DE3117780A1 - "einrichtung zum optischen erkennen der lage, masshaltigkeit, formgestalt usw. von werkstuecken - Google Patents

"einrichtung zum optischen erkennen der lage, masshaltigkeit, formgestalt usw. von werkstuecken

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DE3117780A1
DE3117780A1 DE19813117780 DE3117780A DE3117780A1 DE 3117780 A1 DE3117780 A1 DE 3117780A1 DE 19813117780 DE19813117780 DE 19813117780 DE 3117780 A DE3117780 A DE 3117780A DE 3117780 A1 DE3117780 A1 DE 3117780A1
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DE
Germany
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mirror
radiation
transport path
light source
workpiece
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Application number
DE19813117780
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English (en)
Inventor
Jean-Pierre 1110 Morges Blanc
Frieder Penang Heizmann
Raymond 1009 Pully Pidoux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Description

  • Einrichtung zum optischen Erkennen der Lage,
  • Maßhaltigkeit, Formgestalt usw. von Werkstücken Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei der bekannten Einrichtung nach dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 27 17 507.1) wird die Strahlung der Lichtquelle nur in einer Richtung an das Werkstück herangeführt, so daß im wesentlichen nur rotationssymmetrische Teile auf Lage und/oder auf das Vorhandensein von bestimmten Gestaltungsmerkmalen geprüft werden können.
  • Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch Teile mit Querbohrungen, Schlitzen, Anfräsungen usw. sicher erkannt werden können. Die Erkennung erfolgt wie beim Hauptpatent durch Auswerten der Form der vom Sensor aufgenommenen Strahlungsimpulse. Dabei ist es vorteilhaft, die Auswertung mittels leicht integrierbar auszuführenden Schwellwertschaltungen und Zähleinrichtungen durchzuführen, wobei zweckmäßigerweise Vor- und R;íckwärtszähler Verwendung finden.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen lier im tEF.Llli)tAn: I,I'11Cfl angegebenen Anordnung möglich.
  • Mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 können der gesamte Umfang des zu prüfenden Werkstücks und damit auch kleinste geometrische Erkennungsmerkmale erfaßt werden.
  • Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 läßt sich die Einrichtung so vereinfachen, daß nur eine einzige Linse benötigt wird.
  • Mit den Merkmalen des Anspruchs h kann die Zahl der benötigten Spiegel auf ein Minimum reduziert werden.
  • Bei einer Einrichtung nach Anspruch 6 können die im Strahlengang dem Werkstück unmittelbar vorgelagerten Spiegel als einfache, ebene Spiegel ausgebildet sein, welche jedoch zusätzlich Mittel zu ihrer Bewegung benötigen.
  • Die Mittel zum Bewegen der Spiel entfallen, wenn die Spiegel nach den Merkmalen der Ansprüche 7 bis 9 ausgebildet sind.
  • Eine Einrichtung nach Anspruch 10 kann Merkmale an den Enden und am Umfang des Werkstücks erkennen.
  • Eine nach Anspruch 11 ausgebildete Einrichtung vermag besonders gut örtlich begrenzte Gestaltungsmerkmale an den Enden des Werkstücks zu erkennen.
