DE3515194A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von oberflaechenfehlern - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von oberflaechenfehlernInfo
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Description
20 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Oberflächenfehlern bei
der Prüfung von ganz bestimmten Flächen, z.B. lackierten Flächen von Kraftfahrzeugen oder spiegelnden Flächen von
mechanischen Vorrichtungen.
In jüngerer Zeit wurde damit begonnen, durch eine Laserstrahl-Oberflächenprüfung
bei der Suche nach Fehlern, wie kleine Erhebungen und Farbflecken oder Verfärbungen, die
visuelle Prüfung durch Arbeiter, die weniger leistungs-
30 fähig sowie gründlich ist und deren Güte unter den prüfenden Arbeitern sowie aufgrund unkontrollierbarer Faktoren
schwankt, zu ersetzen.
Zur Erläuterung des Standes der Technik, von dem die Er-35
findung ausgeht, zeigt die
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Laser-Oberflächenfehlerermittlungssystems
der derzeit verwendeten Art.
Dieses selbsttätige System nach dem Stand der Technik zur Ermittlung von Oberflächenfehlern umfaßt eine Lasereinheit
oder ein Lasergerät 1 und ein Laser-Empfängergerät 3 mit einer Kondensorlinse 4 sowie einer Laser-Photodiode
5. Das Lasergerät 1 sendet einen Laser-Punktstrahl LS auf eine ebene Prüffläche 2 aus. Die Laser-Photodiode 5
empfängt den von der Prüffläche 2 spiegelnd reflektierten
Punktstrahl durch die Kondensorlinse 4 und gibt ein darauf bezogenes elektrisches Signal ab.
Da Laserstrahlen in hohem Maß kollimiert sind, wird eine
Zerstreuung des Laser-Punktstrahls LS vom Lasergerät 1 durch die Fehler und/oder kleinen Vorsprünge bzw. Erhebungen
sehr deutlich sichtbar werden und sich ohne weiteres im elektrischen Ausgang der Laser-Photodiode 5 darstellen.
Änderungen im elektrischen Ausgang geben Fehler an der Prüffläche 2 an.
Dieses automatische Laser-Obefflächenfehlerermittlungssystem
nach dem Stand der Technik erfordert jedoch eine sehr genaue Koinzidenz zwischen den optischen Achsen von
Lasergerät 1 und Kondensorlinse 4 in drei Dimensionen auf der Prüffläche 2 (z.B. mit einer Toleranz in der Größenordnung
von ±15I) und die Aufrechterhaltung dieser genauen
dreidimensionalen Lagebeziehung von Lasergerät 1, Prüffläche 2 und Laser-Empfängergerät 3 zueinander während
des gesamten OberflächenprüfVorgangs. Somit ist bei diesem
Verfahren eine Oberflächenfehlerermittlungsvorrichtung mit einem komplizierten dreidimensionalen Positioniermechanismus
notwendig, um die oben herausgestellten Bedingungen zu erfüllen, und trotz allem ist sie dann
nicht für Verfahren geeignet, wobei eine sich bewegende Oberflächenfehlerermittlungsvorrichtung die Prüffläche 2
abtastet. Die letztgenannte Ermittlungstechnik macht insbesondere eine genaue Fokussierung der Kondensorlinse 4
an jedem Punkt auf der Prüffläche 2 notwendig, so daß der Fokus der Kondensorlinse 4 jedesmal eingeregelt werden
muß, wenn die Prüffläche 2 eine Bewegung ausführt.
Laser-Oberflächenfehlerermittlungssysteme, die einen
Laser-Spaltstrahl und einen Zeilen- oder Strichsensor, der z.B. aus CCD's und einer PDA besteht, verwenden, bringen
ähnliche Nachteile mit sich.
Diese herkömmliche automatische Laser-Oberflächenfehlerermittlungstechnik
kann lediglich auf flache zylindrische Flächen angewendet werden.
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Darüber hinaus offenbart die JP-A-58 219 441 eine Oberflächenfehlerermittlungsvorrichtung
für konvexe Objekte, die ein Gerät zur Übertragung eines sichtbaren Lichtstrahls
auf eine konvexe Prüffläche eines Objekts, einen Projektions- oder Bildschirm, auf den der sichtbare Lichtstrahl
von der konvexen Prüffläche zurückgeworfen wird, wobei der Schirm ein entsprechendes Bild projiziert, und
einen Bildfühler, der das Bild am Schirm aufnimmt sowie das Vorhandensein oder Fehlen von Fehlern in der konvexen
Prüffläche anzeigt (signalisiert), umfaßt.
Da bei dieser Vorrichtung ein kollimierter Strahl von
sichtbarem Licht, der durch eine Kombination einer Lampe und einer Zerstreuungslinse erzeugt wird, verwendet wird,
muß das Reflexionsvermögen der konvexen Prüffläche ziemlich hoch sein, damit der Schirm ein klares Bild projiziert.
Diese Vorrichtung ist aber des weiteren nicht zu einer akkuraten Oberflächenprüfung fähig.
gg Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Oberflächenfehlerermittlung
anzugeben, bei dem Prüfungsbedingungen oder -zustände, insbesondere die Lagebeziehun-
gen zwischen den optischen Achsen eines Lasergeräts, eines
Laser-Empfangsgeräts und der Oberfläche eines der Prüfung unterliegenden Objekts, während des Betriebs oder Prüfvorgangs
eingeregelt werden können, bei dem ein Positioniermechanismus für das Lasergerät sowie das Laser-Empfängergerät
einfacher ausgebildet sein kann und wonach eine sich bewegende Oberflächenfehlerermittlungsvorrichtung
eine ganz genaue Erfassung von Oberflächenfehlern vollbringen kann.
Um dieses Ziel zu erreichen, sieht ein Verfahren gemäß der Erfindung die folgenden Schritte vor: Aussenden von
Laserstrahlen auf eine reflektierende Fläche eines zu prüfenden Objekts, Projizieren der von der Fläche reflektierten
Laserstrahlen auf einen Lichtstreuungsschirm, so daß ein Bild der Fläche an einer festen Position auf
dem Schirm gebildet wird, Erfassen der Position des Bildes der Laserstrahlen, die durch die Fläche am Schirm zerstreut
wurden, und Korrigieren der erfaßten Position zur Anpassung an die feste Position.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer Oberflächenfehlerermittlungsvorrichtung, die die
Notwendigkeit für komplizierte Fokuseinstellungen beseitigen und eine Oberflächenfehlerermittlung unter einer
Bewegung ausführen kann.
