DE3437957A1

DE3437957A1 - Verfahren zur beruehrungslosen bestimmung der lage bzw. des versatzes eines in einem werkstueck befindlichen lochs

Info

Publication number: DE3437957A1
Application number: DE19843437957
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing. 6907 Nußloch Lesser; Karl Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Peters; Bernhard Dipl.-Ing. 6729 Rülsheim Reichling; Hartmut Prof. Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Weule
Original assignee: Dr Staiger Mohilo and Co GmbH
Current assignee: Dr Staiger Mohilo and Co GmbH
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1986-04-17

Description

J Ϋ^Γ-ί. §hren ζyr berührungsl_Dsen gest immuRq- der l^age. bz w^ des xe£sa;£z es eines j ΪΠ üiQgiD Weckstück befindlichen Lgchs^

Es ist ein Meßverfahren zur Bewegungsanalyse von Industrierobotern bekannt, bei dem das von einer am Meßobjekt angebrachten Lichtquelle (LED) ausgestrahlte Licht über eine Optik auf eine zweidimensional Diode abgebildet wird, so daß die Winkellage des Meßobjekts in zwei Achsen <x,y) erfaßt werden kann (Selcom Meßsysteme GmbH, Krefeld).

Die Notwendigkeit des Anbringens einer Lichtquelle auf dem Meßobjekt macht ein solches Verfahren für den Einsatz in der Produktion untauglich. Außerdem sind bei einem Meßverfahren dieser Art schwankende Reflexionseigenschaften der Qbjektoberfläche ohne Bedeutung oder unerwünscht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Lage bzw. des Versatzes eines in einem Werkstück befindlichen Lochs.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisch—elektronisches Verfahren für diesen Zweck zu finden, das unter Ausnutzung der Reflexionseigenschaften der Objektoberfläche (Werkstückoberfläche) die Lochlage bzw. dessen Versatz berührungslos erfaßt und auswertet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein das Loch enthaltender Ausschnitt der mit Auflicht beaufschlagten Werkstückoberfläche auf optischem Weg auf einer positionsempfindlichen Photodiode abgebildet wird und die der Lichtverteilung auf dem Meßfeld entsprechende Stromverteilung in der Photodiode als die Lochlage bzw. den Lochversatz definierenden Meßsig— nale nach Auswertung in einer Elektronik zur Steuerung eines Arbeitsgeräts herangezogen werden.

Zur Durchführung des Verfahrens hat sich eine Einrichtung als zweckmäßig erwiesen, die als Meßkopf ausgebildet ist, der eine Auswerteelektronik, eine elektrisch an diese angeschlossene positionsempfindliche Diode, eine dieser räumlich vorgeordnete Optik, eine Beleuchtungsquelle zur Auf1ichterzeugung sowie ein Filter und eine vor diesem angebrachte Glasplatte als Stützelement enthält. Der Meßkopf ist dabei vorzugsweise abnehmbar an einem Ar— beitsgerät _zum Beispiel in Form einer Schraubvorrichtung oder dergleichen Einheit befestigt.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeicnung erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine beispielsweise

Ausführungsform eines Meßkopfes,

Fig. 2 einen Meßkopf entsprechend Fig. 1, jedoch mit
hervorgehobener Meßfeldausleuchtung,

Fig. 3 die Auswerteeinrichtung mit Steuerteil in
Blockdarstel1ung

Fig. 4 eine mit dem Meßkopf vereinigte Schraubvorrichtung.

Wie den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, umfaßt die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bzw. der Meßkopf 1 ein Aufnahmegehäuse, das zweiteilig ausgebildet ist und in seinem oberen Teil 2 die Auswerteelektronik 3 und die positionsempfindliche Diode 4 aufnimmt, deren elektrische Ausgänge 5,6,7 und S (Elektrodenanschlüsse) an die Auswerteelektronik 3 angeschlossen sind. Die Diode 4 kann dabei als Vierquadrantendiode ausgebildet sein. Im unteren Teil 9 des Gehäuses i ist eine Linse 10 angeordnet, ferner sind hier wenigstans zwei Infrarotleistungsdioden 11, 12 untergebracht. Im unteren,

1 COPY

werkstückseitigen Bereich des__: Gshäusetei1s 9 ist ein In-frarot-filter 13 vorgesehen, dem eine Schutzglasscheibe 14 vorgeordnet ist. Das beim Aus— führungsbeispiel zweiteilig ausgebildete Gehäuse 1, wobei die beiden Gehäuseteile 2 und 9 durch ein Mittelstück 15 in Form einer Muffe oder dergleichen mechanisch miteinander verbunden sind, kann an sich auch einteilig bzw. einstückig ausgebildet sein.

Das Werkstück 16 enthält eine Anzahl Löcher 17, deren Lage jeweils mittels des Meßkopfs erfaßbar ist. Dabei ist jedem einzelnen Loch 17 das Meßfeld 18 zuzuordnen (Vergl. hierzu auch Fig..2).

