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Einrichtung zum optischen Erkennen der Lage,
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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.
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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.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen lier im tEF.Llli)tAn: I,I'11Cfl angegebenen Anordnung möglich.
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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.
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Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 läßt sich die Einrichtung so vereinfachen,
daß nur eine einzige Linse benötigt wird.
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Mit den Merkmalen des Anspruchs h kann die Zahl der benötigten Spiegel
auf ein Minimum reduziert werden.
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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.
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Die Mittel zum Bewegen der Spiel entfallen, wenn die Spiegel nach
den Merkmalen der Ansprüche 7 bis 9 ausgebildet sind.
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Eine Einrichtung nach Anspruch 10 kann Merkmale an den Enden und am
Umfang des Werkstücks erkennen.
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Eine nach Anspruch 11 ausgebildete Einrichtung vermag besonders gut
örtlich begrenzte Gestaltungsmerkmale an den Enden des Werkstücks zu erkennen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.