DE69429340T2

DE69429340T2 - Kontaktloses inspektionssystem

Info

Publication number: DE69429340T2
Application number: DE69429340T
Authority: DE
Inventors: Lee Hanna
Original assignee: MECTRON ENGINEERING CO
Current assignee: MECTRON ENGINEERING CO
Priority date: 1993-04-19
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2014-04-08
Also published as: JPH09500445A; DE69429340D1; EP0695413B1; JP3042885B2; US5568263A; EP0695413A4; WO1994024517A1; US5383021A; EP0695413A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Inspizieren von Komponenten und insbesondere auf eine, die ein Feld von Lichtquellen und Photodetektoren als ein Mittel zum Bewerten einer Komponente nach der Übereinstimmung mit Raumformkriterien aufweist.

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In dieser Ära der Betonung von Hochqualitätsprodukten werden kontaktlose Inspektionssysteme in einer großen Anzahl verwendet. Damit eine komplexe Maschine so arbeitet, wie sie entworfen wurde, müssen alle ihre Unterkomponenten Qualitätskriterien erfüllen. In einigen Herstellungseinstellungen ist eine 100%-Inspektion von Komponententeilen eine Anforderung des Kunden. Zum Beispiel müssen Befestiger, die in der Automobilindustrie und an sonstigen Stellen verwendet werden, oft individuell inspiziert werden, um zu bestimmen, ob sie Raumform- und andere Kriterien erfüllen.
Zahlreiche Typen von Inspektionssystemen werden momentan verwendet. Ein allgemeiner Typ verwendet Kontakttaster, die eine Komponente an verschiedenen Punkten berühren, und bestimmt, ob ihre Abmessung oder ihr Profil gewisse Kriterien erfüllt. Kontaktvorrichtungen haben jedoch inhärente Begrenzungen darin, daß sie einer Abnutzung unterworfen sind und allgemein erfordern, daß die Komponente und der Kontakttaster während des Bewertungsprozesses akkurat positioniert sind. Darüber hinaus sind solche Vorrichtungen im allgemeinen langsam beim Betrieb und in Begriffen der Anzahl der Kriterien und der Komplexität der Profile, die sie bewerten können, begrenzt.
Verschiedene kontaktlose Inspektionssysteme sind ebenfalls bekannt, die verschiedene Techniken verwenden. Zum Beispiel untersuchen Ultraschallinspektionssysteme reflektierte Schallwellen als ein Mittel zum Charakterisieren einer Komponente. Verschiedene Systeme basierend auf einem Videobild eines Teils sind ebenfalls bekannt. Zusätzlich werden Lasermeßsysteme verwendet, bei denen spezifische Dimensionsmessungen erhalten werden können.
Im allgemeinen haben jedoch, obwohl bekannte kontaktlose Inspektionssysteme extrem nützlich sind, diese gewisse Begrenzungen. Viele der verfügbaren kontaktlosen Meßsysteme erfordern komplexe Datenverarbeitungsansätze, die teure Hardwareanforderungen auferlegen und die Geschwindigkeit, mit der Bewertungen verwirklicht werden können, begrenzen können. Bevorzugterweise kann eine Bewertung eines Werkstückes in einer Weise, die schnell genug ist, daß die Teile direkt in qualifizierte oder disqualifizierte Teileströme sortiert werden können, ausgeführt werden. Systeme des Standes der Technik tendieren außerdem dazu, daß sie nicht leicht an verschiedene Konfigurationen von Teilen oder zum Bewerten von unterschiedlichen Merkmalen eines Teils angepaßt werden. Darüber hinaus haben viele der momentan verfügbaren kontaktlosen Inspektionssysteme Begrenzungen in Begriffen der Anzahl der Parameter, die während des Inspektionsprozesses effektiv untersucht werden können. Ein anderer Nachteil einiger bekannter Systeme ist ihre Begrenzung in Begriffen der Typen von Parametern, die berücksichtigt werden können. Zum Beispiel werden oft feine Details von Gewindeprofilen von Befestigern benötigt. Darüber hinaus sind viele Systeme des Standes der Technik, obwohl sie in einer Laborumgebung adäquate Leistungen zeigen, nicht ausreichend robust für eine Produktionsumgebung, in der Temperaturvariationen, Staub, Dreck, Schneidefluide, etc. angetroffen werden.
Die US 5 164 995 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwickeln eines Signals, das das Profil eines Werkstückes repräsentiert. Das Werkstück wird auf der Lippe einer drehenden Schale zwischen einer Strahlungsenergiequelle und einem Sensor getragen. Der Sensor entwickelt eine Spannung, die eine Funktion des Profils des Teiles ist.
