DE3543993A1

DE3543993A1 - Method and device for optically testing the dimensional stability of parts or workpieces

Info

Publication number: DE3543993A1
Application number: DE19853543993
Authority: DE
Inventors: Helmut Frisch; Alois Weber
Original assignee: S & S Electronik Geraetebau Gm
Current assignee: S & S Electronik Geraetebau Gm
Priority date: 1985-12-10
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1987-06-11
Also published as: JPS62137503A

Abstract

A method and a device for optically testing the dimensional stability of parts or workpieces is proposed, in which the parts or workpieces to be measured are guided through the parallel radiation of two photoelectric transmitters which is detected by two photoelectric receivers. The spacing of the transmitters or receivers corresponds at most to the external dimensions of the parts or workpieces. Given a set coverage by the part or workpiece of the total radiation cross-section evaluated by the first receiver, the coverage by the part or workpiece of the total radiation cross-section evaluated by the second receiver is measured and compared with a reference value. This reference value is measured before a measurement series by means of a reference part or reference workpiece giving the said coverage, and stored. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum optischen Prüfen der Maßhaltigkeit von Teilen oder Werkstücken, bei dem die zu messenden Teile oder Werkstücke durch die parallele Strahlung eines foto elektrischen Senders geführt werden und von fotoelek trischen Empfängern erfaßt werden und in elektrische Signale umgewandelt werden, die proportional zur je weiligen Abdeckung der von den Empfängern bewerteten Strahlungsquerschnitten sind.The invention relates to a method and a Vorrich device for optically checking the dimensional accuracy of parts or workpieces in which the parts to be measured or Workpieces through the parallel radiation of a photo electrical transmitter and by fotoelek tric receivers are detected and in electrical Signals are converted that are proportional to each due coverage of those rated by the recipients Radiation cross sections are.

Aus der DE-PS 28 18 060 ist eine Vorrichtung zum op tischen Prüfen von Werkstücken auf Maßhaltigkeit be kannt, bei der die Umrißlinie eines zu prüfenden Werk stückes durch die parallele Lichtstrahlung einer Licht quelle auf zwei im Abstand zueinander angeordnete Empfänger projiziert wird. Die Signale der Fotozellen, die proportional zu der von der Lichtquelle beleuchteten Fläche sind, werden zwei Analogrechnern zugeführt, die eine Summenbildung und eine Differenzbildung durchfüh ren. Bei einer Differenz von Null wird ein Schaltglied gesteuert, das die Summe der Ströme der Foto zellen durchläßt, wobei in einem Vergleicher dieser Summenwert mit einem Bezugswert verglichen wird. Die se bekannte Vorrichtung ist relativ aufwendig, da jeweils die Summen bzw. Differenzen gebildet wer den müssen. Dieser benötigte Rechenaufwand begrenzt auch die Geschwindigkeit, mit der die Werkstücke überprüft werden können. Außerdem ist nach der be kannten Vorrichtung die Größe der zu überprüfenden Werkstücke begrenzt, da der Strahlengang der Punkt lichtquelle nicht beliebig vergrößert werden kann.From DE-PS 28 18 060 a device for op tables of workpieces for dimensional accuracy knows the outline of a work to be checked piece by the parallel light radiation of a light source on two spaced apart Receiver is projected. The signals from the photocells, which is proportional to that illuminated by the light source Surface, two analog computers are fed to the carry out a sum formation and a difference formation Ren. With a difference of zero, a switching element controlled that the sum of the currents of the photo lets cells pass through, in a comparator this Sum value is compared with a reference value. The se known device is relatively expensive because in each case the sums or differences are formed have to. This computing effort required is limited also the speed with which the workpieces can be checked. In addition, according to the be knew the size of the device to be checked Workpieces limited because the beam path is the point light source can not be enlarged arbitrarily.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum optischen Prüfen der Maßhaltigkeit von Teilen oder Werkstücken zu schaffen, die eine schnelle und genaue Messung erlauben, wobei auch größere Teile oder Werkstücke erfaßt werden sollen.The invention has for its object a Ver drive and a device for optical testing the dimensional accuracy of parts or workpieces create a quick and accurate measurement allow, even larger parts or workpieces should be recorded.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbin dung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Durch das Vorsehen von zwei Sendern, die jeweils einem Empfänger zugeordnet sind, ist durch Ver ändern des Abstandes zwischen den beiden Sendern bzw. Empfängern eine einfache Anpassung der Vor richtung an die Größe des zu messenden Teiles oder Werkstückes möglich. Die Messung der Teile oder Werkstücke kann in schneller Aufeinanderfolge vorgenommen werden, da bei einer bestimmten Ab deckung des von dem ersten Empfänger bewerteten gesamten Strahlungsquerschnittes durch das Teil oder Werkstück die Abdeckung des von dem zweiten Empfänger bewerteten gesamten Strahlungs querschnittes durch das Teil oder Werkstück ge messen wird, wodurch keine weiteren mathematischen Operationen notwendig sind. Der Absolutwert wird mit einem Referenzwert verglichen, der vor ei ner Meßreihe mit einem Referenzteil oder-werkstück festgelegt wurde. Durch die Möglichkeit der sehr schnellen Messung können die Vorrichtung und das Ver fahren bei der optischen Überprüfung der Abmessungen von Stanzteilen und dergleichen Massenprodukten verwendet werden, die in schneller Abfolge von einer Stanzmaschine od. dgl. Maschinen geliefert werden.This object is achieved by the kenn features of the main claim in Verbin solved with the features of the generic term. By providing two transmitters, each are assigned to a recipient is by Ver change the distance between the two transmitters or recipients a simple adjustment of the pre direction to the size of the part to be measured or workpiece possible. The measurement of the parts or workpieces can be in quick succession be made because at a certain Ab coverage of that assessed by the first recipient total radiation cross section through the part or workpiece the cover of which of the second receiver rated total radiation cross section through the part or workpiece will measure, which means no further mathematical Operations are necessary. The absolute value is compared with a reference value that is before ei ner series of measurements with a reference part or workpiece was set. Because of the possibility of very rapid measurement, the device and the ver drive when visually checking the dimensions of stamped parts and the like mass products used in rapid succession of a punching machine or the like will.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maß nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ver besserungen möglich.By the dimension specified in the subclaims are advantageous training and Ver improvements possible.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird ebenso wie das Verfahren in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention Device is shown in the drawing and is just like the procedure in the following Description explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Die schematische Darstellung der Sender und Empfänger mit den dazuge hörigen Strahlenbündeln, durch die ein Teil oder Werkstück geführt ist und Fig. 1 The schematic representation of the transmitter and receiver with the associated beams, through which a part or workpiece is guided and

