DE3050855C2

DE3050855C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der äußeren Oberfläche eines langgestreckten Gegenstandes

Info

Publication number: DE3050855C2
Application number: DE3050855A
Authority: DE
Inventors: Donald A. Windsor Ontario Clarke; Omer L. Hageniers; Nicholas Liptay-Wagner; Walter J. Pastorius; Timothy R. Pryor
Original assignee: Diffracto Ltd Canada
Current assignee: Diffracto Ltd Canada
Priority date: 1979-02-27
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1986-12-18
Also published as: JPS55154405A; DE3050975A1; GB2047882A; DE3050974A1; DE3050976A1; US4305661A; DE3007233A1; GB2047882B; DE3007233C2

Description

45 sucht werden.

Eine andere größere Anwendung der Erfindung liegt

in der Untersuchung von Strangprodukten wie Draht, Kabelmaterial, Rohren usw. In diesem Fall läßt sich eine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Ausführungsform gemäß der Darstellung in F i g. 2 verrichtung zur Bestimmung der physikalischen Eigen- 50 wenden. In diesem besonderen Fall läuft ein Draht 11 in schäften der äußeren Oberfläche eines langgestreckten Richtung eines Pfeils 12 durch einen Spiegel 13 mit ei-Gegenstandes der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und nem Loch 14 ähnlich der Anordnung in Fig. 1. Licht genannten Art. trifft von einer ringförmigen Lichtquelle 15 auf eine pa-

Derartige körperliche Eigentümlichkeiten können rabolische Spiegelfläche 16 auf. Das reflektierte Licht insbesondere Fehler in Gestalt von Löchern, Beulen, 55 fällt durch eine Linse 17 auf ein ringförmiges Detektor-Eindrückungen, die Oberflächengestalt als solche, die feld 18, und das Ausgangssignal davon wird in einer Oberflächen- und Objektgröße und dergleichen sein. automatischen Verarbeitungseinheit 19 verarbeitet. Es

In der Patentliteratur sind eine Vielzahl von Metho- leuchtet ein, daß das Produkt selbst einen Bereich der den und Verfahren beschrieben, die sich auf die Ermitt- betrachteten Oberfläche des Teils abdeckt. Der abge- !üT.g von Oberflächenfehlern und anderen körperlichen εο deckte Bereich kann in ein!™^on Ρ8Ί««« ·™ι η«»η»ΐΐ<«ϊιβη Eigentümlichkeiten auf Oberflächen und Gegenständen vernachlässigbar sein, wenn^er Draht verhältnismäßig beziehen. Als Beispiele hierfür werden die US-PS klein im Durchmesser ist und der Spiegel 13 in der Lage 61 186, 37 49 496, 39 83 388, 40 55 382 und 40 72 427 ist, das Licht von Punkten rund um die Bohrung zu benannt. erfassen, so daß nicht das gesamte Licht von den Punk-

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der ein- 65 ten von dem Draht beschattet wird. Wenn das Ausmaß gangs genannten Art sowie eine zu dessen Durchfüh- der Abdeckung übermäßig groß ist, läßt sich das System rung geeignete Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die leicht modifizieren. Beispielsweise lassen sich ein ringsich durch Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit sowie förmiges Diodenfeld und eine ringförmige Linse koaxial

zu dem Draht und einem parabolischen Spiegel 16 anordnen, in welchem Fall der Spiegel 13 entfällt. Alternativ lassen sich zwei separate Systeme, ein jedes auf jeder Seite des Drahtes und ein jedes mit geneigtem Spiegel, Linse und Diodenfeld, verwenden, in welchem Fall dann ein jedes Diodenfeld nur einen Teil, in diesem Fall eine Hälfte der äußeren Umfangsfläche des zu untersuchenden Teiles, untersucht.

Die Lichtquelle 10 ist gewöhnlich eine herkömmliche Halogenlampe. Der Spiegel 3 ist so ausgebildet, daß er das Licht auf die Außenfläche der Kapseln 1 in Gestalt eines hellen Umfangrings fokussiert. Der helle Lichtring wird von der Oberfläche des Spiegels 8 reflektiert und durch die Linse 5 auf dem ringförmigen Diodenfeld 6 abgebildet Ein geeignetes handelsübliches Diodenfeld hat z. B. einen mittleren Durchmesser von 0,1 cm und 720 Fotodioden.

Im Gebrauch der Einrichtungen nach den F i g. 1 und 2 wird die Oberfläche der Kapseln 1 bzw. des Drahtes 11 durch deren axiale Bewegung kontinuierlich abgetastet, und zwar typisch mit Geschwindigkeiten von mehreren tausend Abtastwechseln pro Sekunde. Dies ermöglicht eine außerordentlich schnelle Abtastung mit beträchtlicher Feinheit.

Das von der Oberfläche reflektierte Licht zeigt auf einfache Weise körperliche Merkmale wie Schmutz, Löcher, Einsenkungen, Grate, Beulen und dergleichen innerhalb des beleuchteten Bereichs der Oberfläche an. Diese erscheinen in dem reflektierten Licht als Zonen abweichender Intensität auf dem Diodenfeld. Die Größe und Intensität jener Zonen hängt natürlich von dem Ausmaß und der Natur der körperlichen Eigentümlichkeiten ab, auf welche das fokussierte Licht auftrifft.

