DE2916862C2 - Einrichtung zum Prüfen der richtigen Lage und/oder Maße eines sich bewegenden Teils - Google Patents

Description

auch sehr komplizierte Formen aufweisen, wobei trotzdem nur ein Speicherwert für ein vertikales Profil gespeichert zu werden braucht. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet sehr schnell und ist auch sehr schnell an andere Werkstücke anpaßbar, ohne daß Änderungen in der Auswerteschaltung oder im Auswerteprogramm erforderlich sind.

Durch die in den Untsransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den mechanischen Aufbau der Prüfeinrichtung,

F i g. 2 die Darstellung des Passierens des Werkstücks an einem Meßschlitz,

F i g. 3 die aufgrund des in F i g. 2 dargestellten Werkstücks gemessenen Strahlungswerte,

F i g. 4 die schaltungsmäßige Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der Auswerteschaltung mit Schieberegistern,

Fig.5 die schaltungsmäßige Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Mikrorechner,

Fig.6 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des in F i g. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbcispiels und

Fig.7 eine schaltungsmäßigc Ausgestaltung eines Analog-Digital-Wandlers.

Beschreibung der AusfQhrungsbeispiele

In Fig. I ist eine als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 10 dargestellt, deren Lichtstrahlen in einer ersten Linse 11 parallelgerichtet werden. Das parallele Licht wird durch <-·πε Schlitzblende 12 bis auf ein schmales Lichtband ausgeblendet, das durch eine zweite Linse 13 wieder fokussiert wird. Die Beleuchtungsstärke E des fokussiertcn Lichts wird in einer Fotodiode 14 (oder Fototransistor) gemessen und zur Auswertung einer Auswerteschaltung 15 zugeführt. Diese Auswertescha!- lung wird ^;n den folgenden Figuren noch näher beschrieben werden. Die Beleuchtungsstärke des durch die Schlitzblende 12 kommenden Lichts wird in Abhängigkeit der Form von Werkstücken 16 reduziert, die das Lichtband nach der Schi-izblende 12 in der in F i g. 1 eingezeichneten Richtung passieren. Diese Werkstücke können sich z. B. auf einem Fließband 17 bewegen.

Der Strahlengang zwischen dem als Leuchtdiode 10 dargestellten Strahlensender und dem als Fotodiode 14 dargestellten Strahienempfänger kann durch eine beliebige sichtbare oder nicht sichtbare Lichtart (z. B. Laser, UV-Licht, IR-Licht) oder durch eine quantisierte Strahlung (z. B. Neutronenstrahlung) gebildet werden. Weiterhin kann anstelle der Schwächung der Strahlung durch das Werkstück 16 auch die Reflektion der ausgesandten Strahlung am Werkstück 16 durch den Empfänger 14 gemessen werden.

In Fig. 2 ist das Passieren eines beliebig geformten Werkstücks 16 vor der Schlitzblende 12 in vier zeillich nachcinanderfolgepden Phasen a) bis d) in der Ansicht von der Lichtquelle 10 aus gezeigt.

F i g. 3 zeigt die im Ein fänger 14 gemessene Beleuchtungsstärke £" beim Passieren des Werkstücks gemäß F i g. 2. Die vier zeitlichen Phasen a) bis d) sind in F i g. 3 gekennzeichnet Die empfangene Beleuchtungsstärke ist in sieber Stufen unterteilt, die zusätzlich noch durch die entsprechende Binärzahl gekennzeichnet sind. Dies

■s soll darstellen, daß die Verarbeitung von 3-Bit-Worten ausreicht, um eine solche Unterteilung zu erfassen. Natürlich kann bei erforderlicher größerer Auflösung diese Unterteilung beliebig feiner gemacht werden.
In dem in F i g. 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung 15 wird die in Abhängigkeit des empfangenen Lichts im Empfänger 14 erzeugte analoge Spannung einem Anolog-Digital-Wandler 20 zugeführt Bc: einer Auflösung gemäß F i g. 3 sind 3 Binärausgänge notwendig. Jeder Binärausgang ist mit dem Zahleneingang von je zwei Schieberegistern 21,22 bzw. 23,24 bzw. 25,26 verbunden. Ein mit einer unterbrochenen Linie dargestellter vierter Binärausgang des A/D-Wandlers 20 ist zwei weiteren Schieberegistern 27, 28 zugeführt. Diese Darstellung soll die Möglichkeit andeuten das empfangene Signal in beliebig feiner Auflösung zu erfassen, wenn man den Auf·-, und an Bauteilen entsprechend erhöht. Der Ausgang des Empfängers 14 ist weiterhin über eine Schwellwertstufe 29 mit den Rücksetzeingängen R der Schieberegister 22,24,2f> und weiterhin mit dem Eingang eines UND-Gatters 30 verbunden, sn dessen zweitem Eingang ein Schiebetakt eines Taktgeneralors 31 angelegt ist. Dieser Taktgenerator 31 kann im einfachsten Fall ein astabilier Multivibrator sein, die Schiebetaktfrequenz kann jedoch auch in