Fig. 2 die schaltungsgemäße Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 2 shows the circuit configuration of the device according to the invention.

Die Vorrichtung zur optischen Überprüfung von Stanz teilen od. dgl. auf Maßhaltigkeit eines oder mehrerer Maße basiert auf dem Prinzip der partiellen Abdek kung von zwei parallelen Strahlenbündeln, welche von jeweils einem in der optischen Achse den Strahlungsquellen gegenüberliegenden Strahlungs empfängern empfangen werden, wobei das Teil oder Werkstück sich senkrecht zu den beiden Strahlen bündeln bewegt. Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Meßvorrichtung, die zwei Strahlungs quellen 1, 2 , bspw. Infrarot-Leuchtdioden oder Laserdioden aufweist, denen jeweils ein foto elektrischer Empfänger 3, 4, bspw. ein Foto transistor gegenüberliegen. Die Strahlung der Sender 1, 2 wird jeweils durch die Linsen 5, 6 gebündelt, so daß jeweils ein paralleles Strah lenbündel zur Verfügung steht. Die Strahlenbündel fallen auf Sammellinsen 7, 8, die die Strahlung auf die Empfänger 3, 4 projizieren. Das Teil oder Werk stück 9 wird in der Zeichnung von unten nach oben durch die Strahlengänge geführt, so daß ein Teil der Strahlung abgedeckt wird und die Empfänger 3, 4 nur noch die Reststrahlung bewerten. Das von den Empfängern 3, 4 abgegebene elektrische Signal ist somit ein Maß für die jeweilige Abdeckung durch das Teil oder Werkstück 9.The device for the optical inspection of stamped parts or the like. Dimensional accuracy of one or more dimensions is based on the principle of partial coverage of two parallel beams, which are received by one radiation receiver opposite each other in the optical axis, the part or the workpiece moves perpendicular to the two beams. Fig. 1 shows the basic structure of the measuring device, which has two radiation sources 1 , 2 , for example. Infrared light-emitting diodes or laser diodes, each of which a photo-electric receiver 3 , 4 , for example. A photo transistor opposite. The radiation from the transmitters 1 , 2 is bundled by the lenses 5 , 6 , so that a parallel beam is bundle len available. The bundles of rays fall on converging lenses 7 , 8 , which project the radiation onto the receivers 3 , 4 . The part or work piece 9 is guided in the drawing from the bottom up through the beam paths, so that part of the radiation is covered and the receiver 3 , 4 only evaluate the residual radiation. The electrical signal emitted by the receivers 3 , 4 is thus a measure of the respective coverage by the part or workpiece 9 .

