DE1925751A1

DE1925751A1 - Verfahren zur automatischen Pruefung von Gegenstaenden

Info

Publication number: DE1925751A1
Application number: DE19691925751
Authority: DE
Inventors: Michio Hamamatsu; Shozo Ito
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1968-05-22
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1969-11-27
Also published as: GB1263968A; CS170151B2; DE6920380U

Description

NIPPON SEIKO K. K.

Verfahren zur automatischen Prüfung; von Gegenständen

Die Erfindung betrifft ein automatisches Prüfsystem für Gegenstände, insbesondere ein System, beim dem die Oberfläche eines Gegenstands automatisch unter Verwendung von optischen Faserbündeln geprüft wird. Verfahren zur Prüfung eines Gegenstands, insbesondere seines Aussehens, finden auf verschiedenen Gebieten ausgedehnte Anwendung, z. B. bei der Prüfung des Schliffs eines optischen Systems. Da das System der Erfindung für die Prüfung der Oberfläche von Lagern geeignet ist, wird die Erfindung an xiand des Lagers beschrieben. Jedoch ist das System nicht hierauf beschränkt. Ss kann auch in verschiedenen anderen Gebieten angewendet werden.

Das herkömmliche System besteht aus einer optischen Lichtmeßeinrichtung und einem Antriebsmechanismus, der den Gegenstand dreht, um die ganze Oberfläche des Gegenstandes, z. 3. des Lagers, zu prüfen. Ein von einer Lichtquelle projiziertes Licht wird durch die Oberfläche des durcii den Antriebsmechanismus gedrehten Lagers reflektiert und von einer Futterröhre für die Prüfung empfangen. Andererseits wird ein Teil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichts einer Kompensationsfutterröhre zugeführt, um eine Änderung der Lichtmenge der Lichtquelle zu kompensieren. Die Ausgänge beider

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Futterröhren werden durch einen Gleichstromdifferenzialverstärker verstärkt, wobei sie, wenn die Ausgangsspannung der Prüfungsfutterröhre unter die Spannung abfällt, die durch einen Spannungsteiler zur Einstellung eines Wählpegels -eingestellt ist, den Wählmagnet mit Hilfe einer Steuerschaltung betätigen und einen schlechten Gegenstand ausscheiden.

Da in einem derartigen herkömmlichen System der absolute Wert des reflektierten Lichts gemessen wird, besteht die Möglichkeit, daß ein guter Gegenstand als schlechter festgestellt wird, wenn z. B. nur ein Ölfilm auf der Oberfläche des Gegenstands vorhanden ist. Daher muß der zu prüfende Gegenstand durch Abwischen des Öls oder dergl. gereinigt werden. Ferner muß die ganze Prüfeinrichtung einschließlich der Futterrohren und des Verstärkers über eine lange Zeit stabil arbeiten.

Um diese Probleme zu lösen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Auflösungsvermögen der Einrichtung nicht zu Änderungen der Lichtmenge der Lichtquelle der Empfindlichkeit der fotoelektrischen Elemente des optischen Systems und des Gleichstromverstärkers beeinflußt wird. Bei diesem System wird das zu messende Signal, das an einem der Ausgänge des Gleichstromverstärkers erscheint, unmittelbar dem Differenzialverstärker zugeführt, während das am anderaiAusgang erscheinende Signal zunächst über einen Kreis mit

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geeigneter Seitenkonstante der Speicherschaltung und dann dem Differenzialverstärker zugeführt wird. Dieses System ist eine Art von Selbstvergleichsverfahren mit zeitabhängigem System, da die Speicherschaltung nacheinander stets die mittlere Fläche der Oberfläche des geprüften Lagers als Normalwert berechnet und dann die Änderung der Menge des reflektiertai Lichts abhängig vom Normalwert festgestellt wird. Dies Verfahren beseitigt einige Hängel des oben erwähnten herkömmlichen Verfalirens, bei dem der absolute Wert des reflektierten Lichts gemessen wird. Jedoch bleiben Mängel wie die Forderung nach einem optischen Präzisionssystem, die geringe Empfindlichkeit und die Forderung, daß der Gegenstand mehrmals gedreht werden muß weiterhin vorhanden.