Die US 4 914 307 offenbart eine optoelektronische Vorrichtung für eine kontaktlose Messung der Abmessungen von Objekten. Mindestens eine Emitterdiode und eine zugeordnete photovoltaische Zelle sind in der Kavität des Körpers an einem gemeinsamen Ort senkrecht zu der Bewegungsrichtung des zu vermessenden Objektes angeordnet. Bei der Benutzung ist das Objekt zwischen der Emitterdiode und der photovoltaischen Zelle derart dazwischen angeordnet, daß ein Schatten auf die letztere projiziert wird, der eine Funktion der transversalen Abmessungen des Objektes ist.
Die DE-U-92 08 684 offenbart eine Vorrichtung, die verwendet werden kann, um ein optisches Bild eines Werkstückes zu nehmen, um es auf die Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien zu testen. Das Werkstück wird eine Gleitbahn herunter und in die Luft laufen gelassen, wobei es beleuchtet wird und ein Bild desselben von einer CCD-Kamera eingefangen wird.
Entsprechend dieser Erfindung wird ein kontaktloses Inspektionssystem angegeben, das ermöglicht, daß eine schnelle Inspektion ausgeführt wird, die erlaubt, daß Teile sofort in Begriffen ihrer Übereinstimmung oder ihrer Nicht-Übereinstimmung mit Raumformkriterien sortiert werden. Darüber hinaus kann eine Hardcopy (Papierabzug) einer Teilegeometrie erzeugt werden, die spezifische Formdiskrepanzen aufzeigt, zum Beispiel können für einen mit Gewinde versehenen Befestiger der Durchmesser, die Länge, das Profil und die Gewinde bewertet werden. In dem Fall der Produktion von Befestigern beginnt der Prozeß oft mit einem Drahtrohmaterial, das in eine Kaltstauchmaschine oder Schraubentypausbildungsmaschine gefördert wird. Das Teil wird in einer Maschine gesenkgeschmiedet oder geschnitten in einer Form, die verschiedene Durchmesser enthalten kann und möglicherweise eine mit Gewinde versehene oder gerändelte Länge aufweist. Das geformte Teil kann Sekundärabläufe wie ein Gewinderollen, eine Wärmebehandlung, ein Beschichten, etc. erfordern. Es ist nicht ungewöhnlich, für einen oder mehrere der Prozesse, daß die Produktion der gewünschten Geometrie des Teiles fehlschlägt. Das Auftreten solcher Defekte wird oft nicht adäquat durch zufällige Teilauswahl- oder andere Qualitätssicherungsprozesse, die keine 100%- Inspektion liefern, überwacht. Das Inspektionssystem dieser Erfindung ist außerdem hochgradig anpaßbar zum Bewerten von verschiedenen Komponenten.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Inspektionssystem zum Bewerten von Werkstücken nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien angegeben, das aufweist:
ein V-förmiges Gleitbahnmittel zum Bringen der Werkstücke zum translatorischen Bewegen durch einen Testabschnitt unter der Wirkung der Gravitationskraft, wobei das Gleitbahnmittel einen Durchgangsschlitz aufweist,
wobei der Testabschnitt eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, zum Erzeugen von Lichtschichten, die Längen aufweisen, die größer als ihre Dicken sind, wobei die Lichtquellen bezüglich des Durchgangsschlitzes des Bahnmittels derart orientiert sind, daß die Werkstücke beim Überqueren des Durchgangsschlitzes durch die Lichtschichten hindurchgehen, wobei die Lichtschichten derart orientiert sind, daß die Längen senkrecht zu der Translationsrichtung der Werkstücke durch den Testabschnitt sind, und wobei die Mehrzahl der Lichtquellen in winkelmäßig versetzten Positionen orientiert sind, wobei der Testabschnitt weiter eine Mehrzahl von ersten Photodetektoren, die der Mehrzahl der Lichtquellen zugeordnet sind, aufweist, zum Empfangen der Lichtschichten und zum Liefern von Einzelkanalausgangssignalen, die mit der Intensität der Lichtschichten, die auf die Mehrzahl der ersten Photodetektoren einfallen, in Beziehung stehen, wodurch die Intensitäten in Beziehung zu dem Maß, in dem die Lichtschichten durch das Werkstück bei der translatorischen Bewegung der Werkstücke durch den Testabschnitt abgedeckt werden, gesetzt werden, wodurch eine Asymmetrie der Werkstücke unterschiedliche Ausgangssignale aus der Mehrzahl der ersten Photodetektoren erzeugt, und