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Empfänger 3, 4 als Fototransistoren ausgebildet, deren Kollek tor-Emitterstrecken bei Strahlungseinfall auf die Basis niederohmiger werden. Zwischen der Stärke der einfallenden Strahlung und dem Kollektor strom des Fototransistors besteht ein nicht linearer Zusammenhang, wobei durch die Dimen sionierung der Widerstände und durch eine nicht dargestellte Blende eine gewisse Linearität er zielt werden kann.As can be seen from Fig. 2, the receivers 3 , 4 are designed as phototransistors, the collector-gate emitter paths of which are low-resistance when incident on the base. There is a non-linear relationship between the strength of the incident radiation and the collector current of the phototransistor, whereby a certain linearity can be achieved by dimensioning the resistors and through an aperture (not shown).

Die Sender 1, 2 werden von Konstantstromquellen 10, 11 versorgt, die über Digitalanalogwandler 12, 13 von einem Mikroprozessor 14 angesteuert werden. Da durch ist die Strahlungsstärke der Sender 1, 2 in weiten Grenzen steuerbar, so daß die Strahlungs stärke der Sender 1, 2 getrennt auf die jeweilige Entfernung zwischen Sender und Empfänger einge stellt werden kann. Die durch die Strahlung erzeugten Signale der als Spannungsteiler geschalteten Empfänger 3, 4 werden durch die Verstärker 15, 16 verstärkt und über eine Schalteinheit 17 auf eine analoge Verstärkerschaltung 18 gegeben und über den Analog-Digitalwandler 19 dem Mikroprozessor 14 zur weiteren Bearbeitung und Bewertung zugeführt. Die Schalteinheit 17 dient dem Zuschalten des Signales des Empfängers 1 bzw. 2 an den Verstärker und Analog-Digitalwandler. Die analoge Verstärker schaltung 18 wird von dem Mikroprozessor über den Schalter 20 gesteuert, der zwei Aufgaben erfüllt:The transmitters 1 , 2 are supplied by constant current sources 10 , 11 , which are controlled by a microprocessor 14 via digital analog converters 12 , 13 . Since the radiation intensity of the transmitter 1 , 2 can be controlled within wide limits, so that the radiation intensity of the transmitter 1 , 2 can be set separately to the respective distance between the transmitter and receiver. The signals generated by the radiation from the receivers 3 , 4 connected as voltage dividers are amplified by the amplifiers 15 , 16 and passed via a switching unit 17 to an analog amplifier circuit 18 and fed via the analog-digital converter 19 to the microprocessor 14 for further processing and evaluation. The switching unit 17 is used to connect the signal from the receiver 1 or 2 to the amplifier and analog-digital converter. The analog amplifier circuit 18 is controlled by the microprocessor via the switch 20 , which fulfills two tasks:

1. During the setting process, the signal of the receiver 3 or 4 is fed directly to the analog-digital converter 19 for determining the radiation power.
2. Switch on the corresponding counter voltage Uref, so that when the reception is not covered signal supplied to the analog-digital converter equals zero volts.

Damit ist eine Normierung des Meßsignals auf 0 ...10 V erreicht, wobei volle Bestrahlung = 0 V und volle Abdeckung = 10 V entspricht.This normalizes the measurement signal to 0 ... 10 V reached, with full irradiation = 0 V and full coverage = 10 V.

Abhängig von den an den Kollektoren der Empfänger 3, 4 bei einer bestimmten Strahlungsstärke der Sender 1, 2 sich einstellenden Spannungspegeln werden von dem Mikroprozessor definierte Ver stärkungsfaktoren für die Steuerung der Verstär kerschaltung 18 zur Verfügung gestellt.Depending on the voltage levels that occur at the collectors of the receivers 3 , 4 at a specific radiation intensity of the transmitters 1 , 2 , defined amplification factors for the control of the amplifier circuit 18 are provided by the microprocessor.