Um dieses Ziel zu erreichen, umfaßt die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine Einrichtung zur übertragung von Laser-Spaltstrahlen
auf eine reflektierende Oberfläche eines zu prüfenden Objekts, einen Lichtstreuungsschirm, auf den
die Laser-Spaltstrahlen von der Oberfläche zurückgeworfen werden, so daß am Schirm ein Bild der Fläche gebildet
wird, einen in einer festen Lagebeziehung zum Schirm angeordneten Fehlerermittlungsbildfühler, der in der Lage
ist, einen vorbestimmten Teil des Schirms zu überwachen, eine in einer festen Lagebeziehung zum Schirm angeordnete
3515T94
Einrichtung, die die Lage der Flächenabbildung mit Bezug
auf den vorbestimmten Teil des Schirms erfaßt, eine Einrichtung zur Einregelung der winkligen Verlagerung zwischen
den Achsen der die Laser-Spaltstrahlen übertragenden Einrichtung sowie des Fehlerermittlungsbildfühlers
in Übereinstimmung mit dem Ausgang der Lageerfassungseinrichtung und eine Einrichtung zur Einregelung der Neigung
der Ebene des einfallenden sowie reflektierten Laser-Spaltstrahls mit Bezug zu der Oberfläche im Ansprechen
auf den Ausgang der Lageerfassungseinrichtung.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter
Ausführungsformen und -beispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 2 eine Frontansicht einer Laser-Oberflächenfehlerermittlungsvorrichtung
in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung; Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten
Vorri-chtung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Arbeitsweise
eines Hauptteils der Vorrichtung von Fig. 2 und 3;
Fig. 5 ein Diagramm über den Ausgang eines Zeilensensors; Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
des Grundgedankens der Arbeitsweise der Laser-Oberf lächenfehlerermittlungsvorrichtung;
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer Laser-Oberf lächenf eh lerermitt lungs vor richtung in
einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung
ohne das zugehörige Steuersystem;
Fig. 8 eine Frontansicht der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung ohne die Fehlermarkiereinrichtung;
Fig. 9 eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig.7 und 8'
Fig. 10 eine vergrößerte Frontansicht des in Fig. 7 und
8 gezeigten Achsendrehungsreglers;
Fig. 11 eine vergrößerte Draufsicht auf den in Fig. 7
und 8 gezeigten Neigungsregler; Fig. 12 eine schematische Darstellung des Inneren eines
Laser-Empfängergeräts gemäß der Erfindung; Fig. 13 eine schematische Darstellung zur zweidimensionalen,
durch eine dreidimensionale Verlagerung einer lackierten Oberfläche hervorgerufenen
Verlagerung eines Spaltbildes an einem Streuungsschirm;
Fig. 14 eine schematische Darstellung über die Lageerfassung des Spaltbildes durch Lageerfassungs-Zeilensensoren;
Fig. 15A eine schematische Darstellung zu parallelen zweidimensionalen
Verlagerungen des Spaltbildes, wenn eine Neigung £ fest ist, wähend sich die Achsen
drehung 6 verändert;
Fig. 15B eine schematische Darstellung zu winkligen zweidimensionalen
Verlagerungen, wenn die Achsendrehung 6 fest ist, während sich die Neigung e
verändert;
Fig. 16 eine schematische Darstellung über die Ausbildung eines gekrümmten Spaltbildes einer der
Prüfung unterliegenden lackierten Oberfläche am Schirm;
Fig. 17 eine schematische Darstellung über die Lageerfassung des in Fig. 16 gezeigten gekrümmten
Spaltbildes durch Lageerfassungs-Zeilensensoren; Fig. 18 eine schematische Darstellung über die Lage des
Spaltbildes innerhalb eines geprüften Bezugs-Streifens am Schirm;
Fig. 19 ein Blockbild eines Steuersystems für die Laser-Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung
von Fig. 7;
Fig. 20 ein Ablaufdiagramm der Ausgänge einer ersten,
zweiten und dritten Sensortreiberschaltung;
Fig. 21 einen Hauptprogramm-Ablaufplan eines in Fig. 19
gezeigten Lagesteuergeräts; Fig. 22 einen Unterprogramm-Ablaufplan des in Fig. 19
gezeigten Lagesteuergeräts; Fig. 23 einen Programmablaufplan eines in Fig. 19 gezeigten
Laser-Oberflächenfehlererfassungs-Steuergeräts;
Fig. 24 eine perspektivische Darstellung des Inneren eines Laser-Empfangsgeräts in einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 24 eine perspektivische Darstellung des Inneren eines Laser-Empfangsgeräts in einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 25 eine schematische Darstellung über die Lageerfassung eines Spaltbildes durch Lageerfassungs-Zeilensensoren
bei der dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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1. Ausführungsform
Eine Laser-Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung in der
ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung umfaßt einen Träger 6 mit einer Befestigungsplatte oder -scheibe 6a
zum Anbau an eine (nicht gezeigte) ortsfeste oder bewegbare Vorrichtung, ein am einen Ende des Trägers 6 fest angebrachtes
Lasergerät 7 und ein am anderen Trägerende befestigtes Laser-Empfängergerät 8. Die Achsendrehung zwisehen
den optischen Achsen L1 und L- des Lasergeräts 7
und des Laser-Empfängergeräts 8 ist mit 6 bezeichnet. Die jeweiligen optischen Achsen L. bzw. L2 des Lasergeräts
7 und des Laser-Empfängergeräts 8 sind je unter einem Winkel <S/2 zu einer Ebene 9 geneigt, die senkrecht zur
Prüffläche 10 angeordnet ist. Die Prüffläche 10 ist eine
nahezu spiegelnde Fläche, z.B. die lackierte Oberfläche einer Kraftfahrzeugtür.
Das Lasergerät 7 umfaßt "beispielsweise einen (nicht gezeigten)
He-Ne-Laser und ein in einem (nicht gezeigten) Spalt oder Schlitz endendes Objektivsystem 7a, das in der
Lage ist, den Laserstrahl vom He-Ne-Laser in Laser-Spalt-
strahlen LST umzuwandeln. Der Spalt erweitert sich in der Ausbreitungsrichtung. Alternativ kann der Laserstrahl
ein Punktstrahl sein, der durch einen drehenden Polygonspiegel hin und her (abtastend) geführt wird, um einen
zeitkonstanten Spalt nachzuahmen.
Das Laser-Empfängergerät 8 umfaßt eine Kammer 11 und ein lichtundurchlässiges Bauteil 12. In der Kammer 11 sind
eine Kondensorlinse 11a und ein Strich- oder Zeilensensor 11b, der aus einer Reihe von Photoelementen, z.B. Ladungs
Verschiebeelementen (CCD's) gebildet ist, enthalten. Der lichtundurchlässige Zylinder 12 ist an der Frontseite
der Kammer 11 befestigt und an seinem unteren Ende mit einem lichtdurchlässigen Projektions- oder Bildschirm-13
versehen.
Der Zeilensensor 11b ist innerhalb der Kammer 11 an einem vorbestimmten Ort befestigt, um fortwährend einen
festen Bezugsstreifen am Schirm 13 zu überwachen oder zu 20—prüfen, auf den erwartungsgemäß der vom Lasergerät 7 '
kommende und von der Prüffläche 10 reflektierte Laser-Spaltstrahl LST fallen soll.
Der Schirm 13 liegt in der einen Brennebene der Konden-
j-
sorlinse 11a und besteht aus einem lichtstreuenden Material, z.B. aus einem Mattglas oder einer mattierten Platte,
wie sie üblicherweise als eine Fokalplatte in Aufnahmekammern verwendet werden. Am besten ist es, ein vollkommenes
Lichtstreuungsmaterial zu verwenden.
Die Laser-Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung der
beschriebenen Ausführungsfqrm arbeitet in der folgenden Weise. Wenn, wie Fig. 4 zeigt, die zu prüfende Fläche
irgendwelche Oberflächenfehler 10a hat, z.B. Vertiefungen
oder kleine Erhebungen, so wird das vom Lasergerät 7 35
kommende, auf die Prüffläche 10 einfallende Laserlicht
LST durch den Fehler 10a zerstreut und auf den Schirm fallen, womit auf -len Schirm ein gestrecktes oder erwei-
·Λ3· -■·■::: ■;■■■.. ...
tertes Spaltbild SL(S) mit einer dem Fehler 10a entsprechenden Unterbrechung an einem Punkt 13a projiziert wird.