ein Signalverarbeitungsmittel zum Empfangen der Einzelkanalphotodetektorausgangssignale und zum Erzeugen von Werten, die mit den Schnittdicken der Werkstücke, wie sie senkrecht zu der Richtung der Translationsbewegung gemessen werden, in Beziehung stehen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Inspektionssystem weiter eine zweite Lichtquelle zum Erzeugen einer zweiten Lichtschicht aufweisen, die eine Länge aufweist, die größer als ihre Dicke ist, wobei die zweite Lichtquelle bezüglich des Bahnmittels derart orientiert ist, daß die Werkstücke beim Durchgang durch den Testabschnitt durch die zweite Lichtschicht hindurch gehen, wobei die zweite Lichtschicht derart orientiert ist, daß die Länge parallel zu der Translationsrichtung der Werkstücke durch den Testabschnitt ist, wobei der Testabschnitt einen zweiten Photodetektor zum Empfangen der zweiten Lichtschicht und zum Liefern eines Ausgangssignals, das mit der Intensität der zweiten Lichtschicht, die auf den zweiten Photodetektor einfällt, in Beziehung steht, wodurch die Intensität in Beziehung zu dem Maß, in dem die zweite Lichtschicht durch die Werkstücke bei der translatorischen Bewegung der Werkstücke durch den Testabschnitt abgedeckt wird, in Beziehung gesetzt wird, und wobei das Signalverarbeitungsmittel weiter zum Empfangen der Ausgangssignale des zweiten Photodetektors und zum Erzeugen von Werten, die mit der Länge der Werkstücke, wie sie in der Translationsrichtung gemessen wird, in Beziehung stehen, konfiguriert ist.
Derart kann mit der Ausführungsform der Erfindung, bei einem Verfahren zum Bewerten von Werkstücken nach ihrer Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien, das Signalverarbeitungsmittel die Geschwindigkeit der Werkstücke, die sich durch den Testabschnitt bewegen, berechnen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Bildansicht des kontaktlosen Inspektionssystems entsprechend dieser Erfindung.
Fig. 2 ist eine Ansicht, die entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1 genommen ist, die insbesondere den Testabschnitt und sein Längendetektionsfeld zeigt.
Fig. 3 ist eine Ansicht, die entlang der Linie 3-3 aus Fig. 2 genommen ist, die insbesondere das Radialdetektionsfeld des Testabschnittes des Instrumentes entsprechend dieser Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Photodetektoren, Lichtquellen und des Signalverarbeitungs- und Steuersystems des Inspektionssystems dieser Erfindung.
Figur S ist eine Höhenansicht eines repräsentativen Werkstücks zur Bewertung.
Fig. 6 ist eine repräsentative Ausgabe, die eine Komponentenprofilkonfiguration zeigt, die durch das Instrument der vorliegenden Erfindung beim Bewerten des Werkstücks, das in Fig. 5 gezeigt ist, geliefert wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein kontaktloses Inspektionssystem in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt und allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Inspektionssystem 10 weist allgemein einen Rahmen 12, einen Teilesortierer 14, eine Gleitbahn 16, die einen Testabschnitt 18 aufweist, und eine Umhüllung 20 zum Unterbringen von elektronischen Komponenten des Instrumentes auf.
Während das Inspektionssystem 10 für zahlreiche Typen von Werkstücken verwendet werden kann, ist ein Beispiel einer solchen Komponente in Fig. 5 in der Form eines Gewindebolzens 22 vorgesehen, der zum Montieren der Straßenräder eines Motorfahrzeugs verwendet wird. Eine große Anzahl von Bolzen 22 (auch als "Teile" oder "Werkstücke" bezeichnet) werden in einen Teilesortierereimer 14 geladen. Der Teilesortierer 14 bringt die willkürlich orientierten Bolzen 22 dazu, daß sie in einer gewünschten Orientierung ausgerichtet sind, d. h. daß das Kopfende oder das mit Gewinde versehene Ende zuerst kommt, und bringt sie dazu, daß sie periodisch die Bahn 16 unter der Gravitationskraft heruntergleiten. Mit dem Durchgang der Teile 22 durch den Testabschnitt 18 werden sie bewertet, wie es in den folgenden Teilen dieser Spezifikation in größerem Detail beschrieben wird. Ein Bolzen 22 wird auf Übereinstimmung mit vorbestimmten Raumformkriterien inspiziert. Falls ein spezifisches Teil die Kriterien erfüllt, geht es in einen Teileeimer 24, der für qualifizierte oder "gute" Teile vorgesehen ist. Falls das Teil jedoch als außerhalb der Übereinstimmung angesehen wird, wird ein Tor 26 betätigt, und das Teil wird in einen Teileeimer 28 umgeleitet, der für disqualifizierte oder "schlechte" Teile vorgesehen ist. Vermutlich werden die guten Teile die schlechten Teile in der Anzahl übertreffen, und die Teileeimer sind entsprechend bemessen.
Innerhalb der Umhüllung 20 ist ein Computer 32, der zum Bewerten der Ausgaben des Systems, zum Steuern des Systems, und zum Liefern eines Mittels zum Speichern von Daten, die sich auf Teilekriterien und die Inspektionsgeschichte beziehen, vorgesehen ist, untergebracht. Ein Paar von Anzeigen 34 und 36 sind vorgesehen, von denen eine Konfigurationsdaten für ein spezifisches Teil in graphischer Form ausgeben kann, wohingegen die andere zum Ausgeben von statistischen oder anderen numerischen Daten, die sich auf die Inspektion beziehen, verwendet werden kann. In einer Prototyp-Ausführungsform dieser Erfindung waren die Anzeigen 34 und 36 vom elektrolumineszenten Typ, die Berührungsschirme zur Interaktion mit dem Benutzer aufweisen. Die Umhüllung 20 weist eine Zugangstür 38 auf, die geschlossen werden kann, wenn das System nicht in Benutzung ist.