In F i g. 3 ist das schematische Blockschaltbild einer Ausführungsform einer automatischen Verarbeitungseinheit 7 oder 19 wiedergegeben, wie sie in Verbindung mit dem in F i g. 1 bzw. 2 gezeigten Gerät zur Ermittlung von Fehlern in der Oberfläche verwendbar ist Die automatische Verarbeitungseinheit 7 bzw. 18 enthält einen Vergleicherkreis 20 zum Vergleichen der von einem Oberflächenbereich reflektierten Strahlung mit der reflektierten Strahlung von einer Vielzahl von Oberflächenbereichen zu beiden Seiten des vorgenannten Bereichs und unmittelbar an diesen anschließend einen an den Ausgang des Vergleicherkreises 20 angeschlossenen Ermittlerkreis 21 zur Ermittlung des Vorhandenseins von Fehlern und zur Erzeugung eines diese anzeigenden Ausgangssignals, sowie eine System-Steuereinrichtung 22, mit der ein Taktgenerator 23 zur Erzeugung der Takt- und Steuersignale für die Verarbeitungseinheit 7 und für das Detektorfeld 6 kombiniert ist Eine typische Frequenz für den Taktgenerator 23 beträgt 5 MHz, und zur Sicherstellung einer sehr schnellen Signalverarbeitung enthält der Vergleicherkreis 20 vorzugsweise elektronische Analog-Bauteile.

Der Vergleicherkreis 20 seinerseits besteht aus einem Analog-Verzögerungsbaustein 24 mit in Reihe geschalteter Eingangsseite und parallel geschalteter Ausgangsseite, der an den Ausgang des Detektorfeldes 7 bzw. 18 angeschlossen ist, welches in F i g. 3 für die besondere Ausführungsform mit Verwendung einer kreisförmigen Fotodioden-Kamera mit 25 bezeichnet ist Der Analog-Verzögerungsbaustein 24 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein 32stufiger angezapfter Verzögerer, wie er unter der Bezeichnung TAD-32 im Handel verfügbar ist

Dieser Baustein bildet eine Vielzahl von taktgesteuerten Analog-Verzögerungsleitiingen, die wirksam die Analogsignale prüfen und speichern, und ist das Analog-Äquivalent zu der wohlbekannten Familie der digitalen Schieberegister wie des 4-bit-Schieberegisters 7495. Angeschlossen an den Ausgang des Analog-Verzögerungsbausteins 24 sind ein Mittelabgriff 26, eine Vielzahl von oberen Abgriffen 27 und eine entsprechende Anzahl von unteren Abgriffen 28. Die oberen Abgriffe 27 und die unteren Abgriffe 28 sind mit einem Summierverstärker 29 verbunden, der aus einem oder mehreren Operationsverstärkern wie einem 3403 oder einem LM 301 A bestehen kann. Der Ausgang des Summierverstärkers 29 ist mit einem Spannungsteiler-Widerstand 30 mit veränderbarem Mittelabgriff 31 verbunden, welcher seinerseits mit der Plus- oder Bezugsklemme eines Video-Vergleichere 32 verbunden ist. Das andere Ende des Spannungsteiler-Widerstandes 30 ist an Masse angeschlossen, und dadurch läßt sich der Spannungsteiler-Widerstand 30 zur Schaffung jedes beliebigen Durchschnittswertes der Summe derjenigen Spannungen einstellen, die an den oberen und unteren Abgriffen 27 bzw. 28 des Analog-Verzögerungsbausteins 24 verfügbar sind. Der negative oder veränderliche Eingang zu dem Video-Vergleicher 32 ist an den Mittelabgriff 26 angeschlossen. Als Video-Vergleicher 32 kann jeder herkömmliche Spannungsvergleicher wie der handelsübliche LM311-Spannungsvergleicher verwendet werden, der einen sehr niedrigen Eingangsstrom hat, über einen weiten Bereich von Versorgungsspannungen betreibbar ist und ein Ausgangssignal liefert das sich mit digitalen Standard-Kreisen wie RTL-, DTL-, TTL- und MOS-Schaltungen verträgt

Die System-Steuereinrichtung 22 besteht aus herkömmlichen Elementen und Schaltungen zur Schaffung einer umfassenden Schaltungssteuerung in Überein-Stimmung mit den Anforderungen des jeweiligen besonderen Anwendungsfalls der Erfindung ebenso wie den Anforderungen der anderen Komponenten in der automatischen Verarbeitungseinheit 7 bzw. 19 und dem Detektorfeld 25. Beispielsweise wird in dem in F i g. 2 gezeigten und vorstehend beschriebenen Anwendungsfall der Drahtprüfung eine kreisförmige Anordnung von Fotodioden-Zellen verwendet, um den von dem zu prüfenden Draht reflektierten Lichtring zu erfassen. Das auf jede individuelle Zeile auftreffende Licht erzeugt oder resultiert in einem Strom proportional der Intensität des Lichtes. Der individuelle Zellenstrom wird von einem inneren Gerätekreis in eine entsprechende Zellenspannung umgewandelt und an dem seriellen Video-Ausgang des Geräts verfügbar gemacht, wenn die Zelle

so ausgewählt wird. Die serielle Auswahl der Zellen erfolgt in wohlbekannter Weise in Abhängigkeit von den Taktimpulsen vom Taktgenerator 23. In dem ringförmigen Diodenfeld ist die letzte Zelle in dem Feld nicht mit der ersten Zelle in dem Feld elektrisch verbunden, und es sind mehrere Taktimpulse erforderlich, um zwischen diesen umzuschalten. Dieses Erfordernis der Video-Kamera wird ohne Vorrücken der Information in dem Verzögerungsbaustein 24 und ohne die Ausführung falscher Vergleiche oder Ermittlungen durch die System-Steuereinheit 22 unter Verwendung eines Leersignals zustandegebracht, welches von dem Detektorfeld 25 erzeugt wird, um die anderen Komponenten der automatischen Verarbeitungseinheit 7 bzw. 19 für die erforderliche Anzahl von Taktimpulsen unwirksam zu machen.

