DE3515194C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 genannten Art.

Bei einem solchen Verfahren sowie einer solchen Vorrichtung, wie sie der DE-OS 28 42 600 zu entnehmen sind, wird ein Laserstrahl auf die Metalloberfläche eines zu untersuchenden Metallrohres gerichtet, wobei er von dieser Oberfläche in Abhängigkeit von vorhandenen Oberflächenfehlern teilweise zerstreut reflektiert wird, während ein anderer Teil von der Oberfläche in Übereinstimmung mit dem Reflexionsgesetz an einen hier als Filter bezeichneten Lichtzerstreuungs-Schirm reflektiert wird, hinter dem lichtempfindliche Elemente vorgesehen sind, die nach Maßgabe der Intensität der auf dem Lichtzerstreuungs-Schirm auftreffenden Lichtstrahlen elektrische Ausgangssignale erzeugen. Diese werden an eine Signalverarbeitungseinrichtung gegeben, um das auf dem Schirm erzeugte Bild hinsichtlich seiner Lage und Lichtintensität auswerten zu können. Dadurch können Oberflächenfehler hinsichtlich ihrer Lage und Größe auf der Metalloberfläche festgestellt werden.

Aus der DE-AS 28 16 986 ist eine Vorrichtung zum Aufsuchen von Oberflächenfehlern auf laufenden Bändern bekannt, wozu ein mit Hilfe einer herkömmlichen Lichtquelle sowie einer Blende erzeugtes Strahlenbündel einer rechteckigen Konfiguration auf die Oberfläche geworfen wird. Die von der Oberfläche reflektierten Strahlen erzeugen auf einer weiteren Oberfläche ein Abbild der rechteckigen Konfiguration, die in Abhängigkeit von eventuellen Oberflächenfehlern verfälscht wird. Dieses Abbild kann mit einer üblichen Lichtaufnahmeeinrichtung abgetastet werden.

Aus der DE-OS 31 08 234 ist ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität von Kraftfahrzeug-Scheiben durch optische Beobachtung von Streuung, Reflexion und Brechung von Licht an Kratzern und Verunreinigungen der Scheibe bekannt. Dabei wird das an der Scheibe gestreute, reflektierte und gebrochene Licht ausgewertet.

Aus der GB-PS 21 26 112 ist eine Oberflächenfehler-Ermittlungsvorrichtung für konvexe Objekte bekannt, die ein Gerät zur Übertragung eines sichtbaren Lichtstrahls auf eine konvexe Prüffläche eines Objektes, eines Projektions- oder Bildschirm, auf den der sichtbare Lichtstrahl von der konvexen Prüffläche zurückgeworfen wird, wobei der Schirm ein entsprechendes Bild projiziert, und einen Bildführer umfaßt, der das Bild am Schirm aufnimmt sowie das Vorhandensein oder Fehlen von Fehlern in der konvexen Prüffläche anzeigt.

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 kann daher eine genaue Oberflächenprüfung nicht ausführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 genannten Art so weiterzubilden, daß in einfacher Weise Oberflächenfehler eines zu prüfenden Objekts auch dann zuverlässig feststellbar sind, wenn die Oberfläche gekrümmt ist, d. h., dreidimensionale Abmessungen hat.

Bei einem Verfahren sowie einer Vorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, daß mit Hilfe einer Abweichungs-Erfassungseinrichtung jeweils festgestellt wird, ob das auf dem Schirm abgebildete Bild der Oberfläche, das infolge der bestimmten Konfiguration des Laserstrahls ebenfalls eine ganz bestimmte Konfiguration hat, bezüglich seiner Lage von einem bestimmten Teilbereich des Schirmes abweicht, wobei dieser bestimmte Teilbereich des Schirmes vorzugsweise die gleiche bestimmte Konfiguration wie die des Laserstrahls hat. Wird eine solche Abweichung des Bildes der Oberfläche auf dem Schirm von dem bestimmten Teilbereich des Schirmes festgestellt, so werden mit Hilfe von einer Winkeleinstelleinrichtung und einer Neigungseinstelleinrichtung der Achsenwinkel zwischen den optischen Achsen des Laserstrahls und der Oberflächenfehler-Erfassungseinrichtung sowie die Neigung einer Ebene, in der die genannten optischen Achsen liegen, bezüglich der Oberfläche des zu prüfenden Objektes eingestellt oder nachgestellt, bis das auf dem Schirm abgebildete Bild der Oberfläche wieder in dem bestimmten Teilbereich des Schirmes liegt, also in diesen bestimmten Teilbereich des Schirmes hineingeschoben wurde. Mit Hilfe der Erfindung können daher auch solche Oberflächen auf eventuelle Oberflächenfehler hin untersucht werden, die in unterschiedlicher Weise gekrümmt sind und fortlaufend durch Relativbewegung zwischen Objekt und der den Laserstrahl übertragenden Einrichtung sowie der Oberflächenfehler-Erfassungseinrichtung überprüft werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein herkömmliches Ausführungsbeispiel sowie Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Laser-Oberflächenfehler- Ermittlungssystems der bisher verwendeten Art;

Fig. 2 eine Frontansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Laser-Oberflächenfehler-Ermittlungsvorrichtung;

Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Hauptteils der Vorrichtung der Fig. 2 und 3;

Fig. 5 das Ausgangssignal eines Zeilensensors;

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der prinzipiellen Arbeitsweise der Laser- Oberflächenfehler-Ermittlungsvorrichtung;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels ohne das zugehörige Steuersystem;

Fig. 8 eine Frontansicht der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung ohne die Fehlermarkiereinrichtung;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Vorrichtung der 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-Empfängergerätes;

