DE1925937A1

DE1925937A1 - Anordnung zur Kontrolle und UEberwachung der Guete der Oberflaechenbearbeitung

Info

Publication number: DE1925937A1
Application number: DE19691925937
Authority: DE
Inventors: Molines Joseph Lewis; Vernot Ralph Thomas
Original assignee: Philco Ford Corp
Current assignee: Space Systems Loral LLC
Priority date: 1968-05-21
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1969-12-04
Also published as: GB1260534A; DE1925937B2; US3509349A

Description

FHILCO-PORD CORPORATION, Philadelphia / Penns. (V.St.A.)

Anordnung zur Kontrolle und Überwachung der Güte der Oberflächenbearbeitung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung und Kontrolle der Oberflächengüte von Gegenständen, und näherhin eine Anordnung dieser Art, welche unter Verwendung eines raeohanisch-optisoh-elektrisohen Systems eine Anzeige liefert, sobald ein verhältnismäßig rauher Bereich auf der Oberfläche des kontrollierten Gegenstandes eine vorgegebene Größe überschreitet.

Bei der Herstellung bestimmter Gegenstände, beispielsweise von Stahlblech-Zuschnitten oder -Rohlingen, die zu Kraftfahrzeug-Stoßstangen oder anderen hochqualitativ oberflächenbearbeiteten Gegenständen verarbeitet werden sollen, soll die Oberfläche der Zuschnitte bzw. Rohlinge nach der Bearbeitung einen vorgegebenen Glättegrad besitzen. Zuschnitte, deren Glätte in einem oder mehreren, eine vorgegebene Größe überschreitenden Bereichen kleiner als der vorgegebene Wert ist, können für weitere Schritte des Herstellungsverfahrens, bei-

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spiel&weiae :ias Galvanisieren, ungeeignet sein. Des weiteren kann bei der Banafabrikaelon das Auftreten eines vorgegebenen Anteils von Zuschnitten mit verhältnismäßig rauhen Oberflächen bereichen eine Anzeige fir die Notvrendigkeit einer Neueinstellung bay/. Regelung vorausgehender Oberflächenbearbeitungen (beispielsweise Scnlaifbehandlungen) sein. Aus all dem folgt, daß eine gewisse Überwachung bzw. Kontrolle erwünscht ist, entweder im Gegenstände mit rauhen Oberflächenbereichen, Vielehe eine bestimmte vorgegebene Größe übersohreiten, auszusondern, oder zum Zwecke der statistischen Qualitätskontrolle vorhergehender Ofcevfläofrenbearbeitungssehritte.

Die Nachteile einer manuellen iJberwachurig bzw. Kontrolle der oberflächenbearbeiiH'ten Zuschnitte bzw. Rohlinge sind für den mit der Masseniabnkatior Vertrauten offenkundig, Bekannte automatlsohe Kontroll- bz-.i. "Iterwachungsvorrichtungen weisen Nachteil?; hinsichtlich der Kompliziertheit des Aufbaus, mango I. η der Zuverlässigkeit, geringer Genauigkeit und unzureichender Vielseitigkeit- der Anwendbarkeit auf. Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile vermieden werden.

die vorliegende Erfindung soll daher eine anordnung zur automati.sehen Oberfl!· chenüberw3chung bzw. -kontrolle geschaffen werden, die äuiierst genau, zuverlässig und vielseitig anwendbar und verhältnismäßig einfach in ihrem Aufbau ist.

Gemäß der Erfindung weist eile Kontroll- bzw. Überwachungsanordnung mehrere Lichtquellen zur Beleuchtung der zu Uberwachenien bzvj. 2u kontrollierenden Oberfläche auf; des weiteren sind Mittel zur Abtastung der von den Lichtquellen beleuchteten Oberfläche uni zur Erzeugung eines Inforiiiations-Wech3elstromsignal.3 vorgeaehea, dessen Amplitude von Scheitel zu Scheitel dem Kontrast der abgetasteten Reflexion der Lichtquellen an der Oberfläche entspricht; gleichzeitig wird zur Erzeugung

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eines Bezugssignals eine Standard- oder Bezugsanordnung von Lichtquellen abgetastet. Das Bezugssignal wird zur Lieferung , von Sampling-Iiiipulsen bearbeitet, deren Zeitsteuerung den Abtastzeiten des von den Lichtquellen an der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Lichts entspricht. Das Informations-Signal wird vollwegglei eingerichtet, invertiert und einem Sampling unterworfen, derart, daß Fehlerimpulse erzeugt worden, welche das Vorliegen von verhältnismäßig rauhen Bereichen in der abgetasteten Oberfläche anzeigen. Die Fehlerimpulse werden einem Integrator zugeführt, dessen Ausgangsgröße eine Schwellwertvorrichtung auslöst, sobald die Integratorspannung einen vorgegebenen Pegel übersteigt; dies dient als Anzeige dafür, daß auf der abgetasteten Oberfläche ein verhältnismäßig rauher Bereich vorliegt, dessen Fläche einen vorgegebenen Wert übersteigt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des mechanischen und .' optischen Systems einer Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des elektronischen Systems einer Anordnung gemäß der bevorzugten ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung von in den Systemen nach den Figg. 1 und 2 auftretenden Spannungs-Wellenformen.