Die Spannungen am Mittelabgriff 26 können mit einer Vielzahl verschiedener Durchschnittswerte an den verbleibenden Ausgangsleitungen vom Analog-Verzögerungsbaustein 24 verglichen werden. Zusätzlich kann

die Anzahl der Verzögerungsleitungen im Analog-Verzögerungsbaustein 24 verändert werden, und abhängig von dem besonderen Anwendungsfall kann diese Anzahl weniger als, gleich wie oder größer als die Anzahl der Lichtzellen in dem Detektorfeld 25 sein. Die Bezugsspannungsversorgung für den Video-Vergleicher 32 kann mit dem Widerstand 30 auf einen höheren oder niedrigeren Wert eingestellt werden als die erwartete Video-Spannung am Mittelabgriff 26. In einigen typischen Anwendungsfällen der vorliegenden Erfindung würde z. B. die zu untersuchende Drahtoberfläche ein niedrigeres Video-Signal bei einem Fehler an der Oberfläche erzeugen, weil davon weniger Licht reflektiert würde oder das reflektierte Licht streuen würde. Demzufolge würde dann die Bezugsspannung am Eingang zum Video-Vergleicher 32 auf einen höheren Schwellenwert eingestellt werden, so daß ein Ausgangssignal vom Video-Vergleicher 32 immer dann auftreten würde, wenn die Spannung am Mittelabgriff 26 niedriger als der bewertete Durchschnitt der Spannungen ist, die an den oberen Abgriffen 27 und den unteren Abgriffen 28 auftreten. Durch kluge Auswahl der Analog-Komponenten im Vergleicherkreis 20 kann das Ausgangssignal vom Video-Vergleicher 32 in einem Bruchteil einer Millisekunde erhalten werden. Diese hohe Geschwindigkeit zur Ausführung mathematischer Berechnungen und Vergleiche ist in herkömmlichen teuren Digital-Schaltungen und Mikrocomputern gegenwärtig nicht verfügbar, obgleich dies mit besonderer Programmierung in größeren Allzweck-Computern möglich wäre.

Das Ausgangssignal vom Video-Vergleicher 32 des Vergleicherkreises 20 wird zum Ermittlungskreis 21 als ein Binärsignal weitergeleitet, das vereinbarungsgemäß als ein positives Signal betrachtet wird, wenn die Ausgangsspannung von der mittleren Speicherzelle des Analog-Verzögerungsbausteins 24, wie sie am Mittelabgriff 26 verfügbar ist, kleiner ist als der bewertete Durchschnitt der Spannungsausgangssignale von den oberen und unteren Zellen, wie sie an den oberen und unteren Abgriffen 27 bzw. 28 verfügbar sind und als 0 betrachtet wird, wenn das Umgekehrte der Fall ist. Auf diese Weise kann der Videovergleicher 32 als ein Analog-Schwellenvergleicher angesehen werden, wodurch er entweder ein Ausgangssignal (das auch als »eins« oder »wahr« bezeichnet werden kann) oder kein Ausgangssignal (was auch als »null« oder »falsch« bezeichnet werden kann) hat, ganz in Abhängigkeit davon, ob die auf die zenrale Fotodiode eines Feldes von Fotodioden auftreffende Beleuchtung kleiner oder größer als der bewertete Durchschnitt der auf die verbleibenden Fotodioden in dieser besonderen Anordnung auftreffende Beleuchtung ist

Das Ausgangssignal vom Video-Vergleicher 32 wird dem Eingang eines herkömmlichen UND-Gatters 33 mit zwei Eingängen zugeführt, dessen anderer Eingang vom Taktgenerator 23 gespeist wird. Der Ausgang des UND-Gatters 33 ist seinerseits an den Eingang eines ersten Auswertkreises 34 angeschlossen, der aus einem Zähler 35, einem Vergleicher 36 und einer Speichereinrichtung 37 besteht Der Zähler 35 empfängt das Signal vom UND-Gatter 33 und kann ein herkömmlicher synchroner Auf-Ab-Digitalzähler wie eine integrierte Schaltung Nr. 74 192 sein, in welchem Fall das UND-Gatter 33 unmittelbar an beispielsweise dem Aufwärtszähleingang desselben angeschlossen ist Der Vergleicher 36 vergleicht die Ausgangszählung vom Zähler 35 mit einem vorbestimmten, festgesetzten Grenzwert, der in der Speichereinrichtung 37 gespeichert ist Der Vergleicher 36 kann beispielsweise ein handelsüblicher Digitalvergleicher wie die integrierte Schaltung Nr. 7485 sein, und die Speichereinrichtung 37 kann entweder eine unveränderbare Schaltung oder eine programmierbare Schaltung wie ein weiterer integrierter Schalt-Chip 74 192 sein. Der Ausgang vom Zähler 35 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 38 verbunden, so daß die Zählung der Bedienungsperson sichtbar gemacht werden kann. Offensichtlich könnte die Anzeigeeinrichtung 38 auch

ίο ein Schreibgerät sein, um zeitweise oder fortgesetzt die Zählung pro Zeiteinheit je untersuchtem Gegenstand festzuhalten, so daß eine Anzeige der Lage der Fehler erhalten werden kann.

