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Einrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Abmaße
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und/oder der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils Stand der
Technik Es sind optische Prüfeinrichtungen bekannt, bei denen zwischen Lichtquelle
und lichtempfindlichem Sensor ein Teil, nachfolgend Werkstück genannt, durchgeführt
wird, wobei zwischen Lichtquelle und Werkstück eine Konturenblende eingefügt ist,
die die Kontur des zu prüfenden Werkstücks aufweist. Entspricht nun das Werkstück
der Kontur, geht der Lichteinfall im Sensor fast ganz zurück und das Werkstück wird
identifiziert. Weist das
Werkstück eine andere Kontur auf, wird
es als fehlerhaft erkannt. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß für jedes Werkstück
eine gesonderte Kontur erforderlich ist, die jeweils ausgewechselt werden muß. Diese
Einrichtungen eignen sich jedoch nicht zur Bestimmung der Abmaße, wie z.B. der Bestimmung
der Länge eines bestimmten Werkstücks. Ebenso wenig ist die Bestimmung der Geschwindigkeit
eines sich bewegenden Werkstücks möglich.
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Bei automatischer Zuführung von Werkstücken, z.B. mittels Schwingförderer
oder anderen Transportmitteln, besteht jedoch oft das Problem, die Länge und/oder
die Geschwindigkeit des Werkstücks während des Transportes zu messen.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei konturenunabhängiger
Blende die Maße eines Teils, z.B. die Länge eines Werkstücks, während einer Transportbewegung
gemessen werden kann. Hierdurch wird die Aussortierung von Werkstücken mit unterschiedlicher
Länge ermöglicht. Die Einrichtung ermöglicht weiterhin die Ermittlung der Transportgeschwindigkeit
eines Teils, wobei lediglich als Voraussetzung eine konstante Transportgeschwindigkeit
während der Meßphase gefordert wird, nicht jedoch die gleiche Transportgeschwindigkeit
von einem zum anderen Werkstück. Während des Meßvorgangs braucht die Lage des Werkstücks
nicht genau definiert zu sein, d. h. Abweichungen in Richtung eines Lichtstrahles
und senkrecht zum Lichtstrahl sind erlaubt. Bei der Ermittlung der Länge eines Werkstücks
kann der Durchmesser weitgehend beliebig sein. Bei der Ermittlung der Geschwindigkeit
von sich bewegenden Teilen, insbesondere
von Maschinenteilen, Werkstücken,
Förderern, Paletten oder dergleichen kann diese zu Steuerungsaufgaben eingesetzt
werden. Als weiterer Vorteil sei schließlich noch anzusehen, daß eine Umrüstung
der Einrichtung bei verschiedenen Bauelementen nicht nötig ist, wodurch sich das
Gerät für eine Vielzahl von verschiedenen Werkstücken eignet. Eine wirtschaftliche,
d.h. schnell, einfache und billige Arbeitsweise ist durch das verschleißfest, berührungslos
arbeitende Gerät gewährleistet.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung
möglich. Besonders vorteilhaft sind verschiedene in der Beschreibung genannte Verfahren
zur Auswertung der aufgenommenen Impulsform. Dabei ist es günstig, die Auswertung
mittels leicht integrierbar aus zuführender Schwellwertschaltungen und Zählereinrichtungen
durchzuführen.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 eine Einrichtung zur Prüfung von Werkstücken, Fig. 2 Impulsdiagramme mit jeweiliger
Lage eines Werkstücks zur Erläuterung der Funktionsweise einer Einrichtung nach
Fig. 1, Fig. 3 ein Schalt schema zur Ermittlung der Abmaße eines Werkstücks und
Fig. 4 ein Schaltschema zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden
Teils.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist eine Lichtquelle
1 dargestellt, die vorteilhafterweise als Leuchtdiode oder Laserdiode ausgebildet
ist, (Es können aber auch beliebige andere Gebersysteme, wie z.B. induktive Gebersysteme
Verwendung finden. )Der Leuchtdiode 1 nachgeschaltet ist eine Schlitzblende 2 mit
den öffnungen 8, 9, die ein Lichtband erzeugen. Zur Vokusierung des Lichtes sind
die Linsen 3, 6 vorgesehen, welches von einem lichtempfindlichen Sensor 7, der vorzugsweise
als Fotodiode oder Fototransistor ausgebildet ist, aufgenommen wird. Selbstverständlich
können auch andere lichtempfindliche Bauteile oder auch z.B. induktive Gebersysteme
verwendet werden. Das zu messende Werkstück 4 befindet sich zwischen den beiden
Linsen 3, 6. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist dem Sensor 7 ein Ist/Sollwert-Vergleichszähler
zur Ermittlung der Abmaße eines sich bewegenden Teils nachgeschaltet. Eine vereinfachte
Form dieses Ist/Sollwert-Vergleichszählers ist in Fig. 4 dargestellt, welcher zur
Ermittlung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teiles dient. Der Vergleichs
zähler ist wie folgt aufgebaut: Dem Sensor 7 ist eine Verstärkerstufe 10 und dieser
zwei parallel geschaltete Schwellwertstufen 11, 12 nachgeschaltet. Ein Ausgang der
Schwellwertstufe 11 ist mit dem Starteingang des Zählers 13, der andere mit dem
Stopeingang des Zählers 14 verbunden. Ebenso ist ein Ausgang der Schwellwertstufe
12 mit dem Starteingang des Zählers 14, der andere mit dem Stopeingang des Zählers
13 verbunden. Den Binärausgängen der Zähler 13, 14 ist eine Dividierstufe 15 und
dieser eine Ist/Sollwert-Vergleichsstufe 16 nachgeschaltet, wobei durch die Sollwert-Vorgabe
17 die gut-schlecht-Teilermittlung 18 erfolgt. Je nach Betriebsweise des Gerätes
werden die Zähler 13, 14 an ihrem Takteingang 24 durch ein pulsierendes Gebersystem
1,
7 oder durch einen nachgeschalteten Oszillator 19 getaktet. Eine Dividierstufe 15
ist z.B. als Bauteil CD 4527 B (RCA) im Handel erhältlich; eine Ist/Sollwert-Vergleichsstufe
16 kann z.B. als digitaler Komparator (MC 14585, Motorola) ausgebildet sein, dem
der Sollwert - vorzugsweise durch feste Verdrahtung - über Schalter zuführbar ist.
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Das vereinfachte Schaltschema nach Fig. 4 zur Ermittlung der Geschwindigkeit
eines sich bewegenden Teils unterscheidet sich von dem nach Fig. 3 durch einen gemeinsamen
Zähler 20, dem ein Rechenbaustein 21 und ein Anzeigeausgang 22 nachgeschaltet sind.
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Die Funktionsweise der Einrichtung ist wie folgt: Der von der Lichtquelle
1 ausgesandte Strahl gelangt über eine Blende 2, welche mit den ca. 0,1 mm breiten
Schlitzen 8, 9 versehen ist, über eine Linse 3 zu einem Werkstück 4, das mit konstanter
Geschwindigkeit am Lichtstrahl 5 vorbeigerührt wird. Mit einer weiteren Linse 6
wird der Strahl focussiert und auf einen lichtempfindlichen Sensor 7 geleitet. Die
Lichtdiode 1 stellt mit dem Schlitz 8 sowie dem Sensor 7 das eine Gebersystem, die
Lichtdiode 1 mit dem Schlitz 9 und dem Sensor 7 das andere Gebersystem dar. Statt
einer Lichtdiode 1 einer Blende mit zwei Schlitzen 8, 9 und einem Sensor 7 könnte
jedoch auch eine doppelte Lichtquelle mit mindestens einem Sensor Anwendung finden.
Ebenso möglich wäre ein induktives Gebersystem denkbar, wobei das zu messende Werkstück
4 eine Induktivitätsänderung im magnetischen Feld bewirken würde.