Der das aus dem vom Schirm 13 zerstreuten Laserlicht SC (siehe Fig. 6) gebildete Spaltbild SL(S) aufnehmende
Zeilensensor 11b gibt eine Folge von elektrischen Impulsen ab, in denen sich der Oberflächenfehler 10a in einem
Ausgang 14 mit niedrigem Pegel widerspiegelt, wie Fig. 5 zeigt. Für die Kondensorlinse 11a sind keine Scharfeinstellungen
mit Bezug zur Prüffläche 10 erforderlich. Das auf den Schirm 13 projizierte erweiterte Spaltbild SL(S)
steigert das Auflösungsvermögen des Laser-Empfangsgeräts 8 in bezug auf den Oberflächenfehler 10a. Da der Zeilensensor
11b den zerstreuten Laserstrahl SC durch die Kondensorlinse 11a empfängt, kann das Laser-Empfängergerät 8
Oberflächenfehler 10a in der Prüffläche 10 innerhalb der Kapazität der Kondensorlinse 11a erfassen, selbst wenn
sich die Wege (Strahlengänge) des auf den Schirm 13 fallenden reflektierten Laserstrahls innerhalb des durch die
Wege S. - S. abgegrenzten Bereichs (siehe Fig. 6) auf
Grund von Änderungen in den Richtungslagebeziehungen zwischen dem Lasergerät 7, dem Laser-Empfangsgerät 8 und
der Prüffläche 10 verändern. Das mäßigt oder setzt die Notwendigkeit für eine genaue Einstellung der optischen
Achsen des Lasergeräts 7 und des Laser-Empfängergeräts 8 mit Bezug zur Prüffläche 10 herab und ersetzt die dreiachsige
Justierung zwischen dem Prüfpunkt, einem Lasergerät und einem Laser-Empfängergerät nach dem Stand der
Technik durch eine zweiachsige Justierung zwischen dem zweidimensionalen Spaltbild SL(S) und dem Zeilensensor 11b.
Die Laseroberflächenfehlererfassungsvorrichtung gemäß der
Erfindung mäßigt die Toleranzen in den Überprüfungsbedingungen wie auch die besonderen baulichen Einzelheiten der
Zusatzausrüstung für die Einstellung oder Justierung der optischen Achsen. Somit erleichtert diese Vorrichtung, wenn
sie an einem bewegbaren Apparat, z.B. an einem sich bewegenden Industrieroboter, angebracht ist, eine genaue Prüfung
der Prüffläche 10 und kann dessen Anwendungsgebiet erweitern.
2. Ausführungsform
Die Fig. 7-12 zeigen eine Laser-Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung
20 in einer zweiten Ausführunqsform gemaß der Erfindung, wobei ein zugehöriges Steuergerät jedoch
nicht dargestellt ist. Die Vorrichtung 20 ist an einer am freien Ende eines bewegbaren Armes 18 eines Industrieroboters
befindlichen Befestigungsscheibe 21 mittels einer dieser angepaßten Befestigungsscheibe 6a angebracht.
Die Vorrichtung 20 umfaßt ein an der Befestigungsscheibe 6a gehaltenes Hauptteil 22, einen Neigungsregler 23 im
Hauptteil 22 für das Lasergerät 7 sowie das Laser-Emp-
jc fängergerät 8A und einen flachen, an den Stirnseiten von
zwei Kragarmen 25 befestigten Träger 6. Die Kragarme 25 sind am Hauptteil 22 beweglich gelagert, während der Träger
um eine zu seiner Längsachse parallele Achse θ schwenkbar ist. Des weiteren umfaßt die Vorrichtung 20
2Q einen Achsendrehungsregler 26 für das Lasergerät 7, der
an der Rückseite des Trägers 6 angebracht und in einer zur Ebene des Trägers parallelen Ebene A schwenkbar ist,
das Lasergerät 7, das an einem Ende des Trägers 6 an dessen Frontseite über eine Drehwelle 7b um eine Achse θ ,
«κ die zur Ebene A senkrecht ist, schwenkbar gehalten ist,
das Laser-Empfängergerät 8A, das am anderen frontseitigen Ende des Trägers 6 fest ist, und einen Fehlermarkierer
27, der an der unteren Kante des Trägers in dessen Mitte befestigt ist.
Der Neigungsregler 23 umfaßt, wie Fig. 11 zeigt, einen ersten elektronisch gesteuerten Motor 28 mit einem Tachogenerator
oder -meter 29, ein vom Motor 28 über ein Getriebe 31 gedrehtes treibendes Stirnrad 30, ein mit dem
Stirnrad 30 kämmendes angetriebenes Stirnrad 32, das
eine im Hauptteil 22 gelagerte Welle 33 um die Achse θ drehen kann, die beiden Kragarme 25, die an der Welle 33
befestigt sind, und ein elektronisches Steuersystem für
den ersten Motor 28, das noch beschrieben werden wird. Der erste Motor 28 ist in der Lage, die Winkelstellung
des Trägers 6 einzuregeln. Der vom Neigungsregler 23 ausgeführte Schwenkvorgang wird später erläutert.
Der in Fig. 10 gezeigte Achsendrehungsregler 26 umfaßt einen Tragrahmen 34 mit einem Kragarm 35, einen zweiten
elektronisch gesteuerten Motor 36, der am unteren Ende des Tragrahmens 34 fest angebracht und mit einem Tachogenerator
oder -meter 37 ausgestattet ist, eine sich über die gesamte Länge des Tragrahmens 34 erstreckende, vom
zweiten Motor 36 gedrehte Kugel-Schraubspindel 38, eine durch diese Spindel 38 in der Richtung des Doppelpfeils
B angetriebene Ringmutter 39 und einen Schwenkhebel 40, dessen eines Ende an der am Lasergerät 7 festen Welle 7b
fest angebracht und dessen anderes Ende über einen Schwenkzapfen 41 schwenkbar mit der Ringmutter 39 verbunden
ist. Eine am Kragarm 35 gehaltene Welle 42 kann den Tragrahmen 3 4 in der Ebene A verschwenken, wie in
Fig. 10 angedeutet ist. Der zweite Motor 36 ist in der Lage, die Stellung des Hebels 40 und damit die Winkelstellung
der Welle 7b sowie des Lasergeräts 7 einzuregeln.
Das Laser-Empfängergerät 8A weist einen lichtdurchlässi-2P-gen
Projektions- oder Bildschirm 13, einen lichtundurchlässigen Zylinder 12 und eine Kammer (Aufnahmekammer)
auf. Wie die Fig. 12 zeigt, enthält die Kammer 45 einen Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 sowie einen ersten und
zweiten Lageermittlungs-Zeilensensor 47 und 48, deren Achsen in diesem Fall rechtwinklig zur Achse des Fehlererfassungs-Zeilensensors
46 verlaufen, der fortwährend einen festen, linearen Bezuqsstreifen 13R am Schirm 13
überwacht oder prüft. Der erste und zweite Lageermittlungs-Zeilensensor 47, 48 überwachen fortlaufend die
oc Lage des Spaltbildes SL(S) am Schirm 13, selbst wenn dieoo
ses Spaltbild außerhalb des überwachten Bezugstreifens 13R fällt.