Details der Elemente und des Betriebs des Testabschnitts 18 werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. Innerhalb des Testabschnittes 18 sind zwei getrennte Bewertungen des Teils 22 vorgesehen. Die Länge des Teils (d. h., seine Abmessung in seiner Bewegungsrichtung) wird unter Verwendung eines Längendetektionsfeldes 40 bewertet, wohingegen sein radiales Profil (d. h., seine Form senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung) durch ein Profildetektorfeld 66 bewertet wird.
Das Längendetektionsfeld 40 enthält einen Längenmessungsdetektor 42 und eine Anzahl von Punktlaserdetektoren 44, 46, 48, 50, 52, 54 und 56. Der Längenmessungsdetektor 42 enthält eine Lichtquelle 43, die bevorzugterweise ein Halbleiterlaser ist, der (zur Bequemlichkeit) sichtbares Licht emittiert, und einen Photodetektor 45. Intern innerhalb der Lichtquelle 43 sind zylindrische Linsenelemente vorgesehen, die den Strahl zum Definieren einer Lichtschicht 60, die durch parallele Linien, die in Fig. 2 gezeigt sind, bezeichnet ist, spreizen. Ein Laserdetektor, der zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung als akzeptabel befunden wurde, wird durch die Keyence Company hergestellt und wird als Modellserie LX2 bezeichnet. Die Lichtquelle 43 liefert eine Lichtschicht 60 mit 1 mm Dicke (gemessen senkrecht zu der Teilbewegung, die durch den Pfeil gezeigt ist) und 30 mm Länge (gemessen parallel zu der Teilbewegung). Da die Lichtschicht 60 aus parallelen Strahlen besteht, wird, wenn ein Abschnitt der Lichtschicht durch das Teil 22 gesperrt wird, ein Schatten erzeugt, der in seiner Abmessung mit einem Abstand von dem Teil nicht merklich variiert. Der Photodetektor 45 enthält eine interne Fokussierungslinse und eine interne Photodiode. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, die Lichtquelle 43 und der Photodetektor 45 sind mit der Gleitbahn 16 zwischen sich positioniert. Das Teil 22 unterbricht die Übertragung von Licht zu dem Photodetektor 45. Ein Gleitbahnschlitz 61 erlaubt Licht, durch die Bahn hindurchzugehen, wenn ein Teil nicht durch den Testabschnitt 18 hindurchgeht.
Im Betrieb des Längendetektorfeldes 40 wird, wenn kein Abschnitt der Lichtschicht 48 gesperrt wird, die gesamte Ausgabe der Laserquelle 43 durch den Photodetektor 45 empfangen, und ein elektrisches Ausgangssignal wird basierend auf dem ununterbrochenen Licht, das den Photodetektor trifft, geliefert. Wenn jedoch irgendein Abschnitt der Lichtschicht 60 gesperrt wird, resultiert eine entsprechende Reduzierung in der elektrischen Ausgabe aus dem Photodetektor 45. Entsprechend liefert der Photodetektor 45 eine analoge Ausgabe, die eine Funktion des Prozentsatzes der Lichtschicht 60 ist, der blockiert ist und daher nicht auf den Photodetektor einfällt, was eine Messung der Länge des Teiles ist. Obwohl die Dicke der Lichtschicht 60 nicht kritisch ist, ist sie schmaler als das Teil 22, so daß die Lichtschicht gesperrt wird, wenn es durch den Testabschnitt 18 hindurchgeht.
Falls Teile 22, die eine Länge aufweisen, die geringer als die Länge der Lichtschicht 60 ist (d. h. 30 mm ist ein Beispiel), zu bewerten sind, wären keine weiteren Detektoren zum Messen der Länge der Werkstücke über den Längenmessungsdetektor 42 hinaus nötig. Dieses ist der Fall, da, wenn ein solches Teil sich innerhalb der Grenzen der Lichtschicht 60 befindet, der Anteil des Lichtes, das nicht blockiert wird, eine Längenmessung ist. Jedoch versperrt ein längeres Teil die Lichtschicht 60 vollständig, so daß nur die Information geliefert wird, daß die Teilelänge die Länge der Lichtschicht überschreitet. Jedoch ist das Inspektionssystem 10 dazu entworfen, mit Werkstücklängen verwendet zu werden, die diejenige der Länge der Lichtschicht 60 überschreiten. Dementsprechend sind individuelle Längenpunktdetektoren 44 bis 56 vorgesehen. Jede dieser Vorrichtungen enthält eine interne Halbleiterlaserquelle, die einen konzentrierten Strahl erzeugt, der auf eine Oberfläche der V-förmigen Gleitbahn 16 einfällt. Die Längenpunktdetektoren 44 bis 56 enthalten weiterhin integral einen Photodetektor. Diese Vorrichtungen sind derart montiert, daß, wenn keine Werkstücke entlang der Gleitbahn 16 vorhanden sind, der interne Photodetektor ein reflektiertes Signal von seiner zugeordneten Quelle empfängt. Die Vorrichtungen sind derart positioniert, daß, wenn ein Teil 22 an ihnen vorbeigleitet, das reflektierte Licht durch Streuung oder Reflektion unterbrochen wird, was ermöglicht, daß die Anwesenheit des Werkstücks an diesem Punkt durch eine reduzierte Photodetektorausgabe bestimmt wird.