Fig. 13 eine schematische Darstellung der durch eine dreidimensionale Verlagerung einer lackierten Oberfläche hervorgerufenen zweidimensionalen Verlagerung eines Spaltbildes auf einem Schirm;

Fig. 14 eine schematische Darstellung der Lageerfassung des Spaltbildes durch Lageerfassungs-Zeilensensoren;

Fig. 15A eine schematische Darstellung zu parallelen zweidimensionalen Verlagerungen des Spaltbildes, wenn eine Neigung ε fest ist, während sich die Achsendrehung δ verändert;

Fig. 15B eine schematische Darstellung zu winkligen zweidimensionalen Verlagerungen, wenn die Achsendrehung δ fest ist, während sich die Neigung ε verändert;

Fig. 16 eine schematische Darstellung der Abbildung eines gekrümmten Spaltbildes einer der Prüfung unterliegenden lackierten Oberfläche auf dem Schirm;

Fig. 17 eine schematische Darstellung der Lageerfassung des in Fig. 16 gezeigten gekrümmten Spaltbildes durch Lageerfassungs-Zeilensensoren;

Fig. 18 eine schematische Darstellung der Lage des Spaltbildes innerhalb eines geprüften Bezugsstreifens am Schirm;

Fig. 19 ein Blockschaltbild eines Steuersystems für die Laser-Oberflächenfehler-Erfassungsvorrichtung der Fig. 7;

Fig. 20 ein Signaldiagramm der Ausgangssignale einer ersten, zweiten und dritten Sensortreiberschaltung;

Fig. 21 einen Hauptprogramm-Ablaufplan eines in Fig. 19 gezeigten Lagesteuergerätes;

Fig. 22 einen Unterprogramm-Ablaufplan des in Fig. 19 gezeigten Lagesteuergerätes;

Fig. 23 einen Programmablaufplan eines in Fig. 19 gezeigten Laser-Oberflächenfehler-Erfassungs-Steuergeräts;

Fig. 24 eine perspektivische Darstellung des Inneren eines Laser-Empfangsgerätes bei einem dritten Ausführungsbeispiel und

Fig. 25 eine schematische Darstellung des Lageerfassungs- Zeilensensoren bei dem dritten Ausführungsbeispiel.

Ein bisheriges System zur Ermittlung von Oberflächenfehlern umfaßt 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 entsprechendes 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 Ausgangssignal der Laser-Photodiode 5 zeigen. Änderungen im elektrischen Ausgangssignal geben Fehler an der Prüffläche 2 an.

Dieses bekannte automatische Laser-Oberflächenfehler-Ermittlungssystem erfordert jedoch eine 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 ± 15′) 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 Oberflächenfehler-Ermittlungsvorrichtung mit einem komplizierten dreidimensionalen Positioniermechanismus notwendig, um diese Bedingungen zu erfüllen, und trotz allem ist sie für Verfahren nicht geeignet, bei denen eine sich bewegende Oberflächenfehler-Ermittlungsvorrichtung die Prüffläche 2 abtastet. Diese Prüftechnik 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.

1. Ausführungsbeispiel

Die Laser-Oberflächenfehler-Erfassungsvorrichtung umfaßt einen Träger 6 mit einer Befestigungsplatte 6 a 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 zwischen den optischen Achsen L₁ und L₂ des Lasergerätes 7 und des Laser-Empfängergeräts 8 ist mit δ bezeichnet. Die jeweiligen optischen Achsen L₁ bzw. L₂ des Lasergeräts 7 und des Laser-Empfängergeräts 8 sind je unter einem Winkel δ/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 7 a, das in der Lage ist, den Laserstrahl vom He-Ne-Laser in Laserstrahlen LST mit einer spaltförmigen Querschnittsfläche umzuwandeln. Der Spalt erweitert sich in der Ausbreitungsrichtung. Alternativ kann der Laserstrahl einen punktförmigen Querschnitt haben, der durch einen sich drehenden Polygonspiegel hin und her (abtastend) geführt wird, um einen zeitkonstanten Spalt nachzubilden.

Das Laser-Empfängergerät 8 umfaßt eine Kammer 11 und einen lichtdurchlässigen Zylinder 12. In der Kammer 11 sind eine Kondensorlinse 11 a und ein Zeilensensor 11 b, der aus einer Reihe von Photoelementen, z. B. Ladungsverschiebungselementen (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 11 b ist innerhalb der Kammer 11 an einem bestimmten Ort befestigt, um fortwährend einen festen Bezugsstreifen als vorgegebenen Teilbereich am Schirm 13 zu überwachen oder zu prüfen, auf den erwartungsgemäß der vom Lasergerät 7 kommende und von der Prüffläche 10 reflektierte Laserstrahl LST fallen soll.