Beschreibung des mechanischen und optischen Systems anhand von Fig. It

- Für die Zwecke der Erläuterung wird die Erfindung anhand der Überwachung bzw. Kontrolle flacher, länglicher Stahl-Zuschnitte

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bzw. -Rohlinge beschrieben. Jedoch eignet sich die Anordnung gemäß der Erfindung zur Oberflächenbearbeitungskontrolle jeder beliebigen, verhältnismäßig glatten, lichtreflektierenden Oberfläche. Ebenfalls für die Zwecke der nachfolgenden Beschreibung sei angenommen, daß die zu überwachenden Zuschnitte Abmessungen von etwa 7 Fuß χ JJ Fuß (ca. 210 cm χ 91 cm) besitzen und entlang einem (nicht dargestellten) Förderband in einer Richtung parallel zu ihrer kürzeren Abmessung mit einer Geschwindigkeit von etwa 250 Fuß pro Minute (ca. 75 m/min.) wandern. Selbstverständlich kann die Anordnung ggf. auch so getroffen sein, daß die Zuschnitte auf dem Förderband in einer Richtung parallel zu ihrer längeren Abmessung wandern.

Sobald einer öer Zuschnitte 10, dessen Oberfläche kontrolliert werden soll, bei. seiner Bewegung auf dem Förderband eine Lage unterhalb der Überwachungsanordnung erreicht, unterbricht er einen Lichtstrahl 12, wodurch die elektrische Ausgangsgröße einer Photozelle 14 abgeschnitten und hierdurch ein weiter unten beschriebener Arbeitszyklus der Überwachungsanordnung in Gang gesetz.t wird.

Über dem Zuschnitt 10 sind eine aus mehreren Leuchtröhren bestehende Lichtquelle, ein Reflektor/Diffusor 1&, eine horizontale Hauptfadenkreuzvorrichturig 20, sowie eine vertikale Bezugs faden-Kreuzatiordnung 22 vorgesehen. Die horizontale Hauptfaden-Kreuzvorrichfcung 20 besteht aus einer undurchsichtigen Platte, in welcher eine Reihe von 1 Zoll (ca. 2,57 cm) breiten Rechteclcöffnungen mit Abständen von 1 Zoll (ca. 2,57 cm) voneinander vorgesehen sind. Die vertikale Bezugsfaden-Kreuzanordnung 22 ist in ähnlicher Weise ausgebildet, mit dem Unterschied, daß die in ihr vorgesehenen öffnungen, und die Abstände zwischen den Öffnungen, etwa 10 & kleiner als 1 Zoll (ca. 2*57 cm) sind, als Kompensation für den Umstand, daß der optische Strahlengang von der Bezugs-Fadenkreuzvorrichtung kleiner als der optische Strahlengang von der Haupt-

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faden-Xreuzanordnuns ist, wie welter unten auseinandergesetzt. Die Fadenkreuz-öffnungen erstrecken sieb, über die gesamte Länge .jeder Platte ο Die Fadenkreuzanordnungen 20 und 22 sind Teile eines (in der Zeichnung nur tej lvr-idse abgebildeten) undurchsichtigen Gehäuses, welches die Leuchtröhren 16 umgibt, derart, daß das Liohb aus den Röhren 16 den Zuschnitt 10 sowie eine weiter unten beschriebene Photozelle nur durch die öffnungen in den Fadenkreuz-Vorrlchir,ungen erreichen kann. Der jeweils untersuchte Zuschnitt ist vorzugsweise durch ein (nicht dargestelltes) weiteres Gehäuse gegenüber Umgebungslioht abgeschirmt, derart. aa,5 im wesentlichen nur das durch die Padenkreuaanordnung 20 tretende Licht auf den Zuschnitt trifft.

Da das von den Röhrfsn 16 ausgehende Licht durch den Diffusor 18 und die He*u pt fadenkreuz -Anordnung 20 hindurchtritt, wird der Zuschnitt am intensivsten in den Bereichen unmittelbar unter den öffnungen in der Hauptfadenkreu'zanordnung 20 beleuchtet, während er In seinen übrigen Tailen einschließlich den dazwischenliegenden Bereichen unmittelbar unter den undurchlässigen Teilen der Fadenkreuzanordnung weniger intensiv beleuchtet ist. Das auf den Zuschnitt 10 auftreffende Licht wird nach oben auf einen unter einem Winkel angeordneten, Länglichen, fest angeordneten Spiegel 26 reflektiert, der in der Zeichnung nur teilweise dargestellt ist, jedoch genügend lang ist, derart, daß L:I.ohfc über die gesamte Länge des Zu- -ochnitta 10 aufjeinsn ίweiter unter? beschriebenen) rotierenden Spinel j0 reflektiere »i.rd. Der Strahl 2'I- veranschaulicht den Strahlengang d:.a liohfcs von einer rlur öffnungen in der Haupi-.fadenkreuzanovdnLri/, 20. Dafj Lieht der Leuchtröhren l6 wird ferner auch von dem Diffusor l8 naoh oben durch die Eezugsfadenkreuzanordnung 22 hindurch .tir^kt auf den Spiegel 26 reflektiert. Der Strahl 28, der kurzer als der Strahl 24 ist, veranschaulicht den Strahlengani? des Liohfcs von einer der öffnungen In der Bezugsfadenkreuzanordnung 22. Nach der Reflexion an dem Spiegel 26 verlaufen der Haupt- und der Bezugs-

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strahl entlang Strahlengängen 24 bzv;. 28 und treffen auf eine Seitenfläche eines vertikal angeordneten, achteckigen Spiegels j50 auf, der von einem fIotor angetrieben mit etwa 100 U/min, umläuft.

