DE2844912C2

DE2844912C2 -

Info

Publication number: DE2844912C2
Application number: DE19782844912
Authority: DE
Inventors: Rainer 7000 Stuttgart De Jung
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-10-14
Filing date: 1978-10-14
Publication date: 1987-06-04
Also published as: DE2844912A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Bestimmung der Abmaße und/oder der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils nach der Gattung des Hauptanspruchs und von einem Verfahren zum Betreiben der Einrichtung. Aus der DE-AS 25 14 616 ist bereits eine Vorrichtung zum Messen der Längen bewegter Werkstücke bekannt. In einem ersten Ausführungsbeispiel sind drei Sensoren in Bewegungsrichtung der Werkstücke mit unterschiedlichen Abständen angeordnet. Der Abstand zwischen den beiden ersten Sensoren ist geringer als die kleinste vorkommende Werkstücklänge, und der Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Sensor ist größer als die maximal mögliche Werkstücklänge. Die drei Sensoren steuern zwei Zähler, die die Impulse eines Impulsgenerators zählen. Über den physikalischen Effekt, der den Sensoren zugrunde liegt, sind keine Angaben gemacht. Durchläuft der Prüfling mit seiner Vorderkante den Erfassungsbereich der beiden ersten Sensoren, so wird zunächst kein Zählvorgang ausgelöst. In der weiteren Bewegung des Prüflings durchläuft die Hinterkante den Bereich des ersten Sensors, dessen Ausgangssignal in beiden Zählern einen Zählvorgang auslöst. Die Vorbeibewegung der Hinterkante des Werkstücks am zweiten Sensor stoppt den Zählvorgang im ersten Zähler. Im weiteren Bewegungsverlauf passiert die Vorderkante des Werkstücks den dritten Sensor, dessen Ausgangssignal den Zählvorgang im zweiten Zähler stoppt. Eine Auswerteschaltung ermittelt unter der Voraussetzung einer konstanten Werkstückgeschwindigkeit aus den beiden Zählerständen die Länge des Werkstücks.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel sind nur noch zwei Sensoren vorgesehen, wobei ein erster Sensor die Funktion der beiden ersten Sensoren des ersten Ausführungsbeispiels übernimmt. Ausgewertet wird im zweiten Ausführungsbeispiel die Sensorsignalhöhe des ersten Sensors in Abhängigkeit vom Kantenverlauf des Werkstücks. Ausgenützt wird hier die Tatsache, daß das Sensorausgangssignal beim Passieren einer Werkstückskante eine stetige Änderung mit einem bestimmten Kurvenverlauf aufweist. Das vom ersten Sensor abgegebene Signal wird mit zwei unterschiedlich hohen Triggerschwellen verglichen, wobei der erste Zähler in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis gesteuert ist. Ein Überschreiten der ersten niedrigeren Triggerschwelle startet den Zählvorgang im ersten Zähler, und das Überschreiten der zweiten höheren Triggerschwelle stoppt den Zählvorgang.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist es, daß drei oder zwei Sensoren erforderlich sind. Die Einsparung von einem Sensor wird mit dem Nachteil erkauft, daß die vordere Werkstückkante eine ganz bestimmte Form aufweisen muß, damit der erste Zähler ein reproduzierbares Zählergebnis erbringen kann. Die geringste Störung im Kantenverlauf des Werkstücks führt zu einer fehlerhaften Längenmessung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und zuverlässige Einrichtung zur Bestimmung der Abmaße und/oder der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils und ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben der Einrichtung anzugeben. Die Lösung der Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs angegeben. Die Einrichtung enthält eine Strahlungsquelle, der eine Blende mit wenigstens zwei Schlitzen vorgesetzt ist, eine einfache Abbildungsoptik sowie einen einzigen Strahlungsempfänger.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Länge eines Werkstücks während einer Transportbewegung mit einfachen Mitteln gemessen werden. 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. Als besonderer Vorteil ist anzusehen, daß während des Meßvorgangs die Lage des Werkstücks nicht genau definiert zu sein braucht, d. h., Abweichungen in Richtung eines Lichtstrahles und senkrecht zum Lichtstrahl sind erlaubt. Ferner ist es ein Vorteil, daß bei der Ermittlung der Länge des Teils der Durchmesser des Teils weitgehend beliebig sein kann. Als weiterer Vorteil ist schließlich noch anzusehen, daß eine Umrüstung der Einrichtung bei verschiedenen Teilen nicht nötig ist, wodurch sich die Einrichtung für eine Vielzahl von verschiedenen Werkstücken eignet. Eine wirtschaftliche, d. h. schnell, einfache und billige Arbeitsweise ist durch das verschleißfest, berührungslos arbeitende Gerät gewährleistet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtungen möglich. Eine anhand eines Ausführungsbeispiels gezeigte vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung kommt ohne einen Impulsgenerator zum Bereitstellen von Zählimpulsen für die Zähler aus. Die Impulse werden durch eine gepulst betriebene Strahlungsquelle erzeugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Verwendung von zwei Zählern vor, die in Abhängigkeit von dem vom Strahlungssensor abgegebenen Signal gesteuert werden. Das Signal nimmt nur drei diskrete Werte an. Es ist deshalb eine einfache zuverlässige Pegelsteuerung der Zähler vorgesehen, die große Pegeltoleranzen verkraftet.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung und des Verfahrens zum Betreiben der Einrichtung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung zur Prüfung von Werkstücken,

Fig. 2 Impulsdiagramme mit jeweiliger Lage eines Werkstückes zur Erläuterung der Funktionsweise einer Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltschema zur Ermittlung der Abmaße eines Werkstücks, und

Fig. 4 ein Schaltschema zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils.

