DE2620240A1

DE2620240A1 - Verfahren und vorrichtung zur pruefung lichtundurchlaessiger werkstuecke

Info

Publication number: DE2620240A1
Application number: DE19762620240
Authority: DE
Inventors: Rainer Jung
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1977-11-24
Also published as: FR2350579A1; SE7705252L; CH613278A5; US4171161A; IT1115299B; JPS52136649A

Description

22. April 1976 Akte 2090 R.3 221

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart

Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung lichtundurchlässiger Werkstücke

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung lichtundurchlässiger Werkstücke auf Sortierlage, Maß- und/oder Formhaltigkeit, Materialschäden od. dgl., sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine Prüfung von Werkstücken, z.B. zylindrischen Bolzen, auf ihre Sortierlage ist z.B. dann erforderlich, wenn die Prüflinge anhand von daran befindlichen Sortiermerkmalen geordnet, sortiert und/oder in eine einheitliche Lage gebracht und dann

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Iagerfchfig weitergegeben werden sollen. Um die Weifergabe und den Transport der Werkstücke durch diese Teileabfrage nicht unterbrechen zu müssen, wird eine Lageerkennung während der Transportbewegung angestrebt. Ferner besteht das Bedürfnis nach einer schnellen und exakten Lageerkennung auch sehr kleiner Werkstücke anhand extrem kleiner Sortier- oder Unterscheidungsmerkmale,, und zwar möglichst ohne mechanischen Verschleiß der Prüflinge und vor allem der Prüfvorrichtung selbst.

Für eine Prüfung auf Maß-und/bder Formhalfigkeit, insbesondere sehr kleiner Prüflinge, gift im wesentlichen gleiches; denn gerade sehr kleine Werkstücke sind mit mechanischen Meß- und Prüfmethoden und -vorrichtungen schwer zu handhaben,und zwar auch bei einer Prüfung hinsichtlich der wichtigsten G rund abmessungen, z.B.. Länge und Durchmesser kleiner Zylinderbolzen oder -stifte, auf Grenzmaßhalt ig keif. Ein ähnliches Erkennungs- und Prüfproblem triff bei Endlosfeilen, z.B. dünnen Drähten, Fäden, Garn etc., auf, die auf Unregelmäßigkeifen ihres Querschnitts, z.B. Dünnsfellen oder Verdickungen, also Jeweils schadhafte Stellen, nur schwer zu prüfen sind, insbesondere während ihrer Bewegung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung lichfundurchlässiger Werkstücke auf Sortierlage, Maß- und/oder Formhalfigkeit, Materialschäden od. dgl. zu schaffen, das eine schnelle und exakte Prüfung auch sehr kleiner Werkstücke ohne mechanischen Verschleiß an diesen, vor allem an der Prüfvorrichtung, und auch während ihrer Transporfbewegung ermöglicht, und das bei der Prüfung auf Sorfierlage selbst dann noch einsefzbar ist und zuverlässig arbeitet, wenn zur Lageerkennung der Prüflinge nur extrem kleine Sortiermerkmale zur Verfugung stehen.

Die Aufgabe ist bei einem derartigen Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man das Werkstück in einen Strahlengang, vorzugsweise mit achsparallelen Strahlen, einer ausgedehnten, auf einen Schirm gerichteten Lichtquelle derart einbringt, daß die Lichtquelle auf dem Schirm jenseits des Werkstückes einen völlig dunklen Kernschaften der Umrisse des Werkstückes entwirft, die Umgebung des Kernschatfens hingegen auf dem Schirm voll beleuchtet ist, und daß man die Lichtmenge dieser

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leuchtenden Fläche, zumindest auf Ausschnitten derselben,, mißt, mit einem Sollwert • oder einem Bezugswert eines Bezugsausschnittes vergleicht und aus einer sich ergebenden Soil-Ist-Abweichung das Prüfergebnis bildet.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß sich Licht geradlinig fortpflanzt und darauf die Schattenbildung, und zwar mit einhergehender Vergrößerung, beruht; denn schon eine punktförmige Lichtquelle wirft einen relativ scharf erscheinenden, völlig dunklen Schatten der Umrisse eines angestrahlten Körpers, während die Umgebung des Schattens voll beleuchtet ist. Das Schattenbild ist dabei gegenüber dem Körper vergrößert. Die Vergrößerung wächst rnit dem Abstand der Betrachtungsebene vom Körper. Wird dieser Körper vom Prüflingrepräsentiert, dann ergibt sich selbst bei extrem kleinen Prüflingen ein vergrößertes Schattenbild. Form und Gestalt des Prüflinges erscheinen in der Betrachtungsebene also vergrößert, und damit auch extrem kleine Unterscheidungs- und Sortiermerkmale,anhand der man eine Lageerkennung des Prüflings auf Sortierlage vornehmen kann. Evtl. Maß- und/oder Formabweichungen, auch Querschnittsrisse, Perforierungen etc., können infolge der vergößerten Erscheinung im Schattenbild genau erkannt und beurteilt werden, und zwar selbst bei kleinen Prüflingen. Zur Erkennung wird die Lichtmenge gemessen, die auf einen ausgewählten Flächenausschnitt des Schirmes fällt, der sowohl einen Teil des Kernschattens als auch der voll beleuchteten Umgebung enthält. Das Msßergebnis wird verglichen mit einem eingestellten Sollwert, den man zuvor z.B. anhand einer in den Strahlengang eingebrachten Lehre ermittelt hat. Entspricht der Istwert nicht dem Sollwert, so liegen eine Fehllage ( bei Prüfung auf Sortierlage ), eine Maß- und/oder Formabweichung ( bei der Prüfung auf Form und Grenzmaß ) oder Materialschäden , z.B. Risse, Querschnittsverdickungen oder -Verdünnungen,( bei der Prüfung auf Materialschäden ) vor.