Die beidsn Lichtstrahlen werden an dem Spiegel 30 reflektiert und verlaufen durch Linsensysteme 32 bzw. 34. Der Hauptsfcrahl trifft schließlich auf eine Kontroll- bzw. Jberwachimgr-s-Phobozelle 36, und entsprechend der Bezugsstrahl auf eine Standard- bzvr. Bezugsphotozelle 38 auf. Die Ausgangsgrößen der Platten-, überwachung- und der Sbandardphotozellen 14, 36 bzw. 38 werden dem elektronischen System in Fig. 2 zugeführt. Wie ersichtlich, erhält die Photozslle 36 während dem Vorbeilauf jeder Seitenfläche des Spiegels 30 an der Photozelle 36 (d.h. v/ährend jeder 1/8-Umdrehung des Drehspiegels 30) aufeinanderfolgend Licht von jedem der beleuchteten Bereiche entlang einem Streifen des Zuschnitts Entsprechend tastet die Photozelle 38 im Verlauf jeder 1/8-Umdrehung des Spiegels 30 jede der öffnungen in der Bezugsfadenkreuz anordnung 22 ab. Unter Zugrundelegung der oben angegebenen Werte wandert dabei der Zuschnitt 10 zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen um etwa 4 Zoll (ca. 10 cm) weiter.

Beschreibung des elektronischen„Systems anhand von FIp. 2:

Das von der Überwachungs- bzu. Kontrollphotozelle 36 gelieferte Abtastsignal «rird parallel einem Begrenzer 52 und einem Verstärker 40 mit einem Durchlaßband von etwa 8 Hz bis 2 kHz zugeführt. Die Ausgangsgröße des Varsfcärkers 40 wird einem Vollweggleichrichter 42 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Gleioii» riehter3 42 wird parallel einem Inverter 48 und einem Trennverstärker un3 Tiefpaßfliter 44 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Filters 44 diarit zur Beaufschlagung eines Qleichspannungs-Voltmeters 46 mit umgekehrter Skala, d.h. die Skala des Meßgeräts 46 ist solcher Art* daß si® eine niedrigere

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zeigt, wenn die Inatrumeiitnadsl sich bei Zunahme der dem Meßgerät zugeführten Meßspanming von links nach rechts bewegt. Die Skala kann in Mikrozoll Oberflächenrauhheit geeicht sein, zur Anzeige der mittleren oder durchschnittlichen Oberflächengüte des untersuchten Zuschnitts als quadratischer Mittelwert in Mikrozoll. Die Eichung des Meßgeräts 46 (von etwa 4 bis 40 Mikrozoll) erfolgt mittels Standard-Zuschnitten bekannter Oberflächengüte.

Vom Ausgang des Inverters 48 wird die Abtast-Information einem Eingang eines UND-Qatters 50 mit drei Eingängen zugeführt.

Die Ausgangsgröße des Begrenzers 52 xvird einem normalerweise durchlässigen Sperrgatter 54 zugeführt, das bei Erregung seines Sperreingangs in den nicht durchlässigen oder Sperr-Zustand gebracht wird. Die Ausgangsgröße des Gatters 54 wird einer Differenzierschaltung 56 zugeführt, deren Ausgangsgröße zum Triggern eines einstellbaren monostabilen Multivibrators 58 dient. Die Ausgangsgröße des Multivibrators 58 wird einer zweiten Differenzierschaltung 60 zugeführt, deren. Ausgangsgröße sum Triggern eines zweiten und eines dritten einstellbaren, raonoetabilen Multivibrators 62 bzw. 64 dient. Die Ausgangsgröße des Multivibrators 64 erregt den Sperreingang des Gatters 54; vom Ausgang des Multivibrators 62 wird ein Tast-Impuls einem zweiten Eingang des UND-Gatters 50 zugeführt.

Die Ausgangsgröße der Standard- oder Bezugsphotozelle 38 liefert ein Bezugssignal über einen zweiten Bandpaßverstärker 64 und einen zweiten Vollweggleichrichter 68 an eine Impulsformerschaltung 7Oj, die Kur Erzeugung scharfer Sampling-Impulse jeweils synchron mit den Scheitelpunkten jedes der der Impulsformerschaltung Von dem Gleichrichter 68 zugeführten Impulse dient. Das von dem Impulsformer 70 erzeugte Sampling-Signal wird dem dritten Eingang des UND-Gatters 50 zugeführt..

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Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 50 triggert einen vierten einstellbaren monostabilen Multivibrator 72, welcher Impulse mit einer Standardbreite und -höhe an einen Integrator 74 liefert, der einen Nebenschluß-Ladekondensator sowie einen zugehörigen konstanten Lastwi^derstand aufweist. Die Ausgangsgröße der I nt egrat ions schaltung 74 wird von einer Klinkschaltung 76 überwacht, die betätigt wird, sobald die Integrator-Spannung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Die Klinkschaltung 76 kann aus einer triggerbaren bistabilen Schaltung bestehen. Sobald die Klinkschaltung 76 betätigt wird, wird ihre Ausgangsgröße als Zählwert in einem Zähler 78 registriert j dieser weist Ausgangs-Anzeigevorrichtungen auf, welche signalisieren, sobald zunehmend höhere Eingangsgrößen zugeführt wurden; im beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Zähler 7S Anzeigevorrichtungen aur Signalisierung der Zufuhr der Zählwerte 1, 4 und 7 auf.