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In Fig. 2 sind die einzelnen Zustände für die Ermittlung der Abmaße
und/oder der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils dargestellt: Das Werkstück
passiert die zwei Lichtbänder 8, 9 nacheinander. Beim Passieren des
Schlitzes
8 der Blende 2 erzeugt der Sensor 7 einen Spannungsabfall U1. Auf diesen Spannungsabfall
reagiert die Schwellwertstufe 11, welche auf den Pegel 1 eingestellt ist, worauf
der Zähler 13 eine Impuls zählung vornimmt. Diese Impuls zählung kann auf verschiedene
Arten erfolgen: Die Lichtdiode 1 sendet pulsierendes Licht aus, welches vom Sensor
7 aufgenommen wird, und über eine Leitung 23 direkt dem Takteingang 24 eines Zählers
zugeführt wird. Eine andere Möglichkeit stellt die Aussendung von gleichförmigen
Licht dar, welches durch einen Oszillator 19 ebenfalls auf den Takteingang 24 eines
Zählers gebracht wird. Bewegt sich das Teil 4 somit über den Schlitz 8 der Blende
2 (Zustand a in Fig. 2) beginnt der Zähler 13 einen Impulszählvorgang. Beim Überqueren
des weiteren Schlitzes 9 der Blende 2 (Zustand b in Fig. 2) tritt der weitere Spannungsabfall
U2 auf, wodurch beim Überschreiten des zugehörigen Pegels 2 die Schwellwertstufe
12 den Zähler 14 einschaltet und gleichzeitig der Zählvorgang im Zähler 13 beendet
wird. Der Zähler 14 zählt die Anzahl der Impulse bis das Werkstück 4 den zweiten
Schlitz 9 der Blende 2 passiert hat, d.h. bis der Pegel 1 wieder überschritten wird
(Zustand d in Fig. 2). Der Schwellwertschalter 11 schaltet über die Leitung 25 bei
Überschreitung des Pegel 1 den Zähler 14 ab. Nach Beendigung des Zählvorganges enthält
der Zähler 13 eine Impulsanzahl nl, der Zähler 14eine Impulsanzahl n2. Die Berechnung
z.B. der Länge des Werkstückteils 4 sowie der Geschwindigkeit geschieht dann wie
folgt, wobei n = Anzahl der Impulse zwischen Pegel 1 und 2 f = Pulsfrequenz s =
konstant = Weg zwischen den "Lichtbändern" 1 = Werkstücklänge ist: Die Anzahl n
der Impulse zwischen den beiden Schaltpegeln P1 und P2 wird erfaßt und ergibt die
Zeit t.
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t = f (1)
Die Werkstücklänge ermittelt sich wie folgt:
1 = v . t (2) Die Geschwindigkeit v ermittelt sich aus: s v = tl wobei
ist; hieraus folgt
Die Zeit t , in welcher das Werkstück 4 z.B. den Schlitz 9 der Blende 2 passiert
(Zustand b bis d in Fig. 2) ermittelt sich aus:
Setzt-man Gleichung 3 und 4 in Gleichung 2 so folgt für die Länge
und hieraus
Zur Steigerung der Genauigkeit und bei starken Schwankungen der Geschwindigkeit
können zwei Messungen von v durchgeführt werden: v = v1 2v2 wobei sich vl aus n
und v2 aus n3 er-1 nd v2 a 3 gibt.
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Der Zähler 1 ermittelt somit die Anzahl der Impulse nl, der Zähler
2 die Anzahl der Impulse n2, wobei n1 die Anzahl der Impulse darstellt, die zwischen
dem Passieren des Schlitzes 8 bis zum Schlitz 9 gezählt werden, d.h.
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die Anzahl der Impulse während das Teil 4 die Strecke s zurücklegt.
Der Zähler 2 zählt die Anzahl der Impulse vom Durchschreiten des Pegels 2 bis zum
Wiederdurchschreiten des Pegels 1 (Zustand b bis d in Fig. 2); dies entspricht einer
zurückgelegten Strecke ensprechend der Länge des Werkstückteils 4.
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In der Dividierstufe 15 erfolgt der Dividiervorgang n2 dividiert durch
nl multipliziert mit dem konstanten Faktor s, woraus sich die Länge des Werkstücks
1 ergibt.
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(Siehe Formel 6) In der Ist-Sollwert-Vergleichsstufe 16 wird dieser
Wert mit der eingegebenen Sollwertvorgabe 17 verglichen, und als Gut-oder Schlechtteil
im Anzeiger 18 wiedergegeben.
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Die Ermittlung der Geschwindigkeit nach dem Schaltschema gemäß Fig.
4 geschieht wie folgt: Nach Gleichung 3 gilt v = s.f hieraus folgt, daß lediglich
die n1 Impulsanzahl durch einen Zähler 20 ermittelt werden muß. Ein Rechenbaustein
21 führt die Rechenoperation gemäß Gleichung 3 aus und eine Anzeigevorrichtung 22
gibt die ermittelte Geschwindigkeit wieder. Die gemessene Geschwindigkeit kann entweder
abgelesen oder für weitere Steuerungsaufgaben eingesetzt werden.
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Bei der Schaltung gemäß Fig. 3 kann anstelle der direkten Steuerung
der Zähler 13, 14 durch die Gebersignale selbstverständlich auch eine indirekte
Steuerung über den Oszillator 19 erfolgen. Ferner kann auch eine Steuerung des Anzeigers
18 durch die Gebersignale so vorgesehen werden, daß das Ausgangssignal während der
Zählvorgänge gesperrt ist.