 1 und der untergeordnete Sensor 2 als eine einzelne Gruppe eingesetzt werden, beide Sensoren Ultraschallwellen aussenden. Die Oszillation des untergeordneten Sensors 2 wird gegenüber der Oszillation des Hauptsensors 1 durch eine hinreichende Zeitspanne verzögert, um zu verhindern, dass sich zwei Ultraschallwellen gegenseitig stören. Diese Zeitspanne ist länger als die Zeit, die ein Hin- und Herbewegen über den Arbeitsabstand von 200 mm benötigt. Des Weiteren werden Ultraschallwellen innerhalb dieser Zeitspanne nicht gleichzeitig ausgesendet. Ferner wird die Synchronisation mittels eines gemeinsamen Takts durchgeführt, um zu verhindern, dass zwei Zeitpunkte verschoben werden. Folglich steuern die CPUs 33 und 34 einander. Des Weiteren ist es, um die Schwankungen bei Messwerten zu verringern, wünschenswert, die Messung für jede Erkennung 32- bis 64-mal zu wiederholen. Des Weiteren ist es wünschenswert, die Messung durch Berechnen eines Medianwerts von wiederholten Messwerten und Ausschließen eines auffallend unterschiedlichen Werts, beispielsweise mittels eines Medianfilters, zu stabilisieren.
  • Es ist zu beachten, dass in der vorstehenden Ausführungsform ein zu identifizierender Zielgegenstand ein Gussteil ist. Der zu identifizierende Zielgegenstand ist jedoch nicht besonders eingeschränkt, solange Ungleichförmigkeit auf dem Zielgegenstand ausgeprägt sein kann. Es ist beispielsweise außerdem möglich, einen kunststoffgeformten Gegenstand mit dem Werkstück 6 aus einem Stück zu bilden.
  • 15 veranschaulicht eine äußere Erscheinungsform des Hauptsensors 1 und des untergeordneten Sensors 2, bei denen es sich um Ultraschall-Abstandssensoren handelt. Ein Bezugszeichen 41 bezeichnet ein aus Metall gefertigtes Hauptkörpergehäuse, das an einem linken Ende das Ultraschallelement 31(32) enthält. Am anderen rechten Ende ist ein aus Harz gefertigtes transparentes Gehäuse 42 über eine Dichtung 45 in das Hauptkörpergehäuse 41 eingeschoben. Eine untere Zeichnung zeigt einen Zustand, in dem das transparente Gehäuse 42 herausgenommen ist. Ein Photoreflektor 44 ist an einer Stelle des transparenten Gehäuses 42 platziert. Der Photoreflektor 44 ist ein Schalter zum Umschalten des Einrichtungsmodus des Ultraschall-Abstandssensors in dessen Messmodus. Ein Bezugszeichen 43 bezeichnet eine Trägerschicht zum Betätigen des Ultraschallelements 31 und des Photoreflektors 44. Die Trägerschicht 43 steht aus dem Hauptkörpergehäuse 41 zur Seite des transparenten Gehäuses 42 hin vor. Ein Bezugszeichen 47 bezeichnet eine LED, die einen Empfangszustand der Ultraschallwellen anzeigt, wenn die LED eingeschaltet ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, weist der Ultraschall-Abstandssensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine lange (rundstabähnliche) Form auf. Auf diese Weise kann der Ultraschall-Abstandssensor eine kompakte Form aufweisen. Folglich ist ein großer räumlicher Bereich als eine Stelle, an der dieser Ultraschall-Abstandssensor angebracht ist, unnötig. Denn in einem Fall, bei dem ein Zwischenraum vorhanden ist, kann der Ultraschall-Abstandssensor montiert werden, indem er wie ein Stab eingeführt wird. Des Weiteren wird besonders bevorzugt, dass der rundstabähnliche Ultraschall-Abstandssensor an einem Ende das Ultraschallelement 31 und am anderen Ende das transparente Gehäuse 42 enthält. Denn bei der vorstehenden Anordnung ist das andere Ende das transparente Gehäuse 42, das, wie nachstehend beschrieben, als ein Schalter fungiert, wenn das Ende, an dem das Ultraschallelement 31 angeordnet ist, auf den unterschiedlich zu behandelnden Zielgegenstand gerichtet ist. Auf diese Weise wird der Schaltvorgang problemlos ausgeführt. Des Weiteren besteht keine Möglichkeit, dass das Ultraschallelement 31 durch eine Hand blockiert wird.