Die Ausgangsgröße der Platten-Photozelle 14 ist mit einem RUckstellrelais 80 verbunden, dessen Ausgang seinerseits mit einem Entlade-Eiiigang des Integrators 74 sowie mit einem Rückstelleingang der Klinkschaltung 76 verbunden ist. Bei Zufuhr einer Eingangsgröße von der Photozelle 14 bewirkt das Rückstellrelais 80 die Entladung des Kondensators In der Integrationsschaltung 74 und die Rückstellung der Klinkschaltung J6.

In den graphischen Darstellungen von Fig. J5 sind typische, wenngleich idealisierte Wellenformen wiedergegeben, wie sie an den Ausgängen der einseinen Vorriehtungsteile aus den Pigg. und 2 auftreten; im Verlauf der folgenden Erläuterung der Wirkungsweise der Systeme von Fig. i und 2 wird auf die Wellenformdarstellung in Fig. 3 Bezug genommen.

Beschreibung; dor Wirkungsweise dos ...Systems...yon, Fl^. 1.:.

Das von jeder der sie beeren gesonderten Lichtquellen, als welche

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die Öffnungen der Hauptfadenkreuzanordnung 20 wirken, auf den Zuschnitt 10 auffallende Licht verläuft entlang Strahlengängen nach Art des Strahlengangs 24 zu dem Spiegel 26, sodann zu dem Spiegel 30 und schließlich zu der Photozelle 36. Die Apertur der Photozelle 36 überwacht dabei einen Flächenbereich des Zuschnitts, der kleiner als die Breite des von einem einzelnen beleuchteten Bereich des Zuschnitts reflektierten Lichts ist. Während jeder 1/8-ümdrehung des Spiegels 30, während welcher also eine Seite des Spiegels an der Photozelle 36 vorbe!wandert, wird ein Bild des gesamten Zuschnitts von dessen einem Ende bis zu seinem anderen Ende an der Photozelle 36 vorbeigeführt. Die Photozelle 36 erzeugt daher ein Signal, dessen Scheitel-Scheitel-Amplitude dem Kontrast der Reflexion der Lichtquellen entlang einem Streifen des Zuschnitts entspricht. Das von der Photozelle 36 während der Abtastung eines Streifens des Zuschnitts erzeugte Signal ist in Fig. 3 durch die mit 36 bezeichnete voll ausgezogene Wellenform veranschaulicht. Da der Zuschnitt 10 sich kontinuierlich durch den Kontrollbereich hindurchbewegt, wird der gesamte Zuschnitt von der Photozelle 36 in einer Reihe benachbarter paralleler Abtastwege abgetastet, derart, daß für jeden Zuschnitt mehrere Wellenformen nach Art der Wellenform 36 in Fig. 3 erzeugt werden.

Ist die bearbeitete Oberfläche des Zuschnitts 10 sehr glatt, so ist das reflektierte Licht von jeder Lichtöffnung der Hauptfaden-Kreuzanordnung 20 scharf begrenzt, da der größte Teil des Lichts spiegeiförmig reflektiert wird. Dementsprechend wird dann das von der Photozelle 36 erzeugte Signal eine große Seheitel-Scheitel-Amplitude bei der Abtastung der scharf definierten Lichtbereiche auf dem Zuschnitt 10 aufweisen. Der Teil 82 der Wellenform 36 in Fig. 2 ist repräsentativ für die Abtastung eines derartigen verhältnismäßig glatten Bereichs. Die negative Gleichstromkomponente dieser Wellenform wird durch die Zunahme des von der Photozelle aufgenommenen

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Lichts infolge diffuser Reflexion von Licht von den öffnungen der Hauptfaden-Kreuzanordnung 20 an dem Zuschnitt 10 verursacht. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, wird diese Gleichstromkomponente in Wirklichkeit bei der Abtastung der Mitte des Zuschnitts größer als bei der Abtastung an den Rändern sein, da der Lichtpegel in der Mitte höher als an den Rändern ist.

Ist die bearbeitete Oberfläche des Zuschnitts 10 verhältnismäßig rauh, derart, daß sich eine mehr diffuse Reflexion ergibt, so wird das an dem Zuschnitt reflektierte Licht von den Lichtöffnungen der Hauptfaden-Kreuzanordnung 20 weniger scharf definiert sein; demzufolge wird die Scheitel-Scheitel-Amplitude der Wellenform 36 stark verringert, wie in dem Teil 84 der in Pig. 3 gezeigten Wellenform 36 angedeutet.

Während das Bild der Hauptfaden-Kreuzanordnung auf dem Zuschnitt 10 von der Photozelle 36 abgetastet wird, nimmt das optische System mit der Bezugsphotozelle 38 und dem Spiegel gleichzeitig und synchron damit eine Abtastung der Bezugsfaden-Kreuzanordnung 22 entlang den optischen Strahlengängen nach Art des Strahlengangs 28 vor, zur Erzeugung eines Bezugssignals, das in Fig. 3 mit 38 bezeichnet ist. Die Wellenform 38 ist ähnlich der Wellenform 36 und ist in Fig. 3 durch eine der Wellenform 36 überlagerte gestrichelte Linie wiedergegeben. Da jedoch das Bild der Bezugsfaden-Kreuzanordnung 22 niemals an einer diffusen Oberfläche reflektiert und stets direkt beobachtet wird, besitzt die Wellenform 38 stets eine gleichbleibend hohe Scheitel-Scheitel-Amplitude.