Der Schirm 13 liegt in der einen Brennebene der Kondensorlinse 11 a 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 Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise. Wenn, wie Fig. 4 zeigt, die Prüffläche 10 irgendwelche Oberflächenfehler 10 a hat, z. B. Vertiefungen oder kleine Erhebungen, so wird der vom Lasergerät 7 kommende, auf die Prüffläche 10 auftreffende Laserstrahl LST durch den Oberflächenfehler 10 a zerstreut und auf den Schirm 13 fallen, womit auf den Schirm ein gestrecktes oder erweitertes Spaltbild SL(S) mit einer dem Oberflächenfehler 10 a entsprechenden Unterbrechung an einem Punkt 13 a projiziert wird. Der das aus dem vom Schirm 13 zerstreuten Laserlicht SC (siehe Fig. 6) gebildete Spaltbild SL(S) aufnehmende Zeilensensor 11 b gibt eine Folge von elektrischen Impulsen ab, in denen sich der Oberflächenfehler 10 a in einem Ausgangssignal 14 mit niedrigem Pegel widerspiegelt, wie Fig. 5 zeigt. Für die Kondensorlinse 11 a sind keine Scharfeinstellungen bezüglich der Prüffläche 10 erforderlich. Das auf den Schirm 13 projizierte erweiterte Spaltbild SL(S) steigert das Auflösungsvermögen des Laser-Empfängergeräts 8 in bezug auf den Oberflächenfehler 10 a. Da der Zeilensensor 11 b den zerstreuten Laserstrahl SC durch die Kondensorlinse 11 a empfängt, kann das Laser-Empfängergerät 8 Oberflächenfehler 10 a in der Prüffläche 10 innerhalb der Kapazität der Kondensorlinse 11 a erfassen, selbst wenn sich die Wege (Strahlengänge) des auf den Schirm 13 fallenden reflektierten Laserstrahls innerhalb des durch die Wege S₁-S₄ abgegrenzten Bereichs (siehe Fig. 6) auf Grund von Änderungen in den Richtungslagebeziehungen zwischen dem Lasergerät 7, dem Laser-Empfängergerät 8 und der Prüffläche 10 verändern. Das setzt die Notwendigkeit für eine genaue Einstellung der optischen Achsen des Lasergeräts 7 und des Laser-Empfängergeräts 8 bezüglich der Prüffläche 10 herab und ersetzt die dreiachsige Justierung zwischen dem Prüfpunkt, einem Lasergerät und einem Laser-Empfängergerät bei bekannten Vorrichtungen durch eine zweiachsige Justierung zwischen dem zweidimensionalen Spaltbild SL(S) und dem Zeilensensor 11 b.

Die Vorrichtung vermindert die Toleranzen in den Überprüfungsbedingungen wie auch die besonderen baulichen Einzelheiten der Zusatzausrüstung für die Einstellung oder Justierung der optischen Achsen. Somit erleichtert die 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. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 7-12 zeigen eine weitere Laser-Oberflächenfehler-Erfassungsvorrichtung, 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 6 a angebracht.

Die Vorrichtung 20 umfaßt ein an der Befestigungsscheibe 6 a gehaltenes Hauptteil 22, einen Neigungsregler 23 im Hauptteil 22 für das Lasergerät 7 sowie das Laser-Empfängergerät 8 A und einer 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 R _y schwenkbar ist. Des weiteren umfaßt die Vorrichtung 20 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 7 b um eine Achse R _x , die zur Ebene A senkrecht ist, schwenkbar gehalten ist, das Laser-Empfängergerät 8 A, 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 29, ein vom Motor 28 über ein Getriebe 31 angetriebenes Stirnrad 30, ein mit dem Stirnrad 30 kämmendes Stirnrad 32, das eine im Hauptteil 22 gelagerte Welle 33 um die Achse R _y 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 kann die Winkelstellung des Trägers 6 einregeln. 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 37 ausgestattet ist, eine sich über die gesamte Länge des Tragrahmens 34 erstreckende, vom zweiten Motor 36 gedrehte Kugel-Schraubenspindel 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 7 b 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 34 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 7 b sowie des Lasergeräts 7 einzuregeln.

Das Laser-Empfängergerät 8 A weist einen lichtdurchlässigen Schirm 13, einen lichtundurchlässigen Zylinder 12 und eine Kammer 45 auf. Wie Fig. 12 zeigt, enthält die Kammer 45 einen Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 sowie einen ersten und zweiten Lageerfassungs-Zeilensensor 47 und 48, deren Achsen in diesem Fall rechtwinklig zur Achse des Fehlererfassungs- Zeilensensors 46 verlaufen, der fortwährend einen festen, linearen Bezugsstreifen 13 R am Schirm 13 überwacht. Der erste und zweite Lageerfassungs- Zeilensensor 47, 48 überwachen fortlaufend die Lage des Spaltbildes SL(S) am Schirm 13, selbst wenn dieses Spaltbild außerhalb des den überwachten vorgegebenen Teilbereichs darstellenden Bezugsstreifens 13 R fällt. Der Fehlermarkierer 27 sprüht eine bestimmte Farbe in die Nähe eines ermittelten Oberflächenfehlers, um diesen zu markieren, ohne den Laserstrahl LS vom Lasergerät 7 zu stören, wenn das Laser-Empfängergerät 8 A eine Vertiefung oder kleine Erhebung in der Fläche, z. B. der lackierten Oberfläche der zu prüfenden Kraftfahrzeugtür 44, feststellt.

Im folgenden werden die beiden oben erwähnten Lage- oder Stellungssteuervorgänge näher erläutert.

Wie Fig. 9 und 11 zeigen, treibt der erste Motor 28 des Neigungsreglers 23, der in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen der Lageerfassungs-Zeilensensoren 47 und 48 gesteuert wird, das treibende Stirnrad 30, das getriebene Stirnrad 32, die Welle 33 und die Kragarme 25 in einer Richtung um die Achse R _y , womit der Träger 6 geneigt wird, d. h., die Neigung ε der von den optischen Achsen L₁ und L₂ bestimmten Ebene so eingeregelt wird, daß sie senkrecht zur lackierten Oberfläche 43 liegt. Das bedeutet, daß der Drehungsgrad des ersten Motors 28 so geregelt wird, daß die Ebene, in der die optischen Achsen L₁ und L₂ 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.

