DE2704983B2 - Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in der Oberfläche oder den Abmessungen eines Objektes sowie zum Erkennen der Lage des Objektes mit Hilfe einer Fotodiodenzeile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in der Oberfläche oder den Abmessungen eines Objekts sowie zum Erkennen der Lage des Objekts mit einer Fotodiodenzeile, einer Optik zur Abbildung ihres das Objekt enthaltenen Gesichtsfeldes auf die Fotodiodenzeile sowie einer an die Fotodiodenzeile angeschlossenen Auswerteschaltung.

Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise durch die US-PS 38 77 821 und DE-OS 22 44 433 bekannt geworden. Mit diesen bekannten Vorrichtungen kann jedoch nur ein bestimmter linearer Bereich des Objekts erfaßt werden.

Zum selbsttätigen Erkennen vr»n Fehlern an einem Objekt ist es bekannt (DE-OS 23 01 087), den zu untersuchenden Bereich des Objekt« unter Verwendung eines anamorphotischen Linsensystems auf einen mit einer Skala versehenen Projektor abzubilden. Ein vornehmlich nur in einer Koordinatenrichtung auftretender, vergleichsweise kleiner Fehler ist so deutlich erkennbar und meßbar.

Soll hingegen die Fläche eines z. B. im Gesichtsfeld einer Meßvorrichtung gelegenen Objekts untersucht oder ausgemessen werden, so verwendet man mehrere senkrecht zueinander angeordnete Fotodiodenzeilen, wie es in der älteren DE-OS 25 43 645 vorgeschlagen worden ist. Die einzelnen Dioden sind mittels eines Schieberregisters ansteuerbar; sie werden mit der Frequenz eines Taktgenerators nacheinander an einen Datensignalintegrator geschaltet. So ist es möglich, unter Berücksichtigung des Abbildungsfaktors die Abmessungen des Objektes zu bestimmen. Ferner können durch einen Ist-Sollwert-Vergleich der gemessenen Spannungssignale mit gespeicherten Größen Strukturfehler oder ein Fehler in bezug auf die Lage des Objektes innerhalb des Gesichtsfeldes einer Meßvorrichtung oder im Arbeitsfeld einer Arbeitsvorrichtung erkannt werden. Der Aufwand zur Ansteuerung und Auswertung der von mehreren Fotodioden-Zeilen gelieferten Datenmenge ist vergleichsweise — gegenüber einer nur eine wesentlich geringere Anzahl von Fotodioden enthaltenden Fotodiodenzeüe — groß, Dies ist nachteilig, wenn z. B. besagte Objekte (kleine Werkstücke) untersucht werden sollen. Oft soll z. B. nur ermittelt werden, ob das im Gesichtsfeld gelegene Objekt beschädigt ist und somit aus einer Serie ausgeschieden werden muß. Die Frage, wo die Beschädigung gelegen ist, und welche Beschädigung vorliegt, ist hier von untergeordneter Bedeutung. Bei Bearbeitungsmaschinen muß häufig sichergestellt werden, daß das Objekt richtig im Zubringer zur Arbeitsstation angeordnet oder innerhalb des Bearbeitungsfeldes der Maschine gelegen ist. Bei schnell laufenden Maschinen sind die zur Verfugung stehenden Zeiten kurz, denn ein erkannter Mangel zwingt noch zu einer Handlung.

Der Erfindung Hegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart zu

in gestalten, daß man mit nur einer Fotodiodenzeüe eine hinreichend genaue flächenmäßige Untersuchung und Ausmessung vornehmen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann also das feäsamte Gesichtsfeld auf die wirksame Fläche einer Diodenzeile abgebildet werden. Das aus der Folge von Einzelsignalen entstehende Videosignal hat insbesondere bei einfachen geometrischen Gebilden einen markanten Verlauf. Kanten im Objektbild ergeben Sprünge im Signalpegel. Bei hinreichender Auflösung in vergleichsweise schnell zur Verfügung stehender, zwar geringer Datenmenge enthält das von der Diodenzeile gelieferte Videosignal doch genügend Informationen

>-, hinsichtlich der Lage und/oder der Beschaffenheit des Objekts. Es versteht sich, daß diese Verfahrensweise nicht in jedem Falle den gewünschten Anforderungen genügt, nämlich dann nicht, wenn die zu erkennende gewünschte Fehlergröße im Bereich oder sogar unter

<o der für jede wirksame Diodenfläche der Zeile gegebenen Signalpegel-Fehlertoleranz gelegen ist

Für eine Vielzahl in der Praxis vorkommender Aufgaben ist das Erkennungsvermögen zur Erkennung markanter Fehler unter Verwendung nur einer Foto-

)> diodenzeile ausreichend.

Im Nachfolgenden wird anhand der Zeichnungen die Erfindung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung der Vorrichtung,

■w Fig.2 eine Sektion der Fotoüicdenzeile gemäß Fig. 1,

F i g. 3 ein in einem Gesichtsfeld einer Bearbeitungsvorrichtung gelegenes Objekt mit einer fehlerhaften Kontur,

r> Fig.4 eine Sektion einer Diodenzeile gemäß Fig. 1 mit darauf projiziertem Objekt gemäß F i g. 3,

F i g. 5 ein im Gesichtsfeld einer Bearbeitungsvorrichtung falsch gelegenes Objekt und Fig.6 die Abbildung dieses Objektes auf einer

V) Fotodiodenzeüe gemäß F i g. 1.