Fig. 2 zeigt Längenpunktdetektoren 44 bis 56, die in regelmäßigen Abständen entlang der Gleitbahn 16 stromabwärts des Längenmessungsdetektors 42 befindlich sind. Bequemerweise sind die Längenpunktdetektoren 44 bis 56 in Abständen von 1 Inch oder in Orten mit einem anderen regelmäßigen Index positioniert. Im Betrieb ist es bekannt, wenn die Ausgabe des Photodetektors 45 eine vollständige Blockierung der Lichtschicht 60 anzeigt, daß die volle Länge des Werkstücks 22 nicht allein durch die Ausgabe des Photodetektors 62 bestimmt werden kann. Die Ausgabe des Photodetektors 62 wird in dem Moment bewertet, in dem jeder der Längenpunktdetektoren 44 bis 56 zuerst die Position des Werkstückes erfaßt.
In dem gezeigten Beispiel erlaubt dieses Feld von Punktdetektoren, daß Teile, die Längen bis zu 7 Inch aufweisen, bewertet werden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Werkstück 22 in einer Position beim Gleiten durch den Testabschnitt 18 an der Schwelle der Detektion durch den Längenpunktdetektor 46 gezeigt. Da an diesem Punkt die Lichtschicht 60 nicht vollständig versperrt ist, ist es bekannt, daß eine Teillängenmessung gemacht werden kann. In diesem Beispiel ist von der Gesamtlänge des Teiles bekannt, daß 2 Inch zu der Länge hinzugefügt werden, die gemessen wird durch den Prozentsatz der Lichtschicht 60, der versperrt wird, wie es durch den Photodetektor 45 gemessen wird.
Zusätzlich zum Vorsehen einer genauen Messung der Länge des Teiles 22 ermöglicht das Längendetektionsfeld 40 weiter, daß die Geschwindigkeit des Teiles detektiert wird, falls die Länge des Teiles im voraus bekannt ist oder durch Bewertung der Profilinformation berechnet werden kann. Wie unten in größerem Detail beschrieben wird, diese Messung der Geschwindigkeit ist wichtig, da das Inspektionssystem 10 nicht benötigt, daß die Geschwindigkeit des Teiles akkurat durch den Testabschnitt 18 gesteuert wird. Eine Steuerung der Werkstückgeschwindigkeit wird nicht benötigt, was die Verwendung einer einfachen geneigten Bahn ermöglicht, über welche die Teile durch den Testabschnitt 18 gerichtet werden. Darüber hinaus ist das Fehlen der Notwendigkeit einer akkuraten Geschwindigkeitssteuerung des Teiles bei dem System ein getrennter Vorteil, da eine solche Anforderung wahrscheinlich Kosten hinzufügen und die Komplexität des Systems erhöhen würde.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 das Profildetektionsfeld 66 im Detail gezeigt. Das Profildetektionsfeld enthält eine Reihe von vier Detektoren, die Lichtquellen 68, 70, 72, und 74 mit entsprechenden Photodetektoren 76, 78, 80 bzw. 82 aufweisen. Jede der Lichtquellen 68 bis 74 ist identisch zu der Laserlichtquelle 43, die zuvor beschrieben wurde. In ähnlicher Weise sind die Photodetektoren 76 bis 80 identisch zu dem Photodetektor 45, der zuvor beschrieben wurde. Dementsprechend erzeugt jede der Lichtquellen 68 bis 74 eine Lichtschicht 69, 71, 73 bzw. 75, die die zuvor beschriebenen Eigenschaften aufweisen. Wie der Photodetektor 45 integrieren die Photodetektoren 76 bis 82 die empfangene Ausgabe der entsprechenden Lichtquelle auch und liefern eine analoge Ausgabe, die sich auf den Prozentsatz der Versperrung der zugeordneten Lichtschicht bezieht. Um eine Übertragung der Lichtschichten 69 bis 75 zu ermöglichen, weist die Gleitbahn 16 einen Durchgangsschlitz 84 auf, der in Fig. 2 gezeigt ist. Die Lichtschichten 69 bis 75 sind derart orientiert, daß die Querschnitte des Teils vollständig innerhalb der Breite der Lichtschicht liegen, so daß das volle Ausmaß des Querschnittes bewertet werden kann. In der gezeigten Konfiguration weist das Werkstück 22 eine maximale Dicke des Querschnittes auf, die kleiner als die Dicke der Lichtschichten 69 bis 75 ist. Falls dickere Teile zu bewerten sind, könnte eine zusätzliche Punktdetektion verwendet werden, wie sie in Verbindung mit dem Längendetektionsfeld 40 beschrieben wurde.