Die Ausgabe vom Vergleicher 36 ist ein Signal, das anzeigt, ob die Zählung die voreingestellten Grenzen übersteigt und damit ein Hinweis ist, daß dort eine Diskontinuität oder ein Fehler in der Oberfläche des zu untersuchenden Drahtes vorhanden ist. Wegen der Empfindlichkeit des Apparats werden auch kleine Schmutzpartikel erfaßt und durch den Video-Vergleicher 32 angezeigt. Zusätzlich werden elektrische Störsignale, optische Verzerrungen und andere Empfindlichkeiten in dem System das Vorhandensein einer Oberflächenabweichung am Ausgang des Video-Vergleichers 32 anzeigen, wenngleich in Wirklichkeit gar keine solche Abweichung vorhanden ist. Schließlich werden bestimmte Oberflächenabweichungen so klein sein, daß sie ignoriert werden können. Wegen der vorausgegangenen Betrachtungen wird die Speichereinrichtung 37 derart eingestellt werden, daß sie einen geeigneten, voreingestellten Grenzwert enthält, so daß nur diejenigen Oberflächenabweichungen, die von einer bestimmten, vorgewählten Größe sind, betrachtet zu werden brauchen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 kann das Ausgangssignal vom Vergleicher 36 verwendet werden als »Gut«- oder »Ausschuß«-Signal, mit dem der Transport der Kapseln 1 so gesteuert werden kann, daß die »guten« Kapseln 1 weiter transportiert oder ausgesondert werden, wenn es sich um Ausschuß handelt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird jedoch das Signal vom Vergleicher 36 zu noch einem weiteren Auswertkreis 39 geleitet, so daß die axiale Länge des Fehlers in der Bohrungsoberfläche in Betracht gezogen werden kann, bevor der Artikel ausgeworfen wird. Zwischen dem Auswertkreis 34 und dem Auswertkreis 39 ist ein Ausgangs-Gattersystem 40 angeschlossen, das von der System-Steuereinrichtung 22 gesteuert wird. Das Ausgangs-Gattersystem 40 besteht aus herkömmlichen, digitalen TTL-Integrier-Schaltungs-Chips, die fest miteinander verdrahtet sind, so daß ein Logik-System dergestalt geschaffen ist, daß das Ausgangssignal von dem Auswertkreis 39 gemäß vorbestimmten Kriterien ist. Zusätzlich schafft das Gatter-System 40 ein Mittel, durch welches die System-Steuereinrichtung den Auswertkreis 39 wirkungslos machen kann, während das System anläuft oder wenn eine zweite Abtastung beginnt

Der Auswertkreis 39 besteht aus denselben Komponenten wie der Auswertkreis 34, nämlich einem Zähler 41, einem Vergleicher 42 und einer Speichereinrichtung 43 zur Aufnahme einer voreingestellten Begrenzung. Der Ausgang vom Vergleicher 42 ist zugleich der Ausgang der automatischen Verarbeitungseinheit 7 bzw. 19 und liefert ein Ausschuß/Annahme-Binärsignal. Augenscheinlich könnte das Ausgangssignal vom Vergleicher 42 in ein ODER-Gatter eingegeben werden, so daß in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entwe-

der eine X-Achsen-Fehler-Anzeige vom Vergleicher 36 oder eine »Flächen«-Fehleranzeige vom Vergleicher 42 dazu verwendet wird, einen zu untersuchenden Gegenstand auszusondern.

Die Logik, welche dem Auswertkreis 39 ermöglicht, auf verschiedene Betriebsarten zu arbeiten, ist in dem Ausgangs-Gatter-System 40, wie oben erwähnt, enthalten, und ein Beispiel davon ist in F i g. 4 dargestellt. Drei Betriebsarten sind auswählbar. Beispielsweise ist eine Betriebsart diejenige, bei welcher das Ausgangs-Gatter-System 40 in der Hauptsache als ein Schalter arbeitet und ein Signal vom Vergleicher 36 direkt zu dem Zähler 41 leitet. Bei dieser Betriebsart wird ein Gegenstand ausgesondert, wenn er eine vorbestimmte Anzahl von Fehleranzeigen an demselben Gegenstand oder verschiedene Oberflächenringe ungeachtet davon aufweist, ob jene Ringe benachbart sind oder nicht Auf diese Weise wird ein Gegenstand ausgesondert, wann immer eine vorbestimmte Zahl von Fehlern ermittelt wird. Eine zweite Betriebsart des Ausgangs-Gatter-Systems 40 ermöglicht beispielsweise einem Gegenstand, nur dann ausgeworfen zu werden, nachdem die Zählung einer vorbestimmten Anzahl benachbarter Oberflächenringe eine oder mehrere Fehler pro Ring aufweist. Wie oben erwähnt, ist die Größe des Ringes die Größe der durch eine Abtastung überstrichenen Oberflächenabtastung des ringförmigen Fotodioden-Feldes. Bei dieser Betriebsart würde das Ausgangs-Gatter-System 40 die Zählung in dem Zähler 41 jedesmal dann löschen, wenn eine vollständige Abtastung des kreisförmigen Diodenfeldes nicht zu einer Fehleranzeige, wie vom Ausgang des Vergleichers 36 bestimmt, führt. Die Anzahl der benachbarten Abtastungen mit einem Fehler, wie er zum Ausstoßen eines Gegenstandes benötigt würde, ist durch die Speichereinrichtung 43 bestimmt. Bei der zweiten Betriebsart läßt sich ersehen, daß die automatische Verarbeitungseinheit 7 bzw. 19 einen Gegenstand nur dann ausstößt, wenn der Fehler in der zu untersuchenden Oberfläche eine bestimmte axiale Länge gleich der vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtastungen der Dioden-Anordnung hat, wie sie zum Auslösen des Ausstoßens des Gegenstandes erforderlich ist Bei einer beispielsweise angegebenen dritten Betriebsart wird nur die Anzahl der Abtastungen gezählt, die einen oder mehrere Fehler haben, und ein Gegenstand wird nur dann ausgestoßen, wenn die voreingestellte Anzahl von Abtastungen mit Fehlern erreicht worden ist, unabhängig von der Gesamtzahl der Fehler.