Wie Fig. 8 und 10 zeigen, treibt der in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen der Lageerfassungs-Zeilensensoren 47 und 48 gesteuerte zweite Motor 36 des Achsendrehungsreglers 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 R _x der Welle 7 b bewegt, die in zwei an der Rückfläche des Trägers 6 befestigten Tragarmen 49 gelagert und an einer Lasergerät- Halterung 49 a fest angebracht ist. Damit bestimmt der gesteuerte Betrieb des zweiten Motors 36 die Ausrichtung der optischen Achse L₁ des Lasergeräts 7, d. h. den Einfallswinkel δ. Einzelheiten für die Steuerung des zweiten Motors 36 werden später beschrieben.

Die Anordnung im Innern des Laser-Empfängergeräts 8 A wird anhand der Fig. 12 erläutert. Ein innerhalb der Kammer 45 angeordneter Strahlenteiler 50 kann zerstreutes, durch die Kondensorlinse 11 a empfangenes Laserlicht vom Spaltbild SL(S) nahezu gleichförmig zwischen einer ersten Teilungsrichtung U₁ und einer zweiten, zur ersten Teilungsrichtung U₁ rechtwinkligen Teilungsrichtung U₂ aufteilen. Der Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 liegt in der Brennebene der Kondensorlinse 11 a und ist an einer ersten Sensorbefestigungsfläche 51 angebracht, die senkrecht zur ersten Teilungsrichtung U₁ sowie hinter dem Strahlenteiler 50 angeordnet ist. Der Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 kann aus 2048 Bildelementen, die aus CCD's oder einer MOS-PDA, d. h. einer Photodiodenreihe, die parallel zum Spaltbild vom Strahlenteller 50 ausgerichtet sind, bestehen.

Die Lageerfassungs-Zeilensensoren 47 und 48 sind in der Brennebene der Kondensorlinse 11 a an einer zweiten Sensorbefestigungsfläche 52, die zur ersten Sensorbefestigungsfläche 51 und zur zweiten Teilungsrichtung U₂ im rechten Winkel verläuft sowie an einer Seite des Strahlenteilers 50 (in Fig. 12 an der rechten Seite) angeordnet ist, angebracht. Die Lageerfassungs-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 Laeerfassungs- Zeilensensoren 47 und 48 sind schräg oder - bei der zweiten Ausführungsform - rechtwinklig zu dem in der Richtung U₂ vom Strahlenteller 50 projizierten Spaltbild gerichtet. Die Lageerfassungs-Zeilensensoren 47, 48 überwachen die Lage und Ausrichtung des Spaltbildes in bezug zum Fehlererfassungs- Zeilensensor 46. Die optische Achse L₂ des Laser-Empfängergeräts 8 A ist auch die der Kondensorlinse 11 a und geht durch die Mitte des Fehlererfassungs- Zeilensensors 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 SL₂ (P) auf die mittigen Bildelemente (1024.) der Lageerfassungs-Zeilensensoren 47 und 48.

Der Abstand zwischen den Lageerfassungs-Zeilensensoren 47 und 48 wird in Übereinstimmung mit der erwarteten maximalen Krümmung der lackierten Oberfläche 43 der Kraftfahrzeugtür 44 gewählt, so daß das Spaltbild SL₂ (P) ohne Rücksicht auf seine Krümmung und Ausrichtung auf beide Lageerfassungs- 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 8 A wird im folgenden näher erläutert.

Wenn, wie vorher gesagt wurde, das Spaltbild SL(S) innerhalb des den vorbestimmten Teilbereich darstellenden Bezugsstreifen 13 R abgebildet wird, so kann der Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 das Vorhandensein von Fehlern 13 a feststellen, wie Fig. 4 zeigt.

Überträgt das Lasergerät 7, wie Fig. 13 zeigt, einen Laserstrahl LS₁ auf die mit ausgezogenen Linien umrissene lackierte Oberfläche 43, so wird innerhalb des vorbestimmten Teilbereichs ein entsprechendes Spaltbild SL₁(S) gebildet. Wenn das Lasergerät 7 einen Laserstrahl LS₂ auf die mit gestrichelten Linien umrissene lackierte Oberfläche 43′, die winkelig dreidimensional aus der ursprünglichen Lage der Oberfläche 43 um die Winkel α und β verlagert ist, überträgt, so wird das Spaltbild SL₂(S) zweidimensional vom ursprünglichen Spaltbild SL₁(S) verlagert.

Diese zweidimensionale Verlagerung des Spaltbildes SL₂(S) in bezug zum Spaltbild SL₁(S) besteht aus einer translatorischen Versetzung im rechten Winkel zur Länge des Spaltbildes SL₁(S) und aus einer winkligen Verlagerung in bezug zum Spaltbild SL₁(S).

In diesem Fall können jegliche Änderungen in der Länge des Spaltbildes, die die zweidimensionale Verlagerung begleiten, unberücksichtigt bleiben.

Wie Fig. 14 zeigt, erfassen die jeweiligen Lageerfassungs- 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 SL₂(S) vom vorbestimmten Teilbereich festgestellt wird.

Wenn, wie Fig. 15A zeigt, der Achsendrehungsregler 26 einen ursprünglichen Winkel δ₀ zu einem Winkel δ₁ oder δ₂ ändert, während die Neigung ε zwischen der optischen Ebene und der Oberfläche 43 bei 90° festgehalten wird, wird das Spaltbild SL(S) in Richtung des Doppelpfeils G₁ rechtwinklig zur Hauptachse des Teilbereichs (Bezugsstreifen 13 R) in einem Ausmaß verlagert, das durch die Winkelabweichung δ₀-δ bestimmt ist.