jo Abhängigkeit der Geschwindigkeit der passierenden Werkstücke 16 festgelegt werden. Im zweiten Fall kann ein solcher Taktgenerator aus einem vom die Werkstükke bewegenden Fließband 17 angetriebenen Rad 32 bestehen, das Marken 33 aufweist, die von einem Aufnehmcr 34 in Taktsignale umgewandelt werden. Auf diese Weise bleiben Schwankungen der Transportgeschwindigkeit ohne Einfluß auf das Meßergebnis.

Der Ausgang des UND-Gatters 30 ist über einen Umschalter 35 mit den Takteingängen C der Schiebtregister 21 bis 26 verbunden, und zwar so, daß in der einen, dargestellten Schaltstcllung die Taktsignale den Schieberegistern 22,24,26 und in der anderen Schaltstellung den Schiebercgistern 21,23,25 zugeführt werden.
Die Parallel-Zahlenausgänge der Schieberegister 21, 22 sind einem digitalen Komparator 3d zugeführt, dessen Ausgang über ein ODER-Gatter 37 einem Eingang eines UND-Gatters 38 zugeführt sind. Entsprechend geschaltete digitale Komparatoren 39, 40 vergleichen parallel die in den Schieberegistern 23, 24 bzw. 25, 26 vorliegenden Binärzahlen. Auch ihre Ausgänge sind dem ODER-Gatter 37 zugeführt. Der Ausgang der Schwellwertstufe 29 ist über einen Inverter 41 an einen zweiten Eingang des UND-Gatters 38 gelegt. Der Ausgang des UND-Gatters 38 ist mit einer Warneinrichtung 42 verbunden, die gemäß der Darstellung als Glühlampe ausgebildet sein kann, und mit einer mechanischen oder elektrischen Steuervorrichtung 43 zum Ausrichten oder Aussortieren der Werkstücke. Diese Steuervorrichtung kam. z. B. als Greifarm ausgebildet sein,

μ) der bei Erkennung eines Fehlers automatisch das fehlerhafte Werkstück vom Fließband entfernt oder bei falscher Lage ausrichtet.

Die Wirkungsweise des in F i g. 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß zunächst die

b5 Kontur eines Refcrcii.'teils (Referenzwerkstücks), die in Form von sequentiell am Ausgang des /4/D-Wandlers 20 auftretenden Binärworten erscheint, im Takt der Schiebctiiktfrcquenz in die Register 21, 23, 25 eingele-

sen wird. Dies geschieht dadurch, dall durch Umlegen des Schaltarms des Umschalters 35 während des Passierens des Referenzteils vor der Schlitzblende 12 der Schiebevorgang dieser 3-bit-Binärworte in die Schieberegister 21, 23, 25 stattfindet. Der Beginn und das Ende ', des Schiebevorgangs wird durch die Schweilwcrtsiufc 29 festgelegt, die bei Unterschreiten des Schwellwerk 5 gemäß F i g. 3 ein Ausgangssignal erzeugt, durch das das als Torstufe wirkende UND-Gatter 30 geöffnet wird. Dieser Schwellwert S liegt um einen geringen Betrag n> unterhalb der maximal möglichen Beleuchtungsstärke und erkennt dadurch das Vorhandensein eines Werkstückes, wenn der Strahlengang um wenigstens diesen geringen Betrag geschwächt wird.