Bei der Prüfung auf Sortierlage kann es ausreichend sein, nur auf dem Teilfeld des Schirmes zu messen, auf dem der Umrißteil des Werkstückes mit den Sortiermerkmalen abgebildet wird, z.B. bei kleinen Zylinderbolzen, die am einen Ende plan und am gegenüberliegenden Ende kegelförmig gestaltet sind, dort, wo der kegelförmige Umrißteil auf dem Schirm als Umriß mit dunklem Kemschatten innen und voll beleuchteter

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Umgebung außen abgebildet wird. Bei fest vorgegebener Teilfeldfläche des Schirmes, auf der man mißt, ergibt sich dann eine bestimmte meßbare Lichtmenge der voll beleuchteten Umgebung. Ist diese Lichtmenge kleiner als der vorgegebene Sollwert, dann deswegen, weil statt des kegelförmigen, eine kleine Schattenfläche werfenden Endes das andere Ende den Schatten wirft, somit der Zylinderbolzen lageverkehrt liegt. Eine Fehl lage ist somit erkannt.

Bei der Prüfung eines kleinen Zylinderbolzens auf Maßhaltigkeit innerhalb vorgegebener Grenzen für Länge oder Durchmesser kann ebenso vorgegangen werden, v/obei auch hier vorausgesetzt wird, daß der Prüfling immer an der gleichen Stelle im Strahlengang aufgenommen wird. Ist die gemessene Lichtmenge größer als der vorgegebene Sollwert, so ist der Bolzen entweder zu kurz oder im Durchmesser zu klein. Im umgekehrten Fall ist er entweder zu lang oder im Durchmesser zu groß. Die Erkennung und Prüfung von endlosen dünnen Teilen, wie Drähten, Garn etc. ,erfolgt nach den gleichen Kriterien wie die Prüfung auf Maßhaltigkeit hinsichtlich des Durchmessermaßes. Bei der Prüfung auf Materialschäden wie Risse, Perforationen etc. kann man auf dem Teilfeld des Schirmes messen, auf dem der völlig dunkle Kernschatten abgebildet wird. Wird auf diesem Teilfeld wider Erwarten eine Lichtmenge gemessen, so deswegen, weil der Prüfling Risse oder ähnliches enthält, die durch den Querschnitt hindurchgehen und durch die Licht hindurch bis zum Schirm gelangen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet somit eine Vielzahl von Prüf- und Meßmöglichkeiten. Von Vorteil ist die berührungslose Abtastung des Prüflings. Evtl. Fehler durch mechanische Berührung sind ausgeschaltet, mechanische Verschleißteile sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht notwendig. Selbst extrem kleine Prüflinge können nach dieser Methode exakt und schnell geprüft werden. Eine Prüfung auf Sortierlage■ ist selbst bei extrem kleinen Sortiermerkmalen möglich. Von Vorteil ist überdies, daß die Werkstücke während ihrer Bewegung, z.B. Transportbewegung, abgetastet werden können, so daß also die Transporfbewegung nicht verlangsamt oder gar gestoppt werden muß. ■'■' -·

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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß man das von der Lichtquelle entworfene Schattenbild des Werkstückes vor Auftreffen auf dem Schirm optisch vergrößert. Hierdurch wird der von der Lichtquelle auf dem Schirm entworfene Schatten noch stärker vergrößert, oder überhaupt vergrößert, was für parallelen Strahlengang gilt, dem für extrem genaue Messungen mitunter gegenüber einem divergierenden Strahlengang der Vorzug zu geben ist. Vorzugsweise nimmt man die Messung der Lichtmenge der leuchtenden Fläche auf elektro-optischem Wege vor, so daß extrem kurze Prüfzeiten erreicht werden.

Zur Durchführung des Verfahrens sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, die eine optische Einrichtung aufweist mit einer Lichtquelle, vorzugsweise einer einen parallelen Strahlengang erzeugenden Sammellinse oder Parabolspiegelanordnung, einer im Strahlengang nachgeordneten Werkstückaufnahme, sowie einem letzterer nachgeordneten lichtdurchlässigen Schirm, und die ferner eine elektro-optische Empfangseinrichtung besitzt, die mindestens einen Fotosensor mit elektrischem Umsetzer aufweist, wobei der Fotosensor verstellbar und in Bezug auf das auf dem Schirm entworfene Schattenbild des zu prüfenden Werkstückes derart am Schirm angeordnet ist, daß seine Aufnahmefläche entsprechend der Form, Größe und/oder Lage des zu prüfenden Werkstückes zumindest einen Teil des völlig dunklen Kernschattens der Umrisse des Werkstückes, sowie der voll beleuchteten Umgebung des Kernschattens überdeckt.

Der Begriff "Fotosensor" umfaßt Gestaltungen als Fotozelle, Fotodiode, Fototransistor, Fotowiderstand oder F otovervie Ifac herröhre. Die Werkstückaufnahme steht bei dieser Gestaltung zweckmäßigerweise in Bezug auf den Strahlengang ortsfest, so daß die Prüfstellung der Prüflinge insoweit exakt reproduzierbar ist, z.B. werden die Werkstücke, sofern es sich um Teile mit ausgesprochener Längserstreckung handelt, mit ihrer Längsachse quer, vorzugsweise rechtwink Hg, zur optischen Achse der optischen Einrichtung in kontinuierlicher Bewegung durch die Vorrichtung und die Werkstückaufnahme geleitet.