Viele Werkstücke, mit denen das Inspektionssystem 10 benutzt würde, können als asymmetrische Konfigurationen wie einen flachen Schnitt entlang eines Abschnittes, Gewinde entlang ihrer Oberfläche, etc. aufweisend erwartet werden. Um die Fähigkeit des Inspektionssystems 10 zum Bewerten solcher verschiedener Konfigurationsmerkmale zu maximieren, sind vier separate Laserquellen 68 bis 74 und zugeordnete Photodetektoren 76 bis 82 in Positionen, die um einen Winkel von 45º versetzt sind, vorgesehen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Fig. 4 liefert eine schematische Darstellung des elektronischen Signalprozessors und - controllers 88 der Vorrichtung dieser Erfindung. In einer experimentellen Ausführungsform der Erfindung ist ein Intel 486 Prozessor basierend auf einem Mehrzweckcomputer 32 zum Ausführen vieler der Funktionen des Prozessors und Controllers 88 vorgesehen. Der Längenmessungsphotodetektor 45 zusammen mit den verschiedenen Punktlasern 44 bis 56, die durch den Pulsgenerator 90 zum Formen ihrer Ausgabe versorgt werden, werden in einen Analog-zu-Digital-Wandler (A-zu-D-Wandler) 92 eingegeben. Der Wandler 92 wird extern getriggert, zum Beispiel durch die Verwendung eines Tors oder eines Lichtunterbrechers, das/der Teile, die auf die Gleitbahn 16 geladen werden, detektiert. Die Profilmessungsphotodetektoren 56 bis 82 liefern Signale, die durch einen A-zu-D-Wandler 94 zugeführt werden, von denen alle durch den Computer 32 und zugeordnete Anzeigen verarbeitet und angezeigt werden. Der A-zu-D-Wandler 94 wird unter einer Softwaresteuerung basierend auf der Ausgabe des A-zu-D-Wandlers 92 angesteuert.
Fig. 6 zeigt ein Beispielprofil der Ausgabe des Laserinspektionssystems 10, das aus der Inspektion des Bolzens 22, der in Fig. 5 gezeigt ist, erzeugt wird. Obwohl die Kurve 96 einem wahren Profil des Teiles ähnelt, ist sie anstelle dessen die analoge Ausgabe von einem der Photodetektoren 76 bis 82, die bezüglich der Zeit oder der Länge des Werkstückes 22 aufgetragen ist. In anderen Worten, die Kurve 96 ist eine Darstellung der Schnittdicke des Teiles 22 entlang seiner Länge. Das Profil der Kurve 96 zeigt jedoch klar die Enden 98 und 102 des Teiles 22 ebenso wie den mit Gewinde versehenen Abschnitt 104, den Radius 106, den gerändelten Abschnitt 108 und den Kopf 110. Obwohl die Geschwindigkeit des Teiles 22, das sich durch den Testabschnitt 18 bewegt, variabel ist, kann, falls seine Länge im voraus bekannt ist oder berechnet werden kann, die X-Achse der Kurve 96 zum Anzeigen eines Versatzes oder der Länge gegenüber der Zeit, die geschwindigkeitsempfindlich sein würde, eingestellt werden. Da die Reihe von in Winkelrichtung versetzten Radialmessungsdetektoren Profile des Teiles 22 erzeugt, wird eine Mehrzahl von Kurven, die ähnlich zu der Kurve 96 sind, gleichzeitig erzeugt. Durch Untersuchung von Unterschieden in den Ausgaben kann die Gängigkeit des Gewindeabschnittes 104 bewertet werden. Zusätzlich können rotationsunsymmetrische Merkmale bewertet werden, da angenommen werden kann, daß einer der Radialdetektoren 76 bis 82 das Merkmal detektieren würde.
Der Computer 32 liefert leistungsfähige Datenbewertungs- und Speicherfähigkeiten. Durch die Bewertung einer Reihe von Teilen können verschiedene Raumformkriterien entwickelt werden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, können verschiedene Segmente des Bolzens 22 erzeugt werden, zum Beispiel definieren Linien 116 und 118 einen Gewindeabschnitt 104, wohingegen Linien 120 und 122 einen Profilabschnitt des Bolzens definieren. Die Software kann auch ermöglichen, daß das Profil in einer gewünschten Teilerichtung angezeigt wird, selbst wenn die Teile nicht nur in einer Richtung (z. B. den Kopf zuerst) geladen werden, kompilierte Daten werden auf einem Floppy-Disk-Medium gespeichert.
Zusätzlich zum Bewerten von verschiedenen Dimensionskonfigurationsmerkmalen der Teile 22 enthält das Inspektionssystem 10 weiter ein Magnetometer 114, das keinen Teil dieser Erfindung bildet, aber das gezeigt wird, um zu demonstrieren, daß andere Merkmale der Werkstücke zusammen mit den Raumformmerkmalen bewertet werden können. Das Magnetometer 114 ermöglicht, daß die Härte und andere interne Strukturmerkmale des Teiles bewertet werden.
Während die obige Beschreibung die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bildet, wird verstanden werden, daß die Erfindung einer Modifikation, Variation und Änderung ohne Abweichung von dem Umfang der begleitenden Ansprüche zugänglich ist.