Der Fehlermarkierer 27 sprüht eine bestimmte Farbe in die Nähe eines ermittelten Oberflächenfehlers, um diesen zu
markieren, ohne das Laserlicht LS vom Lasergerät 7 zu stören, wenn das Laser-Empfängergerät 8A eine Vertiefung
oder kleine Erhebung in der Fläche, z.B. der lackierten Oberfläche der der Prüfung unterliegenden Kraftfahrzeugtür
44, feststellt.
Im folgenden werden die beiden oben erwähnten Lage- oder Stellungssteuervorgänge näher erläutert.
Wie die Fig. 9 und 11 zeigen, treibt der erste Motor des Neigungsreglers 23, der in Übereinstimmung mit den
Ausgängen der Lageermittlungs-Zeilensensoren 47 und 48
gesteuert wird, das treibende Stirnrad 30, das getriebene 15
Stirnrad 32, die Welle 33 und das Kraqarmpaar 25 in einer Richtung um die Achse θ , womit der Träger 6 geneigt
wird, d.h., die Neigung e. der von den optischen Achsen L1 und L2 bestimmten Ebene so eingeregelt wird,
daß sie senkrecht zur lackierten Oberfläche 43 ist. Das
bedeutet, daß der Drehungsgrad des ersten Motors 2 8 so geregelt wird, daß die Ebene, in der die optischen Achsen
L1 und L? liegen, rechtwinklig zu der Ebene ist, die eine
Tangente zu dem der Prüfung unterliegenden Punkt auf der lackierten Oberfläche 43 bildet. Einzelheiten bezüglich
der Steuerung des ersten Motors 28 werden noch erläutert werden.
Wie die Fig. 8 und 10 zeigen, treibt der in Übereinstimmung mit den Ausgängen der Lageermittlungs-Zeilensensoren
47 und 48 gesteuerte zweite Motor 36 des Drehachsenreglers 26 die Kugel-Schraubspindel 38 an, womit die
Ringmutter 39 in einer Richtung längs des Doppelpfeils B bewegt wird, die damit gleichzeitig den Tragrahmen 34
in einer entsprechenden Richtung um die Welle 42 verschwenkt und den Hebel 40 sowie das Lasergerät 7 in der
entsprechenden Richtung um die Achse θ der Welle 7b bewegt, die in zwei an der Rückfläche des Trägers 6 befe-
* stigten Tragarmen 49 gelagert und an einer Lasergerät-Halterung
49a fest angebracht ist. Damit bestimmt der gesteuerte Betrieb des zweiten Motors 36 die Ausrichtung
der optischen Achse L1 des Lasergeräts 7, d.h. den Ein-
° fallswinkel 6 . Einzelheiten für die Steuerung des zweiten
Motors 36 werden später beschrieben werden.
Die Anordnung im Innern des Laser-Empfängergeräts 8A wird unter Bezugnahme auf die Fig. 12 erläutert. Ein innerhalb
1^ der Kammer 45 angeordneter Strahlenteiler oder Teilungswürfel 50 ist in der Lage, zerstreutes, durch die Kondensorlinse
11a empfangenes Laserlicht vom Spaltbild SL(S) nahezu gleichförmig zwischen einer ersten Teilungsrichtung U- und einer zweiten, zur ersten Teilungsrichtung
1^ π rechtwinkligen Teilungsrichtung U- aufzuteilen. Der
Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 liegt in der Brennebene der Kondensorlinse 11a und ist an einer ersten Sensorbefestigungsfläche
51 angebracht, die senkrecht zur ersten Teilungsrichtung U- sowie hinter dem Strahlungsteiler 50
angeordnet ist. Der Zeilensensor 46 kann aus 2048 Bildelementen, die aus CCD's oder einer MOS-PDA, d.h. einer
Photodiodenreihe, die parallel zum Spaltbild vom Strahlenteiler 50 ausgerichtet sind, bestehen.
Die Lageermittlungs-Zeilensensoren 47 und 48 sind in der
Brennebene der Kondensorlinse 11a an einer zweiten Sensorbefestigungsfläche
52, die zur ersten Sensorbefestigungsfläche 51 und zur zweiten Teilungsrichtung U_ im
rechten Winkel verläuft sowie an einer Seite des Strahlenteilers 50 ( in Fig. 12 an der rechten Seite) angeordnet
ist, angebracht. Die Lageermittlungs-Zeilensensoren 47, 48 können aus 2048 Bildelementen, die aus CCD's
oder einer MOS-PDA gefertigt sind, bestehen und zueinander parallel angeordnet sein. Die Achsen der Lageermittlungs-Zeilensensoren
47 und 48 sind schräg oder - bei der zweiten Ausführungsform - rechtwinklig zu dem in der Richtung
U2 vom Strahlenteiler 50 projezierten Spaltbild gerichtet.
Die Lageermittlungs-Zeilensensoren 47, 48 überwachen die
Lage und Ausrichtung des Spaltbildes mit Bezug zum Fehlererfassungs-Zeilensensor
46. Die optische Achse L^ des Laser-Empfängergeräts 8A ist auch die der Kondensorlinse
Ha und geht durch die Mitte des Fehlererfassungszeilensensors 46.
Wenn das Spaltbild SL2(F) in derselben Ebene liegt wie
das lichtempfindliche Element des Fehlererfassungs-Zeilensensors 46 (siehe Fig. 14), so fällt das geteilte
Spaltbild SL3(P) auf die mittigen Bildelemente (1024.) der Lageermittlungs-Zeilensensoren 47 und 48.
Der Abstand zwischen den Lageermittlungs-Zeilensensoren !5 47 und 48 wird in Übereinstimmung mit der erwarteten maximalen
Krümmung der lackierten Oberfläche 43 der Kraftfahrzeugtür 44 gewählt, so daß das Spaltbild SL3(P) ohne
Rücksicht auf seine Krümmung und Ausrichtung auf beide Zeilensensoren 47, 48 trifft; je größer die maximal zu
erwartende Krümmung ist, desto kleiner wird der Abstand gewählt.
Die Arbeitsweise des oben beschriebenen Laser-Empfängergeräts 8A wird im folgenden näher erläutert.
Wenn, wie vorher gesagt wurde, das Spaltbild SL(S) innerhalb des überwachten Bezugsstreifens 13R gebildet wird, so
kann der Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 das Vorhandensein von Fehlern 13a feststellen, wie Fig. 4 zeigt.
Überträgt das Lasergerät 7, wie Fig. 13 zeigt, einen
Laser-Spaltstrahl LS1 auf die mit ausgezogenen Linien umrissene
lackierte Oberfläche 43, so wird innerhalb des überwachten Bezugsstreifens ein entsprechendes Spaltbild
SL1(S) gebildet. Wenn das Lasergerät 7 einen Laser-Spaltstrahl
LS2 auf die mit gestrichelten Linien umrissene lackierte Oberfläche 43', die winkelig dreidimensional
aus der Ursprungliehen Lage der Oberfläche 43 um die
χ Winkel οί und β verlagert ist, überträgt, so wird das
Spaltbild SL2(S) zweidimensional vom ursprünglichen Spaltbild SL1(S) verlagert.
Diese zweidimensional Verlagerung des Spaltbildes SL2(S) mit Bezug zum Spaltbild SL1(S) besteht aus einer
translatorischen Versetzung im rechten Winkel zur Länge des Spaltbildes SL1(S) und aus einer winkligen Verlagerung
mit Bezug zum Spaltbild SL. (S).