  • 19 ist eine Schnittzeichnung der Teile einer Schalteinheit. Ein Lichtemissionsteil 44-1 und ein Lichtempfangsteil 44-2 sind auf der Trägerschicht 43 als der Photoreflektor 44 vorgesehen. Ein Gegenstand, der reflektiertes Licht vom Lichtemissionsteil 44-1 blockiert, wird durch den Lichtempfangsteil 44-2 erkannt, um das Vorhandensein/die Abwesenheit des Gegenstands zu bestimmen. Eine Leuchtdiode wird normalerweise als ein Licht emittierendes Element für den Lichtemissionsteil 44-1 verwendet. Als eine Gegenmaßnahme gegen Umgebungslicht wird wünschenswerterweise eine Infrarot-Leuchtdiode eingesetzt. Ein Phototransistor oder eine integrierte Schaltung (Photo-IC), in den/die der Lichtempfangsteil integriert ist, wird als der Lichtempfangsteil 44-2 verwendet. Der Photoreflektor 44 erkennt reflektiertes Licht. Folglich tendiert eine Struktur des Photoreflektors 44 dazu, durch Umgebungslicht beeinflusst zu werden. Somit ist vorzuziehen, Licht zu modulieren, um Licht von Umgebungslicht zu identifizieren.
  • Das transparente Gehäuse 42, das als für Infrarotlicht transparent angesehen werden kann, ist am Hauptkörpergehäuse 41 über die Dichtung 45 an der Außenseite des Photoreflektors 44 angeordnet. Auf diese Weise werden durch Abdichtung des Hauptkörpergehäuses 41 Wirkungen der Staubdichtheit und Wasserdichtheit erzielt. Eine obere Zeichnung in 19 zeigt einen Zustand, bei dem ein reflektierendes Band 46 auf der Außenseite des transparenten Gehäuses 42 aufgeklebt ist, wobei das reflektierende Band 46 aus Metall oder dergleichen hergestellt ist und Infrarotlicht reflektiert. Somit tritt Licht aus dem Lichtemissionsteil 44-1 durch das transparente Gehäuse 42 hindurch, wird durch das reflektierende Band 46 reflektiert und trifft am Lichtempfangsteil 44-2 ein.
  • Eine mittlere Zeichnung in 19 zeigt einen Zustand, in dem das reflektierende Band 46 entfernt ist. Licht tritt aus dem Lichtemissionsteil 44-1 durch das transparente Gehäuse 42 hindurch, kehrt jedoch nicht zum Lichtempfangsteil 44-2 zurück. Eine untere Zeichnung in 19 zeigt, dass das reflektierende Band 46 oder ein sonstiges reflektierendes Material in weitem Abstand von einer Außenfläche des transparenten Gehäuses 42 vorgesehen ist. Ein Lichtweg wird verlängert, und folglich wird eine am Lichtempfangsteil 44-2 eintreffende Lichtintensität aufgrund von Diffusion verringert. Somit ist, wenn der mit der oberen Zeichnung in 19 dargestellte Zustand ein ausgeschalteter Zustand ist und die mit der mittleren und der unteren Zeichnung in 19 dargestellten Zustände ein eingeschalteter Zustand sind, der ausgeschaltete Zustand der Einrichtungsmodus und der eingeschaltete Zustand ist der Messmodus.
  • Die 16 und 17 sind Ablaufdiagramme eines Ausführungsflusses vom Einrichtungsmodus zum Messmodus. 18 ist ein Blockdiagramm, das sich darauf bezieht. Zunächst ist ein von einer Rahmenumgrenzung mit gestrichelten Linien umgebener Teil der Einrichtungsmodus. Dies ist ein Zustand, bei dem das reflektierende Band 46 auf das transparente Gehäuse 42 aufgeklebt ist. Dies bedeutet, dass der Lichtempfangsteil 44-2 einen Lichteingang empfängt. Im Einrichtungsmodus richtet ein Bediener, der die Positionseinstellung vornimmt, eine Befestigungsposition des Ultraschall-Abstandssensors aus, mit anderen Worten: eine Befestigungsposition des Hauptkörpergehäuses 41, um eine Empfangsintensität von Ultraschallwellen zu steigern.
