DE3622421C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Laserlichtsensors mit einer Laserlichtquelle, optischen Ein­ richtungen zur Führung der optischen Achse eines von dem Laserlichtsensor ausgesendeten Laserlichtstrahls und zur Führung gleichachsig in den Laserlichtsensor zurückreflektierten Lichts auf einen Photoempfänger, indem Laserlichtstrahlen ausgesendet werden, gleichachsig reflektiertes Licht dem Photoempfänger zugeführt wird und die Intensität des reflek­ tierten Lichts ausgewertet wird.

Es ist bekannt, daß Werkstücke durch Laserscanner erkannt und dadurch auch Anwesenheitskontrollen durchgeführt werden können. Solche Laserscanner arbeiten nach dem zeilenförmigen Abtastprinzip und werten die diffuse Reflexion des Laser­ lichtes aus. Die programmierte Führung von Laserstrahlen ist nur von der Figurenerstellung, wie bei Lasershows, bekannt. Andere Laserscanner arbeiten mit CCD-Chips als Bild­ aufnehmer und werten solche Signale aus.

Aus der DE-PS 34 09 522 ist ein Betriebsverfahren der eingangs erwähnten Art bekannt. Es dient zum Messen des Flächenin­ haltes der Projektion eines Prüfkörpers auf einer Ebene. Vor­ zugsweise soll die Querschnittsfläche von Fahrzeugen in Rich­ tung anströmender Luft zur Ermittlung des Widerstandsbeiwertes gemessen werden. Während des Meßvorganges wird die Meßvor­ richtung, welche die Laserlichtkanone und die optischen Ein­ richtungen umfaßt, mit Hilfe einer Traversiervorrichtung bewegt. Diese Traversiervorrichtung weist Verschiebeantriebe und Verschiebeschlitten mit wegempfindlichen Sensoren zur genauen Lageermittlung auf. Durch ein zeilenweises Überstreichen des Lichtstrahles über das gesamte vom Prüfkörper eingenommene Profil kann nach und nach die projizierte Kontur des Prüf­ körpers aufgenommen werden. Wegen des zeilenweisen Abtastens dauern derartige Messungen relativ lange. Zum schnellen Erkennen von Objekten, wie z. B. Werkstücken, ist deshalb dieses Verfahren nicht geeignet.

Zum Stand der Technik gehört weiterhin der Inhalt der deutschen Offenlegungsschriften 26 02 001 und 29 10 516. Diese beiden Schriften beziehen sich auf das Erfassen von unterschiedlichen Werkstückoberflächenfehlern bzw. auf die Feststellung von Fehlern in Flaschen oder dgl. In beiden Fällen werden Lichtstrahlen auf das zu untersuchende Objekt gerichtet. Das Objekt wird mit den Lichtstrahlen systematisch abgetastet, beispielsweise dadurch, daß dem Lichtstrahl eine ringförmige oder spiralförmige (DE-OS 29 10 516) oder auch eine schraubenlinienförmige (DE-OS 26 02 001) Abtastbewegung verliehen wird. Der Nach­ teil dieser Systeme liegt ebenfalls darin, daß das Objekt immer zeilenförmig abgetastet wird und somit eine Fülle von Informationen verarbeitet werden muß. Das geht auf Kosten der Zeit und ist aufwendig.