Claims

1. Inspektionssystem zum Bewerten von Werkstücken (22) nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien, mit:

einem V-förmigen Gleitbahnmittel (16) zum Bringen der Werkstücke zum translatorischen Bewegen durch einen Testabschnitt (18) unter der Wirkung der Gravitationskraft, wobei das Gleitbahnmittel einen Durchgangsschlitz (84) aufweist,

wobei der Testabschnitt eine Mehrzahl von Lichtquellen (68, 70, 72, 74) aufweist, zum Erzeugen von Lichtschichten, die Längen aufweisen, die größer als ihre Dicken sind, wobei die Lichtquellen bezüglich des Durchgangsschlitzes des Bahnmittels derart orientiert sind, dass die Werkstücke beim Überqueren des Durchgangsschlitzes durch die Lichtschichten hindurchgehen, wobei die Lichtschichten derart orientiert sind, dass die Längen senkrecht zu der Translationsrichtung der Werkstücke durch den Testabschnitt sind, und wobei die Mehrzahl der Lichtquellen in winkelmäßig versetzten Positionen orientiert sind, wobei der Testabschnitt weiter eine Mehrzahl von ersten Photodetektoren (76, 78, 80, 82), die der Mehrzahl der Lichtquellen zugeordnet sind, aufweist, zum Empfangen der Lichtschichten und zum Liefern von Einzelkanalausgangssignalen, die mit der Intensität der Lichtschichten, die auf die Mehrzahl der ersten Photodetektoren einfallen, in Beziehung stehen, wodurch die Intensitäten in Beziehung zu dem Maß, in dem die Lichtschichten durch das Werkstück bei der translatorischen Bewegung der Werkstücke durch den Testabschnitt abgedeckt werden, gesetzt werden, wodurch eine Asymmetrie der Werkstücke unterschiedliche Ausgangssignale aus der Mehrzahl der ersten Photodetektoren erzeugt, und

einem Signalverarbeitungsmittel zum Empfangen der Einzelkanalphotodetektorausgangssignale und zum Erzeugen von Werten, die mit den Schnittdicken der Werkstücke, wie sie senkrecht zu der Richtung der Translationsbewegung gemessen werden, in Beziehung stehen.