Das Signal des Verstärkers 16 wird auch einem Schwellenschalter 21 zugeführt, der als Trig gerstufe dient. Gleichzeitig wird über den Di gital-Analogwandler 22 der vom Einstellen er mittelte 50%-Wert der Abdeckung als Trigger schwellwert angelegt. Dieser Wert wird zur Aus lösung des Meßvorganges benötigt. Der externe Trigger dient zur Auslösung eines Meßvorganges durch externe Signalgeber einerseits oder - je nach Meßaufgabe - zur Auslösung eines automa tischen Anpaßvorganges der Strahlungsstärke abhängig von der Umgebungshelligkeit.The signal from the amplifier 16 is also fed to a threshold switch 21, which serves as gerstufe Trig. At the same time, the digital-to-analog converter 22 of the 50% value of the coverage determined by the setting is applied as a trigger threshold. This value is required to trigger the measurement process. The external trigger is used to trigger a measuring process by external signal transmitters on the one hand or - depending on the measuring task - to trigger an automatic adjustment process of the radiation intensity depending on the ambient brightness.

Mit dem Mikroprozessor 14 ist eine Anzeigeeinheit 24 verbunden, die alphanumerischer Art sein kann und zusätzlich eine Balkenanzeige - ähnlich einem Lichtzeiger - aufweisen kann. Außerdem sind Be dienelemente, bspw. ein Tastenfeld 25 vorgesehen.A display unit 24 is connected to the microprocessor 14 , which can be of an alphanumeric type and can additionally have a bar display - similar to a light pointer. In addition, control elements, for example a keypad 25, are provided.

Die Meßreihe beginnt mit der Festlegung des Refe renzwertes, mit dem die nachfolgenden Meßwerte der unterschiedlichen Teile oder Werkstücke ver glichen werden sollen. Dazu wird über die Anzeige 24 die Bedienperson veranlaßt, das Referenzteil bzw. -werkstück durch die Strahlungsstrecken zu schieben. Die Schwellenspannung des Schwellen schalters 21 ist über den Digital-Analogwandler 22 so eingestellt, daß bei einer Abdeckung von 50% des von dem Empfänger 4 bewerteten gesamten Strahlungsquerschnittes der Schwellenschalter 21 einen Triggerimpuls an den Mikroprozessor gibt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 15, das über die Schalteinheit 17 und den Analog-Digital wandler 19 am Mikroprozessor 14 ansteht und das ein Maß für die auf den Empfänger 3 ge langende Strahlung bzw. für die durch das Teil oder Werkstück 19 abgedeckte Strahlung ist, wird in dem nicht getrennt dargestellten Speicher des Mikroprozessors 14 gespeichert. Diese Speicherung erfolgt dann, wenn das Teil oder Werkstück 9 auch mindestens einen Teil des mittleren Drittels des Strahlenquerschnit tes abdeckt, d. h. wenn das Signal des Verstär kers 15 beispielsweise im Spannungsbereich von 3,3 V bis 6,6 V liegt, da beim Einstellen eine Normierung des Empfängersignals auf 0 ...10 V vorgenommen wurde. Liegt die Abdeckung außer halb des mittleren Drittels des von dem Empfänger 3 bewerteten Gesamtquerschnittes, so gibt der Mikroprozessor 14 über die alphanumerische An zeige 24 Hinweis, daß der Sensor 1 verschoben werden muß, worauf dann der Meßvorgang für den Referenzwert wiederholt wird, und zwar so lange, bis die Abdeckung des gesamten durch den Empfän ger 3 bewerteten Strahlungsquerschnittes inner halb des zulässigen Bereichs liegt. Nach diesem Vorgang ist der Referenzwert im Mikroprozessor 14 gespeichert.The series of measurements begins with the determination of the reference value with which the subsequent measured values of the different parts or workpieces are to be compared. For this purpose, the operator 24 is prompted via the display 24 to push the reference part or workpiece through the radiation paths. The threshold voltage of the threshold switch 21 is set via the digital-to-analog converter 22 so that, when a coverage of 50% of the rated by the receiver 4 entire beam cross-section of the threshold switch 21 outputs a trigger pulse to the microprocessor. The output signal of the amplifier 15 , which is pending via the switching unit 17 and the analog-digital converter 19 on the microprocessor 14 and which is a measure of the radiation reaching the receiver 3 or for the radiation covered by the part or workpiece 19 stored in the memory of the microprocessor 14, which is not shown separately. This storage takes place when the part or workpiece 9 also covers at least a part of the middle third of the beam cross section, ie when the signal of the amplifier 15 is, for example, in the voltage range from 3.3 V to 6.6 V, because when setting a Normalization of the receiver signal to 0 ... 10 V was made. If the cover outside of the middle third of the evaluated by the receiver 3 total cross-section, the microprocessor 14 are the alphanumeric to show 24 Note that the sensor 1 is to be moved, after which the measurement process for the reference value is repeated in such a way long until the coverage of the entire radiation cross-section assessed by the receiver 3 is within the permissible range. After this process, the reference value is stored in the microprocessor 14 .