In diesem Fall können jegliche Änderungen in der Länge des Spaltbildes, die die zweidimensionale Verlagerung
begleiten, unberücksichtigt bleiben.
Wie die Fig. 14 zeigt, erfassen die jeweiligen Lageermittlungs-Zeilensensoren
47 und 48 Kreuzungsbilderzeugungspunkte Q1 und Q2, auf die das in der zweiten Teilungsrichtung U2 übertragene Spaltbild SL2(P) fällt, so daß
damit die Abweichung, d.h. die Lage, des Spaltbildes SL-(S) vom überwachten Bezugsstreifen 13R festgestellt
wird.
Wenn, wie Fig. 15A zeigt, der Achsendrehungsregler 26 einen ursprünglichen Winkel 6 zu einem Winkel S oder
©_ ändert, während die Neigung C zwischen der optischen
Ebene und der Fläche 43 bei 90° festgehalten wird, dann wird das Spaltbild SL(S) in Richtung des Doppelpfeils G1
rechtwinklig zur Hauptachse des überwachten Bezugsstreifens 13R in einem Ausmaß verlagert, das durch die Winkelabweichung
<$ - 6 bestimmt ist.
Ändert der Neigungsregler 23, wie Fig. 15B zeigt, die Neigung t- von 90° zu einem Winkel &., während der Achsendrehungswinkel
& festgehalten wird, so verschiebt sich die strich-punktiert angegebene Achse des Spaltbildes
SL(S) auf dem gestrichelt umrissenen Schirm 13 in Abhängigkeit von der Änderung in der Neigung £-winklig vom überwachten
Bezugsstreifen 13R auf dem mit ausgezogenen Linien umrissenen Schirm 13.
Das bedeutet, daß dann, wenn Änderungen in den räumlichen Lagebeziehungen zwischen dem Lasergerät 7, dem Laser-Empfängergerät
8A und der lackierten Oberfläche 43 die Lage und/oder Ausrichtung des Spaltbildes SL(S) mit Bezug
zum überwachten Bezugsstreifen 13R beeinflussen, die
rotatorischen und translatorischen Verlagerungen als exakte Angaben für den erforderlichen Umfang im Arbeiten
jeweils des ersten Motors 28 des Neigunas-reglers 23 und des zweiten Motors 36 des Achsendrehungsreglers 26
dienen, womit die Neigung £ und der Einfallswinkel o/2
so eingeregelt werden, daß das verlagerte Spaltbild SL(S) zum überwachten Bezugsstreifen 13R zurückgeführt wird.
Wie die Fig. 14 zeigt, stellen die Ausdrücke [1024 - (Q1 + Q2)/2] und (Q1 - Q2) jeweils die rotatorischen
und translatorischen Verlagerungen des Spaltbildes SL2(S) vom überwachten Bezugsstreifen 13R dar. Eine Auswertung
des Ausdrucks [1024 - (Q. + Q„)/2] ergibt die
gewünschte Ausrichtung um die Achse θ des Lasergeräts 7 und die Größe sowie Richtung der Drehung des zweiten Motors
36 des Achsendrehungsreglers 26, die zur Lieferung der geforderten Änderung Δ& erforderlich sind. Eine
Auswertung des Ausdrucks (Q1 - Q2) bestimmt die gewünschte
Ausrichtung des Trägers 6 sowie die Größe und Richtung in der Bewegung des ersten Motors 28 des Neigungsreglers
23, die zur Lieferung der benötigten Änderung Δ£ erforderlich
sind. Durch diese beiden Einregelungen kann das verlagerte Spaltbild SL(S) zurückgeführt werden, so daß es
mit dem überwachten Bezugsstreifen 13R übereinstimmt.
Wenn das Lasergerät 7 einen Laser-Spaltstrahl LS3 auf
eine gekrümmte lackierte Oberfläche 43 wirft, so wird auch, wie Fig. 16 zeigt, das Spaltbild SL3(S) gekrümmt,
so daß es die Lageermittlungs-Zeilensensoren 47 und 48 gc an den Kreuzungsbilderzeugungspunkten Q1 und Q2 schneidet.
Wie schon gesagt wurde, führen der Neigungsregler 23 und der Achsendrehungsregler 26 in Übereinstimmung mit den
Werten [1024 - (Q1 + Q3)/2] und (Q1 - Q3), wie Fig. 17
zeigt, das gekrümmte Spaltbild SL3(S) zum geraden, überwachten
Bezugsstreifen 13R zurück, wobei die mit den Punkten Q1, Q? zusammenfallenden Punkte der Krümmung am
Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 zentriert werden, wie Fig. 18 zeigt.
Das Steuersystem für die Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung
20 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 19 - 23 näher erläutert.
In diesem Steuersystem empfängt eine erste Sensortreiberschaltung 53, die den ersten Lageermittlungs-Zeilensensor
47 treibt, im Ansprechen auf ein Kontroll-Befehlssignal SA von einem Lagesteuergerät 55 eines Steuerteils
56 eine Folge von vom ersten Lageermittlungs-Zeilensensor 47 ausgegebenen ersten Videosignalen. Die erste Sensortreiberschaltung
53 tastet die Ausgänge von allen Sensorbildelementen ab und sendet an das Lagesteuergerät
die dem Kreuzungsbilderzeugungspunkt Q1 (Fig. 14) entsprechende
Adresse, d.h. das Bildeleroent, das die größte Intensität empfängt.
Im einzelnen erkennt die erste Sensortreiberschaltung die größte Bildelementintensität in einem einzelnen Abtastfeld
oder -raster, indem die analogen Intensitätspegel als ein gleitendes Binärbezugssystem verwendet werden,
womit ein einzelner Binärsignalimpuls Q-, der den ermittelten
Kreuzungsbilderzeugungspunkt Q. darstellt, ausgegeben
wird, wie Fig. 20(A) zeigt. Die erste Sensortreiberschaltung 53 erfaßt die vor- oder nachlaufende
- Flanke des Videosignalimpulses Q- oder das Mittel der
vor- und nachlaufenden Flanken des Videosignalimpulses Q- und gibt den entsprechenden Adressenwert Q- aus.
_ Eine zweite Sensortreiberschatlung 54 treibt den zweiten
Lageermittlungs-Zeilensensor 48 und gibt einen in Fig. 20(B) gezeigten Adressenwert Q„ in zur ersten Sensortr«
berschaltung 53 gleichartiger Weise aus.
Eine dritte Sensortreiberschaltung 57 für den Antrieb des Fehlererfassungs-Zeilensensors 46 bei Vorhandensein eines
Kontroll-Befehlssignals SB von einem Fehlererfassungs-Steuergerät 58 des Steuerteils 56 empfängt eine Folge von
dritten Videosignalen vom Fehlererfassungs-Zeilensensor 46. Die dritte Sensortreiberschaltung 57 verarbeitet die
Bildelementausgänge des Fehlererfassungs-Zeilensensors 46 und sendet an das Fehlererfassungs-Steuergerät 58
ein Fehler-Bewertungssignal W, wie in Fig. 20(C) gezeigt ist, und wenn ein Fehler nicht vorhanden ist, dann ist
der Signalwert W=O.
Die dritte Treiberschaltung 57 verwendet dasselbe gleitende Binärsystem wie die erste Treiberschaltung, um
einen einzelnen binären Videosignalimpuls W auszugeben,
der einen erfaßten Oberflächenfehler - wenn vorhanden in einem Prüfstreifenbereich 43 an der lackierten Oberfläche
43 angibt. Die dritte Sensortreiberschaltung 5 7 spricht auf die nachlaufende Flanke und die Breite des
Videosignalimpulses W an und gibt das Fehler-Bewertungssignal in Übereinstimmung mit den Abmessungen des Oberflächenfehlers
ab.