  • Die CPU 33 ermittelt, ob oder ob nicht der Lichtempfangsteil 44-2 einen Lichteingang empfängt (S10). In einem Fall, bei dem ein Lichteingang erfolgt, ist der Modus der Einrichtungsmodus. Somit wird ein Sende- und Empfangsschalter 50 zur Positionseinstellung geschaltet und das Ultraschallelement 31 sendet Ultraschallwellen aus (S11). Des Weiteren empfängt das Ultraschallelement 31 reflektierte Wellen (S12). Die empfangenen reflektierten Wellen werden durch einen A/D-Wandler 49, der eine Intensitätserkennungseinheit bildet, digital gewandelt, anschließend der CPU 33 zugeführt und werden als eine Intensität erkannt (S13). Die CPU 33 schaltet die LED 47 ein, so dass die LED 47 eine auf der Intensität basierende Lichtmenge aufweist (S14). Folglich muss ein Bediener, der die Positionseinstellung vornimmt, lediglich die Helligkeit der LED 47 visuell wahrnehmen und eine Platzierung des Hauptkörpergehäuses 41 an einer Stelle festlegen, an der die LED 47 das hellste Licht emittiert. Dann fixiert dieser Bediener die Position und entfernt anschließend das reflektierende Band 46 vom transparenten Gehäuse 42. Zu diesem Zeitpunkt entspricht eine auf das Hauptkörpergehäuse 41 wirkende Erschütterung einem derartigen Kraftaufwand, der beim Entfernen des reflektierenden Bands 46 ausgeübt wird. Dies macht es möglich, eine durch den Stoß verursachte Verschiebung der Position des Ultraschall-Abstandssensors zu eliminieren.
  • Wenn das reflektierende Band 46 entfernt ist und nichts in den Lichtempfangsteil 44-2 eintritt, stellt eine Modusschalteinheit der CPU 33 den Modus auf den Messmodus ein. Im Messmodus wird von der Werkzeugmaschinensteuerung 4 ein Messungsstartsignal an den Hauptsensor 1 gegeben (S15). Der Hauptsensor 1 startet die Oszillation und ein Zeitzähler wird gestartet (S16). Die CPU 33 ermittelt, ob oder ob nicht reflektierte Wellen innerhalb einer Vorgabezeit empfangen wurden (S17). Wenn reflektierte Wellen empfangen werden, wird ein Zählwert M von Oszillation bis Empfang, ausgeführt vom Hauptsensor 1, im Speicher 35 gespeichert (S18). Als Nächstes startet die CPU 33 gleichermaßen die Oszillation des untergeordneten Sensors 2. Es wird ermittelt, ob oder ob nicht reflektierte Wellen innerhalb einer Vorgabezeit empfangen wurden (S20). Wenn reflektierte Wellen empfangen werden, wird ein Zählwert S von Oszillation bis Empfang, ausgeführt vom untergeordneten Sensor 2, gespeichert (S21). Das Ultraschallelement 32 des untergeordnetem Sensors 2 oszilliert, um die Synchronisation mit einem Taktsignal 48 herzustellen, das aufseiten des Hauptsensors 1 bereitgestellt wird. In jedem Fall tritt ein Fehler auf, wenn reflektierte Wellen nicht innerhalb der Vorgabezeit empfangen werden können (S22, S24). Anschließend wird die Messung gestoppt und das Ende der Messung wird angezeigt (S23, S25).