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Für die Prüfung auf Sortierlage oder Maß- und/oder Formabweichung hinsichtlich Länge oder Breite des Prüflings reicht es aus, einen einzigen Fotosensor auf dem Schirm dort zu plazieren, wo ein Ausschnitt, z.B. ein Prüflingende mit den Sortiermerkmalen, als Kernschatten mit Umriß und beleuchteter Umgebung längs des Umrisses vergrößert auf den Schirm projeziert wird. Die Aufnahmefläche des Fotosensors entspricht dabei der Feldfläche des Schirmes, auf der gemessen wird. Dort, wo auf dem Schirm der völlig dunkle Kernschattenteil entworfen wird, nimmt der Fotosensor kein Licht auf. Jenseits der Umrisse dieses Kernschattenteiles, also im voll beleuchteten Umgebungsbereich, nimmt der Fotosensor die anfallende Lichtmenge auf. Ist diese gemessene Lichtmenge kleiner als ein vorgegebener Sollwert, dann deswegen, weil z.B. bei Prüfung der eingangs beschriebenen Zylinderbolzen auf Sortierlage statt des kegelförmigen, eine kleine Schattenfläche werfenden Endes das andere Ende den Schatten wirft, somit der Zylinderbolzen lageverkehrt liegt. Entsprechend erfolgt eine Prüfung auf Maßhaltigkeit innerhalb vorgegebener Toleranzen.

Die Vorrichtung ist vom Aufbau her einfach, problemlos in der Funktion und verschleißarm, sie hat keine mechanischen Verschleißteile.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Vorrichtung ist im Strahlengang zwischen der Werkstückaufnahme und dem Schirm eine Vergrößerungslinse angeordnet, die ein reelles ,umgekehrtes und vergrößertes Schattenbild des Werkstückes auf dem Schirm entwirft. Diese Gestaltung ist vor allem dann von Vorteil, wenn die optische Einrichtung einen Strahlengang mit achsparallelen Strahlen erzeugt, die normalerweise bei der Schaitenbildung nicht vergrößernd wirken, aber schärfere Umrisse zeichnen. Von Vorteil kann es bei dieser Gestaltung sein, wenn die Werkstückaufnahme auf der Gegenstandsseite der Vergrößerungslinse und der Schirm auf der Bildseite der Vergrößerungslinse jeweils außerhalb der Linsenbrennweite angeordnet sind.

Die Lichtquelle ist in vorteilhafter Weiterbildung als Lichtimpulsquelle ausgebildet. Z.B. kann als Lichtquelle ein Blitzlicht vorgesehen sein. Bei einer anderen Ausführungsfcrm kann im Strahlengang der Lichtquelle eine kurzzeitig öffnende Fotoblende angeordnet sein. Durch beide Gestaltungen wird ein exakter Meßzeitpunkt

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vorgegeben und somit die Meßzeif so klein wie möglich gehalten, vor allem die Meßgenauigkeif noch gesteigert.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist insbesondere für die Prüfung von längs orientierten Werkstücken vorgesehen, daß die Aufnahmefläche des Fotosensors, quer zur Längsersfreckung des auf den Schirm projezierten Schattenbildes des Werkstückes gemessen, größer als die in dieser Richtung gemessene Breite des Schattenbildes ist, vorzugsweise beidseitig mit vorzugsweise gleich großen Flächenanfeilen übersteht,und daß das in Richtung der Längserstreckung des Schaffenbildes gemessene Maß der Aufnahmefläche kleiner als dasjenige des Schattenbildes ist. Die Vorrichtung kann ferner, insbesondere zur Prüfung endlicher längsorientierter Werkstücke auf Sorfierlage, Maß- und/oder Formhaitigkeit, derart ausgebildet sein, daß in Längsrichtung des auf den Schirm projezierten Schattenbildes zwei Fotosensoren in Abstand voneinander angeordnet sind, von denen jeder einem Ende des Schaffenbildes zugeordnet ist und mit seiner Aufnahmefläche den endseitigen Kernscharfen des Umrißbildes sowie dessen endseitige voll beleuchtete Umgebung überdeckt. Dient die Vorrichtung zur Prüfung kleiner Zylinderbolzen auf Sorfierlage, deren eines Ende als kleines Sortiermerkmal schwach kegelförmig, dessen anderes Ende hingegen plan gestaltet ist, dann nehmen die jeweils einem Ende zugeordneten Fofosensoren verschieden große Lichtmengen auf, so daß sich unterschiedlich große elektrische Ausgangsspannungen ergeben. Entsprechen diese Ausgangswerte jeweils vorgegebenen Sollwerten, dann liegt der Prüfling layerichtig. Sind diese Ausgangswerfe dagegen gegenüber den Sollwerten vertauscht, dann liegt der Prüf lung lageverkehrf „ Nach etwa gleichem Prinzip erfolgt das Erkennen von Ausschußfeilen mit geringer Maßabweichung, zum Beispiel bei kleinen Zylinderbolzen hinsichtlich Länge und/oder Durchmesser. In diesem Fall liegt Maßhaltigkeit innerhalb von Grenzmaßen dann vor, wenn die Summe der von beiden Fofosensoren aufgenommenen Lichtmengen einem vorgegebenen Sollwert entspricht. Ist der Summenwerf hingegen kleiner als der Sollwert, dann ist der Prüfling zu lang und/oder zu dick, ist er größer als der SoMwert, so ist der Prüfling zu kurz und/ oderzudünn. 709847/0165

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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung, und zwar ebenfalls insbesondere zur Prüfung endlicher längsorientierter Werkstücke auf Sortierlage. Maß- und/oder Formhaltigkeit, ist vorgesehen, daß die von jedem der beiden Fotosensoren aufgenommenen Lichtmengen als umgesetzte elektrische Ausgangsspannungen zur Erkennung der Sortierlage in einem elektrischen Vergleicher miteinander verglichen werden, dem ein Schaltimpulsgeber nachgeschaltet ist, der bei einer falschen Sortierlage eine in die Werkstückaufnahme eingreifende Wendeoder Ausstoßeinrichtung und/oder eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung beaufschlagt. Auf diese Weise kann selbsttätig in die Transportbewegung der Prüflinge eingegriffen werden, indem bei der Prüfung auf Sortierlage lageverkehrt liegende Werkstücke erkannt und aus der Transportstrecke ausgestoßen, evtl. gewendet und wieder zugeführt werden können, ohne daß die Transportbewegung selbst unterbrochen werden muß.