Wie in F i g. 4 dargestellt ermöglichen zwei programmierbare Multiplexer 44, 45 den Durchgang eines Signals von einem ihrer Eingänge Cb, C\ oder Ci zu einem ihrer Ausgänge je nach dem bei der betreffenden Betriebsart verwendeten Signal (das gegenwärtig ein 2-bit-Signal ist). Die Multiplexer 44 und 45 können beispielsweise Chips mt integrierter Schaltung Nr. 74 153 sein. Das Ausgangssignal vom Multiplexer 44 wird dem Aufwärtszähleingang des Flächen-Zählers 41 zugeführt, und das Ausgangssignal vom Multiplexer 45 wird dem Löscheingang des Zählers 41 zugeführt Wenn der Cö-Eingang angesteuert wird, dann ist der Flächen-Zähler 41 ein linearer Zähler, der alle Ausgangsimpulse vom -Y-Achsen-Vergleicher 36 zählt und von einem von System-Steuereinrichtung 22 erzeugten Signal am Ende des gesamten Untersuchungszyklus (oder früher, wenn der Gegenstand ausgeworfen wird) zurückgestellt (d. h. gelöscht) wird. Wenn der Ci-Eingang angesteuert wird, dann zählt der Flächen-Zähler 41 auch weiterhin jeden Impuls vom X-Achsen-Vergleicher 36, wird aber nun am Ende einer jeden Abtastung gelöscht, die nicht zu einem vom X-Achsen-Vergleicher 36 erzeugten Fehlersignal führt Die Logik hierfür besteht aus zwei in Reihe geschalteten D-Flip-Flops 46 und 47 (beispielsweise integrierte Schaltungs-Chips Nr. 7474), von denen der erstere mit seinem Takteingang CLK an den Ausgang des X-Achsen-Vergleichers 36, mit seinem Löscheingang an den Q-Ausgang eines ersten monostabilen Multivibrators 48 (ζ. Β. einen integrierten Schaltungs-Chip Nr. 74 123), der von dem durch die System-Steuervorrichtung 22 erzeugten Abtastende-(EOS)Signals angesteuert wird, und dessen D-Eingang hoch vorgespannt ist. Der Flip-Flop 47 ist mit seinem D-Eingang an den (^-Ausgang des Flip-Flops 46 angeschlossen und wird von dem EOS-Signal getaktet Der Q-Ausgang des Flip-Flops 47 ist sowohl mit dem Ci- als auch dem C2-Eingang des Multiplexers 45 über einen zweiten monostabilen Multivibrator 49 verbunden. Endlich wird in der dritten Betriebsart der C2-Eingang des Multiplexers 44 angesteuert, und dieser Eingang wird von dem Q-Kusgang eines dritten D-Flip-Flops 50 gespeist, dessen D-Eingang hoch vorgespannt ist und von dem Ausgang des X-Achsen-Vergleichers 36 getaktet wird. Der Löscheingang ist an das EOS-Signal über einen Inverter angeschlossen. Auf diese Weise wird am Ende einer jeden Abtastung der Flip-Flop 50 gelöscht, wodurch sein (p-Ausgang hoch eingestellt wird. Da der Zähler 41 bei diesem Beispiel ein 74 192 ist, zählt er nur beim Vorhandensein eines negativ gehenden Impulses, und auf diese Weise führt das Vorhandensein eines Löschimpulses am Flip-Flop 50 nicht zu einer Zählung. Sollte jedoch eine Abtastung einen oder mehrere Fehler anzeigen (d. h, es wird vom X-Achsen-Vergleicher 36 ein Impuls ausgesandt), dann wird das Hoch-Signal am D-Eingang des Flip-Flops 46 zum OAusgang getaktet und ein Niedrig-Signal zum Q-Ausgang des Flip-Flops 50, was zu einem Null- oder negativ gehenden Impuls führt, der dem Flächen-Zähler 41 zugeführt wird. Aufeinanderfolgende Impulse vom Vergleicher 36 werden keinen weiteren negativen Impuls vom (^-Ausgang des Flip-Flops 50 erzeugen, und es kann somit nur ein Impuls zum Zähler 41 bei jeder Abtastung durchlaufen. Demzufolge zählt der Zähler 41 nur die Anzahl von Abtastungen mit Fehlern und nicht die Gesamtzahl der Fehler. Auch wird, wie in der vorerwähnten zweiten Betriebsart der Flächen-Zähler 41 nach jeder Abtastung gelöscht, die keine Fehleranzeige liefert, und es wird deshalb ein Gegenstand nur dann ausgeworfen, wenn eine vorbestimmte Anzahl von benachbarten Abtastungen vorliegt die Fehler anzeigen.