Nach Passieren des Rcfercnzteils fällt der Umschalter r> 35 wieder in die eingezeichnete Stellung zurück. Bei Ansprechen der Schwellwertstufe 23 mit Beginn des Passicrens eines neuen Werkstücks werden die Schieberegister 22, 24, 26 zuerst rückgesetzt und danach beginnt der Einspeichervorgang in diese Schieberegister. ;<> Während dieses Einspeichervorgangs ist das UND-Gatter 38 über den Inverter 41 gespeichert. Dadurch kann während des Einspeichervorgangs kein Fehlersignal erzeugt werden, da während dieses Einspeichervorgangs natürlich die Zahlenwerte in den Schieberegistern 21,22 2-> bzw. 23, 24 bzw. 25, 26 nicht gleich sind. Nach Beendigung des Einspeichervorgangs muß jedoch diese Gleichheit vorhanden sein, wenn das dem Referenzteil nachfolgende Teil diesem in Form und Lage gleicht. Diese Gleichheit äußert sich in Null-Signalen am Aus- jo gang der Komparatoren 36, 39, 40. Liegt in einem der Schieberegister-Paare eine Abweichung vor, so wird über den zugeordneten Komparator ein Eins-Signal erzeugt, das über das nunmehr nach Ende des Einspeichervorgangs freigegebene UND-Gatter 38 als Fehler- j5 signal zur Auslösung der Warn- und Steuervorrichtung 42,43 dient.

In dem in Fig.5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteschaltung 15 als Mikrorechner 50 realisiert, in dem als Speicher zur Speicherung von Konturen ein Schreib-Lese-Speicher (RAM) 51 enthalten ist. Diesem Mikrorechner 50 sind entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel die Ausgänge der Bauteile 20,29,31 zugeführt, und er weist einen Ausgang auf, der der Warn- und Steuervorrichtungen 42,43 zugeführt ist.

Die Wirkungsweise des in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in F i g. 6 dargestellten Signalflußplans erläutert werden. Mit dem Einschalten der Anordnung werden alle Speicher initialisiert und der Adressenzähler, durch den die einzelnen Speicherplätze im RAM5X angewählt werden, wird auf eine Adresse Xgesetzt. Im folgenden wird so lange eine erste Schleife 52 durchlaufen, bis ein Taktsignal erscheint. Bis das Referenzteil erscheint, wird die Schleife 53,54,55 durchlaufen, das dadurch möglich ist. daß das wie ein Flip-Flop wirkende Flag noch nicht gesetzt ist. Erscheint mit einem der folgenden Taktsignale das Werkstück, so wird das Flag gesetzt (Flip-Flop umgesetzt) und das am Ausgang des A/D-Wandlers 20 anliegende Binärwort unter der der Adresse Xdes RAM51 μ eingespeichert Danach wird der Adressenzähler weitergeschaltet, wodurch nunmehr die Adresse X + 1 angewählt ist. Die erste Schleife zur Einspeichcrung des Referenzprofils ist beendet und wiederholt sich so lange unter Weiterschaltung der Adressen, bis von der Schwellwertstufe 29 gemeldet wird, daß das Referenzteil passiert ist. Dadurch wird über die Programmleitung 54 erneut das Flag abgefragt, das nunmehr gesetzt ist.

wodurch /um Programmzweig 56 wcitcrgeschaltct wird. Der Adrcssenzählcr wird wieder auf die Adresse C zurückgesetzt und dann wird in der Schleife 57 bzw. 58 gewartet, bis gleichzeitig ein neues Taktsignal und ein neues Werkstück vorliegt. Nun wird der gespeicherte Inhalt der angewählten Adresse X mit der am Ausgang des Λ/O-Wandlers 20 anliegenden Binärzahl verglichen. Liegt Gleichheit vor, so wird der Steuerausgnng zu den Steuervorrichtungen 42, 43 abgeschaltet bzw. nicht eingeschaltet. Nun wird der Adresscn/ähler wieder weitergcschaltet und die Schleife 59 erneut durchlaufen. Dies wiederholt sich so lange, bis das Werkstück passiert ist, worauf in der Warteschleife 58 auf das nächste Werkstück gewartet und der Adresscnzählcr wieder auf die Adresse X rückgesetzt wird. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel werden die gespeicherten Informationen des Referenzteils zeitlich nacheinander, also sequentiell verglichen und nicht parallel. Wird bei einem solchen Vergleich eine Ungleichheit festgestellt, so wird der Steuerausgang eingeschaltet und bleibt so lange eingeschaltet, bis in einem der folgenden Schleifen wieder eine Gleichheit eintritt. Dies hat den Vorteil, daß ein einzelner Fehler, der z. B. bei einer senkrechten Kante eines Teils auftreten kann, nur zu einem kurzen Flakkcrn der optischen Anzeigevorrichtung 42 zwischen zwei Taktsignalen führt. In der Steuereinrichtung 43, falls eine solche vorgesehen ist, kann eine Sperre eingebaut sein die erst ab einer gewissen Zahl von aufeinanderfolgenden Fehlmeldungen eine Ausrichtung oder Aussorticrung wirksam werden läßt.