Zur Prüfung auf Maß- und/oder Formabweicliung können die von jedem der beiden Fotosensoren aufgenommenen Lichtmengen als umgesetzte elektrische Ausgangsspannungen in einer Summierstufe zusammenaddier!· werden. Sodann kann dieser Summenwert einem elektrischen Vergleicher zugeführt und mit einem Sollwert verglichen werden, wobei ein dem Vergleicher nachgeschalteter Schaltimpulsgeber bei jenseits der zulässigen Sollmaß- bzw. Forrngrenze liegendem Summenwert eine in die Werkstückaufnahme eingreifende Ausstoßeinrichtung und/oder eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung und/oder eine Zählvorrichtung beaufschlagt. Hierdurch werden bei der Prüfung auf Maß- und/oder Formabweichung Ausschußteile erkannt und selbsttätig ausgesondert, evtl. noch gezählt .

Es versteht sich, daß die elektrische Auswertung der von einem oder von beiden Fotosensoren abgegebenen Ausgangsspannungen auf vielfältige Weise, z.B. über Verstärker, logische Schaltsysteme etc., erfolgen kann.

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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen horizontalen Schnitt einer Vorrichtung zur

Prüfung lichtundurchlässiger Werkstücke auf Sortierlage, Maß- und/oder Formhaltigkeit, Materialschäden oder dergl., wobei ein quer zur optischen Achse der Vorrichtung ausgerichteter Förderkanal nur angedeutet ist, entlang dem die Werkstücke in kontinuierlicher Transportbewegung durch die Vorrichtung hindurch gefühlt werden,

Fig. 2a eine schematische Seitenansicht entlang der Linie ΙΙ-Π in Fig.l,

und zwar des vergrößerten Schattenbildes eines lagerichtigen Werkstückes mit Schirm und dahinter plazierten Fotosensoren,

Fig. 2b eine Ansicht entsprechend derjenigen in Fig. 2a, jedoch bei

lageverkehrtem Werkstück,

Fig. 3 eine Ansicht entsprechend derjenigen in Fig. 2a, jedoch eines

Werkstückes mit anders gestalteten Sortiermerkmalen,

Fig.4a~4c jeweils eine Ansicht entsprechend derjenigen in Fig. 2a, und

zwar bei der Toleranzprüfung von Werkstücken auf Maßabweichungen, wobei das Werkstück gem. Fig.4a innerhalb der Toleranzen liegt, dasjenige gem. Fig. 4b zu lang und dasjenige gem. Fig. Ac zu kurz ist,

Fig. 5 u. 6 jeweils eine Ansicht etwa entsprechend derjenigen in Fig. 2a, mit nur einem Fotosensor bei der Prüfung eines dünnen End losprüf I inges auf Durchmesserfehler,

Fig. 7 eine Ansicht entsprechend derjenigen in Fig. 5, bei der Prüfung

eines Werkstückes auf Materialfehler im Inneren.

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In Fig. 1 ist eine Vorrichtung gezeigt, mittels der lichtundurchlässige Werkstücke auf Sortierlage, Maß- und/oder Formhaltigkeit und auch auf Materialschäden geprüft werden können. Für das Ausführungsbeispiel gem. Fig, 1 und 2a sind als zu prüfende Werkstücke sehr kleine zylindrische Bolzen 10 mit ausgeprägter Längserstreckung gezeigt, die ein schwach kegelförmig gestaltetes Ende 11 und ein plan gestaltetes gegenüberliegendes Ende 12 besitzen. Dieser Bolzen 10 wird beim ersten Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1, 2a und 2b auf Sorfierlage geprüft, wobei das schwach kegelförmige Ende 11 das Unterscheidungsmerkmal im Vergleich zum gegenüberliegenden Ende 12 und somit das Sorfiermerkma! darstellt.

Die Vorrichtung weist innerhalb eines Gehäuses 13 eine optische Einrichtung auf. Letztere bestehr im einzelnen aus einer als Lichtimpulsquelle ausgebildeten Lichtquelle in Gestalt eines Blitzlichtes 14, einer im Strahlengang nachgeordneten Sammellinse 15, die einen parallelen Strahlengang 16 erzeugt, einer im Strahlengang 16 nachgeordneten, nur angedeuteten Werkstückaufnahme 17, ferner aus einer im Strahlengang nachgeschalteten Vergrößerungslinse 18 und aus einem längs der optischen Achse in Abstand von letzterer angeordneten lichtdurchlässigen Schirm 19. Die Werkstückaufnahme 17 ist auf der Gegenstandsseite der Vergrößerungslinse 18 (Fig. 1, links) und der Schirm 19 auf der Bildseite der Vergrößerungslinse (Fig. 1 rechts) angeordnet, und zwar jeweils außerhalb der Lirrsenbrennweite. Die Vergrößerungslinse 18 entwirft auf dem Schirm 19 ein reelles, umgekehrtes und vergrößertes Schattenbild des Bolzens 10. Die Vergrößerung beträgt beim gewählten Ausführungsbeispiel hinsichtlich aller Maße des Bolzens 10 das Dreifach3.