Wie in Fig. 19 gezeigt ist, empfängt ein Servoverstärker 59 ein von einem D/A-Wandler 60 aus einem Achsendrehungs-Einstellwert
D , der vom Lagesteuergerät 55 erzeugt wurde, abgeleitetes Plus- oder Minus-Spannungsregelsignal V .
Der Achsendrehungs-Einstellwert D stellt die gewünschte winklige Korrektur (eine Vektorgröße) des Lasergeräts 7
um seine Achse θ dar. Der Servoverstärker 59 empfängt auch ein Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal vom Tachogenerator
37 und treibt den zweiten Motor 36 des Achsendrehungsreglers 26 an.
In gleichartiger Weise empfängt ein Servoverstärker 61
ein von einem D/A-Wandler 62 aus einem Neigungs-Einstellwert D , der vom Lagesteuergerät 55 erzeugt wurde, abgeleitetes
Plus- oder Minus-Spannungsregelsignal V . Der
Neigungs-Einstellwert D stellt die gewünschte winklige
Korrektur (eine Vektorgröße) des Trägers 6 um seine Achse θ dar. Ferner empfängt der Servoverstärker 61
ein Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal vom Tachogenerator 29 und treibt den ersten Motor 28 des Neigungsreglers 23 an.
Im Ansprechen auf ein Lasererregung-Befehlssignal SL vom Lagesteuergerät 55 erregt ein Hauptstromkreis 63
das Lasergerät 7.
Ein Markierantrieb 64 betätigt im Ansprechen auf ein Markierungs-Befehlssignal SM vom Fehlererfassungs-Steuergerät
58 ein Elektromagnetventil 65, um einem federbelasteten Arbeitszylinder 27a des Fehlermarkierers 27 Druckluft
zuzuführen, so daß der Fehlermarkierer 27 zerstäubte Farbe auf die lackierte Oberfläche 43 sprüht.
Wie aus Fig. 19 zu erkennen ist, umfaßt das Steuerteil 56 das Lagesteuergerät 55, das Fehlererfassungs-Steuergerät
58 sowie die D/A-Wandler 60 und 62.
Das Lagesteuergerät 55 kann ein Mikroprozessor sein.
Er empfängt und verarbeitet nacheinander die Adressenwerte Q1 und Q_, ein Start-Befehlssignal SS, ein Stop-Befehlssignal
ST sowie ein ünterbrechungs-Befehlssignal; es gibt das Kontroll-Befehlssignal SA, das Lasererregung-Befehlssignal
SL, ein Robotbetrieb-Befehlssignal SR, den Achsendrehungs-Einstellwert D , den Neigungs-Einstellwert
D und ein Fehlerermittlungs-Freigabesignal SOK aus. Das Steuergerät 55 (Mikroprozessor) arbeitet in Übereinstimmung
mit einem unter Bezgunahme auf die Fig. 21 und 22 zu erläuternden Programm.
Wenn der bewegbare Arm 18 des Roboters einen vorprogrammierten Punkt, der einem Fehlerermittlungs-Ausgangspunkt
F_ (Fig. 7) über der lackierten Oberfläche 43 entspricht, erreicht, dann wird das Start-Befehlssignal SS ausgegeben.
Erreicht der Arm 18 einen anderen vorprogrammierten Punkt, der dem Fehlerermittlungs-Endpunkt F über der lackierten
Oberfläche 43 entspricht, dann wird das Stop-Befehlssignal
ST ausgegeben. Wenn der Arm 18 einer Prüfungsbahn über die lackierte Oberfläche 43 hinweg folgt, so wird an jedem
Dreh- oder Umkehr-Abtastpunkt - an solchen Punkten wie die Punkte F und F . in Fig. 7 - das Unterbrechungs-Befehlssignal
SE ausgegeben.
IQ Das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 kann ebenfalls ein
Mikroprozessor sein, und es empfängt und verarbeitet in Aufeinanderfolge das Fehler-Bewertungssignal W, ein
Prüfungsbeginn-Befehlssignal SSS sowie ein Prüfungsstop-Befehlssignal SST von einem (nicht gezeigten) Robotsteuerpult,
ein Fehlerermittlungs-Bezugswertsignal £ von einem
(nicht gezeigten) Steuergerät der Oberflächenfehlerermittlungsvorrichtung
20 und das Fehlerermittlungs-Freigabesignal SOK. Das Steuergerät 58 gibt das Kontroll-Befehlssignal
SB sowie das Markierungs-Befehlssignal SM aus, und arbeitet in Übereinstimmung mit dem anhand von Fig.
zu erläuternden Programm.
Das Robotsteuerteil gibt das Prüfungsbeginn- sowie das Prüfungsstop-Befehlssignal SSS bzw. SST zum selben Zeitpunkt
aus, wie das Start- und das Stop-Befehlssignal SS bzw. ST ausgegeben werden.
Die Arbeitsweise des Lagesteuergeräts 55 und des Fehlererfassungs-Steuergeräts
58 werden unter Bezugnahme auf QQ die Fig. 21 - 23 erläutert.
Es sei angenommen, daß der Robotarm 18 von Fig. 7 der vom Fehlerermittlungs-Ausgangspunkt F zum Fehlerermittlungs-Endpunkt
F mit strich-punktierten Linien angegebenen Bahn folgt.
35
35
3615194 -ν- — ■ '"' ■ -Wie
in Fig. 21 gezeigt ist, prüft eine (nicht gezeigte) Zentraleinheit des Lagesteuergeräts 55 im Schritt 1 den
Empfang des Start-Befehlssignals SS vom Robotsteuerpult und geht bei Bestätigung des Empfangs dieses Signals SS
zum Schritt 2 weiter. Das heißt mit anderen Worten, daß das Lagesteuergerät 55 nicht zum Schritt 2 übergehen kann,
bis es das Start-Befehlssignal SS empfängt.
Im Schritt 2 gibt das Lagesteuergerät 55 an die erste sowie zweite Sensortreiberschaltung 53, 54 das Kontroll-Befehlssignal
SA und an den Hauptstromkreis 63 das Lasererregung-Befehlssignal SL aus. Damit sendet das Lasergerät
7 den Laser-Spaltstrahl LS auf die lackierte Oberfläche 43, und die erste sowie zweite Sensortreiberschaltung
53, 54 aktivieren die jeweiligen Lageermittlungs-Zeilensensoren 47 und 48 zur Ausgabe der Adressenwerte Q1
und Q2.
Im Schritt 3 führt das Lagesteuergerät 55 ein aus den Schritten 4 bis 9 bestehendes, in Fig. 22 dargestelltes
Unterprogramm aus. Das Lagesteuergerät 55 empfängt im Schritt 4 die letzten Adressenwerte Q, und Q2. Im Schritt
5 bewertet das Lagesteuergerät 55 den translatorischen Verlagerungsausdruck [1024 - (Q1 + Q2)/2], um den Achsendrehungs-Einstellwert
D abzuleiten. Im Schritt 6 wird durch das Lagesteuergerät 55 der Winkelverlagerungsausdruck
(Q1 - Q2) bewertet, um den Neigungs-Einstellwert
D abzuleiten. Wenn das Spaltbild SL(S) mit dem überwachten Bezugsstreifen 13R übereinstimmt, sind die Adressenwerte
Q. und Q„ beide 1024, während der Achsendrehungs-
und der Neigungs-Einstellwert D bzw. D beide 0 sind.