Beschreibung der Wirkungsweise des elektrischen Systems aus Fig. 2:

Bei der Übertragung der von der überwachungs- .und der Bezugs-

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photozelle gelieferten Signale durch die zugeordneten Bandpaßverstärker 40 bzw, 64 in Fig. 2 werden die betreffenden negativen Öleichstrorakomponenten beseitigt, wodurch zwei bipolare Signale in Form abgerundeter Rechteckimpulse entstehen, die in Fig. 3 mit 40 bzw. 64 bezeichnet und ebenfalls übereinander gelagert sind. Zu beachten ist, daß bei der Abtastung des nur schwach glänzenden Bereichs (Teil 84 der Wellenformdarstellungen) die Scheitel-Scheitel-Amplitude der Wellenform 40 viel -kleiner als bei der Abtastung des hochglänzenden Bereichs (Teil 82 der Wellenformdarstellungen) ist.

Nach dem Durchlaufen der betreffenden Vollweg-Gleichriehter bzw. 68 sind die negativen Halbwellen der beiden Bipolar-Signale invertiert, derart, daß zwei Unipolar-Inipulssignale 42 bzw. 68 entstehen, die ebenfalls übereinandergelagert dargestellt sind. Auch hier haben diese Signale die Wellenform einer abgerundeten Rechteckimpulsfolge.

Beim Durchlaufen des Tiefpaßfilters 44 wird die WechseIstromkomponente aus dem Signal 42 entfernt, wodurch das langsam veränderliche Gleichstromsignal 44 entsteht. Während der Abtastung des verhältnismäßig glatten Bereichs besitzt das Signal 44 eine verhältnismäßig große Amplitude, derart, daß das Voltmeter 46 eine verhältnismäßige niedrige Ablesung für die mittlere Oberflächenbeschaffenheit in Mikrozoll (quadratischer Mittelwert) zeigt. Während der Abtastung des verhältnismäßig rauhen Bereichs besitzt das Signal 44 einen niedrigen Viert, derart, daß das Meßgerät 46 eine große Ablesung in Mikrozoll (quadratischer Mittelwert) anzeigt.

Das von der Uberwaehungs- bzw. Kontrollphotozelle 36 gelieferte Signal wird auch dem Begrenzer 52 zugeführt,» in welchem die Wachse1stromkomponente aus dem Signal entfernt und ein negativer Gleichstrom-Signalimpuls 52 (Fig. 3) erzeugt wird; die Länge dieses Impulses ist proportional der Breite des Stahlzuechnitts.

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Aus weiter unten erläuterten Gründen wird nur der Anfangsteil des Impulses 52 von dem Sperrgatter 54 durchgelassen, welches somit einen kurzen Ausgangsimpuls erzeugt, der in Fig. 3 bei 54 angedeutet ist. Die Differenzierschaltung 56 spricht auf "diesen impuls unter Erzeugung eines in Fig. 3 mit 56 ange-= deuteten Signals an, das aus einem scharfen negativen Impuls, gefolgt von einem scharfen positiven Impuls, besteht. Der •negative Spitzenimpuls triggert den Multivibrator- 58, welcher einen in Fig. 3 mit 58 angedeuteten positiven .ImpulB erzeugt, dessen Breite (aus weiter unten erläuterten Granden) so gewählt wird, daß er beendet ist, sobald der Abtastpunkt sich etwa drei Zoll einwärts von dem dem Abtastbeginn benachbarten Ende des Zuschnitts befindet.

Die Differenzierschaltung 60 spricht auf den von dem mono-. stabilen Multivibrator 58 erzeugten Impuls (58, Fig. 3} unter Erzeugung scharfer positiver und negativer Spitzenimpulse an, die in- Fig. 3 bei 60 dargestellt sind. Der negative Impuls triggert den Multivibrator 64, welcher einen in Fig. 3 bei 64 angedeuteten negativen Impuls erzeugt, dessen Länge ausreicht, um das Sperrgatter 54 bis zur vollständigen-Zurücklegung des Abtastwegs in seinem nicht durchlässigen oder Sperrzustand zu halten. Hierdurch wird die Ausgangsgröße des Gatters 54 beendet, derart, daß weitere Impulse im Ausgangssignal der Photozelle 36 den derzeit betrachteten Kanal nicht beeinflussen können..

Die Ausgangsgröße des Gleichrichters 68 wird dem Impulsformer zugeführt, welcher die/Fig. 3 bei 70 angedeuteten scharfen Sampling-Impulse in Synchronismus mit den Maxima des von dem Gleichrichter 68 gelieferten Signals 68 (Fig. 3) erzeugt. Der Impulsformer 70 kann aus einem Begrenzer, welcher aus den abgerundeten Unipolarpulsen Rechteck-Unipolarimpulse erzeugt, einer Differenzierschaltung, welche aus den Rechteckimpulsen scharfe Triggerimpulse erzeugt, einem auf die scharfen Trigger-

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impulse ansprechenden monostabilen Multivibrator zur Erzeugung von Impulsen konstanter Impulsdauer, deren Hinterflanken mit • den Maxima der Gleichrichtimpulse 68 zusammenfallen, einer zweiten Differenzierschaltung zur Erzeugung scharfer positiver und negativer Impulse, sowie einem Clipper bestehen, der nur die scharfen positiven Impulse durchläßt, welche an den Maxima auftreten. Das von dem Impulsformer 70 erzeugte Sampling-Signal wird einem Eingang des UND-Gatters 50 zugeführt.