Bei der impulsartigen Einschaltung des Blitzlichtes 14 entwirft letzteres auf dem Schirm 19 - durch die Vergrößerungslinse 18 vergrößert - einen völlig dunklen Kernschatten KS der Umrisse des Bolzens 10, während die Umgebung L des Kernschattens KS auf dem Schirm 19 voll beleuchtet ist. Die Strohlengänge, die die voll beleuchtete Umgebung L des Kernschattens KS entlang des Umrisses des Schattenbildes des Bolzens 10 auf dem Schirm 19 erzeugen, sind in Fig. 1 mit 20

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und 21 bezeichnet. Das beim gewählten Äusführungsbeispiei auf den Schirm 19 projezierte und dreifach vergrößerte Schattenbild des Bolzens 10 ist in Fig. 2a dargestellt, wobei für das Schattenbild die gleichen Bezugszeichen wie für den Bolzen 10 verwendet, jedoch mit einem Beistrich versehen sind. Das vergrößerte Schattenbild 11' des kegelförmigen Endes liegt auf dem Schirm 19 und in Fig. 2a seitenverkehrt, und zwar in Fig. 2a rechts, während das gegenüberliegende vergrößerte Schattenbild 12' in Fig. 2a links liegt.

Die Vorrichtung weist ferner, in Längsrichtung des auf den Schirm 19 projezierten Schattenbildes des Bolzens 10 gesehen, zwei in Abstand voneinander angeordnete Fotosensoren 22 und 23 auf, von denen der in Fig. 2a linke Fotosensor 22 dem plan gestalteten Ende 12 und entsprechenden Schattenbild 12' des Bolzens 10 zugeordnet ist, während der in Fig. 2a rechte Fotosensor 23 dem kegelförmigen Ende und Schattenbild 11' an diesem Ende des Bolzens 10 zugeordnet ist. Jeder Foto-• ensor 22, 23 überdeckt mit seiner Aufnahmefläche, die in Fig. 2a schraffiert dargestellt ist, den endseitigen Kernschatten KS des Umrißbildes 12' bzw. H^ sowie dessen endseitige voll beleuchtete Umgebung. Die Aufnahmefläche jedes Fotosensors 22, 23 ist somit, quer zur Längserstreckung des auf den Schirm 19 projezierten Schattenbildes des Bolzens 10 gemessen, größer als die in dieser Richtung gemessene Breite des Schattenbildes, wobei die Aufnahmefläche jedes Fotosensors 22, 23 beidseitig mit etwa gleich großen Flächenanteilen übersteht. Der Überstand ist beim Schattenbild gem. Fig. 2a oben und unten jeweils durch Schraffur sichtbar. In Richtung der Längserstreckung des Schattenbildes 10' des Bolzens 10 gemessen ist das Maß der Aufnahmefläche jedes Fotosensors 22, 23 kleiner als dasjenige des gesamten Schattenbildes 10' des Bolzens 10. Die Längserstreckung der Aufnahmefläche jedes Fotosensors 22, 23 beträgt, wie aus Fig.2a ersichtlich ist, einen Bruchteil der Längserstreckung des Schattenbildes 10' des Bolzens 10. ·

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Der Begriff "Fotosensor" umfaßt eine Gestaltung als Fotozelle, Fotodiode, Fototransistor, Fotowiderstand oder Fotovervielfacherröhre. Die Werkstückaufnahme 17 steht in Bezug auf den parallelen Strahlengang 16 ortsfest, so daß die Prüfstellung der Prüflinge, wie in Fig. 1 für den Bolzen 10 gezeigt ist, exakt reproduzierbar ist. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Bolzen 10 mit ihrer Längsachse im wesentlichen rechtwinklig zum parallelen Strahlengang 16 der Vorrichtung ausgerichtet sind und in kontinuierlicher Transportbewegung entlang eines angedeuteten Förderkanales 24 quer durch die Vorrichtung hindurch transportiert werden.

In Fig. 2a sind die vom Fotosensor 23 bzw. 22 jeweils aufgenommenen Lichtmengen im Bereich des endseitigen Schattenbildes IT bzw. 12' mit A bzw. B gekennzeichnet. Dadurch, daß die Enden 11 und 12 des Bolzens 10 von der Form her unterschiedlich gestaltet sind, nehmen die dem zugeordneten Schattenbild IT, 12' auf dem Schirm 19 jeweils zugedachten Fotosensoren 23 bzw. 22 verschieden große Lichtmengen A bzw. B auf. Beim gewählten Ausfuhrungsbeispiel ist die vom Fotosensor 23 aufgenommene Lichtmenge A größer als die vom Fotosensor 22 empfangene Lichtmenge B. Es ergeben sich somit am Ausgang der Fotosensoren 23 bzw. 22 unterschiedlich große elektrische Ausgangsspannungen. Entsprechen diese Ausgangswerte jeweils vorgegebenen Sollwerten, dann liegt der Bolzen 10 hinsichtlich der Orientierung im Streckenverlauf des Förderkanales 24 lagerichtig. Sind hingegen diese Ausgangswerte gegenüber den Sollwerten vertauscht, dann liegt der Bolzen 10 lageverkehrt. Eine Auswertung der Lage des Bolzens 10 in der Transportreihe längs des Förderkanales 24 ist auch nach folgenden mathematischen Kriterien möglich: Kommt der Differenz der Ausgangsspannungen zwischen Fotosensor 23 und Fotosensor 22 ein positives Vorzeichen zu, was im Abgleich mit einem Sollwert feststellbar ist, dann liegt der Bolzen 10 lagerichtig. Hat hingegen die Differenzspannung negatives Vorzeichen, dann liegt der Bolzen 10 lageverkehrt.