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 Fokussierung 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 Vergleichszähler ist wie folgt aufgebaut: Dem Sensor 7 ist eine Verstärkerstufe 10 und dieser zwei parallelgeschaltete 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.

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.

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 sind, über eine Linse 3 zu einem Werkstück 4, das mit konstanter Geschwindigkeit am Lichtstrahl 5 vorbeigeführt wird. Mit einer weiteren Linse 6 wird der Strahl focussiert und auf einem 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.

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 Impulszählung vornimmt. Diese Impulszählung 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 Pegels 1 den Zähler 14 ab. Nach Beendigung des Zählvorganges enthält der Zähler 13 eine Impulsanzahl n₁, der Zähler 14 eine 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", l = Werkstücklänge ist:

Die Anzahl n der Impulse zwischen den beiden Schaltpegeln P 1 und P 2 wird erfaßt und ergibt die Zeit t. Die Werkstücklänge ermittelt sich wie folgt: Die Geschwindigkeit v ermittelt sich aus: 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: wobei sich v₁ aus n₁ und v₂ aus n₃ ergibt.

Der Zähler 1 ermittelt somit die Anzahl der Impulse n₁, 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. 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 entsprechend der Länge des Werkstückteils 4.

In der Dividierstufe 15 erfolgt der Dividiervorgang n₂ dividiert durch n₁ multipliziert mit dem konstanten Faktor s, woraus sich die Länge des Werkstücks l ergibt (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.

Die Ermittlung der Geschwindigkeit nach dem Schaltschema gemäß Fig. 4 geschieht wie folgt: Nach Gleichung 3 gilt hieraus folgt, daß lediglich die Impulszahl n₁ 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.

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.

Claims

1. Einrichtung zur Bestimmung der Abmaße und/oder der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils, welches an wenigstens zwei in einem festen Abstand zueinander angeordneten Gebersystemen (1, 2, 7) vorbeigeführt wird, denen ein als Impulszähler ausgebildeter Ist/Sollwert- Vergleichszähler nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebersysteme (1, 2, 7) bestehen aus einer Strahlungsquelle (1), wenigstens einer Blende (2) mit wenigstens zwei Schlitzen (8, 9), wenigstens einer Linse (3, 6) und einem Strahlungsempfänger (7).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) und der Strahlungsempfänger (7) jeweils nahezu im Brennpunkt wenigstens einer Linse (3, 6) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) als pulsierende Strahlungsquelle ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Istwertzählung Signale eines Oszillators (19) vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist/Sollwert-Vergleichszähler besteht aus zwei parallelgeschalteten Vergleichern (11, 12), die zwei unterschiedliche Schwellwerte (Pegel 1 und Pegel 2) aufweisen, mit jeweils nachgeschalteten Zählern (13, 14), einer Dividierstufe (15) und Ist/Sollwert-Vergleicher (16, 17).

7. Verfahren zur Bestimmung der Abmaße eines sich bewegenden Teils mit einer Einrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zähleinrichtungen (13, 14) nach Unterschreiten eines bestimmten Signalpegels (Pegel 1) des Strahlungsempfängersignals durch Passieren des Teils (4) am ersten Schlitz (8) Impulszählungen vornehmen, wobei die Zählung der einen Zähleinrichtung (13) nach Unterschreiten eines bestimmten Pegels (Pegel 2) durch Passieren des vorderen Endes des Teiles (4) am zweiten Schlitz (9) gestoppt wird und die Zählung der anderen Zähleinrichtung (14) nach Überschreitung eines bestimmten Pegels (Pegel 2) durch Passieren des hinteren Endes des Teiles (4) am ersten Schlitz (8) gestoppt wird und anschließend das Verhältnis der Zählungen (n 1/n 2) mit einer Sollwertvorgabe (17) verglichen wird.

8. Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils mit einer Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zähleinrichtung (20) nach Unterschreiten eines bestimmten Signalpegels (Pegel 1) des Strahlungsempfängersignals durch Passieren des Teiles (4) am ersten Schlitz (8) Impulszählungen vornimmt und der Zählvorgang nach Unterschreitung eines bestimmten Pegels (Pegel 2) durch Passieren des Teils (4) am zweiten Schlitz (9) gestoppt wird und die Geschwindigkeit des Teils (4) durch eine anschließende Kehrwertbildung der Anzahl der gezählten Impulse in einem Rechenbaustein (21) ermittelt wird.