Auch andere Betriebsarten sind möglich und können aus anderen Kombinationen von Zählungen und Löschungen am Flächen-Zähler 41 bestehen. Zusätzlich wird durch einfache Verwendung eines Zählers (beispielsweise einer Reihe von R/S-Flip-Flops oder eines Seriell-Ein-Seriell-Aus-Schieberegister) zwischen dem X-Achsen-Vergleicher 36 und dem Flächen-Zähler 41 eine vorbestimmte Anzahl von Fehlern je Abtastung oder eine Serie benachbarter Abtastungen zu zählen sein, je nachdem, ob der Flächen-Zähler nach einer Abtastung gelöscht wird, die keinen Fehler enthält, durch welchen im Flächen-Zähler 41 eine Zählung ausgelöst wird.

Wie oben erwähnt, ändern sich die einzelnen Schaltungselemente, die zusammen die System-Steuereinrichtung 22 bilden, in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall der Erfindung ebenso wie von den Erfor-

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dernissen der anderen Komponenten in der automatischen Verarbeitungseinheit und der jeweils verwendeten Video-Kamera. In Fig.5 ist die System-Steuereinrichtung 22 zum Betrieb mit einem ringförmigen Fotodioden-Feld dargestellt. Der Taktgenerator 23 besteht aus herkömmlichen Komponenten, die entweder aus einem Kristall (Quarz) oder lediglich zwei antiparallel geschalteten, monostabilen Oszillatoren bestehen, wie sie in Gestalt der integrierten Schaltungs-Chips 74 123 verfügbar sind. Eine beispielsweise Ausgangsfrequenz des Taktgenerators 23 zur Verwendung mit den gegenwärtigen Komponenten beträgt 425,5 kHz. Da der im Verzögerungsbaustein 24 verwendete TAD (TAD = angezapftes Analog-Verzögerungsglied) die doppelte Frequenz gegenüber der Dioden-Anordnung erfordert, wird das Ausgangssignal vom Takt-Oszillator unter Verwendung eines herkömmlichen Durch-Zwei-Teil-R/S-Flip-Flops durch zwei geteilt.

Wie in F i g. 5 angegeben, ist der Ausgang vom Video-Vergleicher 32 durch einen D-Flip-Flop 51 oder ein ODER-Gatter 52 konditioniert, bevor das Signal dem UND-Gatter 33 zum Modulieren des Ausgangssignals des Taktgenerators 23 zugeführt wird. Der andere Eingang zum ODER-Gatter 52 ist ein Impulsaddierkreis 53, der lediglich aus gegatterten, antiparallelen, monostabilen Oszillatoren bestehen kann wie einem integrierten Schaltungs-Chip Nr. 74 123, so daß die beiden Zählungen, die als Ergebnis der Vorspannung des Video-Vergleichers 32 verschwinden, ergänzt werden können. Endlich werden, wie ebenfalls in F i g. 5 angegeben, die Rückstellsignale von sowohl dem Meß-Start als auch dem Meß-Stop (welche anzeigen, wann sich ein Gegenstand in der richtigen Lage zur Untersuchung seiner Oberfläche befindet) und das Leer-Signal von der Dioden-Anordnung 25 mit den monostabilen Oszillatoren 54 und 55 konditioniert, so daß ein exakt geformter Impuls erzeugt werden kann. Auf diese Weise läßt sich ersehen, daß der Logik-Kreis für den besonderen Anwendungsfall der Erfindung auf ein einziges Prinzip zurückführbar ist.

Im Betrieb taktet die in F i g. 3 gezeigte automatische Verarbeitungseinheit 7 bzw. 19, sofern sie dazu in der Lage ist, fortgesetzt das kreisförmige Detektorfeld 25, den Verzögerungsbaustein 24 und das UND-Gatter 33. Die System-Steuereinrichtung 22 empfängt auch das Meß-Start/Stop-Signal von einem nicht gezeigten Meßwert-Umformer (Transducer), der anzeigt, ob ein zu prüfender Gegenstand eingelaufen ist. Das Meß-Start/ Stop-Signal wird dazu verwendet, ein weiteres Signal in der System-Steuereinrichtung 22 zu erzeugen, welches seinerseits den Flächen-Zähler 41 auf null zurückstellt. Das Ausgangs-Gatter-System 40 gestattet einem beliebigen Signal, vom Auswertkreis 34 zum Auswertkreis 39 in Übereinstimmung mit der ausgewählten Betriebsart des Ausgangs-Gatter-Systems 40 übertragen zu werden.

Alternativ kann die System-Steuereinrichtung 22 den Betrieb des Taktgenerators 23 dergestalt steuern, daß dessen Signale zu den vorerwähnten Elementen durchgelassen werden, wenn sie dazu von dem weiteren Meßwertumformer-Signal in die Lage versetzt werden und anzeigen, daß der Gegenstand in die Einrichtung eingetreten ist In noch einer anderen Ausführung kann eine weitere Logik in der System-Steuereinrichtung 22 das Ausgangs-Gatter-System 40 wirkungslos machen, bis eine vorbestimmte Anzahl von Ausgangs-Signalen von den entsprechenden Fotodioden-Zellen in den Verzögerungsbaustein 24 hineingetaktet worden ist Sonst würde der Video-Vergleicher 32 einen Fehler anzeigen, wenn beispielsweise nur die zwei oder drei ersten Ausgangssignale von den Fotodioden-Zellen in die ersten Stufen des Verzögerungsbausteins 24 hineingetaktet werden, und es würde kein korrektes Signal in der Mittelstufe des Verzögerungsbausteins vorhanden sein, mit welchem ein gültiger Vergleich durchgeführt werden könnte.