In welchem Umfang die Arbeitsschritte gemäß F i g. 6 hardware- oder softwaremäßig ausgeführt werden, ist eine Frage der Zweckmäßigkeit. Wie bereits ausgeführt, kann das Setzen des Flag durch ein Flip-Flop realisiert sein, der Vergleich wiederum durch einen digitalen Komparator erfolgen und die einzelnen Programmschritte durch einen Schrittzähler oder durch eine logische Gatteranordnung gesteuert werden. Der Adressenzähler und das RAM5X liegen im Mikrorechner ohnehin als diskrete Baugruppen vor.

In Fig.7 ist eine für den vorgesehenen Zweck vorteilhafte Ausgestaltung eines /4/D-Wandlers 20 dargestellt. Das analoge Ausgangssignal des Empfängers 14 ist parallel fünf Schwellwertstufen 60 bis 64 mit abgestuften Schwellwerten 560 bis 564zugeführt. Bei maximal möglicher Beleuchtungsstärke E liegt an aller Schwcllwertstufen 60 bis 64 ein ausgangsseitiges Eins-Signal vor. Bei infolge eines passierenden Werkstücks absinkender Beleuchtungsstärke schalten die Schwellwcrtstufen stufenförmig ab, so daß die Summe der Ausgangssignale wiederum eine digitale Information .;bec die Beleuchtungsstärke abgibt, die natürlich nicht al; Binärzahi vorliegt.

Anstelle der direkten Zuführung des Einspeichertakts zur Auswerteschaltung 15 kann gemäß der Lehre der eingangs angegebenen DE-OS 28 44 912 eine indirekte Zuführung dadurch erfolgen, daß der Sender 14 durch diesen Takt intermittierend gesteuert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

der Auswertevorrichiung (15) für die empfangenen Patentansprüche: Strahlungswerte als Mikrorechner (50).

1. Einrichtung zum Prüfen der richtigen Lage und/

oder Maße eines Teils, das im Strahlengang zwisehen einem Sender und einem Empfänger bewegt

wird, mit einer Speichereinrichtung (21, 23 bzw. 25 Stand der Technik bzw. 51) zur taktgesteuerten Speicherung der nacheinander im Empfänger (14) gemessenen Strahlungs- Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach werte beim Passieren des Teils (16), und mit einer io der Gattung des Hauptanspruchs. Einrichtungen zum

Vergleichsvorrichtung (36,39,40) zum Vergleich der gespeicherten Strahlungswerte mit Referenzwerten, wobei bei einer festlegbaren Abweichung eine Warn- und/oder Steuervorrichtung (42, 43) zum Ausrichten oder Aussortieren betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzwerte durch entsprechende Messung eines Referenzteils erfaßt werden, und daß eine auf Veränderung von Strahlungswerten ansprechende Schaltstu- Prüfen von Teilen sind schon z. B. aus der DE-OS 26 20 240. der DE-OS 27 17 507 sowie der DE-OS 28 44 912 bekannt. Das Prinzip beruht jeweils darauf, daß das zu prüfende Teil durch den Strahlengang einer Lichtquelle geführt wird und daß der Grad der Schwächung des Lichts durch das Werkstück gemessen wird. Bei der ersten der genannten OS wird nur die Lichtschwächung durch das zu prüfende Teil insgesamt bestimmt, so daß z. B. Verschiebungen der Lage des Werk-

fe (29) zur Erkennung eines Teils im Strahlengang 20 stucks oder eine zufällig gleiche Form eines falschen vorgesehen i-«t. durch die die Taktfrequenz für den Werkstücks nicht berücksichtigt werden können. Bei und/oder den sequentieiien

Einspeichervorgang und/oder den Vergleichsvorgang ein- und ausschaltbar ist, wobei die Konturen des Teils im Takt dieser Taktfrequenz durch jeweils einen Strahlungswert erfaßt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur digitalen Erfassung der gemessenen Strahlungswerte dem Empfänger (14) ein A/D-Wandler(20) nachgeschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der /l/D-Wandler aus mehreren Schwellwertsiufen (60 bis 64) mit abgestuften Schwellwerten besteht.