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges automatisches Prüfsystem für Gegenstände zu scnaffen, das sehr genau, zuverlässig und stabil ist.

Erfindun.:siremäß werden OTDtische Fasern mit Erfolec verwendet. Jedoch ergibt sich aus der nachfolgenden Erläuterung:, die an Land der beigefügten Zeichnungen gegeben wird, daß die Erfindung nicht ein System betrifft, bei dem nur ein herkömmliches optisches System durch bekannte optische Fasern ersetzt ist.

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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht, die einen tatsächlichen

' Aufbau einer Ausführung des erfindungsgemäßen Prüfsystems veranschaulicht und

Fig. 2 ein Blockschema einer elektrischen Schaltung, die in dem erfindungsgemäßen Prüfsystem verwertet wird.

In Fig. 1 ist eine optische Faserbündelgruppe 1 dargestellt, ferner zwei Antriebsrollen 2 und 3, weiterhin ein auf den Antriebsrollen angebrachtes Rollenlager 4 und schließlich eine Lampe 5. Das eine Ende der optischen Faserbündelgruppe 1 ist in einer Reihe gebündelt, während das andere Ende in optische Faserbündel aufgeteilt ist, die in gleichen Zweigen angeordnet sind.

Fotoelektrische Elemente, z. B. die Fototransistoren mit den Bezeichnungen Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 ... Nr. 10, sind jeweils mit den optischen Faserbündeln verbunden, und zwar mit jedem Bündel 1. Jedes optische Faserbündel, das mit einem der Fototransistoren Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 ... oder Nr. 10 verbunden ist, wird benutzt, um die äußere Oberfläche zu prüfen. Zwei dieser optischen Bündel werden ausgewählt, um ein Paar zu bilden. Die

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Elemente der Paare können benachbart sein, z. B. Nr. und Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5, oder es kann jedes zweite gewählt werden, z. B. Nr. 2 und Nr. 4_: oder Nr. 3 und Nr. 5 oder es können Kombinationen mit den dritten Nummern verwendet werden, z. B. Nr. 2 und Nr. 6 oder Nr. und Nr. 7. Mit anderen Worten: auf ΐ/unsch kann jede Art von Kombination gebildet werden. Bei der Feststellung eines großen Risses oder einer großen Ausdehnung des Risses in axialer Richtung ist es jedoch vorteilhaft, ein Paar zu bilden, bei dem die Bündel weit voneinander entfernt liegende Fototransistornummern haben, z. B. ein Paar mit einem Unterschied der Fototransistornummer von drei.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung bilden die auf beiden Seiten der optischen Faserbündelgruppe gelegenen optischen Faserbündeln mit den entsprechenden Fototransistoren Nr. 1 und Nr. 10 ein Paar. Das Gesichtsfeld dieses Paars bedeckt etwa die Hälfte der Abschrägung des Lagers. Daher wird dieses Bündelpaar verwendet, um die Abschrägung zu prüfen. Außer diesen optischen Faserbündeln ist ein Paar von optischen Faserbündeln vorgesehen, das die von einer Lampe 7 kommenden reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt und mit Hilfe einer Linse zur Endfläche des Lagers projiziert. Dieses Paar wird verwendet, um die ündflache des Lagers zu prüfen. Es ist in Fig. 1 als diejenigen Bündel angegeben, welche die Fototransistoren Nr. 11 und 12 haben. Es ist mög-

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lieh,einen Riß auf der polierten Endfläche Abnormalitäten in Richtung des Gangs oder Gesamtfehler, z. 3. eine Rauheit der polierten Oberfläche, festzustellen, indem der Gang des äußeren Durchmessers und der Hittelteile und das Ungleichgewicht auf der Oberfläche in jedes Gesichtsfeld des optischen Faserbündelpaars eingeschlossen wird, das die Fototransistoren Nr. 11 und Hr. 12 zusammenfaßt. Das in Fig. 1 dargestellte System, das aus einem optischen Faser-bUndelpaar und der Lampe 5 der Linse 9 dem Spalt-10 und den Fototransistoren 1-Ir. und kr. 14 besteht, die das Paar bilden,-wird verwendet, um den Gesamtbearbeitungszustand der äußeren Oberfläche des Rollenlagers 4, z. B. die Grenze der Rauheit des Polierens festzustellen. Das System kann ferner benutzt werden, um die Schwäiaing und einen porösen Faden der Lampe 5 festzustellen.