Dann nach einer bestimmten Anzahl von Taktimpulsen — 720 Taktimpulsen in einer beispielsweisen Ausführung — ist das kreisförmige Detektorfeld 25 vollständig abgetastet, und die Schaltung in dem handelsüblichen Feld erzeugt ein Leer-Signal von beispielsweise vier Taktimpulsen, welches den »Rücklauf« des Detektorfeldes 25, wie oben erwähnt, ermöglicht. Während der vier Rücklaufimpulse macht die System-Steuereinrichtung 22 den Verzögerungsbaustein 24 und den X-Achsen-Zähler 35 durch Aussendung eines Rückstellsignals zu diesen unwirksam, weil keine gültigen Daten während dieser Periode hereinkommen. Weil das Detektorfeld 25 ein physikalisch komplettes Ringfeld ist, ist die erste Fotodioden-Zelle physikalisch der letzten Fotodioden-Zelle in dem Feld benachbart, und es besteht kein Bedarf, den Verzögerungsbaustein 24 nach Vollendung einer Abtastung des Detektorfeldes 25 erneut in Gang zu bringen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der äußeren Oberfläche eines langgestreckten Gegenstandes, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Verwendung eines Spiegelgliedes mit einer Sf egeloberfläche in der Form einer konischen Rotationsfläche und mit einer Ausnehmung, die sich an der Spitze befindet und durch den Spiegel sich hindurcherstreckt.

Anordnen eines langgestreckten zylindrischen Gegenstandes in der Ausnehmung in axialer Ausrichtung mit der Achse der Spiegeloberfläche, Richten von elektromagnetischer Strahlung in axialer Richtung auf die genannte Spiegeloberfläche und damit auf die äußere zylindrische Gegenstandsoberfläche,

Herstellung einer Abbildung der Oberfläche, Abtastung der genannten Abbildung mit einem abtastenden elektromagnetischen Strahlungsdetektor und

Analysieren der abgetasteten Signale zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft der genannten Gegenstandsoberfläche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelglied fest ist und daß der langgestreckte Gegenstand kontinuierlich durch den Spiegel hindurch bewegt wird, um so die Bestitnmung einer physikalischen Eigenschaft entlang der Länge der Gegenstandsoberfläche zu ermöglichen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung Licht ist, daß die Spiegeloberfläche parabolisch ist und daß der genannte Gegenstand ein Draht, ein Rohr oder eine Stange ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

Vergleichen der von einem ersten ausgewählten Oberflächenbereich reflektierten Strahlung mit Strahlung, die von wenigstens zwei anderen ausgewählten Oberflächenbereichen reflektiert worden ist, wobei die anderen ausgewählten Oberflächenbereiche dicht zu dem genannten ersten ausgewählten Oberflächenbereich angeordnet sind, und
Bestimmen einer physikalischen Eigenschaft der Oberfläche auf der Grundlage des Vergleichs.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche zylindrisch ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand ein Draht oder Stab ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung Licht ist und daß das Licht auf die äußere zylindrische Oberfläche in Form eines Umfangrings durch Richten des Lichts auf eine Spiegeloberfläche gerichtet wird, wobei die Spiegeloberfläche die Form fkinfac lArtnicf hf*n Dntatinncbnrnorc mit oinop flffnitnn £A

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung von einer Quelle erzeugt wird, die sich im Verhältnis zu der zu untersuchenden Oberfläche bewegt, und daß die auf die Oberfläche gerichtete elektromagnetische Strahlung gepulst wird, um die Oberfläche erstarren zu lassen.

10. Verfahren nach Anspruch?), dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle aus einer ringförmigen Stroposkoplampe besteht

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,-daß die Oberfläche die Oberfläche einer Flaschenkappe (Kronenkorken) ist.

12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung in Form eines langgestreckten linearen Streifens auf die Gegenstandsoberfläche gerichtet wird, welcher aus dem ersten ausgewählten Oberflächenbereich und einer Vielzahl weiterer ausgewählter Oberflächenbereiche davon besteht

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstandsoberfläche zylindrisch ist und daß der langgestreckte lineare Streifen der Strahlung axial auf der Oberfläche angeordnet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die elektromagnetische Strahlung Licht ist und daß das reflektierte Licht auf einem langgestreckten linearen Feld aus einzelnen Fotodetektoren empfangen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Gegenstandsoberfläche im Verhältnis zu dem auftreffenden Licht gedreht wird, wodurch der langgestreckte Lichtstreifen in Umfangsrichtung um die zylindrische Objektoberfläche relativ bewegt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß die Gegenstandsoberfläche aus einer Bohrung besteht daß das Licht von einer außerhalb der Bohrung angeordneten Lichtquelle erzeugt wird und daß die Bohrung gedreht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchschnittswert der von den weiteren bestimmten Bereichen der Gegenstandsoberfläche reflektierten Strahlung ermittelt wird, wobei der Verfahrensschritt des Vergleichens darin besteht, daß die von dem ersten bestimmten Bereich der Gegenstandsoberfläche reflektierte Strahlung mit dem Durchschnittswert der Strahlung verglichen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet daß der Durchschnittswert der Strahlung dadurch ermittelt wird, daß eine reflektierte Strahlung von einem Bereich geschaffen wird, der aus dem ersten und weiteren bestimmten Bereichen der Gegenstandsoberfläche besteht.

19. Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft der äußeren Oberfläche eines langgestreckten zylindrischen Gegenstandes, gekennzeichnet durch

mit oinor Cni

am Scheitel zur Aufnahme des zylindrischen Gegenstandes hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der langgestreckte zylindrische Gegenstand axial durch die Öffnung hindurchbewegt wird, wodurch der Umfangs-Lichtring aufeinanderfolgende Abschnitte entlang der Länge der äußeren zylindrischen Oberfläche beleuchtet.

einer konischen Rotationsfläche und mit einer Ausnehmung, die sich an der Spitze durch das Spiegelglied hindurch erstreckt,·

Mittel zum Positionieren eines langgestreckten zylindrischen Gegenstandes in der Ausnehmung in axialer Ausrichtung mit der Achse der genannten Spiegeloberfläche,
Mittel zum Richten elektromagnetischer Strahlung

in axialer Richtung auf die Spiegeloberfläche und die Fähigkeit einer besonders schnellen Bestimmung damit auf die äußere zylindrische Gegenstandsober- von physikalischen Eigenschaften der äußeren Oberfläfläche, wodurch die auf die Gegenstandsoberfläche ehe eines langgestreckten Gegenstandes insbesondere auftreffende Strahlung zu der Spiegeloberfläche re- in bezug auf körperliche Eigentümlichkeiten wie Oberflektiert wird, 5 fläcbenfehler und dergleichen auszeichnen.

Mittel zur Abbildung der Oberfläche, Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird

Mittel zur Abtastung der Abbildung mit einem abta- durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene stenden elektromagnetischen Strahlungsdetektor Lehre bei einem Verfahren und durch die im Anundein Spruch 19 angegebene Lehre bei einer Vorrichtung geMittel zur Analyse der abgetasteten Signale zur Be- ίο löst.

Stimmung einer physikalischen Eigenschaft der Anhand der Zeichnung sollen Weiterbildungen und

Oberfläche. Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeich- mit Ausführungsbeispielen näher beschrieben und ernet durch Mittel zur Halterung des Spiegelgliedes in läutert werden. Es zeigt fester Position und Mittel zur Bewegung eines lang- 15 F i g. 1 in schematischer Darstellung und teilweise gegestreckten Gegenstandes kontinuierlich durch die schnitten eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung Spiegelausnehmung und Mittel zur Bestimmung ei- gemäß der Erfindung zur Prüfung von pharmazeutiner physikalischen Eigenschaft einer Oberfläche ent- sehen Kapseln, lang der Längsausdehnung seiner Oberfläche. F i g. 2 eine Ausführungsform zur Prüfung der Ober-

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge- 20 fläche eines fortlaufenden Drahts,

kennzeichnet, daß die Spiegeloberfläche parabolisch F i g. 3 ein elektrisches Blockschaltbild einer Ausfüh-

ist rungsform einer automatischen Verarbeitungseinheit

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge- gemäßFig. 1 oder2,

kennzeichne^ daß die elektromagnetische Strah- Fig.4 ein stärker detailliertes elektrisches Block-

lungsquelle eine Lichtquelle ist 25 schaltbild des Ausgangs-Torsteuerungssystems nach

23. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge- Fig.3und

kennzeichnet, daß die Mittel zur Abtastung der Ab- Fig.5 ein stärker detailliertes elektrisches Blockbildung der Oberfläche aus Detektoren für elektro- schaltbild eines Teils eines Systemreglers zur Verwenmagnetische Strahlung bestehen und daß die Mittel dung in der Schaltung nach F i g. 3. zur Abbildung der Oberfläche auf den Detektoren 30 Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Prüfung Linsen umfassen. pharmazeutischer Kapseln 1, die in Richtung des Pfeils 2

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch ge- durch das Feld eines parabolischen Spiegels 3 durch ein kennzeichnet, daß die Detektoren aus einer Vielzahl pneumatisches Rohr 4 bewegt werden. Eine Abtastlinse einzelner elektromagnetischer Strahlungsdetekto- 5 wirft ein Bild der Außenfläche der Kapseln 1 auf ein ren bestehen, die nebeneinander angeordnet sind. 35 ringförmiges Diodenfeld 6, an das eine automatische

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch ge- Verarbeitungseinheit 7 angeschlossen ist. Außerdem ist kennzeichnet, daß die Detektoren aus Fotodioden ein Spiegel 8 mit einem Loch 9 vorgesehen, durch welbestehen. chen das zu untersuchende Teil läuft. Eine ringförmige

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch ge- Lichtquelle 10 sorgt für Licht. Weil die Kapseln eine kennzeichnet, daß die Fotodioden in einem Ringfeld 40 begrenzte Länge besitzen, gelangen sie nicht in den angeordnet sind. Weg der optischen Strahlung. Spanend bearbeitete oder

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch ge- verformte Metallteile wie Nadellager, Geschoßkörper kennzeichnet, daß die Fotodioden in einem linearen usw. sowie landwirtschaftliche Produkte wie Kaffee-Feld angeordnet sind. bohnen usw. können ebenfalls auf diese Weise unter-