  • Der Hauptsensor 1 berechnet einen Differenzwert D, als M-S, zwischen den im Speicher 35 gespeicherten Messdaten des Hauptsensors 1 und den vom untergeordneten Sensor 2 ausgegebenen Messdaten (S26). Danach ermittelt die CPU 33, ob oder ob nicht der Modus der Mastering-Modus ist (S27). In einem Fall, bei dem der Modus nicht der Mastering-Modus ist, ist der Modus der Erkennungsmodus. Folglich wird ermittelt, ob oder ob nicht sich der Differenzwert D in der Identifikationsdatentabelle 12 befindet (S28). In einem Fall, bei dem sich der Differenzwert D in der Identifikationsdatentabelle 12 befindet, wird der Differenzwert D in der Identifikationsdatentabelle 12 referenziert, um eine übereinstimmende Werkstücknummer zu erlangen. Diese Werkstücknummer wird mit einem zugehörigen Bit ausgegeben (S29). Anschließend wird ein Beendigungssignal ausgegeben (S30). In einem Fall, bei dem sich in der Identifikationsdatentabelle 12 keine übereinstimmende Werkstücknummer befindet, wird ein Fehler, d. h. kein zugehöriger Typ, ausgegeben (S31).
  • In einem Fall, bei dem der Modus der Mastering-Modus ist (ein Mastering-Signal wird eingelesen), wird der Differenzwert D zwischen den vom Hauptsensor 1 und den vom untergeordneten Sensor 2 ausgelesenen Werten gespeichert (S32). Der Differenzwert D wird mit einer Werkstücknummer verknüpft. Die Werkstücknummer wird in die Identifikationsdatentabelle 12 eingetragen, die als eine Erkennungsreferenz dient. Ein Beendigungssignal wird ausgegeben (S33).
  • Wie vorstehend beschrieben, sind das transparente Gehäuse 42 und der Photoreflektor 44 im Hauptkörpergehäuse 41 eines jeden der Haupts- und untergeordneten Sensoren 1 und 2, bei denen es sich um Ultraschall-Abstandssensoren handelt, vorgesehen. Folglich kann das Vorhandensein/die Abwesenheit des reflektierenden Bands 46, was vom Photoreflektor 44 erkannt wird, als ein Schalter zum Umschalten zwischen Einrichtungsmodus und Messmodus genutzt werden. Des Weiteren ist der Photoreflektor 44 vollständig im transparenten Gehäuse 42 enthalten, anders als ein Schalter, der einen Apparatemechanismus aufweist, wobei der Schalter, was wasserdichte und staubdichte Effekte anbelangt, unterlegen ist. Des Weiteren ist das transparente Gehäuse 42 am Hauptkörpergehäuse 41 über die Dichtung 45 befestigt. Folglich kann es sich bei jenen Ultraschall-Abstandssensoren um Sensoren handeln, die hinreichende wasserdichte und staubdichte Effekte aufweisen.
  • Das transparente Gehäuse 42 muss lediglich für Infrarotlicht transparent sein, und deshalb kann der Schalter mit der Transparenz von satiniertem Glas hinreichend betätigt werden. Des Weiteren kann, da der Schalter über seine eigene Lichtquelle verfügt, ein stabiler Betrieb selbst in einem dunklen Bereich im Inneren der Maschine oder der Vorrichtung bewerkstelligt werden. Außerdem gilt: selbst in einem Fall, bei dem der transparente Bereich mit Flüssigkeit, Staub oder dergleichen bedeckt ist, reflektiert die Flüssigkeit, der Staub oder dergleichen kein Infrarotlicht. Folglich führt dies nicht zu einer Funktionsstörung des Schalters. Darüber hinaus werden die Einstellung und dergleichen zur Festlegung eines Reaktionsabstands des Ultraschall-Abstandssensors, einer Platzierung, einer Signalverstärkung und eines Schwellenwerts an einer Stelle durchgeführt, die hinreichend weit vom Hauptkörpergehäuse 41 entfernt ist. Folglich erfolgt keine Reaktion auf einen reflektierenden Gegenstand, wie beispielsweise eine Wand. Des Weiteren tritt selbst auf einer Förderlinie oder dergleichen, auf der verschiedenartige Gegenstände platziert sind, keine Funktionsstörung auf.
  • [Weitere Ausführungsformen]
  • Die vorliegende Erfindung schließt außerdem die folgenden Ausführungsformen mit ein.