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Zur Auswertung werden somit die von jedem der beiden Fofosensoren 23 und aufgenommenen Lichfmengen A bzw. B als umgesetzte elektrische Ausgangsspannungen zur Erkennung der Sortierlage des Bolzens 10 in einem nicht weiter gezeigten elektrischen Vergleicher miteinander verglichen. Diesem Vergleicher kann ein nicht gezeigter SchaItimpulsgeber nachgeschaltet sein, der bei einer falschen Sortierlage eine in die Werkstückaufnahme 17 eingreifende, nicht weiter gezeigte Wende- oder Ausstoßeinrichtung und/oder eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung beaufschlagt. Auch letztere sind der besseren Übersicht wegen nicht gezeigt, jedoch an sich bekannt, so daß sich eingehendere Beschreibung erübrigt. Bei Ansprechen der Wende- oder Ausstoßeinrichtung wird der lageverkehrte Bolzen 10 aus der Transportreihe entlang des Förderkanales 24 ausgestoßen, in lagerichtige Position gewendet und wieder auf den Eingang des.Förderkanales 24 zurückgeführt.

Das einem lageverkehrten Bolzen zugeordnete, sich am Schirm 19 ergebende Schattenbild ist in Fig. 2b gezeigt. Diesem Schattenbild zugeordnet ist eine Lage des Bolzens 10 innerhalb der Werkstückaufnahme 17, bei der das kegelförmige Ende 11 in Fig. 1 unten und das plane Ende 12 .oben liegt, so daß sich bei der seitenverkehrten Abbildung hinsichtlich des Schattenbildes eine gegenüber Fig. 2a um 180 gedrehte Bildanordnung ergibt. Es ist nun die vom Fotosensor 23 aufgenommene Lichtmenge A kleiner als die vom Fotosensor 22 aufgenommene Lichtmenge B. Die Differenz der Lichtmengen A-B hat nun negatives Vorzeichen. Ein Abgleich dieses Ist-Zustandes im elektrischen, nicht gezeigten Vergleicher mit dem Sollzustand ergibt eine lageverkehrte Anordnung des Bolzens 10 innerhalb der Werkstückaufnahme 17 und der kontinuierlichen, längs des Förderkanales 24 geführten Kette der Bolzen 10. Infolge dieser falschen Sortierlage wird von dem dem elektrischen Vergleicher nachgeschalteten Schaltimpulsgeber die nicht gezeigte Wende- oder Ausstoßeinrichtung beaufschlagt, die diesen lageverkehrten Bolzen 10 aus der Transportkette ausstößt.

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Das in Fig. 3 gezeigte AusfUhrungsbeispie! unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. I₇ 2a und 2b durch eine andere Form des auf Sortierlage zu prüfenden Bolzens. Der Bolzen ist hier als Rollenkettenbolzen gestaltet, mit dem sich ergebenden vergrößerten Schattenbild 25' in Fig. 3. Der Rolienkeftenbolzen ist am einen Ende mit einer eingestochenen Ringnut versehen. Demzufolge nimmt bei lagerichtiger Anordnung des Roilenkettenbolzens der Fotosensor 22 vom endseitigen Schattenbild eine größere Lichtmenge B auf als der dem anderen endseitigen Schattenbild zugeordnete Fotosensor 23, der die kleinere Lichtmenge A empfängt. Entsprechen Anordnung der Fotosensoren 22, 23, sowie Schaltung und Auswertung derjenigen gemäß Darstellung in Fig. 1 und 2a, dann läge beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 der Rollenkettenbolzen lageverkehrt. Selbstverständlich kann die schaltungstechnische Auswertung auch umgekehrt eingestellt sein, so daß der Rollen kettenbolzen mit Schattenbild gemäß Fig .3 lagerichtig liegt.

Es ist erkennbar, daß mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung eine Lageerkennung von Bolzen mil¹ sehr kleinen Abmessungen, vor allem mit extrem kleinen Sortiermerkmalen - kegelförmiges Ende 11 - möglich ist. Dies wird durch die optische Vergrößerung des auf den Schirm 19 projizierten Schattenbildes des Bolzens erreicht. Die Lageerkennung erfolgt schnell und exakt. Die Vorrichtung weist keine mechanischen Verschleißteile für die Abtastung auf. Sie ist somit hochgradig standfest. Von Vorteil ist ferner, daß die auf Sortierlage zu prüfenden Bolzen 10 während der Transportbewegung entlang des Förderkanales 24 bezüglich ihrer Lage abgefragt werden können. Die Vorrichtung ermöglicht eine völlig selbständige Lageerkennung und Korrektur.

In Fig. Aa - 4c sind verschiedene Schattenbilder, etwa entsprechend Fig. 2a und 2b, eines Prüflinges gezeigt, der hier nicht einer Prüfung auf Sortierlage, sondern einer Prüfung auf Maßhaltigkeit innerhalb vorgegebener Toleranzen unterzogen wird. Bei dem Prüfergebnis gemäß Fig. 4a mit Schattenbild 26' eines Bolzens ergibt sich, daß der 3olzen innerhalb der Längentoleranzen liegt. Es handelt sich um ein Gutteil. Die von dem Fotosensor 23 aufgenommene Licht-

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' menge A und vom Fotosensor 22 aufgenommene Lichtmenge B ergeben aufsummiert einen Summenwert, der in einem nicht gezeigten elektrischen Vergleicher mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird und diesem entspricht.