Die Gleichrichtimpuls?e 42 werden dem Inverter 48 zugeführt, welcher die Amplitude (nicht die Polarität) des vollweggleichgerichteten Abtastsignals invertiert und ein in Fig. 3 mit 48 bezeichnetes Abtast-Informationssignal erzeugt, das an den Stellen der Scheitelwerte des Gleichrichtsignals 42 Massepotential besitzt, so lange der verhältnismäßig glatte Bereich (Bereich 82) abgetastet wird, das jedoch an den Scheitelwertstellen des Gleichrichtsignals 42 einen positiven Wert besitzt, wenn der verhältnismäßig rauhe Bereich (Bereich 84) abgetastet wird. Das Abtast-Informationssignal von dem Inverter 48 wird einem zweiten Eingang des UND-Gatters 50 zugeführt.

Der negative Ausgangsimpuls des Differentiationssignals 60 dient zur Triggerung des Multivibrators 62, dessen Ausg ugsgröße ein positiver Tastimpuls 62 (Pig. 3) ist; dieser Tastimpuls beginnt,, sobald der Abtastpunkfc drei Zoll einwärts von dem einen Ende des Zuschnitts sich befindet, und ist so eingestellt, daß er beendet ist, sobald der Abtastpunkt drei Zoll einwärts vom gegenüberliegenden Ende des Zuschnitts liegt. Dieser Tastimpuls wird dem dritten Eingang des UND-Gatters 50 zugeführt.

Damit an dem UND-Gatter 42 eine Ausgangsgröße auftritt, müssen sämtliche anliegenden drei Eingangssignale positiv sein, d.h.

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es muß ein Sampling-Impuls von dem Impulsformer 70 vorliegen, der Tastimpuls von dem Multivibrator 62 muß anliegen, und das von dem Inverter 48 kommende Signal muß einen vorgegebenen positiven Schwellwerk übersteigen, wie dies während der Abtastung des verhältnismäßig rauhen Bereichs (Teil 84) der Fall ist. Während des Teils 84 sind diese Bedingungen zu den Zeitpunkten erfüllt, in denen die Sampling-Impulse 70 des Impulsformers anliegen; während der Periode 84 besitzt das UND-Gatter 50 daher eine Ausgangsgröße in Form einer Reihe positiver Impulse,. die in Fig. 3 mit 50 bezeichnet sind und das Vorliegen eines verhältnismäßig rauhen Bereichs anzeigen. Während der Abtastung eines verhältnismäßig glatten Bereichs (Teil 82) ist die Ausgangsgröße des Inverters 48 nicht positiv, wenn die Sampling-Impulse 70 des Impulsformers auftreten, und das UND-Gatter 50 liefert daher während dieser Periode 82 keine Ausgangsgröße. Das von dem Multivibrator 62 gelieferte Tastsignal 62 (Fig. 3) hat die Funktion, das UND-Gatter 50 nur dann zu betätigen, sobald der Mittelteil des Zuschnitts abgetastet wird, da in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Anfangs- und Endrandstücke des Zuschnitts in nachfolgenden Bearbeitungsgängen weggeschnitten werden und daher keine Abtastinformation bezüglich dieser Randabschnitte benötigt wird. Durch entsprechende Einstellung der Multivibratoren 58 und 62 kann die Länge des Tastsignals und damit die wirksam abgetastete Fläche des Zuschnitts nach Wunsch eingestellt werden.

Die von dem UND-Gatter 50 abgegebenen Pehlerimpulse triggern den Multivibrator 72, welcher die in Fig. 3 bei 72 gezeigten Impulse mit konstanter Breite und Amplitude erzeugt. Diese Impulse laden den Kondensator in dem integrator 74 auf, dessen in Fig. 5 mit 74 bezeichnete resultierende Ausgangsgröße ein stufenförmiges Signal ist* welches nach dem Aufhören der von dem monostabilen Multivibrator 72 gelieferten Impulse 72

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(Fig. 3) allmählich abfällt. Dieses Signal wird von. der Schaltung 76 überwacht; diese Schaltung 76 wird betätigt und erzeugt ein in Fig. 3 bei 76 angedeutetes Signal, sobald die anliegende · Eingangsspannung den Schwellwert der Klinkenschaltung 76 erreicht, wie in Fig. j3 angedeutet. Die Schaltungsparameter des Multivibrators 72, der Integratorschaltung 7^ und der Klinkenschaltung 76 sind so gewählt, daß die Klinkenschaltung nur beim Auftreten einer vorgegebenen Anzahl benachbarter Fehlerimpulse aus dem UND-Gatter 50 betätigt wird, welche einen relativ rauhen Bereich von wenigstens einer vorgegebenen Größe (beispielsweise k- Quadratzoll) auf dem Zuschnitt anzeigen.