  • Gemäß den folgenden Ausführungsformen wird ein Master-Werkstück, das eine Referenz der Messung darstellt und sich auf ein Modell eines Werkstücks bezieht, auf einer Förderlinie platziert. Das Master-Werkstück wird von einem Ultraschall-Abstandssensor eine Mehrzahl von Malen gemessen. Ein Schwellenwert zum Identifizieren eines Modells wird auf Basis von Messwerten erlangt. Folglich wird die Messung vor allem nicht von einer Messumgebung, wie beispielsweise Temperatur, Ölnebel oder Staub, beeinträchtigt. Dadurch wird es möglich, eine große Anzahl von Modellen von Werkstücken sicher zu identifizieren. Eine Mehrzahl von Modellen wird insbesondere auf einer Förderlinie von Zylinderblöcken in einer Produktionsstätte für Automotoren präzise erkannt, um die Zuverlässigkeit zu steigern.
  • <Weitere Ausführungsform 1 >
  • Werkstückidentifikationsvorrichtung zur Erkennung eines Modells eines Werkstücks, das auf einer Förderlinie platziert ist und an einer vorbestimmten Stelle einen Teilbereich zur Erkennung aufweist, wobei die Werkstückidentifikationsvorrichtung Folgendes umfasst:
    • einen Ultraschall-Abstandssensor, der dafür eingerichtet ist, Ultraschallwellen an den zu identifizierenden Teilbereich auszusenden, reflektierte Wellen zu empfangen, und die Zeit zwischen Aussendung und Empfang zu messen; und
    • ein Master-Werkstück, das als eine Referenz der Messung dient, und sich auf das Modell bezieht,
    • wobei das Master-Werkstück auf der Förderlinie platziert ist, das platzierte Master-Werkstück vom Ultraschall-Abstandssensor eine Mehrzahl von Malen gemessen wird, und ein Schwellenwert zum Identifizieren des Modells auf Basis von Messwerten festgelegt wird.
  • <Weitere Ausführungsform 2>
  • Werkstückidentifikationsvorrichtung zur Erkennung eines Modells eines Werkstücks, das auf einer Förderlinie platziert ist und an einer vorbestimmten Stelle einen Teilbereich zur Erkennung aufweist, wobei die Werkstückidentifikationsvorrichtung Folgendes umfasst:
    • einen Hauptsensor und einen untergeordneten Sensor, die dafür eingerichtet sind, Ultraschallwellen an den zu identifizierenden Teilbereich auszusenden, reflektierte Wellen zu empfangen, und die Zeit zwischen Aussendung und Empfang zu messen;
    • ein Master-Werkstück, das als eine Referenz der Messung dient, und sich auf das Modell bezieht;
    • eine Messeinheit, die dafür eingerichtet ist, das Master-Werkstück auf der Förderlinie zu platzieren und das platzierte Master-Werkstück bei Nutzung des Hauptsensors und des untergeordnetem Sensors eine Mehrzahl von Malen zu messen;
    • einen Speicher, der dafür eingerichtet ist, eine Differenz zwischen Werten, die eine Mehrzahl von Malen gemessen wurden, als eine Datengruppe zu speichern;
    • eine Berechnungseinheit, die dafür eingerichtet ist, einen Schwellenwert zum Identifizieren des Modells auf Basis der Datengruppe zu erlangen;
    • eine Identifikationsdatentabelle zum Speichern des Schwellenwerts, der durch die Berechnungseinheit erlangt wurde; und
    • eine Identifikationsbestimmungseinheit, die dafür eingerichtet ist, den zu identifizierenden Teilbereich des Werkstücks mittels des Hauptsensors und des untergeordnetem Sensors zu messen, die Differenz zwischen den Messwerten mit dem in der Identifikationsdatentabelle gespeicherten Schwellenwert zu vergleichen, und das Modell des Werkstücks zu identifizieren.
  • <Weitere Ausführungsform 3>
  • Werkstückidentifikationsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform 1 oder 2, bei der der Schwellenwert darauf eingestellt ist, eine vorbestimmte Bandbreite auf Basis von Statistiken der eine Mehrzahl von Malen gemessenem Werte aufzuweisen.
