DE19512935A1

DE19512935A1 - Position recognition of part with bent, non-homogeneous surface e.g. for electric machine rotor

Info

Publication number: DE19512935A1
Application number: DE1995112935
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Koeder
Original assignee: Franz Koeder Ferigungstec GmbH
Current assignee: Franz Koeder Ferigungstec GmbH
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1997-01-16

Abstract

The method involves detecting the position and/or providing exact installation of a part with a bent, non-homogeneous surface, by irradiating a light (25,28) on the surface (31) and detecting reflecting light (29,26) by means of an optic wave band sampling. A signal for the reflected light (26,29) is produced at a receiver (17)if a pre-settable part of the light image at the receiver is changed. The reflection degree at the bent surface provides a measure for generation of the measurement signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lageerkennung und/oder zur lagerichtigen Montage eines Teiles mit gekrümmter, inhomogener Oberfläche, insbesondere zur Verwendung für die lagerichtige Bestückung des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Anker und einem Kollektor. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der EP 526 060 A bekannt, wobei die Ausrichtung der Teile dort mittels mechanischer Abtasteinrichtungen erfolgt.The invention relates to a method and a device for position detection and / or for the correct installation of a part with a curved, inhomogeneous surface, in particular for use in the correct placement of the rotor one dynamoelectric machine with an anchor and a collector. Such Arrangement is known for example from EP 526 060 A, the orientation the parts are made there by means of mechanical scanning devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Lageerkennung und/oder lagerichtigen Montage eines Teils mit gekrümmter, inhomogener Oberfläche zu schaffen, wobei der zeitliche und apparative Aufwand wesentlich verringert werden soll bei gleichzeitiger Steigerung der Präzision bei der Ausrichtung der Teile.The invention has for its object an improved method and an apparatus for position detection and / or correct installation of a part with curved, to create an inhomogeneous surface, the time and equipment required should be significantly reduced while increasing the precision of the Alignment of parts.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach dem Anspruch 5. Eine derartige Anordnung gewährleistet eine hohe Bestückungspräzision in deutlich verringerter Zeit. Sie ist weiterhin deutlich preiswerter herzustellen als bekannte mechanische Bestückungsvorrichtungen.This object is achieved according to the invention by a method according to the claim 1 and a device according to claim 5. Such an arrangement ensures a high level of assembly precision in a significantly reduced time. It is still to manufacture significantly cheaper than known mechanical assembly devices.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei hat sich insbesondere ein Verfahren bewährt, bei dem das auftreffende Lichtband und das reflektierte Lichtband der Breitbandabtastung in unterschiedlichen Ebenen geführt werden, was durch die Streuung an der gekrümmten Oberfläche in sehr einfacher Weise möglich ist. Weiterhin hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die Lichtbänder sowohl des auftreffenden Lichtes als auch des an der Oberfläche reflektierten Lichtes zwischen dem Lichtaustritt und dem Reflexionsort mittels einer Optik exakt fokussiert werden. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn das ausgesandte Licht wenigstens einer Lichtquelle mittels einer Glasfaseranordnung zu einem Lichtband geformt wird, welches nach der Reflexion an der gekrümmten Oberfläche in wenigstens einer zweiten, von der lichtemittierenden Ebene verschiedenen Ebene empfangen und einem Sensor zugeführt wird. Durch die Streuung des reflektierten Lichtes an der gekrümmten Oberfläche kann das reflektierte Licht ohne zusätzliche optische Maßnahmen in einer von der lichtemittierenden Ebene verschiedenen Ebene empfangen und auf diese Weise der Reflexionsgrad präzise ermittelt werden. Kleinere Verschmutzungen und/oder Unregelmäßigkeiten auf der zu prüfenden Oberfläche können dabei als nichtrelevante Faktoren leicht aus der Messung eliminiert werden, wenn ein definierter Reflexionsgrad als Signal verwendet wird. Auf diese Weise sind beispielsweise Nuten in einer gekrümmten Oberfläche eindeutig zu identifizieren, wobei das Meßergebnis durch Verunreinigungen und Unregelmäßigkeiten der Oberfläche nicht beeinträchtigt wird.Advantageous embodiments of the method and the device according to the invention result from the subclaims. In particular, there is a procedure here proven, in which the incident light band and the reflected light band of the Broadband scanning can be carried out in different levels, which by the Scattering on the curved surface is possible in a very simple manner. Farther it has proven to be very advantageous if the light strips of both the striking Light as well as the light reflected on the surface between the Light emission and the location of reflection can be precisely focused using optics. Here it is expedient if the emitted light by means of at least one light source a glass fiber arrangement is formed into a light band, which after reflection on the curved surface in at least a second, from the light emitting Level received different level and is fed to a sensor. This can be done by scattering the reflected light on the curved surface reflected light without additional optical measures in one of the light emitting Level received different level and in this way the reflectance can be determined precisely. Minor soiling and / or irregularities on the surface to be tested can easily be considered as irrelevant factors can be eliminated from the measurement if a defined reflectance is used as a signal is used. In this way, for example, grooves are curved Clearly identify surface, the measurement result due to contamination and surface irregularities are not affected.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Vorrichtung besonders bewährt, bei welcher das Licht wenigstens einer Lichtquelle mittels eines entsprechend dem Strahl der Lichtquelle geformten Glasfaserbündels erfaßt wird, welcher dann zu einem ersten, ein Lichtband emittierenden Glasfaserband geformt wird, während das empfangene Lichtband in einem zweiten, räumlich gegenüber dem ersten versetzten Glasfaserband aufgenommen und dem Empfänger in Form eines dessen Ausbildung angepaßten Glasfaserbündels zugeführt wird. Als Optik zwischen den Glasfaserbändern und der zu prüfenden Oberfläche hat sich ein zylinderförmiger Glasstab als vorteilhaft erwiesen.A device has been particularly suitable for carrying out the method according to the invention proven, in which the light of at least one light source by means of a corresponding the beam of the light source shaped glass fiber bundle is detected, which is then formed into a first fiber optic ribbon emitting a light band while the received light band in a second, spatially compared to the first offset fiber optic tape added and the receiver in the form of one of them Training adapted fiber bundle is supplied. As an optic between the Glass fiber tapes and the surface to be tested has a cylindrical shape Glass rod proven to be beneficial.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and in the following description explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine raumbildliche Darstellung des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine in einer Explosionsdarstelluung, Fig. 1 is a perspective depiction of the rotor of a dynamoelectric machine in a Explosionsdarstelluung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Meßvorrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 shows a section through the measuring device in a schematic representation;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Meßvorrichtung. Fig. 3 is a schematic plan view of the measuring device.