  • Zeichnung Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren 1 bis 3 zeigen schematisch je eines der Ausführungsbeispiele und in den Figuren 4 bis 6 sind die Teile dargestellt, welche mit den Einrichtungen nach den Figuren 1 bis 3 typisch erkennbar sind. Die Fig. 7 zeigt ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Ausführungsbeispiele.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Einrichtung nach Fig. 1 hat eine Lichtquelle 10, die vorteilhaft als Leuchtdiode ausgebildet ist. Die von der Lichtquelle 10 ausgesandte Strahlung gelangt ungehindert durch einen schrägstehenden, halbdurchlässigen Spiegel 12 zu einer Linse 14, welche die Strahlung zu einem Zylinder gebündelt auf einen kreisringförmigen Umlenkspiegel 16 lenkt. Dieser ist konzentrisch zur Achse 18 einer gestrichelt angedeuteten Führungsbahn 20 für die zu prüfenden Werkstücke 22 angeordnet, welche in Richtung des Pfeiles 24 durch die Einrichtung hindurchgeführt werden. Die Ebene des llmlenkspiegels 16 schneidet die Achse 18 im Punkt 26, der gleichzeitig Schnittpunkt der Achse 18 mit der optischen Achse 28 der Linse 14 ist. Der Umlenkspiegel 16 ist in einem Winkel von 45° schräg zum Achsenkreuz 18, 28 gestellt, so daß er die auftreffende Strahlung in Form eines konzentrisch zur Achse 18 ausgerichteten Hohlzylinders nach oben lenkt.
  • Oberhalb des Umlenkspiegels 16 sind zwei Blendenschlitze 30, 32 in einem Blendenträger 34 vorgesehen, welcher über nicht dargestellte Mittel rotierend angetrieben werden kann. Die Blendenschlitze 30, 32 sind in bezug auf die Achse 18 diametral zueinander angeordnet. Am Blendenträger 34 sind oberhalb der Blendenschlitze 30, 32 zwei kleine ebene Spiegel 36, 38 betestigt, welche sich ebenfalls diametral gegenüberliegen und in einem Winkel von 450 zur Achse 18 stehen. Die Spiegel 36, 38 lenken die aus den Blendenschlitzen 30, 32 nach oben tretenden Lichtbänder radial gegen die Achse 18 und den gegenüberliegenden Spiegel 38 bzw. 36 um.
  • Wenn die so gebildete Lichtfläche zwischen den Spiegeln 36, 38 durch ein Werkstück nicht unterbrochen ist, treffen die Strahlen jeweils auf den gegenüberliegenden Sl,%capl 38 bzw. 36 auf, von wo sie durch die Blende 32 bzw. 30 und den Umlenkspiegel 16 auf die Linse 14 zurückgeworfen werden. Diese schnürt die zurückgeworfene Strahlung zu einem Kegel ein, der beim Auftreffen auf: denhalbdurchlässigen Spiegel 12 reflektiert und seitlich gegen einen Sensor 40 ausgelenkt wird, der vorzugsweise als Fotodiode oder Fototransistor ausgebildet ist. Dem Sensor 40 sind nicht dargestellte Schwellwertschalter, Verstärker und Integrationseinrichtungen, vorzugsweise Zähler, zur Auswerdung der vom Sensor 40 aufgenommenen Signale nachgeschaltet.
  • Im Betrieb der Einrichtung laufen der Blendenträg^r 34 und mit ihm die beiden von den Spiegeln 36 und 38 ausgehenden, einander entgegengerichteten und sich geometrisch deckenden Lichtbänder um. Dabei wird ein durch die Lichtbänder hindurchgeführtes Werkstück 22 am gesamten Umfang gewissermaßen entlang von zwei Schraubenlinien abgetastet und erfaßt. Je nach Abstimmung von Umlaufgeschwindigkeit des Blendenträgers 34 und Transportgeschwindigkeit des Werkstücks 22 kann so unabhängig von der Winkelstellung des Werkstücks jedes nicht rotationssymmetrische Merkmal sicher erfaßt und ausgewertet werden. In Fig. 4 sind die mit der Einrichtung nach Fig. 1 typisch erkennbaren Teile dargestellt. Die Erkennung erfolgt, wie beim Hauptpatent, durch Auswertung der Form des Signales, welche der Sensor 40 beim Durchlauf eines Werkstücks durch die zwischen den Spiegel 36 und 38 gebildete Lichtschranke empfängt.