  • <Weitere Ausführungsform 4>
  • Werkstückidentifikationsvorrichtung nach einer der weiteren Ausführungsformen 1 bis 3, bei der der Schwellenwert darauf eingestellt ist, eine vorbestimmte Bandbreite auf Basis eines arithmetischen Mittelwerts und einer Standardabweichung der eine Mehrzahl von Malen gemessenem Werte aufzuweisen.
  • <Weitere Ausführungsform 5>
  • Werkstückidentifikationsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform 4, bei der die Bandbreite eine durch den arithmetischer Mittelwert ± (3 × die Standardabweichung) angegebene Bandbreite ist.
  • <Weitere Ausführungsform 6>
  • Werkstückidentifikationsvorrichtung nach einer der weiteren Ausführungsformen 2 bis 5, bei der der Hauptsensor und der untergeordnete Sensor an einer Stelle angeordnet sind, die dem zu identifizierenden Teilbereich zugewandt ist, und das Modell identifizieren, indem ein Niveauunterschied zwischen einer Oberfläche des dem Hauptsensor zugewandten zu identifizierenden Teilbereichs und einer Oberfläche des dem untergeordneten Sensor zugewandten zu identifizierenden Teilbereichs erkannt wird.
  • <Weitere Ausführungsform 7>
  • Werkstückerkennungsverfahren zum Identifizieren eines Modells eines Werkstücks auf einer Förderlinie, wobei das Werkstückerkennungsverfahren Folgendes umfasst:
  • Platzieren eines Master-Werkstücks auf der Förderlinie, wobei das Master-Werkstück als eine Referenz dient und sich auf das Modell bezieht, Messen des platzierten Master-Werkstücks eine Mehrzahl von Malen mittels eines Ultraschall-Abstandssensors, und Erlangen eines Schwellenwerts auf Basis von Messwerten zum Identifizieren des Modells.
  • <Weitere Ausführungsform 8>
  • Werkstückerkennungsverfahren zum Identifizieren eines Modells eines Werkstücks auf einer Förderlinie, wobei das Werkstückerkennungsverfahren Folgendes umfasst:
  • Platzieren eines Master-Werkstücks auf der Förderlinie, wobei das Master-Werkstück als eine Referenz dient und sich auf das Modell bezieht, Messen des platzierten Master-Werkstücks eine Mehrzahl von Malen mittels eines Hauptsensors und eines untergeordnetem Sensors, Speichern einer Differenz zwischen Werten, die eine Mehrzahl von Malen gemessen wurden, als eine Datengruppe, Erlangen eines Schwellenwerts zum Identifizieren des Modells auf Basis der Datengruppe, Speichern des erlangten Schwellenwerts in einer Identifikationsdatentabelle, Vergleichen des in der Identifikationsdatentabelle gespeicherten Schwellenwerts mit einem Wert, der durch Messen eines zu identifizierenden Teilbereichs des Werkstücks mittels des Hauptsensors und des untergeordnetem Sensors erlangt wurde, und Identifizieren des Modells des Werkstücks.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hauptsensor
    2
    untergeordneter Sensor
    3
    Sensoreinheit
    4
    Werkzeugmaschinensteuerung
    5
    Werkzeugmaschine
    6
    Werkstück
    11
    Haupt Werkstück
    12
    Identifikationsdatentabelle
    31, 32
    Ultraschallelement
    33, 34
    CPU
    35, 36
    Speicher
    41
    Hauptkörpergehäuse
    42
    Transparentes Gehäuse
    43
    Trägerschicht
    44
    Photoreflektor
    44-1
    Lichtemissionsteil
    44-2
    Lichtempfangsteil
    45
    Dichtung
    46
    Reflektierendes Band
    47
    LED
    48
    Taktgeber
    49
    A/D-Wandler
    50
    Sende- und Empfangsschalter

Claims (9)

  1. Ultraschall-Abstandssensor zum Aussenden von Ultraschallwellen an einen Gegenstand, Empfangen reflektierter Wellen, und Messen der Zeit zwischen Aussendung und Empfang, wobei der Ultraschall-Abstandssensor Folgendes umfasst: ein Hauptkörpergehäuse, das an einem Ende ein Ultraschallelement enthält; ein transparentes Gehäuse, das am Hauptkörpergehäuse befestigt ist; einen Photoreflektor, der an einer Stelle des transparenten Gehäuses vorgesehen ist und einen Lichtemissionsteil und einen Lichtempfangsteil enthält; und eine Schalteinheit, die dafür eingerichtet ist, auf Basis einer Ausgabe vom Photoreflektor zwischen einem Einrichtungsmodus, in dem eine Befestigungsposition des Hauptkörpergehäuses eingestellt wird, und einem Messmodus, in dem der Gegenstand gemessen wird, umzuschalten.