In Fig. 1 ist mit 10 die Welle des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine bezeichnet, dessen Anker die Bezugsziffer 11 und dessen Kollektor die Bezugsziffer 12 trägt. Mit 14 sind die Ankernuten bezeichnet, mit 15 die Kollektorlamellen und mit 16 die Kollektornuten.In Fig. 1, 10 denotes the shaft of the rotor of a dynamoelectric machine, the armature of which has the reference number 11 and the collector of which has the reference number 12 . The anchor grooves are designated by 14 , the collector lamellae by 15 and the collector grooves by 16 .

Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nunmehr, in besonders vorteilhafter Weise die exakte Lage der jeweiligen Nut zu erkennen, um die Lage der Teile zu überprüfen oder eine exakte Positionierung bei der Montage zu ermöglichen.Subject of the method and the device according to the invention it is now, in a particularly advantageous manner, the exact position of the respective one Groove recognizable to check the location of the parts or exact positioning to enable during assembly.

In den Fig. 2 und 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch veranschaulicht. Hierbei ist jeweils mit 18 ein Glasfaserbündel bezeichnet, welches das Licht einer Lichtquelle 20 führt. Als Lichtquelle dient dabei eine Leuchtdiode (LED 621 nm). Ein zweites Glasfaserbündel 19 führt das empfangene Licht zu einem Empfänger 17, vorzugsweise einem Fototransistor. Die einzelnen Fasern der Glasfaserbündel 18 und 19 verteilen sich dann in zwei Ebenen als lichtemittierende Glasfasern 21 und lichtempfangende Glasfasern 22. Aus diesen jeweils in einer Ebene laufenden Glasfasern 21 und 22 werden dann Glasfaserbänder 23 und 24 gebildet, wobei das Glasfaserband 23 das emittierte Licht führt und das Glasfaserband 24 das reflektierte Licht. Die beiden Glasfaserbänder 23 und 24 liegen in verschiedenen Ebenen, in der Figur befindet sich das Glasfaserband 24 für das reflektierte Licht unterhalb des Glasfaserbandes 23 für das emittierte Licht. Auch eine fingerartige Verzahnung der einzelnen Glasfasern wäre denkbar.In FIGS. 2 and 3, the inventive method is illustrated schematically. A glass fiber bundle, which guides the light from a light source 20 , is designated in each case by 18 . A light-emitting diode (LED 621 nm) serves as the light source. A second glass fiber bundle 19 leads the received light to a receiver 17 , preferably a photo transistor. The individual fibers of the glass fiber bundles 18 and 19 are then distributed in two planes as light-emitting glass fibers 21 and light-receiving glass fibers 22 . Glass fiber tapes 23 and 24 are then formed from these glass fibers 21 and 22 , each running in one plane, with the glass fiber tape 23 guiding the emitted light and the glass fiber tape 24 the reflected light. The two glass fiber bands 23 and 24 lie in different planes, in the figure the glass fiber band 24 for the reflected light is below the glass fiber band 23 for the emitted light. A finger-like interlocking of the individual glass fibers would also be conceivable.

Aus dem Glasfaserband 23 tritt nun entsprechend der Breite der Glasfaseranordnung ein Lichtband 25 aus und gelangt auf einen Glasstab 27, welcher als Linse wirkt und das in vertikaler Richtung gebündelte Lichtband 28 linienförmig auf die zu prüfende Oberfläche 31 lenkt. Entsprechend der Beschaffenheit der Oberfläche 31 wird das Licht nun mehr oder weniger stark reflektiert und gelangt als Lichtband 29, über den Glasstab 27 als Lichtband 26, zurück zum Glasfaserband 24 und von dort über die Glasfasern 22 zum Glasfaserbündel 19 und zum Empfänger 17.A light band 25 now emerges from the glass fiber band 23 in accordance with the width of the glass fiber arrangement and arrives at a glass rod 27 , which acts as a lens and directs the light band 28 bundled in the vertical direction linearly onto the surface 31 to be tested. Depending on the nature of the surface 31 , the light is now more or less strongly reflected and arrives as a light band 29 , via the glass rod 27 as a light band 26 , back to the glass fiber band 24 and from there via the glass fibers 22 to the glass fiber bundle 19 and to the receiver 17 .

Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß die Oberflächen- bzw. Reflexionsverhältnisse entlang einer vorgebbaren Linie erfaßt werden, wobei punktuelle oder räumlich begrenzte Störungen der Linie im Meßergebnis ausgeblendet und als nichtrelevanter Fehler erkannt werden können. Nur wenn die starke Reflexionsänderung beim Übergang beispielsweise von der Lamelle 32 zur Nut 33 eines Kollektors erfolgt, wird diese Änderung als Meßsignal im Empfänger 17 gewertet, während andere, kleinere Schwankungen im empfangenen Meßsignal als Störgrößen erkannt und ausgeblendet werden. Auf diese Weise ist es sehr präzise und mit geringem Aufwand möglich, beispielsweise die geometrische Lage von Motorkollektoren 12 bei der Montage oder bei der Nachkontrolle zu erkennen. Durch die erfindungsgemäße optische Breitbandabtastung können Fehlerquellen bzw. Verschmutzungsstellen auf dem Kollektor 12 nahezu vollständig ausgeschlossen werden.The essence of the invention is, therefore, that the surface or reflection conditions are recorded along a predeterminable line, punctual or spatially limited disturbances of the line being masked out in the measurement result and can be recognized as an irrelevant error. Only if the strong change in reflection occurs during the transition, for example from the lamella 32 to the groove 33 of a collector, is this change evaluated as a measurement signal in the receiver 17 , while other, smaller fluctuations in the received measurement signal are recognized as interference and are masked out. In this way, it is possible to identify the geometric position of motor collectors 12 very precisely and with little effort during assembly or during the follow-up inspection. With the optical broadband scanning according to the invention, sources of error or contamination points on the collector 12 can be almost completely excluded.