4. Einrichtung nach e^;nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekerinzcir hnet, daß als Speichereinrichtung eine der Zahl der zu verwertenden Bits des A/D-Wandlers (20) entsprechende Zahl von

30 der zweiten OS werden bezüglich einer Ebene nur die beiden Zustände »durchfallendes Licht« und »nichtdurchfallendes Licht« betrachtet, wobei jeweils die Zeitdauer dieser Zustände mit einem Referenzwert vergli chen wird. Auch diese Einrichtung ist zur Erkennung von Feinstrukturen zu ungenau, bzw. der Aufwand wird zu groß, wenn man soiche Feinstrukturen erkennen will. Darüber hinaus besteht wiederum die Gefahr, daß falsche Werkslücke nicht erkannt werden, die trotz anderer Form in einer Ebene gleiche Länge bzw. gleich lange Ausnehmungen aufweisen. Auch bei der dritten Entgegenhaltung kann im wesentlichen nur die Länge des passierenden Teils bestimmt werden.

Weiterhin ist aus der DE-OS 26 28 358 eine Einrichtung /um Prüfen der Lage eines Teils oder Musters nach der Gattung des Hauptanspruchs bekannt. Es handelt sich dabei um eine sehr aufwendige Einrichtung mit einer Kamera zur Erfassung des Musters, die eine Viel-

Schieberegistern (21,23,25) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß als Spcichercinrich- 40 zahl von Speicherplätzen zur Erfassung dieses Musters tung mindestens ein Schreib-1.esc-.Spcicher sowie zur Speicherung eines Referenzmusters benötigt.

Die Anpassungsfähigkeit an kleine und große Teile ist dadurch begrenzt, daß bei großen Teilen sehr schnell die

(RAM5\) vorgesehen isi, in den unter jeweils einer Adresse ein Ausgangswert des /4/D-Wandlers (2Gy einspreicherbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspeichertakt zur Weiterschaltung der Adressen des.R-4M(51) eingesetzt ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel in die Speichereinrichtung (51) in Abhängigkeit der w Form und/oder Lage des Referenzleils eingespeicherten Datenworte sequentiell mit den einlaufenden Daten des darauffolgenden Teils verglichen werden.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Speichereinrichtung (22, 24, 26) zur Speicherung der Daten der dem Referenzieil folgenden Teile vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn

Speicherkapazität erschöpft ist.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Prüfen der richtigen Lage und/oder Maße eines Teils zu schaffen, die mit einer geringen Anzahl von Speicherplätzen auskommt und auch bei sehr großen Teilen prinzipiell keine größere Speicherkapazität benötigt (vergleichbare Komplexität der Form vorausgesetzt).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die Vorteile bestehen insbesondere darin, daß für eine vertikale Kontur nur ein einziger Speicherwert erfaßt wird, der natürlich aus mehreren jedoch immer

zeichnet, daß die weitere Speichereinrichtung (22, 60 einer gleichen Anzahl von Bits bestehen kann. Die Zahl

di i fd Sih hä

24, 26) nach jedem durchgeführten Vergleich gelöscht wird.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz durch die Geschwindigkeit der passierenden Teile steuerbar ist.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Realisierung der auf diese Weise zu erfassenden Speicherwertc hängt nicht von der horizontalen Ausdehnung des Werkstücks sondern von der Zahl der Änderungen der Kontur ab, wobei ein neuer Speicherwert nur dann eingespeichert wird, wenn sich die Kontur ändert. Auf diese Weise wird insbesondere bei einfach geformten Teilen auch bei g^ro-Qcr Ausdehnung nur eine sehr geringe Zahl von Speicherplätzen benötigt. Andererseits kann das Werkstück