Ändert der Neigungsregler 23, wie Fig. 15B zeigt, die Neigung ε von 90° zu einem Winkel ε₁, während der Achsendrehungswinkel δ 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 ε winklig vom Teilbereich 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 8 A und der lackierten Oberfläche 43 die Lage und/oder Ausrichtung des Spaltbildes SL(S) im bezug zum Teilbereich (Bezugsstreifen 13 R) beeinflussen, die rotatorischen und translatorischen Verlagerungen als exakte Angaben für den erforderlichen Umfang des Arbeitens jeweils des ersten Motors 28 des Neigungsreglers 23 und des zweiten Motors 36 des Achsendrehungsreglers 26 dienen, womit die Neigung ε und der Einfallswinkel δ/2 so eingeregelt werden, daß das verlagerte Spaltbild SL(S) zum überwachten Bezugsstreifen 13 R 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 Teilbereich Bezugsstreifen 13 R) dar. Eine Auswertung des Ausdrucks [1024 - (Q₁ + Q₂)/2] ergibt die gewünschte Ausrichtung um die Achse R _x des Lasergeräts 7 und die Größe sowie Richtung der Drehung des zweiten Motors 36 des Achsendrehungsreglers 26, die zur geforderten Änderung Δ 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 benötigten Änderung Δ ε erforderlich sind. Durch diese beiden Einregelungen kann das verlagerte Spaltbild SL(S) zurückgeführt werden, so daß es mit dem Teilbereich (Bezugsstreifen 13 R) übereinstimmt.

Wenn das Lasergerät 7 einen Laserstrahl SL₃ auf eine gekrümmte lackierte Oberfläche 43 wirft, so wird auch, wie Fig. 16 zeigt, das Spaltbilde SL₃ (S) gekrümmt, so daß es die Lageerfassungs-Zeilensensoren 47 und 48 an den Kreuzbilderzeugungspunkten Q₁ und Q₂ schneidet. Wie schon gesagt wurde, führen der Neigungsregler 23 und der Achsendrehungsregler 26 in Übereinstimmung mit den Werten [1024 - (Q₁ + Q₂)/2] und (Q₁ - Q₂), wie Fig. 17 zeigt, das gekrümmte Spaltbild SL₃ (S) zum geraden vorbestimmten Teilbereich (Bezugsstreifen 13 R) zurück, wobei die mit den Punkten Q₁, Q₂ zusammenfallenden Punkte der Krümmung am Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 zentriert werden, wie Fig. 18 zeigt.

Das Steuersystem für die Vorrichtung 20 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 19-23 näher erläutert.

In diesem Steuersystem empfängt eine erste Sensortreiberschaltung 53, die den ersten Lageerfassungs-Zeilensensor 47 treibt, im Ansprechen auf ein Befehlssignal SA von einem Lagesteuergerät 55 eines Steuerteils 56 eine Folge von vom ersten Lageerfassungs-Zeilensensor 47 ausgegebenen ersten Videosignalen. Die erste Sensortreiberschaltung 53 tastet die Ausgangssignale von allen Sensorbildelementen ab und sendet an das Lagesteuergerät 55 die dem Kreuzungsbilderzeugungspunkt Q₁ (Fig. 14) entsprechende Adresse, d. h. das Bildelement, das die größte Intensität empfängt.

Im einzelnen erkennt die erste Sensortreiberschaltung 53 die größte Bildelementintensität in einem einzelnen Abtastfeld oder -raster, indem die analogen Intensitätspegel als ein gleitendes Binärbezugssystem verwendet werden, womit ein einzelner Videosignalimpuls, der den ermittelten Kreuzungsbilderzeugungspunkt Q₁ darstellt, ausgegeben wird, wie Fig. 20(A) zeigt. Die erste Sensortreiberschaltung 53 erfaßt die vor- oder nachlaufende Flanke dies mit Q₁ gekennzeichneten oder das Mittel der vor- und nachlaufenden Flanken des Videosignalimpulses und gibt dem den Kreuzungsbilderzeugungspunkt Q₁ entsprechenden Adressenwert aus.

Eine zweite Sensortreiberschaltung 54 treibt den zweiten Lageerfassungs-Zeilensensor 48 und gibt einen in Fig. 20(B) gezeigten Adressenwert für den Kreuzungsbilderzeugungspunkt Q₂ in zur ersten Sensortreiberschaltung 53 gleichartigen Weise aus.

Eine dritte Sensortreiberschaltung 57 für den Antrieb des Fehlererfassungs-Zeilensensors 46 bei Vorhandensein eines 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 Bildelement-Ausgangssignale 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 = 0.

Die dritte Sensortreiberschaltung 57 verwendet dasselbe gleitende Binärsystem wie die erste Sensortreiberschaltung, um einen einzelnen binären Videosignalimpuls W auszugeben, der einen erfaßten Oberflächenfehler - wenn vorhanden - in einem zu prüfenden Bereich an der lackierten Oberfläche 43 angibt. Die dritte Sensortreiberschaltung 57 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 _x , der vom Lagesteuergerät 55 erzeugt wurde, abgeleitetes Plus- oder Minus-Spannungsregelsignal V _x . Der Achsendrehungs-Einstellwert D _x stellt die gewünschte winklige Korrektur (eine Vektorgröße) des Lasergeräts 7 um seine Achse R _x dar. Der Servoverstärker 59 empfängt auch ein Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal vom Tachogenerator 37 und treibt den zweiten Motor 36 des Achsendrehungsreglers 26 an.