Während des Meßvorgangs wird das Teil mit der zu prüfenden Oberfläche 31, beispielsweise der Kollektor 12, in einer Bestückungsvorrichtung mittels eines nicht dargestellten Schrittmotors gedreht. Solange das Lichtband 28 auf der Kupferlamelle 32 abgebildet wird, liegt auf der Sensorseite am Empfänger 17 ein optisches Signal vor. Fällt die Abbildung beispielsweise zu 60% in die Nut 33 zwischen den Lamellen 32, so wird dies am Empfänger 17 als Unterbrechung des Lichtsignals gewertet und der Schrittmotor gestoppt. In dieser Position kann dann beispielsweise ein Kollektor 12 entnommen und lagegenau am Rotor einer elektischen Maschine montiert werden.During the measuring process, the part with the surface 31 to be tested, for example the collector 12 , is rotated in a fitting device by means of a stepping motor, not shown. As long as the light band 28 is imaged on the copper lamella 32 , there is an optical signal on the sensor side on the receiver 17 . If, for example, 60% of the image falls into the groove 33 between the slats 32 , this is evaluated at the receiver 17 as an interruption of the light signal and the stepping motor is stopped. In this position, for example, a collector 12 can then be removed and mounted in the correct position on the rotor of an electrical machine.

Als Glasfaserbänder 23, 24 werden vorzugsweise zwei Acrylglasfaserbänder verwendet mit jeweils 40 Leitern mit einem Durchmesser von 0,25 mm. Dieses Glasfaserband kann sowohl als Band angeordnet werden oder z. B. zusammengerollt unmittelbar an die Lichtquelle 20 herangeführt werden. Entsprechendes gilt für den Empfänger 17. Bei einer Versuchsanlage ergab sich eine Systemauflösung von 0,02 mm, die Ansprechzeit konnte auf 100 µsec eingestellt werden.As glass fiber tapes 23 , 24 two acrylic glass fiber tapes are preferably used, each with 40 conductors with a diameter of 0.25 mm. This fiberglass tape can be arranged as a tape or z. B. rolled up directly to the light source 20 . The same applies to the receiver 17 . In a test system, the system resolution was 0.02 mm, the response time could be set to 100 µsec.

Claims

1. A method for position detection and / or correct installation of a part with a curved, inhomogeneous surface, characterized in that by means of an optical broadband scanning the reflected light ( 29 , 26 ) of a light band ( 25 , 28 ) incident on the surface ( 31 ) is detected and a signal is generated at a receiver ( 17 ) for the reflected light ( 26 , 29 ) when a predeterminable part of the light band image at the receiver ( 17 ) has been changed, the reflectance at the curved surface ( 31 ) being a measure of the Generation of the measurement signal represents.

2. The method according to claim 1, characterized in that the incident light band ( 28 ) and the reflected light band ( 29 ) of the broadband scanning in different planes ( 23, 24; 21, 22 ) are performed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the light strips ( 25 , 26 ) by means of an optical system ( 27 ) are focused evenly on the surface to be tested ( 31 ).

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the emitted light of at least one light source ( 20 ) by means of a glass fiber arrangement ( 18 , 21 ) is formed into a light band ( 25 ) which after reflection on the curved surface ( 31 ) is received in at least one second level ( 24 ) different from the light-emitting level ( 23 ).

5. Devices for performing the method according to any one of the preceding claims, characterized in that the light of at least one light source ( 20 ) by means of a corresponding to the cone of the light source ( 20 ) shaped glass fiber bundle ( 18 ) is detected, which then to a first one Light band ( 25 ) emitting glass fiber band ( 23 ) is formed, while the received light band ( 26 ) is received in a second, spatially offset from the first fiber optic band ( 24 ) and fed to the receiver ( 17 ) in the form of a glass fiber bundle ( 19 ) adapted to its design becomes.

6. Device according to claim 5, characterized in that between the two glass fiber ribbons ( 23 , 24 ) and the surface to be tested ( 31 ) in a width corresponding to the width of the light strips ( 25, 26; 28, 29 ) corresponding lens ( 27 ) is arranged.

7. The device according to claim 6, characterized in that a cylindrical glass rod ( 27 ) serves as a lens.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that a light-emitting diode is used as the light source ( 20 ).

9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that a phototransistor serves as the receiver ( 17 ).

10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that an acrylic glass strip is used as the light guide ( 18, 19; 23, 24 ).

11. Use of a method according to claims 1 to 4 and / or a device according to one of claims 5 to 10 for the correct assembly of the rotor of a dynamoelectric machine with an armature ( 11 ) and / or a collector ( 12 ).