Falls auf einem Zuschnitt mehrere verhältnismäßig rauhe Bereiche festgestellt werden, die voneinander getrennt sind, so sind die von dem UND-Gatter 50 erzeugten Fehlerimpulse 50 (Fig. 3) nicht benachbart. Der Fortfall von ein oder mehreren Impulsen in der Wellenform 50 in Fig. j5 bewirkt, daß mehr Zeit zwischen den einzelnen Impulsen für die Entladung des Ladekondensators in der Integratorschaltung 7^ zur Verfugung steht; somit wird eine größere Anzahl von Fehlerimpulsen zur Auslösung der Klinkenschaltung 76 erforderlich. Auf diese Weise kann somit die Klinkenschaltung 76 ausgelöst werden entweder beim Vorliegen eines verhältnismäßig rauhen Bereiches vorgegebener Größe oder beim Vorliegen mehrerer relativ rauher Bereiche, deren kombinierte Fläche größer als die vorgegebene Fläche ist, je nach dem Abstand zwischen den relativ rauhen Bereichen.

Als Folge der Ausgangsgröße der Klinkenschaltung J6 wird in dem Zähler 78 ein Zählwert-Eins registriert und die "l"-Anzeige leuchtet auf. .

Wie auf Fig. 1 erosichtlich, trifft., nachdem der Zuschnitt den Überwaohungsbereioh verlassen hat, der Lichtstrahl 12 wieder

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auf die Platten-Photozelle I4j diese erzeugt daher eine Ausgangsgröße, welche das Rückstellrelais 80 in Fig. 2 trlggert. Das Relais 80 bewirkt die Entladung dea Kondensators in üer Integratorschaltung 74 und die Rückstellung der Klinkenschaltuög je, wodurch die Ausgangssignale dieser beiden Schaltungen beendet werden, wie in Fig. 3 angedeutet» Die nachfolgenden Zuschnitte werden in gleicher Welse untersucht. In dem Zähler 7& wird die Anzahl von Zuschnitten registriert, deren Oberflächengüte so geringwertig ist, daß die Kiinkenschaltimg 76 ausgelöst wird. Indem man (nicht dargestellte) Zusatzvorrichtungen zur Zählung der Gesamtzahl der die Überwachungsstation passierenden Zuschnitte vorsieht und die von deiii Zähler 7δ gelieferte Zählung solcher Zuschnitts, welche einen oder mehreren relativ rauhen Bereich von größer^als der vorgegebenen Fläche aufweisen, beobachtet, kann der Prozentsatz derartiger Zuschnitte mit einer geringwertigen Oberflächengüte laufend verfolgt werden. Diese Information kann zur Regelung bzw. Nachstellung vorausgehender Oberflächenbearbeitungs-Arbeäbssehritte dienen. Alternativ kann die Ausgangsgröße der Klinkenschaltung 76 zur Betätigung einer Markierungsvorrichtung verwendet werden, welche Zuschnitte, deren.Oberflächengüte in der erwähnten Welse geringwertig ist, entsprechend markiert.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Aus» führungsbelapiels beschrieben, das selbstverständlich in naeaig-faoher Welse abgewandelt werden kann, ohne daß hleräurch des³ Rahmen der Erfindung verlassen wird.

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Claims

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Pafeentansprüohe

I· Gerät zur Untersuchung der ßläfcte einer bearbeiteten Werkstückoberfläohe* gekennzeichnet durch Vorrichtungen (l6_t lS_s 20» Fig. X) zur Beleuchtung der zu untersuchenden FlSohe (10) mit mehreren in Abständen von der zu untersuchenden Fläch® angeordneten getrennten Lichtquellen (20), durah eine Vorrichtung zur Abtastung der zu überwachenden Oberfläche (ld) längs eines Wegs, welcher die Strahlengang« des an der überwachten Oberfläche reflektierten Lichts der einssln^a Lichtquellen (20) durchquert, wobei dl© Abmessung des ,Jeweils abgetasteten Bereichs längs des Afotasfcwega kleiner als die scheinbare Größe der Lichtquellen in dem an d©2» überwachten Oberfläche reflektierten Bild der IiichtetueXleE ist, sowie dureh eine Vorrichtung aur Erzeugung «sißüs übtastsigfials, dessen jeweiliger Momentan betr&g propept-ioßal der Heiligkeit des j@w@£ls ©!getasteten Bereichs- entlassg des* Afefcastweg ist.

2* Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erseugung einer vorgegebenen Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der Amplitude des Ab:astsignals.

J. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung eine in Abstand von der überwachten Oberfläche (10) angeordnete lichtempfindliche Zelle O6, Fig. l) sowie einen Drehspiegel (30) zur Erzeugung eines an der Zelle vorbeilaufenden Bildes der zu überwachenden Oberfläche aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, daß der Drehspiegel (30) mehrere reflektierende OtscE»fflachen parallel au seiner Drehachse aufweist, und daß

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BAD ORlSiNAt.

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der überwachte Prüfkörper in einer Richtung senkrecht Abtastrichtung bewegt wird, derart, daS die überwacht© Oberfläche dee Prüfkörpers in einer Heihe benachbarter paralleler Abtastspuren abgetastet wird«

5* Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden oprüche, dadurch gekennzeichnet .-, .daß Beleuchtungsvorrichtung eine längliche Lichtquelle eine zwischen der Lichtquelle (16)'und der überwachten fläche (10) angeordnete längliche 'Blendenanordnung aufweistj welche entlang ihrer Länge eine Reihe vor undurchsichtigen Streifen abwechselnden öffnungen aufweist und parallel zur Lichtquelle (l6) und der zu überwachenden Oberfläche (10) angeordnet ist.