Das erfindungsgemäße Meßverfahren arbeitet aufgrund der Empfängereigenschaften der Diode 4 integral. Das heißt, die Form des Lichtflecks auf dem Werkstück und damit die Farm des auf der Diode abgebildeten Lichtflecks ist unmaßgeblich. Bezugsgröße ist der Schwerpunkt des Lichtflecks, und ausgenutzt wird die Lichtverteilung auf dem Meßfeld. Es ist daher vorteilhaft, wenn der Strahlungsdichteunterschied (Kontrast) zwischen dem betreffenden Loch (Bohrung) und der dieses umgebenden Werkstückoberfläche möglichst groß ist.

Die beiden Infrarotleistungsdioden 11 und 12, von denen auch drei oder mehr vorgesehen sein können, bestrahlen die Werkstückoberfläche mit gepulstem Infrarotlicht und sind zu diesem Zweck an einem Pulsgenerator angeschlossen. Fremdlichtanteile werden auf der optischen Seite durch das Infrarotfilter 13 und auf der elektrischen Seite durch einen Hochpaß ausgefiltert. Das Tastverhältnis des Pulssignals beträgt beispielsweise 1 ϊ 1000. In diesem Fall können die Infrarotdioden (LED) 11, 12 mit Stromstärken bis zu 5 A beaufschlagt werden, so daß eine entsprechend hohe Intensität der reflektierten Strahlung und damit ein ausgeprägter Kontrast erzielt wird.

Infolge des auf der Empfangsfläche der Diode 4 abgebildeten Lochs in Form eines schwarzen Flecks ergibt sich an der Diode eine der Abweichung der Lochmitte um die Beträge Ax und Ay vom Schwerpunkt des abgebildeten Umfelds entsprechende Verteilung der Photoströme, die in entsprechende Meßsig— nale umgeformt und als Steuergröße für das Arbeitsgerät herangezogen wird.

Wie das Blockschaltbild gemäß Fig. 3 erkennen läßt, werden die infolge der Lochlage bzw. des Lochversatzes (Abweichungen Δ x und Hy vom Schwerpunkt des Lichtflecks) an den Elektroden 5,6,7 und S der positionsempfindlichen Diode 4 anstehenden Phototeilströme Ix+, Ix-, Iy⁺? Iy- paarweise je einem Meßverstärker 19, 20 zugeführt, miteinander addiert und voneinander subtrahiert und einer Auswerteschaltung 21 zugeführt, in welcher die Differenzwer
te durch das jeweilige Summensignal dividiert werden, wodurch die Intensitätsabhängigkeit vom empfangenen Licht elimiert wird. Die so erhaltenen Δχ und 4y ~ Werte, die ein Maß für den Versatz des betreffenden Lochs 17 darstellen, werden über eine Schnittstellenanpassung 22 einer Anordnung 23 zur Steuerung des Arbeitsgeräts in Form einer Schraubvorrichtung bzw. eines Industrieroboters zugeführt, die bzw. der dann zentral an das betreffende Loch herangeführt wird und den gewünschten Arbeitsgang ausführt.

Der Pulsgenerator 24 für die Erzeugung der Infrarotlichtimpulse triggert die Auswerteschaltung 21 sowie über diese auch die Meßverstärker 19 und 20.

Eine mit einem Meßkopf 1 nach der Erfindung ausgerüstete Schraubvorrichtung 25 (Industrieroboter) ist in Fig. 4 veranschaulicht.

COPY

Claims

Patentansprüche 3 4 J / 9 5 7

1. Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Lage bzw. des Versatzes eines in einem Werkstück befindlichen Lochs, dadurch gekennzeichnet, daß ein Loch (17) enthaltender Ausschnitt der mit Auflicht beaufschlagten Werkstückoberfläche auf optischem Weg auf einer positionsempfindlichen Photodiode (4) abgebildet wird und die der Lichtverteilung auf dem Meßfeld entsprechende Stromverteilung in der Photodiode als die Lochlage bzw» den Lochversatz definierenden Meßsignale nach Auswertung in einer Elektronik zur Steuerung eines Arbeitsgeräts herangezogen werden.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (3), die elektrisch an diese angeschlossene positionsempfindliche Photodiode (4), eine dieser Diode vorgeordnete Linse (10), die Auflichterzeuger (11,12) sowie wenigstens ein Filter (13) und ein transparentes Schutzelement (14) in dieser Reihenfolge von oben nach unten räumlich hintereinander in einem Gehäuse (2,9) untergebracht sind, das mit dem Arbeitsgerät baulich vereinigbar ist.

Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflichter— zeuger durch wenigstens zwei Infrarotleistungsdioden verkörpert sind, die gepulstes Infrarotlicht emittieren, und daß die positionsempfindliche Diode auf ihrer Empfangsfläche die Lage eines schwarzen Flecks detek- -

tiert. V

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die positionsempfindliche Diode (4) als Vierquadrantendiode ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgerät eine Schraubvorrichtung (25) ist.

COPY