Schließlich ist aus der DE-OS 31 16 253 eine Anordnung zum Überprüfen der Abmessungsgenauigkeit und/oder zum Messen von Abmessungen an großen Objekten, vorzugsweise Fahrzeugkarosserien, bekannt. Auf ein oder zwei Meß­ balken sind Ablenkeinheiten für Lichtbündel verschiebbar angeordnet. Die Meßbalken tragen entlang ihrer Länge Informationen (optisch, magnetisch). Die Ablenkeinheit besitzt einen Detektor, der die Informationen entlang des Meßweges in Abhängigkeit von ihrer Bewegung zur Anzeige bringt. Ziel dieses vorbekannten Vorschlags ist es, die Lage eines Kontrollpunktes in bezug auf einen Bezugskontrollpunkt zu berechnen, um beispielsweise Ver­ formungen einer Karosserie lokalisieren zu können. Zur Ein­ leitung dieser Messung wird das Lichtbündel solange parallel verschoben, bis es den Kontrollpunkt trifft. Ein Rechner berechnet dann die Position dieses Kontrollpunktes in bezug auf den Bezugskontrollpunkt. Zur schnellen Kontrolle der Anwesenheit eines Bauteils ist diese Vorrichtung wegen der Notwendigkeit, die Ablenkeinheiten manuell verschieben zu müssen, nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Laserlichtsensors, wie es eingangs erwähnt ist, anzugeben sowie einen für die Durch­ führung dieses Betriebsverfahrens geeigneten Laserlicht­ sensor zu schaffen, mit deren Hilfe in einfacher Weise und besonders schnell die Kontrolle der Anwesenheit von Objekten durchführbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der ausgehende Laserlichtstrahl in eine vorprogrammierte endliche Anzahl von Raumrichtungen gelenkt wird, für die jeweils ein vorbestimmter, einem definierten Objekt zuge­ ordneter Intensitätswert als Referenzwert abgespeichert ist, daß bei Auftreffen des Laserlichtstrahls auf ein Objekt der gleichachsig reflektierte Anteil des diffus reflektierten Lichts in ein analoges Signal umgewandelt und mit dem für die jeweilige Raumrichtung abgespeicherten Referenzwert ver­ glichen wird, um erkennen zu können, ob ein in dieser Raum­ richtung zu erwartendes Objekt vorhanden ist oder nicht. Ein Verfahren dieser Art ist in besonders vorteilhafter Weise einsetzbar, z. B. bei einer automatischen Montage. Es besteht die Möglichkeit, die Anwesenheit von Teilen zu kontrollieren, um z. B. den Erfolg oder Mißerfolg eines Montagevorganges beurteilen zu können. Auch die räumliche Anordnung eines Werkstückes kann mit Hilfe des erfindungs­ gemäßen Verfahrens erkannt werden. In Abhängigkeit von den Vergleichsresultaten können weitere Verfahrensschritte oder Arbeitsgänge gesteuert werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das punktuelle Anfahren spezifischer Punkte des Objektes und den Vergleich der Stärke der diffusen Reflexion mit einem vorgegebenen Referenzwert die Abtastzeit und der Aufwand des Gerätes wesentlich verringert werden kann. Der programmierbare Laserscanner ersetzt eine Vielzahl von Einzelsensoren und ist fle­ xibler einsetzbar.

Der Laserscanner kann zur Anwesenheitskontrolle von Bauteilen, Stiften, Bolzen etc. und zur Identifizierung und Lokalisierung von Konturen, wie Bohrungen oder Kanten, genutzt werden. Durch die kombinierte Abtastung von Konturen (z.B. Bohrungen) kann die räum­ liche Lage eines Werkstückes bestimmt werden. Durch weitere statio­ näre Umlenkspiegel wird die punktuelle Abtastung schlecht zugäng­ licher Stellen ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1. gezeigt. Das Laserlicht der Laserkanone 6 (hier He-Ne-Laser) wird durch den Strahlteiler 1 auf den Ablenkspiegel 2 gerichtet, der um seine senkrechte Achse drehbar gelagert ist und durch den Gleichstrom­ motor mit Drehgeber 5 angetrieben wird. Der von diesem Spiegel reflektierte Strahl wird auf einen weiteren Ablenkspiegel 3 ge­ richtet, der um seine horizontale Achse drehbar gelagert ist, sodaß der Strahl in zwei Richtungen abgelenkt wird. Der Spiegel 3 wird ebenfalls durch einen Gleichstrommotor mit Drehgeber 4 angetrieben.

Der Laserstrahl 9 trifft auf seinem Weg auf das Objekt, das das Laserlicht in einer bestimmten Stärke diffus reflektiert. Das diffus reflektierte Laserlicht gelangt über dieselben Ablenkspiegel 2 und 3 auf den Strahlteiler 1 und wird durch das Objektiv 7 fokussiert. Ein Interferenzfilter, der nur für das Licht der Wel­ lenlänge des Laserlichtes durchgängig ist, hält störendes Umge­ bungslicht von dem Fotoempfänger 8 fern, auf dem das Bild des Objektives abgebildet wird. Der Fotoempfänger liefert einen Strom proportional zur Stärke des Lichtes, das von dem zu untersuchenden Objekt reflektiert wird. Über eine nicht dargestellte Verstärker­ stufe und einen Analog-Digital-Wandler steht der Steuerung ein digitaler Wert des reflektierten Lichtes zur Verfügung. Dieser Wert wird mit einem vorgegebenen verglichen, wonach dann eine Entschei­ dung gefällt werden kann, ob an der Auftreffstelle des Laserstrahls eine Kontur oder das Objekt selber überhaupt vorhanden ist oder nicht: durch das vorprogrammierte Abtasten mehrerer Punkte läßt sich auch eine Konturerkennung durchführen. Danach erfolgen verfah­ rensgemäß die weiteren Verfahrensschritte.