Anordnung nach einem oder mehrere» der vorhergehenden aprüehe, gekennzei ohnefc" durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer die Schwankungen d@r Helligkeit der überwachten Lichtfläoh« entlang der Abtastspur wiedergebenden Wechselspannung aus dem Abtastsignal, durch eine Vollweggleiohriohtvorrichtung zur Erzeugung von Unipolar-Inpulsen aus der Wechselspannung, sowie durch Schaltmittel aur Erzeugung eines vorgegebenen Anspreohverhaltens- sobald eine vorgegebene Anzahl benachbarter derartiger Impulse ein· vorgegebene Amplitude nicht überschreiten.

Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k θ η η ζ θ i g hn et , daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines vorgegebenen Ansprechverhalteria einen Speicherkondensator mit zugehöriger Entladevorrichtung zur Speicherung einer Aufladung gemäS den Impulsen und zum Abbau dieser Aufladung mit einer der gespeicherten Aufladung proportionalen Geschwindigkeit aufweist, sowie eine Schwellwertschaltung zur Erzeugung des vorgegebenen Ansprechverhaltens« sobald die Spannung an ämm Kondensator einen vorgegebenen Wert erreicht.

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BAD ORIGINAL

teOT&nung nach Ansps'uelä 6 ©sie? f_s g 9 k e » η s e i e h net du^eh Sehaltailtfcel (?0, Fig* 2) sur Exweugung einer Folge von SampIlng-ItBpulsesä- (TO* Fig« 3)> die jeweils an 'den Seheitelwerten der Un&polaritnpulse (42, Hg« 3) auftreten« durch einen Inverter (48_Ä Figu -S) sur Erzeugung eieier aaplitud3n-lnvertierf;e&i Vex*@i@n (48, FIg₅₉ 3} der Unipo2.ai»impulse (42)_s sowie duveh ein %B3D-Qatter (50), welches auf die Sampling-Impulse (70, Fig« 3) und 4ίϋ invertierten Ualpolarimpulse (48, Fig* 3) ansprioüt und stets dann einen Impuls erzeugt, sobald eines? der ünipolarimpulae (42) eine vorgegebene Amplitude nicht übersteigt»

9« Anordnung nach einem oder mehreren der Vorhergeheaden Ansprüche, gekenn3eioh.net durch eine Vor« richtung (22) mit mehreren getrennten Lichtquellen gleicher Zahl wie die ersterwähnten Lichtquellen (20), durch eine Vorrichtung zur Abtastung über diese Lichtquellen synchron mit der erwähnten Abtastung der ersten Lichtquellen, zur Erzeugung eines Bezugssignals, dessen Amplitude in Abhängigkeit von der Helligkeit entlang der Abtastspur veränderlich 1st, sowie durch auf das Abtastsignal und das Bezugs»igial anspsohende Vorrichtungen, welche jeweils wenigstens einen Impuls erzeugen, sobald die Amplitude in einer Periode des Abtastsignsls unterhalb eines vorgegebenen Wssrtee liegt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Abtast« und. das Besugssignal ansprechende Vorrichtung (Fig. 2} fölgeade Teile aufweist: Sohaltmittel (40_a 64) sisi* Srseug^iig "/©& Mepilisslsfe^ ), 64, Fig. 3) aus deia Äbtastsigsel \36₃ KIg* 5) tesw

signal (38s Fig« 3)$ Ψ3ΐΐΜΌ££ΐΘίθ!θνΙΰ£±^ c'2, 68* Fig. 2) sis³ Gl€ieSis?ieU^sag üo? täs^&ls&tt^tzsxci* (4o_? 64,

Flg. S) star PuimMiM^3fMi::smo^r^2^ ckds c^i^;s:^:i':^:} ■: -vo. ftbteetsigasls, wobei öG3 gq QEtiiü^c^o ^τϊο^ι^- ^iuta- -- ^: ■■-/ ^⁵-^* ■?

BAD ORIGINAL

(70, Pig. 2) zur Erzeugung einer Folge von Sarapling-Impulsen (70, Fig. 3) in Synchronismus mit den Scheitelwerten des gleichgerichteten Bezugssignals (68, Fig. 3), wobei diese Samplingimpulse (70, Fig. 3) einem weiteren Eingang des TOD-.Gatters (50) zugeführt werden, derart, daß das UMD-ßatter immer dann einen Ausgangsimpuls (50, Fig. 3) erzeugt, wenn die Amplitude des gleichgerichteten Äbtastsignals (42, Fig. 3) unter einem vorgegebenen Wert liegt; einen auf die Ausgangsimpulse (50, Fig. 3) des UND-Gatters(50* Fig. 2} ansprechenden monostabilen Multivibrator (72, Fig. 2), welcher jeweils für Jeden Ausgangsimpuls (50_a Fig. 3) des UND-Gatters (50, Fig. 2) einen Impuls (72, Fig. 3) vorgegebener Amplitude und Breite erzeugt; einen Kondensator (7^* Fig. 2), in welchem in Abhängigkeit von den Impulsen (72, Fig. 3) des monostabilen Multivibrators (72, Fig, 2) eine Ladung gespeichert und diese Aufladung mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit abgebaut wird; sowie eine Schwellwertschaltung (7δ# FIg, 2) zur Erzeugung einer vorgegebenen Auegangsgröße (J6_g Fig« 3) sobald die Ladespannung des Speicherkondensators {lk_$ Fig» 2) einen vorgegebenen Wert übersteigt.

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BAD ORIGJNAt