Im Bearbeitungsfeld einer hier nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine ist ein zu bearbeitendes Werkstück in der Größenanordnung von z. B. 2x2 mm, nämlich das Objekt 1 gelegen. Eine Meßvorrichtung —

ν, allgemein mit 2 bezeichnet — besitzt ein Objektiv 3 mit einer darin angeordneten Gesichtsfeldblende 4; sie begrenzt das Gesichtsfeld 5, in der das Objekt 1 gelegen ist. Die Breite des Gesichtsfeldes ist hier mit B und die Länge mit L bezeichnet Im vorliegenden Beispiel wird

6» das Gesichtsfeld S — hier mittels einer Kehrbildoptik 6 — auf ein anamorphotisches Linsensystem 7, bestehend aus den Zylinderlinsen 8 und 9, projiziert Die optischen Achsen 8' und 9' der Zylinderlinsen iiind rechtwinklig zueinander orientiert Anstelle der hier vereinfacht

μ dargestellten, im Abstand voneinande/ angeordneten Zylinderlinsen verwendet man ein geschichtetes Linsensystem. Die so zueinander angeordneten Zylinderlinsen arbeiten als Doppelanamorphot Eine Diodenzeile 10 ist

achsparallel zur Achse 9 der Zylinderlinse 9 angeordnet Die Fotodiodenzeile trägt die einzelnen nebeneinander angeordneten Fotodioden 11. Mittels der Zylinderlinse 8 wird das Gesichtsfeld 5 auf die Zylinderlinse 9 projiziert Die Länge L des Gesichtsfeldes 5 wird dabei auf die Länge L\ gestreckt Diese Länge Li ist etwas kleiner als die Länge L₂ der wirksamen Fläche F der Fotodioden?eile 10. Die Zylinderlinse 9 staucht indessen die Breite B des Gesichtsfeldes 5 auf die Breite B\, wobei diese Breite B\ etwas kleiner ist als die Breite H der wirksamen Fläche der Diodenzeile. Wird das gesamte anamorphotische System 7 mit der Diodenzeile 10 um die optische Achse 12 gedreht so ändern sich die Abbildungsverhältnisse hinsichtlich der Abmessungen Bund Ldes Gesichtsfeldes5.

F i g. 2 zeigt eine Sektion des von der Zylinderlinse 9 gemäß F i g. 1 auf die Diodenzeile 10 projizierten Objektbildes. Wie ersichtlich, ist hier die Breite K des im Gesichtsfeld 5 gelegenen Objektes auf die Größe K, eingeschnürt Bedingt dadurch, daß die gesamte Breite B des durch das anamorphotische Linsensystem auf die Breite B\ gestauchten Bildes innerhalb der Höhe //des Feldes der Fotodiodenzeile F gelegen ist sind die einzelnen Fotodioden 11 unterschiedlichen Lieh Intensitäten ausgesetzt Die Eckkante Edes Objektes 1 ist hier z.B. auf der Fotodiode 11' der Fotodiodenzeile 10 abgebildet Die unterschiedlichen Lichtintensitäten bewirken beim Auslesen der Fotodiodenzeile unterschiedlich hohe Spannungssignale. Die Auswertelogik und der Ist-Sollwert-Vergleich mittels einer Auswertelogik sind bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.

Fig.3 zeigt ein im Gesichtsfeld 5 angeordnetes Objekt 1 mit einer hier fehlerhaften, z. B. abgebroche nen Ecke 13. Fernerhin befindet sich auf der Räche des Objektes e^;n Recken 14, welcher eine Verunreinigunc der Oberfläche des Objektes bedeutet
■i Wie F i g. 4 zeigt würde sich die abgebrochene Kante 13' des Objektes 1 durch ein vom Normalpegel abweichendes Spannungssignal der einzelnen Fotodioden 11 darstellen. Entsprechend würde auch der Recken 14, welcher auf der Diodenzeile 10 bei 14' darin gestellt ist zu einem vom Nonnpegel abweichenden Spannungssignal führen.

Fig.5 zeigt ein z.T. außerhalb des Gesichtsfeldes 5 liegendes Objekt 1.

F i g. 6 zeigt das gemäß F i g. 5 auf der Diodenzeile ! 5 nur teilweise abgebildete Objekt 1'. Die falsche Lage des Objektes im Gesichtsfeld 5 hat zur Folge, daß am Ausgang des die einzelnen Spannungszustände der Fotodioden abfragenden Schieberegisters eine vom Sollwert abweichende Impulsfolge entsteht
Entsprechend der dargestellten Ausführungsform gemäß F i g. 1 kann es zur Erziel·.· ,g eines höheren Erkennungsverinögens dienlich sein, 'usäiziich ein gleichartiges zweites, jedoch hinsichtlich der beiden Koordinaten um 90 Grad gedrehtes anamorphotisches 2·-» Linsensystem nebst Auswertelogik zu verwenden. So erhält n>an einerseits ein hohes Auflösungsvermögen in den beiden Hauptkoordinaten-Richtungen des Objektes, wobei die Erfassungszeit bzw. die Auswertezeit im Vergleich mit einer Diodenmatrix wesentlich zeitsparender ist Es läßt sich somit auch bei unter dem Objektiv 3 bewegten Objekten eine schnelle Qualitätsprüfung des Objektes vornehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in der Oberfläche oder den Abmessungen eines Objekts sowie zum Erkennen der Lage des Objekts mit einer Fotodiodenzeile, einer Optik zur Abbildung ihres das Objekt enthaltenden Gesichtsfeldes auf die Fotodiodenzeile sowie einer an die Fotodiodenzeile angeschlossenen Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein anamorphotisches Linsensystem aus zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Zylinderlinsen (8, 9) aufweist, die zur Erzeugung eines der wirksamen Fläche der Fotodiodenzeüe (10) angepaßten Bildes des Gesichtsfeldes (5) ausgelegt sind.