Die Programmierung der Ablenkrichtungen und des Vergleichswertes der Lichtstärke erfolgt im Teach-In-Verfahren. Über Steuertasten läßt sich jeder Punkt an dem später zu erkennenden Objekt anfahren und abspeichern. Der Wert der diffusen Reflexion wird dem Anwender angezeigt, der einen Toleranzwert nach oben und nach unten angeben kann. Diese Werte werden zusammen mit den Winkelpositionen der Ablenkspiegel abgespeichert. Der Wert, der bei der Programmaus­ führung erhalten wird, wird mit dem eingeteachten Wert unter Be­ rücksichtigung der Toleranzwerte verglichen und entsprechend am Ausgang ein binäres Signal ausgegeben. Die Auflösung des Systems hängt von den Drehgebern und der Entfernung zum Objekt ab und kann bei einem Objektabstand von 2 m ca. 1/10 mm betragen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betrieb eines Laserlichtsensors mit einer Laserlichtquelle (6), optischen Einrichtungen (1, 2, 3) zur räumlichen Führung der optischen Achse eines von dem Laser­ lichtsensor ausgesendeten Laserlichtstrahls und zur Führung gleichachsig in den Laserlichtsensor zurückreflektierten Lichts auf einen Photoempfänger (8), indem Laserlicht­ strahlen ausgesendet werden, gleichachsig reflektiertes Licht dem Photoempfänger (8) zugeführt wird und die Inten­ sität des reflektierten Lichts ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgesendete Laserlichtstrahl in eine vorprogrammierte endliche Anzahl von Raumrichtungen gelenkt wird, für die jeweils ein vorbestimmter, einem definierten Objekt zugeordneter Intensitätswert als Referenz­ wert abgespeichert ist, daß bei Auftreffen des Laserlicht­ strahls auf ein Objekt der gleichachsig reflektierte Anteil des diffus reflektierten Lichts in ein analoges Signal umgewandelt und mit dem für die jeweilige Raumrichtung abgespeicherten Referenzwert verglichen wird, um zu erkennen, ob ein in dieser Raumrichtung zu erwartendes Objekt vorhanden ist oder nicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelpunkte der Objekte, auf die der Laserlichtstrahl gerichtet wird, nach dem Teach-In-Verfahren in eine Steuer­ einrichtung einprogrammiert und das an den Einzelpunkten diffus reflektierte Licht in ein analoges Signal umgewandelt und als Referenzwert für die Raumrichtungen abgespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht gepulst wird.

4. Laserlichtsensor zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einer Laserlichtquelle (6), optischen Einrichtungen (1, 2, 3) zur räumlichen Führung der optischen Achse eines von dem Laserlichtsensor ausgesendeten Lichtstrahles und zur Führung gleichachsig in den Laserlicht­ sensor zurückreflektierten Lichts auf einen Photoempfänger (8), dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung mit Speichern für die vorprogrammierten Raumrichtungen und die dazugehörigen Referenzwerte sowie eine Vergleichs­ schaltung zur Signalauswertung vorgesehen sind und daß zur Änderung der Richtung des Laserstrahls Ablenkeinheiten (Spiegel, holographische Systeme) vorhanden sind, deren Winkel- oder Linearstellung durch Winkel- oder Linearcoder erfolgt.

5. Laserlichtsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung des Sendestrahls von den Empfangsstrahlen durch einen Strahlteiler erfolgt, wie z. B. durch halbdurchlässige Spiegel oder Spiegel mit einer Bohrung.

6. Laserlichtsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Interferenzfilter das reflektierte Laserlicht mit der durchlässigen Wellenlänge des Laser­ lichts von einfallendem Störlicht trennt.