χ y
Im Schritt 7 gibt das Lagesteuergerät 55 den Achsendrehungs- sowie Neigungs-Einstellwert D und D gleichzeitig
an den jeweiligen D/A-Wandler 60 bzw. 62 aus. Anschließend empfängt das Steuergerät 55 im Schritt 8 neue Adressenwerte Q. und Q_. Im Schritt 9 prüft das Lagesteuergerät
55, ob die neuen Adressenwerte Q- und Q2 beide gleich
1024 sind oder nicht. Im positiven Fall beendet das Lagesteuergerät 55 das Unterprogramm und geht zum Schritt
10 des Hauptprogramms weiter. Sind dagegen die neuen Adressenwerte Q1 und Q2 nicht beide gleich 1024, so geht
das Unterprogramm zum Schritt 4 zurück. Die Schritte 1 bis 9 starten die Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung
20, nachdem der Robotarm 18 den Fehlerermittlunqs-Ausgangspunkt F erreicht hat.
Das Lagesteuergerät 55 gibt im Schritt 10 an das Robotsteuerteil das Robotbetrieb-Befehlssignal SR, so daß der
Roboter beginnen kann, die vorprogrammierte Oberflächenabtastung zu durchlaufen. Im Schritt 11 wiederholt das
Lagesteuergerät 55 das in Fig. 22 dargestellte Unterprogramm.
Im Schritt 12 überprüft das Steuergerät 55 den Empfang des Unterbrechungs-Befehlssignals SE und geht, wenn dieses
nicht vorhanden ist, zum Schritt 13 weiter. Empfängt das Steuergerät jedoch das Unterbrechungs-Befehlssignal SE,
so kehrt es zum Schritt 11 zurück und wiederholt das Unterprogramm von Fig. 22.
Das Lagesteuergerät 55 gibt im Schritt 13 das Fehlerermittlungs-Freigabesignal
SOK an das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 ab, um die Anwendung des Fehlererfassungs-Zeilensensors
46 freizugeben. Somit wird im Schritt 12 bewirkt, daß die Oberflächenfehlererkennung zeitweilig
unwirksam gemacht wird, während eine Laser-Spaltbildpositionierung
durch die Lageermittlungs-Zeilensensoren 47,48 ermöglicht wird, wenn der Arm des Roboters das Ende eines
jeden Schenkels auf der über die zu prüfende Fläche sich erstreckenden Oberflächenabtastbahn erreicht.
g5 Im Schritt 14 prüft das Lagesteuergerät 55 auf einen
Empfang des Stop-Befehlssignals ST vom Robotsteuerteil.
Bei Empfang dieses Befehlssignals ST geht das Steuergerät 55 zum Schritt 15 weiter. Bei Fehlen des Stop-Befehls-
signals ST kehrt das Steuergerät 55 zum Schritt 11 zurück.
Im Schritt 15 unterbricht das Lagesteuergerät 55 die Ausgabe des Kontroll-Befehlssignals SA sowie des Lasererregung-Befehlssignals
SL und beendet das Programm.
Das in den Fig. 21 und 22 gezeigte Steuerprogramm hat die Wirkung, daß das von der lackierten Oberfläche
reflektierte Bild des Laser-Spaltstrahls LS kontinuierlich innerhalb des überwachten Bezugsstreifens auf dem
Schirm 13 gehalten wird, selbst wenn auf Grund verschiedener Faktoren, wie Krümmung der lackierten Oberfläche 43,
die Lagebeziehungen zwischen dem Lasergerät 7, dem Laser Empfängergerät 8A und der lackierten Oberfläche 43 einer
Änderung unterliegen, so daß die Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung
20 gemäß der Erfindung für verschiedene Arten von spiegelnden oder reflektierenden Flächen
anwendbar ist.
Wie die Fig. 23 zeigt, prüft im Schritt 16 eine (nicht gezeigte) Zentraleinheit des Fehlererfassungs-Steuergeräts
58 den Empfang des Prüfungsbeginn-Befehlssignals SSS und geht im positiven Fall zum Schritt 17 weiter. Das
heißt, dass das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 einfach auf den Empfang des Prüfbeginn-Befehlssignals SSS wartet.
Im Schritt 17 gibt das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 das Kontroll-Befehlssignal SB an die dritte Sensortreiberschaltung
57, um eine übertragung des Fehler-Bewertungssignals W zu ermöglichen.
Das Steuergerät 58 wartet im Schritt 18 auf das Fehlerermittlungs-Freigabesignal
SOK vom Lagesteuergerät 55, und bei Empfang dieses Signals SOK geht das Fehlererfassungs-Steuergerät
58 zum Schritt 19 weiter.
3$ "
Im Schritt 19 empfängt das Steuergerät 58 das Fehler-Bewertungssignal
W von der dritten Sensortreiberschaltung 57.
c Im Schritt 20 vergleicht das Steuergerät 58 den Fehler-Bewertunqssignalwert
W mit dem Fehlerermittlungs-Bezugswert X . Ist W| £ , so geht das Steuergerät zum Schritt
21 weiter, während es bei W < £ zum Schritt 18 zurückkehrt.
Das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 gibt im Schritt 21 das Markierungs-Befehlssignal SM an den Markierantrieb
64, womit der Fehlermarkierer 27 den Ort des Oberflächenfehlers kennzeichent.
Im Schritt22 prüft das Steuergerät 58 den Empfang des Prüfungsstop-Befehlssignals SST vom Robotsteuerteil.
Bei Empfang dieses Signals SST geht das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 zum Schritt 23 weiter, während es bei
Fehlen des Signals SST zum Schritt 18 zurückkehrt.
Das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 beendet das Ausgeben des Kontroll-Befehlssignals SB und das Programm von
Fig. 23 im Schritt 23.
3. Ausführungsform
Die Fig. 24 und 25 zeigen eine Anordnung für einen Fehlererfassungs-Zeilensensor 46und für Lageermittlungs-
Zeilensensoren 47 sowie 48 in einer dritten Ausführungs-30
form gemäß der Erfindung. Die Lageermittlungs-Zeilensensoren 47, 48 sind an je einer Seite des Fehlererfassungs-Zeilensensors
46 angeordnet und rechtwinklig zu diesem Sensor 46 ausgerichtet. Die Bezugsachse R des Fehlererfassungs-Zeilensensors
46 kreuzt die mittigen Bildelemente, d.h. die 1024. Bildelemente, der Lageermittlungs-Zeilensensoren
47 und 48. Wie Fig. 25 zeigt, kennzeichnet der Ausdruck [1024 - (Q. + Q-)/2] die translatorische
Verlagerung des Spaltbildes SL3(S) vom überwachten Bezugsstreifen, während der Ausdruck (Q. - Q_) die winklige Verlagerung
des Spaltbildes SL3(S) vom überwachten Bezugsstreifen - wie bei der zweiten Ausführungsform - kenn-
zeichnet. Die dritte Ausführungsform vermeidet die Notwendigkeit für den Strahlenteiler.
Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung kann einen reflektierenden, jedoch streuenden Schirm anstelle
des streuenden lichtdurchlässigen Schirms 13 verwenden. Bei einer noch anderen Ausführungsform kann ein Laser-Punktstrahl
zur Anwendung kommen. Des weiteren kann bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung anstelle des
Zeilensensors ein Flächensensor ohne Rücksicht auf die Art des angewendeten Laserstrahls zum Einsatz kommen, um
die Anforderungen in bezua auf genau geregelte Prüfungsbedingungen
noch weiter zu mäßigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung
ortsfest, während die Kraftfahrzeugtür 44 bewegbar ist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die optische Achse des Laser-Empfangsgeräts bewegbar, um die Achsendrehungs-Versetzung
S zu justieren, während die optische Achse des Lasergeräts ortsfest ist.
Ferner umfaßt bei einer weiteren Ausführungsform eine an der Welle 7b schwenkbar angebrachte Vorr-ichtung
nur ein Objektivsystem, das dazu dient, den Laserstrahl in einen Laser-Spaltstrahl umzuwandeln. Der Laserstrahl
wird dem Objektivsystem durch eine optische Faser zugeleitet, so daß eine kompaktere Oberflächenfehlererfassungsvorrichtung
erhalten werden kann.
Die Erfindung ist auf lackierte Oberflächen einer Fahrzeugkarosserie
oder auf andere spiegelnde Oberflächen anwendbar.
Des weiteren sind der Neigungs- und der Achsendrehungsregler nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Konstruktionen
begrenzt, vielmehr kann jegliche Vorrichtung, die in der Lage ist, die Neigung £ und die
winklige Achsenversetzung <6 einzustellen, zur Anwendung
kommen.
Claims (12)
1. Verfahren zur Ermittlung von Fehlern in der Oberfläche eines geprüften Objekts, gekennzeichnet durch die
Schritte:
- übertragen eines Laserstrahls von bekannter Gestaltung
auf eine spiegelnde Oberfläche des geprüften Objekts, - Projizieren eines von der Oberfläche reflektierten
Laserstrahls auf einen Lichtstreuungsschirm sowie Ausbilden einer Abbildung der Oberfläche auf dem
Schirm und
- Ermitteln der Gestaltung des zerstreuten Laserstrahls in bezug auf die Abbildung in einer festen räumlichen
Lagebeziehung mit dem Schirm.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schirm im wesentlichen zweidimensional ist. 35
3. Verfahren nach Anspruch Γ, dadurch gekennzeichnet, daß
die bekannte Ausgestaltung ein Spalt ist.
4. Vorrichtung zur Ermittlung von Oberflächenfehlern,
gekennzeichnet
- durch eine einen Laser-Spaltstrahl auf eine spiegelnde Oberfläche (10, 43) eines zu prüfenden Objekts
(44) übertragende Einrichtung (7),
- durch einen Lichtstreuungsschirm (13), auf den der jQ Laserspaltstrahl von der Oberfläche (10, 43) zur
Ausbildung einer Abbildung der Oberfläche auf dem Schirm (13) projiziert wird,
- durch einen Fehlererfassungs-Bildsensor (11b, 46) , der in fester räumlicher Lagebeziehung zum Schirm
jg (13) angeordnet und zur Überwachung eines vorbestimmten
Teils (13R) des Schirms (13) imstande ist,
- durch eine in fester räumlicher Lagebeziehung zum Schirm (13) angeordnete, die Lage der Abbildung der
Oberfläche (10, 43) mit Bezug zum vorbestimmten Teil
no (13R) des Schirms ermittelnde Einrichtung (47, 48),
- durch eine den von den Achsen (L-, L2) der den Laser-Spaltstrahl
übertragenden Einr-ichtung (7) und dem Fehler-Erfassungs-Bildsensor (46) eingeschlossenen
Winkel in Übereinstimmung mit dem Ausgang der Lageermittlungseinrichtung
(47, 48) einregelnde Einrichtung (26) und
- durch eine die Neigung der von den Achsen (L1, L2)
der den Laser-Spaltstrahl übertragenden Einrichtung (7) und des Fehlererfassungs-Bildsensors (46) be-
„0 stimmten Ebene mit Bezug zur Oberfläche (10, 43) in
Übereinstimmung mit dem Ausgang der Lageermittlungseinrichtung (47, 48) einregelnde Einrichtung (23).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlererfassungs-Bildsensor (46) ein Fehlererfassungs-Zeilensensor
und zur Überwachung eines Bezugsstreifens (13R) des Schirms (13) in der Lage ist und
daß die Lageermittlungseinrichtung (47, 48) zwei Lageermittlungs-Zeilensensoren
umfaßt, wobei die Achse des Fehlererfassungs-Zeilensensors (46) schräg zu den
Achsen der Lageermittlungs-Zeilensensoren (47, 48) liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lageermittlungs-Zeilensensoren (47, 48) in der gleichen Ebene wie der Fehlererfassungs-Zeilensensor
(46) und an dessen gegenüberliegenden Enden angeordnet ig sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Strahlenteiler (50), der den vom Schirm (13) zerstreuten
Laserstrahl auf zwei unterschiedliche Richtungen (U1, U2) aufteilt, wobei der erste aufgeteilte Laserstrahl
auf den Fehlererfassungs-Zeilensensor (46) und der zweite aufgeteilte Laserstrahl auf die Lageermittlungs-Zeilensensoren
(47, 48) gerichtet ist.
8. Vorrichtung anch Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageermittlungs-Zeilensensoren (47, 48) in
einer zur Ebene des Fehlererfassungs-Zeilensensors (46) schiefwinkligen Ebene liegen und daß der Abstand zwischen
den Lageermittlungs-Zeilensensoren durch die ma-
2= ximale Krümmung der Prüffläche (10, 43) bestimmt
ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (13) im wesentlichen
zweidimensional ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (13) aus einem lichtdurchlässigen
Material gebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lageermittlungs-Zeilensensoren (47, 48) aus
einer Vielzahl von Bildelementen gebildet sind, von denen jedes eine einfallende Lichtstärke in ein entsprechendes
elektrisches Signal umsetzt, daß die Achse des Fehlererfassungs-Zeilensensors (46) in einer die
mittigen Bildelemente beider Lageermittlungs-Zeilensensoren (47, 48) enthaltenden Ebene liegt, daß die
Winkelregeleinrichtung (26) den Achsenwinkel auf der Grundlage eines mittleren Abstandes der Abbildung von
den mittigen Bildelementen bestimmt und daß die Neigungsregeleinrichtung (23) die Neigung auf der Grundlage
der mittleren Neigung der Abbildung mit bezug zum Fehlererfassungs-Zeilensensor (46) festsetzt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet
- durch eine erste Sensortreiberschaltung (53) , die
die Ausgänge von allen Bildelementen eines ersten Lageermittlungs-Zeilensensors (47) abtastet, das
Bildelement mit dem stärkst einfallenden Licht feststellt und einen entsprechenden, den Ort von einem
Punkt der Abbildung wiedergebenden Adressenwert ausgibt,
- durch eine zweite Sensortreiberschaltung (54), die die Ausgänge von allen Bildelementen des anderen
Lageermittlungs-Zeilensensors (48) abtastet, das Bildelement mit dem stärkst einfallenden Licht
feststellt und einen entsprechenden, einen zweiten Punkt der Abbildung wiedergebenden Adressenwert ausgibt,
und
- durch ein Lagesteuergerät (55), das von einem Mikroprozessor gebildet ist und den mittleren AbBtandssowie
den mittleren Neigungswert ableitet.
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