In gleicher Weise empfängt ein Servorverstärker 61 ein von einem D/A-Wandler 62 aus einem Neigungs-Einstellwert D _y , der vom Lagesteuergerät 55 erzeugt wurde, abgeleitetes Plus- oder Minus-Spannungsregelsignal V _y . Der Neigungs-Einstellwert D _y stellt die gewünschte winklige Korrektur (eine Vektorgröße) des Trägers 6 um seine Achse R _y 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 Lasererregungs-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 27 a 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 der Kreuzungsbilderzeugungspunkte Q₁ und Q₂, ein Start-Befehlssignal SS, ein Stop-Befehlssignal ST sowie ein Unterbrechungs-Befehlssignal; es gibt das Kontroll-Befehlssignal SA, das Lasererregungs- Befehlssignal SL, ein Robotbetrieb-Befehlssignal SR, den Achsendrehungs-Einstellwert D _x , den Neigungs-Einstellwert D _y und ein Fehlerermittlungs-Freigabesignal SOK aus. Das Lagesteuergerät 55 (Mikroprozessor) arbeitet in Übereinstimmung mit einem anhand der Fig. 21 und 22 zu erläuternden Programm.

Wenn der bewegbare Arm 18 des Roboters einen vorprogrammierten Punkt der einem Fehlerermittlungs-Ausgangspunkt F _o (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 _n 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 _m und F _m+1 in Fig. 7 - das Unterbrechungs-Befehlssignal SE ausgegeben.

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 ℓ von einem (nicht gezeigten) Steuergerät der Vorrichtung 20 und das Fehlerermittlungs-Freigabesignal SOK. Das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 gibt das Kontroll-Befehlssignal SB sowie das Markierungs-Befehlssignal SM aus, und arbeitet in Übereinstimmung mit dem anhand von Fig. 23 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 die Fig. 21-23 erläutert.

Es sei angenommen, daß der Robotarm 18 aus Fig. 7 der vom Fehlerermittlungs-Ausgangspunkt F _o zum Fehlerermittlungs- Endpunkt F _n mit strich-punktierten Linien angegebenen Bahn folgt.

Wie in Fig. 21 gezeigt ist, prüft eine (nicht gezeigte) Zentraleinheit des Lagesteuergeräts 55 beim 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.

Beim Schritt 2 gibt das Lagesteuergerät 55 an die erste sowie zweite Sensortreiberschaltung 53, 54 das Kontroll- Befehlssignal SA und an den Hauptstromkreis 63 das Lasererregungs- Befehlssignal SL aus. Damit sendet das Lasergerät 7 den Laserstrahl SL auf die lackierte Oberfläche 43, und die erste sowie zweite Sensortreiberschaltung 53, 54 aktivieren die jeweiligen Lageerfassungs- Zeilensensoren 47 und 48 zur Ausgabe der Adressenwerte der Kreuzungsbilderzeugungspunkte Q₁ und Q₂.

Beim 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 der Kreuzungsbilderzeugungspunkte Q₁ und Q₂. Bei Schritt 5 bewertet das Lagesteuergerät 55 den translatorischen Verlagerungsausdruck [1024 - (Q₁ + Q₂)/2] um den Achsendrehungs- Einstellwert D _x abzuleiten. Beim Schritt 6 wird durch das Lagesteuergerät 55 der Winkelverlagerungsausdruck (Q₁ - Q₂) bewertet, um den Neigungs-Einstellwert D _y abzuleiten. Wenn das Spaltbild SL(S) mit dem vorbestimmten Teilbereich (Bezugsstreifen 13 R) übereinstimmt, sind die Adressenwerte der Kreuzungsbilderzeugungspunkte Q₁ und Q₂ bei 1024, während der Achsendrehungs- und der Neigungs-Einstellwert D _x bzw. D _y beide 0 sind. Beim Schritt 7 gibt das Lagesteuergerät 55 den Achsendrehungs- sowie Neigungs-Einstellwert D _x und D _y gleichzeitig an den jeweiligen D/A-Wandler 60 bzw. 62 aus. Anschließend empfängt das Ladesteuergerät 55 im Schritt 8 neue Adressenwerte der Kreuzungsbilderzeugungspunkte Q₁ und Q₂. Beim Schritt 9 prüft das Lagesteuergerät 55, ob die neuen Adressenwerte 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 nicht beide gleich 1024, so geht das Unterprogramm zum Schritt 4 zurück. Die Schritte 1 bis 9 starten die Vorrichtung 20, nachdem der Robotarm 18 den Fehlerermittlungs- Ausgangspunkt F _o erreicht hat.

Das Lagesteuergerät 55 gibt beim Schritt 10 an das Robotsteuerteil das Robotbetrieb-Befehlssignal SR, so daß der Roboter beginnen kann, die vorprogrammierte Oberflächenabtastung zu durchlaufen. Beim Schritt 11 wiederholt das Lagesteuergerät 55 das in Fig. 22 dargestellte Unterprogramm.

Beim Schritt 12 überprüft das Lagesteuergerät 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 beim 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 Lageerfassungs-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.

Beim Schritt 14 prüft das Lagesteuergerät 55 auf einen Empfang des Stop-Befehlssignals ST vom Robotsteuerteil. Bei Empfang dieses Befehlssignals ST geht das Lagesteuergerät 55 zum Schritt 15 weiter. Bei Fehlen des Stop-Befehlssignals ST kehrt das Lagesteuergerät 55 zum Schritt 11 zurück.

Beim Schritt 15 unterbricht das Lagesteuergerät 55 die Ausgabe des Kontroll-Befehlssignals SA sowie des Lasererregungs- Befehlssignals SL und beendet das Programm.