Fig. 2 zeigt die elektrische Schaltung des erfindungsgemäßen Pulssystems. Jedes Fototrrnsistorpaar, das mit den optischen Faserbündeln verbunden ist, ist zu einer Brücke geschaltet, welche dieselbe Nummer wie das Paar hat. Die Brücken sind in bekannter ¥eise aufgebaut und mit einer gemeinsamen Gleichstromquelle 20 verbunden. Im einzelnen ist das Paar der Fototransistoren Lfr. 1 und Nr. 10 mit der Brücke 21 verbunden, das Paar der Fototransistoren Nr. 2 und IJr. 6 mit der Brücke 22 und das Paar der Transistoren Nr. 3 und Nr. 7 mit der Brücke 23. Die Brücken 24, 25 und 26 sind in gleicher Weise

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aufgebaut. Mit der Brücke 27 sind die Fototransistoren Nr. 13 und Mr. I^ verbunden. Die Tototransistorenpaare sind wie fole,t geschaltet: Der Fototransistor Mr. liegt in dem Zwei-; der dem Brückenzweig gegenüber liegt., in dem der Widerstand Hl liegt/ während der S Fototransistor Ur. 1 in dem Zweig liegt., der den veränderlichen Widerstand R2 gegenüberliegt. Die Brücke 27 ist in der Zeichnung dargestellt. Es istleicht zu erkennen, daf dieselbe Schaltung auch für die anderen Brücken -alt.

Kit den Ausgangsklemmen jeder Brücke ist ein Gleichstromdif.ferentialverstärker verbunden, um die Ausgangsspannung der nicht im Gleichgewicht befindlichen Brücke zu verstärken. In Fig. 2 sind nur die Gleichstro.ndifferentialverstärker 2° und 29 repräsentativ dargestellt. Der Ausgang .jedes C-leichstromdif?erentialverstärkers liegt an einer P.climitt Tri-ger-Schaletunc in der die '.'ahl des Ein^anrispe^elG durchgeführt wird. Ein "i\eP-rev^!öt zn·α Einstellen des Oleich^evrichts ist mit der Ausgangsstufe des Gleichstromverstärkers verbunden, um die Einsteliun- durchzuführen. Dieses "Ie¹³J- ^erät au-¹. Einstellen des Gleich.-;eviichts kann während der Periode des *\^Ti"nlens durch Schalter, z.3. 37 und ab^eschaiet werden. Bei dieser Ausführung kann der Trif.nerpe^el ,^r-.it anderen ".'Jorten. der "'r'hlr-trenzwert entvfeder durcli die Schmitt ^rrri";;:er-Schaltun~en 32 und· 33 oder durch die Gleichstromdifferentialverstf-rker 2"' und 29 fest^ele^t v.^rerden. Alle Aus^än-re der f?chi.iitt Tri :-er-Schaltun~en f-ehen zur ODER-Gatterschaltun;-3^. Der Ausbau■>: der Gatterschaltun'; wird dann durch den "Ausgangsverstärker verstärkt.

7±".. 2 zei-^t eine ODER-Gatterschaltun~_; die zeltlich durch die Steuerschaltung 35 und den gemeinsamen Aus-an -skreisen gesteuert wird. Der Aus-arides Aussan^r;verstürkers erregt den '.,'ählmartnet 36., der die Ausscheidung- fehlerhafter Gegenstände bewirkt.