  • Die Einrichtungen nach den Figuren 2 und 3 stimmen bis auf die Mittel zum Bilden der Lichtschranke mit der Einrichtung nach Fig. 1 überein. Zu diesem Zweck hat die Einrichtung nach Fig. 2 einen feststehenden Blendenträger 42, an welchem ein ringförmiger Facettenspiegel 44 befestigt ist. Im Blendenträger 42 ist eine kreisschlitzförmige Blende 46 vorgesehen, welche nur durch einzelne, in der Zeichnung nicht sichtbare schmale Stege unterbrochen ist. Bei eingeschalteter Lichtquelle 10 wird im Arbeitsraum des Facettenspiegels 44 eine Lichtfläche erzeugt, welche aus mehreren in einer Ebene überlagerten Rechteckflächen gebildet ist. Anstelle des Facettenspiegels 44 könnte auch ein Konusspiegel mit glatter konischer Spiegelfläche vorgesehen sein, welcher eine Kreisfläche als Lichtfläche erzeugt. In Fig. 5 sind durch die Einrichtung nach Fig. 2 typisch erkennbare Teile dargestellt.
  • Bei der Einrichtung nach Fig. 3 ist ein Blendenträger 50 mit kreisschlitzförmiger Blende 52 vorgesehen, an welchem ein Konusspiegel 54 befestigt ist, dessen Kegelwinkel 0 größer als 90 ist. Die ankommende Strahlung wird daher nicht in eine waagrechte Ebene umgelenkt, sondern zu einem Doppelkegel 56 umgeformt, dessen Kegelspitze 58 auf der Achse 18 der Führungsbahn 20 liegt. Die Strahlen des Doppelkegels 56 treffen auf einen zweiten Konus spiegel 60 auf, dessen umlaufende Spiegelfläche im rechten Winkel zu den Mantellinien des Doppelkegels 56 steht. Auf diese Weise wird die Strahlung auf gleichem Weg zurückgeworfen und an dem halbdurchlässigen Spiegel 12 zum Sensor 40 hin seitlich ausgelenkt. Mit dieser Einrichtung lassen sich insbesondere die in Fig. 6 dargestellten örtlichen Ausnehmungen an den Enden der durchlaufenden Wertstücke gut erkennen, weil sich die Erkennung über eine größere Weglänge des durchlaufenden Werkstücks als bei Einrichtungen mit senkrecht auf der Achse 18 stehenden Lichtflächen erstrecken kann.
  • Die beschriebenen Meßeinrichtungen können zur Erkennung von Werkstücken sowie zu deren Prüfung auf Lage, Maßhaltigkeit, Formhaltigkeit oder Materialschäden verwendet werden. Anhand des Diagrammes nach Fig. 7 ist nachstehend ein Verfahren zur Lageprüfung des Werkstücks 22' (Fig.5) in der Einrichtung nach Fig. 2 beschrieben.
  • Wenn das Werkstück 22' das waagrechte Lichtfeld im Facettenspiegel 44 passiert, gibt der z. B. als Fotodiode ausgebildete Sensor 40 in Abhängigkeit von der auftretenden Strahlungsenergie ein Signal mit der Form nach Fig. 7 Außerhalb des Werkstückes ist das Signal auf einem Maximalwert; es verkleinert sich wenn das Werkstück am Facettenspiegel vorbeigeht.
  • Das Signal wird zwei Schwellwertschaltern zugeführt, von denen der eine einen oberen Schwellwert 64 und der andere einen unteren Schwellwert 66 hat. Beim Erreichen des Schwellwertes 64 wird ein Zähler eingeschaltet, beim Erreichen des Schwellwerts 66 wird dieser Zähler ausgeschaltet. Der dabei gespeicherte Zählerstand ist ein Maß für die Länge zwischen der Stirnseite und dem vollen Durchmesser des Werkstücks, bzw. im vorliegenden Fall für das Vorhandesein eines Querschlitzes im Werkstück. Beim Überschreiten der Schwelle 66 wird mit Rückwärts zählen begonnen, das beim Erreichen der Schwelle 64 beendet ist. Je nachdem, ob danach das Zählergebnis positiv oder negativ ist, kann auf die Lage des Werkstücks geschlossen werden. Da eine Differenzbildung vorliegt, kann die Transportgeschwindigkeit von Werkstück zu Werkstück verschieden groß sein.
