DE2704983C3 - 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
Vorrichtung zum Erkennen von Fehlern in der Oberfläche oder den Abmessungen eines Objektes sowie zum Erkennen der Lage des Objektes mit Hilfe einer FotodiodenzeileInfo
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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 2244 433 bekannt
geworden. Mit diesen bekannten Vorrichtungen kann jedoch nur ein bestimmter linearer Bereich des Objekts
erfaßt werden.
Zum selbsttätigen Erkennen von Fehlern an einem Objekt ist es bekannt (DE-OS *.3 01 087), den zu
uniersuchenden Bereich des Objekts 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 Fotodiodenzeile — 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 Verfügung stehenden Zeiten kurz, denn ein erkannter Mangel zwingt noch zu
einer Handlung.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugruntie, eine
Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart zu
ίο gestalten, daß man mit nur einer Fotodiodenzeile 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 gesamte Gesichtsfeld auf die wirksame Fläche einer
Diodenzeile abgebildet werden. Das aus der Feige 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
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 Darste'!ung der Vorrichtung,
F i g. 3 ein in einem Gesichtsfeld einer Bearbeitungsvorrichtung gelegenes Objekt mit einer fehlerhaften
Kontur,
F i g. 4 eine Sektion einer Diodenzeile gemäß F i g. 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
Fotodiodenzeile 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 — 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
das Gesichtsfeld 5 — hier mitteis einer Kehrbildoptik 6 — auf ein anamorphotisches Linsensystem 7, bestehend
aus den Zylinderlinsen 8 und 9, projiziert. Die optischen Achsen 8' und 9' der Zylinderlinsen sind rechtwinklig
zueinander orientiert. Anstelle der hier vereinfacht dargestellten, im Abstand voneinander 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
L\ ist etwas kleiner als die Länge Li der wirksamen Fläche F der Foiodiodenzeile 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 Gesichtsfeldes 5.
F i g. 2 zeigt eine Sektion des von der Zylinderlinse 9
gemäß Fig. 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 S1 gestauchten Bildes innerhalb der Höhe //des
Feldes der Fotodiodenzeile F gelegen ist sind die einzelnen Fotodioden 11 unterschiedlichen Lichtintensitäten
ausgesetzt Die Eckkante E des Objektes 1 ist hier z.B. auf der Fotodiode IV 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. abgebrochenen
Ecke 13. Fernerhin befindet sich auf der Fläche des Objektes ein Flecken 14, welcher eine Verunreinigung
der Oberfläche des Objektes bedeutet
ϊ 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
Flecken 14, welcher auf der Diodenzeile 10 bei 14' dargestellt ist, zu einem vom Normpegel abweichenden
Spannungssignal führen.
F i g. 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 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 en'.'-eht
F i g. 6 zeigt das gemäß F i g. 5 auf der Diodenzeile 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 en'.'-eht
Entsprechend der dargestellten Aasführungsform
gemäß F i g. 1 kann es zur Erzielung eines höheren Erkennungsvermögens dienlich sein, zusätzlich ein
gleichartiges zweites, jedoch hinsichtlich der beiden Koordinaten um 90 Grad gedrehtes anamorphotisches
2) Linsensystem nebst Auswertelogik zu verwenden. So
erhält man einerseits ein hohes Auflösungsvermögen in den beiden Hauptkoordinaten-Richtungen des Objektes,
wobei die Erfassungszeit bzw. die Auswertezeit im Vergleich mit einer Diodenmatrix wesentlich zeitspa-
jo render 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)
- 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 Fotodiodenzeile (10) angepaßten Bildes des Gesichtsfeldes (5) ausgelegt sind.
Priority Applications (5)
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