Bei dem Prüfergebnis gemäß Fig» 4b ist der Summenwert der Lichtmengen A und B, aufgenommen von den Fotosensoren 23 bzw. 22, kleiner als beim Prüfergebnis gemäß Fig. 4a und als der vorgegebene Sollwert. Somit erweist sich der Prüfling als in seiner Länge zu groß. Er hat Übermaß und ist als Ausschußteil auszuscheiden.

Bei dem Prüfergebnis gemäß Fig. 4c ist der Summenwert der von den Fotosensoren 23 und 22 aufgenommenen Lichtmengen A und B größer als derjenige gemäß Fig.4a und als der vorgegebene Sollwert. Der Prüfling hat unteres Längenabmaß, liegt somit unterhalb der zulässigen Längentoleranz und ist ebenfalls als Ausschußteil auszuscheiden.

Somit werden bei der Prüfung auf Maß- und Formabweichung, und zwar hier bezüglich des Längenabmaßes, die von jedem der beiden Fotosensoren 23, 22 aufgenommenen Lichtmengen A bzw.B als umgesetzte elektrische Ausgangsspannungen in einer nicht gezeigten Summierstufe addiert, wonach dieser Summenwert einem nicht gezeigten elektrischen Vergleicher zugeführt und mit einem Sollwert verglichen wird. Ein dem Vergleicher nachgeschalteter, ebenfalk nicht gezeigter Schaltimpulsgeber kann dann bei jenseits der zulässigen Sollmaßgrenze liegendem Summenwert A + B eine in die Werkstückaufnahme eingreifende Ausstoßeinrichtung und/oder eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung und/oder auch eine Zählvorrichtung beaufschlagen. Das Ausschußteil wird somit ebenfalls selbsttätig aus der Förderreihe ausgestoßen.

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Das in Fig. 5 und 6 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorhergehenden dadurch, daß lediglich ein Fotosensor 27 angeordnet ist, dessen in Richtung der Längserstreckung des Schattenbildes 28' gemessenes Maß seiner Aufnahmefiäche kleiner als dasjenige des Schattenbildes 28' ist. Hingegen ist die quer zur Längserstreckung des Schattenbildes 28' gemessene Flächenerstreckung der Aufnahmefläche des Fotosensors 27 größer als die maximal zu erwartende Breite des Schattenbildes 28'. Die derart hinsichtlich des Fotosensors 27 umgerüstete Vorrichtung ist hier zur Erkennung von kleinsten Schäden, und zwar Verdickungen gemäß Fig. 5 bzw. Dünnstellen gemäß Fig. 6, an sehr dünnen Endloswerkstücken, z.B. Drähten, Garn etc./ eingerichtet. Infolge der optischen Vergrößerung des Prüflinges auf dem Bildschirm sind selbst bei solchen dünnen Prüflingen schadhafte Steife im Querschnittsbereich optisch sichtbar gemacht und berührungslos feststellbar. Das Prüfergebnis gemäß Fig. 5 weist eine Verdickung und dasjenige gemäß Fig. 6 eine Dünnstelle auf dem Längenverlauf des Prüflinges auf. Beides sind schadhafte Stellen. Beim Prüfergebnis gemäß Fig. 5 ist die vom Fotosensor 27 auf seiner Aufnahmefiäche aufgenommene Lichtmenge kleiner als ein voreingestellter Sollwert. Ein Abgleich in einem nicht gezeigten Vergleicher dieses gemessenen Ist-Wertes mit dem vorgegebenen Sollwert deckt diese Soli-Ist-Abweichung und damit die schadhafte Querschnittsverdickung auf. Beim Prüfergebnis gemäß Fig. 6 ist die vom Fotosensor 27 auf seiner Aufnahmefläche aufgenommene Lichtmenge größer, als dem vorgegebenen Sollwert entspricht. Die Meßauswertung im Vergleicher deckt die schadhafte Dünnstelle im Querschnitt des Prüflinges auf.

Mit gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 gleicher Anordnung des Fotosensors 27 lassen sich übeidies Prüfungen auf Materialschäden, wie Risse, Perforationen etc., vornehmen, die den Querschnitt des Prüflinges ganz durchsetzen. In diesem Fall ist das Schattenbild 29' des Prüflinges im Querschnitt

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5.

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im wesentlichen genauso groß wie die in gleicher Richtung vorgegebene Abmessung der Aufnahmefläche des Fotosensors 27. Der Fotosensor 27 liegt somit vollständig innerhalb des völlig dunklen Kernschattens des sich auf dem Schirm abzeichnenden vergrößerten Schattenbildes des Prüflinges. Der Fotosensor 27 nimmt also normalerweise keinerlei Licht auf. Wird jedoch auf diesem Teilfeld des Schirmes wider Erwarten eine Lichtmenge gemessen, so deswegen, weil der Prüfung Risse oder dgl. enthält, die den Querschnitt des Prüflinges ganz durchsetzen und die Licht hindurch gelangen lassen. Ein derartiger Riß ist im Schattenbild gemäß Fig.7 mit 30' gekennzeichnet.

Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle als fortwährend brennende Lampe ausgebildet, der eine impulsartig öffnende Fotoblende nachgeschalfet ist. Sowohl bei dieser Gestaltung als auch bei der Ausbildung als Blitzlicht 14 ergibt sich eine impulsartige LichtstrahlerzeugLrng, somit ein exakter Msßzeirpunkt und daher eine genaue Messung.