  2. Ultraschall-Abstandssensor nach Anspruch 1, Folgendes umfassend: eine LED, die dafür eingerichtet ist, eingeschaltet zu sein, um eine Lichtmenge, basierend auf einer Intensität empfangener reflektierter Wellen, aufzuweisen.
  3. Ultraschall-Abstandssensor nach Anspruch 1 oder 2, Folgendes umfassend: das Ultraschallelement, das dafür eingerichtet ist, Ultraschallwellen auszusenden und reflektierte Wellen zu empfangen, wenn der Lichtempfangsteil einen Lichteingang entgegennimmt; und eine Intensitätserkennungseinheit, die dafür eingerichtet ist, eine Intensität empfangener reflektierter Wellen zu erkennen.
  4. Ultraschall-Abstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das transparente Gehäuse am Hauptkörpergehäuse über eine Dichtung angebracht ist.
  5. Ultraschall-Abstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das transparente Gehäuse an einem entgegengesetzten Ende, d. h. einer dem Ende, an dem sich das Ultraschallelement befindet, entgegengesetzten Seite, vorgesehen ist.
  6. Werkstückerkennungsvorrichtung zur Erkennung eines Modells eines Werkstücks, das auf einer Förderanlage platziert ist und an einer vorbestimmten Stelle einen Teilbereich zur Erkennung aufweist, wobei die Werkstückerkennungsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Hauptsensor und einen untergeordneten Sensor, die dafür eingerichtet sind, Ultraschallwellen an den zu erkennenden Teilbereich auszusenden, reflektierte Wellen zu empfangen, und die Zeit zwischen Aussendung und Empfang zu messen; den Hauptsensor und den untergeordneten Sensor, wobei der Hauptsensor und der untergeordnete Sensor ein Hauptkörpergehäuse mit einschließen, das an einem Ende ein Ultraschallelement enthält, ein am Hauptkörpergehäuse angebrachtes transparentes Gehäuse, sowie einen an einer Stelle des transparenten Gehäuses vorgesehenen Photoreflektor, der einen Lichtemissionsteil und einen Lichtempfangsteil umfasst; und eine Schalteinheit, die dafür eingerichtet ist, auf Basis einer Ausgabe vom Photoreflektor zwischen einem Einrichtungsmodus, in dem eine Befestigungsposition des Hauptkörpergehäuses eingestellt wird, und einem Messmodus, in dem das Werkstück gemessen wird, umzuschalten.
  7. Werkstückerkennungsvorrichtung nach Anspruch 6, Folgendes umfassend: eine LED, die dafür eingerichtet ist, eingeschaltet zu sein, um eine Lichtmenge, basierend auf einer Intensität empfangener reflektierter Wellen, aufzuweisen.
  8. Werkstückerkennungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, Folgendes umfassend: das Ultraschallelement, das dafür eingerichtet ist, Ultraschallwellen auszusenden und reflektierte Wellen zu empfangen, wenn der Lichtempfangsteil einen Lichteingang entgegennimmt; und eine Intensitätserkennungseinheit, die dafür eingerichtet ist, eine Intensität empfangener reflektierter Wellen zu erkennen.
  9. Werkstückerkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Hauptsensor und der untergeordnete Sensor an einer Stelle angeordnet sind, die dem zu erkennenden Teilbereich zugewandt ist, und das Modell erkennen, indem ein Niveauunterschied zwischen einer Oberfläche des dem Hauptsensor zugewandten zu erkennenden Teilbereichs und einer Oberfläche des dem untergeordneten Sensor zugewandten zu erkennenden Teilbereichs erkannt wird.
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