Das in den Fig. 21 und 22 gezeigte Steuerprogramm hat die Wirkung, daß das von der lackierten Oberfläche 43 reflektierte Bild des Laserstrahls LS kontinuierlich innerhalb des vorbestimmten Teilbereichs auf dem Schirm 13 gehalten wird, selbst wenn aufgrund verschiedener Faktoren, wie Krümmung der lackierten Oberfläche 43, die Lagebeziehungen zwischen dem Lasergerät 7, dem Laser Empfängergerät 8 A und der lackierten Oberfläche 43 einer Änderung unterliegen, so daß die Vorrichtung 20 für verschiedene Arten von spiegelnden oder reflektierenden Flächen anwendbar ist.

Wie Fig. 23 zeigt, prüft beim 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.

Beim 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 Fehlerfassungs-Steuergerät 58 wartet beim 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.

Beim Schritt 19 empfängt das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 das Fehler-Bewertungssignal W von der dritten Sensortreiberschaltung 57.

Beim Schritt 20 vergleicht das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 den Fehler-Bewertungssignalwert W mit dem Fehlerermittlungs-Bezugswert ℓ. Ist W ≧ ℓ, so geht das Steuergerät zum Schritt 21 weiter, während es bei W ≦ωτ ℓ zum Schritt 18 zurückkehrt.

Das Fehlererfassungs-Steuergerät 58 gibt beim Schritt 21 das Markierungs-Befehlssignal SM an den Markierantrieb 64, womit der Fehlermarkierer 27 den Ort des Oberflächenfehlers kennzeichnet.

Beim Schritt 22 prüft das Fehlererfassungs-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. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 24 und 25 zeigen eine Anordnung für einen Fehlererfassungs-Zeilensensor 46 und für Lageerfassungs- Zeilensensoren 47 sowie 48 bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung. Die Lageerfassungs-Zeilensensoren 47, 48 sind an je einer Seite des Fehlererfassungs- Zeilensensors 46 angeordnet und rechtwinklig zu diesem Sensor ausgerichtet. Die Bezugsachse R des Fehlererfassungs- Zeilensensors 46 kreuzt die mittigen Bildelemente, d. h. die 1024 Bildelemente, der Lageerfassungs- Zeilensensoren 47 und 48. Wie Fig. 25 zeigt, kennzeichnet der Ausdruck [1024 - (Q₁ + Q₂)/2] die translatorische Verlagerung des Spaltbildes SL₃(S) vom vorbestimmten Teilbereich, während der Ausdruck (Q₁ - Q₂) die winklige Verlagerung des Spaltbildes SL₃(S) vom Teilbereich - wie beim zweiten Ausführungsbeispiel - kennzeichnet. Das dritte Ausführungsbeispiel benötigt keinen Strahlenteiler.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann einen reflektierenden, jedoch streuenden Schirm anstelle des streuenden lichtdurchlässigen Schirms 13 verwenden. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Laser- Punktstrahl zur Anwendung kommen. Des weiteren kann bei einer Ausführungsform anstelle des Zeilensensors ein Flächensensor ohne Rücksicht auf die Art des angewendeten Laserstrahls zum Einsatz kommen, um die Anforderungen in bezug auf genau geregelte Prüfungsbedingungen weiter zu vermindern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Oberflächenfehler- Erfassungsvorrichtung ortsfest, während die Kraftfahrzeugtür 44 bewegbar ist.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die optische Achse des Laser-Empfangsgeräts bewegbar, um die Achsendrehungsversetzung δ zu justieren, während die optische Achse des Lasergeräts ortsfest ist.

Ferner umfaßt bei einer weiteren Ausführungsform eine an der Welle 7 b schwenkbar angebrachte Vorrichtung 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 Vorrichtung erhalten werden kann.

Die Vorrichtung ist bei lackierten Oberflächen einer Fahrzeugkarosserie oder bei anderen spiegelnden Oberflächen anwendbar.