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Claims

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Ansprüche 2 6 2 O 2 A O

! Iy Verfahren zur Prüfung lichtundurchlässiger Werkstücke auf Sortierlage, Maß- und/oder Formhaltigkeit, Materia!schaden od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß man das Werkstück ( 10 )in einen Strahlengang ( 16), vorzugsweise mit achsparallelen Strahlen, einer ausgedehnten, auf einen Schirm ( 19 ) gerichteten Lichtquelle ( 14 ) derart einbringt, daß die Lichtquelle ( 14 ) auf dem Schirm ( 19 ) jenseits des Werkstückes ( 10 ) einen völlig dunklen Kernschatten ( KS ) der Umrisse des Werkstückes ( 10 ) entwirft, die Umgebung ( L) des Kernschattens (KS.) hingegen auf dem Schirm ( 19 ) voll beleuchtet ist, und daß man die Lichtmenge ( A, B ) dieser leuchtenden Fläche, zumindest auf Ausschnitten derselben, mißt, mit einem Sollwert oder einem Bezugswert eines Bezugsausschnittes vergleicht und aus einer sich ergebenden Soll-Ist-Abweichung das Prüfergebnis bildet.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das von der Lichtquelle ( 14 ) entworfene Schattenbild (10' - 12' ) des Werkstückes ( 10 ) vor Auftreffen auf dem Schirm ( 19 ) optisch vergrößert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Messung der Lichtmenge ( A, B) der leuchtenden Fläche auf elektro-optischem Wege vornimmt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine optische Einrichtung mit einer Lichtquelle ( 14 ), vorzugsweise einer einen parallen Strahlengang ( 16 ) erzeugenden Sammellinse ( 15 ) oder Parabolspiege!anordnung, einer im Strahlengang ( 16 ) nachgeordneten Wefkstückaufnahrne ( 17 ), sowie einem letzterer nachgeordneten lichtdurchlässigen Schirm ( 19 ) und ferner durch eine elektro-optische Empfangseinrichtung, die mindestens einen Fotosensor ( 22, 23; 27) mit elektrischem Umsetzer aufweist, wobei der Fotosensor

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( 22, 23; 27) verstellbar und in Bezug auf das auf dem Schirm ( 19 ) entworfene Schattenbild (10' - 12' ) des zu prüfenden Werkstückes ( 10 ) derart am Schirm ( 19 ) angeordnet ist, daß seine Aufnahmefläche entsprechend der Form, Größe und/oder Lage des zu prüfenden Werkstückes ( 10 ) zumindest einen Teil des völlig dunklen Kernschattens ( KS ) der Umrisse des Werkstückes ( 10 ) sowie der voll beleuchteten Umgebung ( L ) des Kernschattens ( KS) überdeckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen der Werkstückaufnahme ( 17 ) und dem Schirm ( 19 ) eine Vergrößerungslinse ( 18 ) angeordnet ist, die ein reelles, umgekehrtes und vergrößertes Schattenbild (10' - 12') des Werkstückes ( 10 ) auf dem ScKrm ( 19 ) entwirft.
O.Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme ( 17 ) auf der Gegenstandsseite der Vergrößerungslinse ( 18 ) und der Schirm ( 19 ) auf der Bildseite der Vergrößerungslinse ( 18 ) jeweils außerhalb der Linsenbrennweite angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle als Lichtimpulsquelle ( 14 ) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Blitzlicht ( 14 ) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang der Lichtquelle eine nur kurzzeitig öffnende Fotoblende angeordnet ist.

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3 2 I K
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-9, insbesondere zur Prüfung von längsorientierten Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmefläche des Fotosensors ( 22, 23; 27 ), quer zur Längserstreckung des auf den Schirm ( 19 ) projizierten Schattenbildes (IC - 12' ) des Werkstückes ( 10 ) gemessen, größer als die in dieser Richtung gemessene Breite des Schattenbildes (10' - 12') ist, vorzugsweise beidseitig mit vorzugsweise gleich großen Flächenanteilen übersteht, und daß das in Richtung der Längserstreckung des Schattenbildes ( 10' -,12') gemessene Maß der Aufnahmeflbche kleiner als dasjenige des Schattenbildes ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 10,ι insbesondere zur Prüfung endlicher längsorientierter Werkstücke auf Sortierlage, Maß- und/oder Formhaltigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des auf den Schirm ( 19 ) projezierten Schattenbildes (10' - 12' ) zwei Fotosenscren ( 22, 23 ) in Abstand voneinander angeordnet sind, von denen jeder einem Ende ( 12' bzw. IT ) des Schattenbildes ( 10' ) zugeordnet ist und mit seiner Aufnahmefläche den endseitigen Kernschatten des Umrißbildes sowie dessen endseitige voll beleuchtete Umgebung überdeckt.
12.Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von jedem der beiden Fotosensoren ( 22, 23 ) aufgenommenen Lichtmengen(B bzw. A) als umgesetzte elektrische Ausgangsspannungen zur Erkennung der Sortierlage ( Fig. 1 - 3 ) in einem elektrischen Vergleicher miteinander verglichen werden, dem ein Schaltimpulsgeber nachgeschaltet ist, der bei einer falschen Sortierlage ( Fig. 2b ) eine in die Werkstückaufnahme ( 17 ) eingreifende Wende- oder Ausstoßeinrichtung und/oder eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung beaufschlagt.

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13.Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung auf Maß- und/oder Formabweichung ( Fig. 4a - 4c ) die von jedem der beiden Fotosensoren ( 22, 23 ) aufgenommenen Lichtmengen ( A bzw. B ) als umgesetzte elektrische Ausgangsspannungen in einer Summierstufe zusammen addiert werden und daß sodann dieser Summenwert einem elektrischen Vergleicher zugeführt und mit einem Sollwert verglichen wird, wobei ein dem Vergleicher nachgeschalteter Schaltimpulsgeber bei jenseits der zulässigen Sollmaß- bzw. Formgrenze liegendem Summenwert eine in die Werkstückaufnahme ( 17 ) eingreifende Ausstoßeinrichtung und/oder eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung und/oder eine Zählvorrichtung beaufschlagt.

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