2. Inspektionssystem nach Anspruch 1, das weiter aufweist:

eine zweite Lichtquelle (43) zum Erzeugen einer zweiten Lichtschicht, die eine Länge aufweist, die größer als ihre Dicke ist, wobei die zweite Lichtquelle bezüglich des Bahnmittels derart orientiert ist dass die Werkstücke beim Durchgang durch den Testabschnitt durch die zweite Lichtschicht hindurch gehen, wobei die zweite Lichtschicht derart orientiert ist, dass die Länge parallel zu der Translationsrichtung der Werkstücke durch den Testabschnitt ist, wobei der Testabschnitt einen zweiten Photodetektor (45) zum Empfangen der zweiten Lichtschicht und zum Liefern eines Ausgangssignals, das mit der Intensität der zweiten Lichtschicht, die auf den zweiten Photodetektor einfällt, in Beziehung steht, wodurch die Intensität in Beziehung zu dem Maß, in dem die zweite Lichtschicht durch die Werkstücke bei der translatorischen Bewegung der Werkstücke durch den Testabschnitt abgedeckt wird, in Beziehung gesetzt wird, und

wobei das Signalverarbeitungsmittel weiter zum Empfangen der Ausgangssignale des zweiten Photodetektors und zum Erzeugen von Werten, die mit der Länge der Werkstücke, wie sie in der Translationsrichtung gemessen wird, in Beziehung stehen, konfiguriert ist.

3. Inspektionssystem nach Anspruch 1, bei dem die Einzelkanalausgaben der ersten Photodetektoren ein analoges Signal, das sich auf den Grad der Abdeckung bezieht, sind.

4. Inspektionssystem nach Anspruch 2, bei dem der zweite Photodetektor eine Einzelkanalausgabe liefert, die ein analoges Signal ist, das sich auf das Maß der Abdeckung bezieht.

5. Inspektionssystem nach Anspruch 2, bei dem die ersten und zweiten Lichtschichten aus parallelen Strahlen zusammengesetzt sind, wodurch die Längen und Dicken der ersten und zweiten Lichtschichten beim Durchgang durch den Testabschnitt nicht merklich variieren.

6. Verfahren zum Auswerten von Werkstücken im Hinblick nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien unter Verwendung des Inspektionssystems nach Anspruch 1, bei dem die Lichtschichtlängen größer als die Schnittdicken der Werkstücke sind.

7. Verfahren zum Bewerten von Werkstücken nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien unter Verwendung des Inspektionssystems nach Anspruch 2, bei dem die Dicke der zweiten Lichtschicht geringer als die Breite der Werkstücke, gemessen senkrecht zu der Translationsrichtung, ist.

8. Verfahren zum Bewerten von Werkstücken nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien unter Verwendung des Inspektionssystems nach Anspruch 1, bei dem die Lichtschichtdicken kleiner als die Länge der Werkstücke, gemessen parallel zu der Translationsrichtung, sind.

9. Verfahren zum Bewerten von Werkstücken nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien unter Verwendung des Inspektionssystems nach Anspruch 1, bei dem die Lichtschichtlängen größer als die Breite der Werkstücke, gemessen senkrecht zu der Translationsrichtung, sind.

10. Verfahren zum Bewerten von Werkstücken nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien nach Anspruch 7, das weiter mindestens eine dritte Lichtquelle (44, 46, 48, 50, 52, 54, 56) zum Erzeugen eines Lichtpunktes und einen Punkt-Photodetektor (44, 46, 48, 50, 52, 54, 56) zum Empfangen des Punktlichtes innerhalb des Testabschnittes, die gegenüber der zweiten Lichtschicht entlang der Translationsrichtung versetzt sind, aufweist, wodurch die Länge der Werkstücke, gemessen parallel zu der Translationsrichtung, durch die Ausgangssignale des Punkt-Photodetektors und des zweiten Photodetektors bewertet werden kann, wodurch ermöglicht wird, dass Werkstücke, die eine Länge aufweisen, die die Länge der zweiten Lichtschicht überschreitet, bewertet werden können.

11. Verfahren zum Bewerten von Werkstücken nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien nach Anspruch 10, bei dem die dritte Lichtquelle zum Erzeugen eines Punktlichtes und die Punkt-Photodetektoren gegenüber der zweiten Lichtschicht um einen Abstand, der kleiner als die Länge der zweiten Lichtschicht ist, versetzt sind.

12. Verfahren zum Bewerten von Werkstücken nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien nach Anspruch 11, das weiterhin eine Mehrzahl von dritten Lichtquellen zum Erzeugen eines Punktlichtes und eine entsprechende Anzahl von Punkt- Photodetektoren aufweist, mit Paaren der dritten Lichtquellen und der Punkt-Photodetektoren, die gegenüber der zweiten Lichtschicht versetzt und voneinander um einen Abstand, der kleiner als die Länge der zweiten Lichtschicht ist, versetzt sind.

13. Verfahren zum Bewerten von Werkstücken nach der Übereinstimmung mit Konfigurationskriterien unter Verwendung des Inspektionssystems nach Anspruch 2, bei dem das Signalverarbeitungsmittel die Geschwindigkeit der Werkstücke, die sich durch den Testabschnitt bewegen, berechnet.