Als Neigungs- und Achsendrehungsregler kann jegliche Vorrichtung, die in der Lage ist, die Neigung ε und die winklige Achsenversetzung δ einzustellen, zur Anwendung kommen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Ermittlung von Oberflächenfehlern eines zu prüfenden Objektes mit folgenden Schritten:
Richten eines Laserstrahls vorgegebener Querschnittsfläche auf eine reflektierende Oberfläche des zu prüfenden Objektes,
Projizieren des von der reflektierenden Oberfläche des Objektes reflektierten Laserstrahls auf einen Schirm zur Erzeugung eines Bildes der bestrahlten Oberfläche auf dem Schirm und
Erfassen des Bildes der bestrahlten Oberfläche in einem vorgegebenen Teilbereich des Schirmes
gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Erfassen einer, durch eine örtliche Krümmung der bestrahlten Oberfläche verursachten Abweichung des Bildes der bestrahlten Oberfläche bezüglich des vorgegebenen Teilbereichs des Schirms und
Nachführen der Richtung des Laserstrahls oder der Projektion in Abhängigkeit der erfaßten Abweichung, so daß das Bild der bestrahlten Oberfläche wieder auf den vorgegebenen Teilbereich des Schirmes zu liegen kommt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung von Oberflächenfehlern eines zu prüfenden Objektes nach Anspruch 1 mit:
einer Einrichtung zum Erzeugen und Richten eines Laserstrahls mit spaltförmigem Querschnitt auf eine reflektierende Oberfläche des zu prüfenden Objektes,
einem Schirm, auf den der Laserstrahl von der reflektierenden Oberfläche zur Abbildung eines Bildes der bestrahlten Oberfläche reflektiert wird, und
einer Oberflächenfehler-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Bildes der bestrahlten Oberfläche in einem vorgegebenen Teilbereich des Schirmes,
gekennzeichnet durch:
eine Abweichungs-Erfassungseinrichtung (Lageerfassungs-Zeilensensoren 47, 48) zum Erfassen einer durch eine örtliche Krümmung der bestrahlten Oberfläche (Prüffläche 10; 43) verursachten Abweichung des Bildes (SL(S)) der bestrahlten Oberfläche bezüglich des vorgegebenen Teilbereichs (Bezugsstreifen 13 R) des Schirmes (13),
eine, den von den optischen Achsen (L₁, L₂) der Einrichtung (Lasergerät 7) zum Erzeugen und Richten des Laserstrahls auf die reflektierende Oberfläche (Prüffläche 10; 43) und der Oberflächenfehler-Erfassungseinrichtung (Fehlererfassungs-Zeilensensor 46) eingeschlossenen Winkel nach Maßgabe des Ausgangssignals der Abweichungs-Erfassungseinrichtung (Lageerfassungs-Zeilensensoren 47, 48), nachführende Einrichtung (Achsendrehungsregler 26) und
eine, die Neigung der von den optischen Achsen (L₁, L₂) der Einrichtung (Lasergerät 7) zum Erzeugen und Richten des Laserstrahls auf die reflektierende Oberfläche (Prüffläche 10; 43) und der Oberflächenfehler-Erfassungseinrichtung (Fehlererfassungs-Zeilensensor 46) bestimmten Ebene bezüglich der reflektierenden Oberfläche (Prüffläche 10; 43) nach Maßgabe des Ausgangssignals der Abweichungs-Erfassungseinrichtung (Lageerfassungs-Zeilensensoren 47, 48) nachführende Einrichtung (Neigungsregler 23), so daß das Bild (SL(S)) der bestrahlten Oberfläche (Prüffläche 10; 43) auf dem vorgegebenen Teilbereich (Bezugsstreifen 13 R) des Schirmes (13) zu liegen kommt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenfehler-Erfassungseinrichtung (Fehlererfassungs-Zeilensensor 46) und die Abweichungs-Erfassungseinrichtung (Lageerfassungs-Zeilensensoren 47; 48) in einer festen räumlichen Beziehung zu dem Schirm (13) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenfehler-Erfassungseinrichtung (Fehlererfassungs-Zeilensensor 46) einen Fehlererfassungs-Zeilensensor (46) zur Überwachung eines den vorgegebenen Teilbereich (Bezugsstreifen 13 R) darstellenden Bezugsstreifens (13 R) des Schirms (13) aufweist und daß die Abweichungs-Erfassungseinrichtung (Lageerfassungs-Zeilensensoren 47, 48) zwei Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) umfaßt, die derart voneinander beabstandet sind, daß sie eine Abweichung des Bildes der bestrahlten Oberfläche (Prüffläche 10; 43) bezüglich des Bezugsstreifens (13 R) erfassen, wobei diese Abweichung eine örtliche Krümmung der bestrahlten Oberfläche (Prüffläche 10; 43) angibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Fehlererfassungs-Zeilensensors (46) schräg zu den Achsen der Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Fehlererfassungs-Zeilensensors (46) rechtwinklig zu den Achsen der Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) in der gleichen Ebene wie der Fehlererfassungs-Zeilensensor (46) und an dessen gegenüberliegenden Enden angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) in einer Ebene liegen, die rechtwinklig zu der Ebene des Fehlererfassungs-Zeilensensors (46) liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) in einer zur Ebene des Fehlererfassungs-Zeilensensors (46) schiefwinkligen Ebene liegen und daß der Abstand zwischen den Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) durch die maximale Krümmung der bestrahlten Oberfläche (Prüffläche 10; 43) bestimmt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, gekennzeichnet durch einen Strahlenteiler (50), der den vom Schirm (13) hindurchgelassenen Laserstrahl auf zwei unterschiedliche Richtungen (U₁, U₂) aufteilt, wobei ein erster Teil des Laserstrahls auf den Fehlererfassungs-Zeilensensor (46) und ein zweiter Teil des Laserstrahls auf die Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) gerichtet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (13) zweidimensional ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (13) aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lageerfassungs-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 mittleren Bildelemente beider Lageerfassungs-Zeilensensoren (47, 48) enthaltenden Ebene liegt, daß die den Winkel nachführende Einrichtung (Achsendrehungsregler 26) den Achsenwinkel aufgrund eines mittleren Abstandes des Bildes von den mittleren Bildelementen bestimmt und daß die die Neigung nachführende Einrichtung (Neigungsregler 23) die Neigung aufgrund der mittleren Neigung des Bildes bezüglich des Fehlererfassungs-Zeilensensors (46) bestimmt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine erste Sensortreiberschaltung (53), die die Ausgänge von allen Bildelementen des ersten
Lageerfassungs-Zeilensensors (47) abtastet, das Bildelement mit dem stärksten einfallenden Licht feststellt und einen entsprechenden, den Ort von einem ersten Punkt des Bildes wiedergebenden Adressenwert ausgibt,
eine zweite Sensortreiberschaltung (54), die die Ausgänge von allen Bildelementen des zweiten
Lageerfassungs-Zeilensensors (48) abtastet, das Bildelement mit dem stärksten einfallenden Licht feststellt und einen entsprechenden, einen zweiten Punkt des Bildes wiedergebenden Adressenwert ausgibt, und
ein Lagesteuergerät (55), das von einem Mikroprozessor gebildet ist und den mittleren Abstands- sowie den mittleren Neigungswert ableitet.