Bei dem eigentlichen Meßvorgang werden die Teile bzw. Werkstücke 9 in schneller Abfolge durch die zwei Strahlungsstrecken geführt, wobei der Schwel lenschalter 21 bei einer 50%igen Abdeckung des von dem Empfänger 4 bewerteten Strahlungsquer schnittes einen Triggerimpuls an den Mikroprozes sor 14 abgibt, der das dem Ausgangssignal des Empfängers 3 entsprechende Signal am Ausgang des Analog-Digitalwandlers 19 mit dem gespei cherten Referenzwert vergleicht und überprüft, ob das Signal innerhalb vorgegebener Toleranz grenzen liegt. Dazu werden nach jeder Messung Zustandssignale zur Verfügung gestellt, die Relaiskontakte oder sonstige elektronische Ausgänge ansteuern, so daß eine Aussortierung für den Schlechtfall vorgenommen werden kann.In the actual measuring process, the parts or workpieces 9 are guided in rapid succession through the two radiation paths, the Schwel lenschalter 21 with a 50% coverage of the radiation cross-section evaluated by the receiver 4 , a trigger pulse to the microprocessor sensor 14, which emits the compares the output signal of the receiver 3 corresponding signal at the output of the analog-digital converter 19 with the stored reference value and checks whether the signal is within predetermined tolerance limits. For this purpose, status signals are provided after each measurement, which control relay contacts or other electronic outputs, so that a sorting out can be carried out for the bad case.

Claims

1. A method for optically checking the dimensional accuracy of parts or workpieces, in which the parts or workpieces to be measured are guided by the parallel radiation of a photoelectric transmitter, which can be detected by photoelectric receivers and converted into electrical signals that are proportional to From each cover of the radiation cross-section evaluated by the receivers, characterized in that two transmitters are each assigned to a receiver, the transmitters or the receivers being arranged with a maximum distance corresponding to the outer dimensions of the parts or workpieces and that at one fixed coverage of the total radiation cross-section assessed by the first receiver through the part or workpiece, the coverage of the total radiation cross-section assessed by the second receiver through the part or workpiece is measured and compared with a reference value, with the R reference value is measured and stored using a reference part or workpiece with the specified coverage.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the distance of the transmitter in the way festge is set that the corresponding to the reference value Coverage of those emitted by the second transmitter and radiation assessed by the second receiver within certain limits of the radiation cross cut lies.

3. The method according to claim 2, characterized in that the cover in the middle third of the Radiation cross section protrudes.

4. Apparatus for carrying out the method according to claim 2, characterized in that two photoelectric transmitters 1 , 2 are provided which have a maximum distance from one another corresponding to the external dimensions of the part or workpiece ( 9 ) to be detected and each have a receiver ( 3 , 4 ) and that a comparison device ( 14 ) for comparing the signal supplied by the second receiver ( 3 ) with a fixed coverage of the total radiation cross-section evaluated by the first receiver ( 4 ) with a reference value stored in a memory ( 14 ) , which is determined in front of a measuring row by means of a reference part or workpiece with the fixed cover.

5. The device according to claim 4, characterized in that the transmitters ( 1 , 2 ) via constant current sources ( 10 , 11 ) in their beam strength can be controlled separately.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that a control unit ( 14 22 , 21 ) is provided which, upon reaching the fixed cover, delivers a trigger pulse for measuring the cover of the total radiation cross section assessed by the second receiver ( 3 ) .

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the receiver ( 3 , 4 ) is designed as a phototransistor.