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^T..^Tie oben beschrieben wurde besteht das erfindun^sgeraäße Prüf system aus einem Grund~erät ·, d.h. der Einheit, die so aufgebaut ist.« daß sie die zu prüfende oberfläche in kleine Gebiete teilt, um Gleichgewichtsschaltun-;en durch Paaren der Mittel zu bilden, die der¹ Information der gewählten Gebiete entsprechen und um einen Selbstvergleich durchzuführen. Die Ausfjänce einer Anzahl von Einheiten ₃ die das Grund- ^erät bilden, ^ehen zu Schmitt Trigger-Schaltungen, werden einer Pegelwahl unterzogen. Dann werden die Ausgänge der Trigger-Schaltungen zu einem einzigen Ausgang durch das ODIC^-Clatte-r zusammengefaßt., um eine Beurteilung und eine ^T.iahl 'ruter oder schlechter Gegenstände durchzuführen.

'.^renn auch die Erfindung anhand eines Rollenlagers besehrieben wurde, so kann die gleich Aufgabe doch auch mit dem ^!eichen Aufbau in Bezu^ auf d.as äußere Aussehen von Rinp.;en, gerillten Ober-r flächen oder Xugella-eroberfladen erfüllt vrerden.

Erfiiidun's^er.ä." können alle Zustände der ^esarriten Oberfläche eines Gegenstandes vrährend einer Umdrehun;; rieorüft vjerden. Die Prüfung kann normalervreise durchgeführt v/erden, v?enn der Ölfilm des Pieinigun^s-'3Is infolge eines unvollständigen Abvrischens auf der Oberfläche geblieben ist. l'ilt anderen I-Jorten, eine Prüfun;: kann mit hohem ^T.^Tir':un^s^rad durchgeführt :-i erden, ferner ist. aas Prüf sy st em der Erfindung sehr empfindlich, ueil die Oberflaiche. die geprüft werden soll - bei der Prüfung in kleine Gebiete aufgeteilt wird. Z.B. ist der kleinste RiB₅der durch herkömmliche Hittel festgestellt werden kann., etwa 100 Mikrometer χ 200 Mikrometer (gleichwertig I¹H Z-Iipkrometer Durchmesser) zu groß, vmhrend erfindun^sgemäß Risse festgestellt werden können, die nur einen Durchmesser von 30 micrometer haben. Die Prüfung ist ferner auch möglich, wenn die Lichtiaenr:e vergrößert wird. Die Genauigkeit des Verfahrens der

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Erfindung beträgt 99.,9#_: während das herkömmliche Verfahren eine Genauigkeit von höchstens 99 _}5% hat. Das bedeutet, da¹?· bei herkörainlichen Prüf systemen ein Feststellun^sfehler bei 200 Gegenständen auftritt, während bei der Erfindung nur ein Feststellungsfehler bei 1000 Gegenständen auftritt. D.h. die Zuverlässigkeit ist durch Anwendung der Erfindung beträchtlich verbessert. Ferner ist das System der Erfindung sehr stabil, weil ein relativer Vergleich durchgeführt wird, da ein Elementpaar als Einheit benutzt wirdj so daß das Prüfsystem frei von Faktoren, wie eine Schwankung der Lichtmen^e ist. Das System der Erfindung erfordert kein optisches System mit Präzisionslinsen, wie herkömmliche -Verfahren. Es erlaubt die Verwendung von Fototransistoren^ Fotodioden,, Fotozellen usw., die sich .-ünsti^. auswiden- z.B. durch Vereinfachung des Aufbaus.

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Claims

JlO

Patentansnrucft

Verfahren zur automatischen Prüfung von Gegenständen., dadurch gekennzeichnet,., daß Licht, -Teiches von der Prüfoberfläche eines sich bewegenden Gegenstands reflektiert oder übertrafen wird, auf das eine F.nde einer Anzahl von optischen Faserbündeln projiziert wird, die am anderen Ende rait fotoelektrischen ^Tvandlerelementen verbunden sind. äa£ ferner die projizierte Lichtmen^e in elektrische Größen umgewandelt wird, daß weiterhin dia umgewandelten elektrischen Größen von den Paaren von optischen Fiberbündeln abgenommen werden, indent die optischen Faserbündel der Anzahl der optischen Faserbündel in vorbestimmten Reihen.f0l.3e aus.-ewi'.hlt vrerden und daß schließlich durch das Un^leich'te'.iicht der elektrischen Großen festgestellt wird, ob der Gegenstand 311t oder schlecht ist.

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