  • Soll die Maßhaltigkeit des Werkstückes geprüft werden, so ist eine konstante Geschwindigkeit bei allen Wcrknt.iiclicn erforderlich. Durch die Wahl der beiden Triggerschwellen 614 und 66 ist dabei wiederum jedes beliebige Maß, beispielsweise die Länge des Schlitzes durch die Länge 68 bestimmbar. Die Triggerschwellen können je nach Anwendungsfall beliebig verschoben werden. Ebenso kann die Anzahl der Triggerschwellen beliebig gewählt werden.

Claims (11)

  1. Ansprüche Einrichtung zum optischen Erkennen der Lage, Maßhaltigkeit, Formgestalt usw. von Werkstücken, mit einer Lichtquelle, deren Strahlung über eine Linse einem lichtempfindlichen Sensor zugeführt ist, einer die Strahlung hinter der Linse durchsetzenden Transportbahn für die Werkstücke und mit Mitteln zum Auswerten der vom Sensor aufgenommenen Signale, nach Patent ... (Patentanmeldung P 27 17 507.1), dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung der Lichtquelle (10) über Spiegel (16 und 36, 38 bzw. 44, 54, 60) aus mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen an das Werkstück herangeführt und dahinter vorzugsweise einem gemeinsamen Sensor (40) gesammelt zugeführt ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung der Lichtquelle (10) über mindestens ein Paar in bezug auf -die Transportbahn (20) sich diametral gegenüberliegende Spiegel (36, 38, Fig. 1) bzw. Spiegelelemente ()I, Fig. 2) radialsymmetrisch an den Umfang des Werkstücks herangeführt ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Lichtquelle (10) und Linse (14) angeordneter Spiegel (12) die Strahlung in Richtung zum Werkstück durchläßt, und in der Gegenrichtung seitlich zu einem Sensor (40) auslenkt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (14) die Strahlung parallel bündelt und auf einen koaxial, jedoch im Winkel zur Transportbahn (20) angeordneten kreisringförmigen Umlenkspiegel (16) wirft, welcher die Strahlung parallel zur Transportbahn auf die beiden sich diametral gegenüberliegenden Spiegel (36, 38) bzw. Spiegelelemente (44) lenkt.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umlenkspiegel (16) und den sich diametral gegenüberliegenden Spiegeln (36, 38) bzw. Spiegelelementen.
    (44) eine Blende (30, 32 bzw. 46 bzw. 52) vorgesehen ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich diametral gegenüberliegenden Spiegel (36, 38) um die Achse der Transportbahn (20) rotierend antreibbar sind.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich gegenüberliegenden Spiegelelemente Teil eines die Transportbahn (20) koaxial umgebenden Ringspiegels (44, 54) sind.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspiegel (44, Fig. 2) als Facettenspiegel ausgebildet ist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspiegel (54) als Konusspiegel ausgebildet ist.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspiegel (44) die von der Lichtquelle (10) ankommende Strahlung in eine senkrecht zur Transportbahn (20) ausgerichtete Ebene umlenkt (Fig. 2).
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspiegel (54) die von der Lichtquelle (10) ankommende Strahlung zu einem Doppelkegel mit auf der Transportbahnachse (18) liegender Kegelspitze (58) formt und auf einen zweiten Ringspiegel (60) wirft, dessen umlaufende Spiegelfläche senkrecht zu den Mantellinien des Doppelkegels ausgerichtet ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0290237A2 (de) * 1987-05-06 1988-11-09 National Research Council Of Canada Synchrone optische Abtastvorrichtung

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