DE19512935A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Lageerkennung und/oder lagerichtigen Montage eines Teiles mit gekrümmter, inhomogener Oberfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lageerkennung und/oder zur lagerichtigen Montage eines Teiles mit gekrümmter, inhomogener Oberfläche, insbesondere zur Verwendung für die lagerichtige Bestückung des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Anker und einem Kollektor. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der EP 526 060 A bekannt, wobei die Ausrichtung der Teile dort mittels mechanischer Abtasteinrichtungen erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Lageerkennung und/oder lagerichtigen Montage eines Teils mit gekrümmter, inhomogener Oberfläche zu schaffen, wobei der zeitliche und apparative Aufwand wesentlich verringert werden soll bei gleichzeitiger Steigerung der Präzision bei der Ausrichtung der Teile.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach dem Anspruch 5. Eine derartige Anordnung gewährleistet eine hohe Bestückungspräzision in deutlich verringerter Zeit. Sie ist weiterhin deutlich preiswerter herzustellen als bekannte mechanische Bestückungsvorrichtungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei hat sich insbesondere ein Verfahren bewährt, bei dem das auftreffende Lichtband und das reflektierte Lichtband der Breitbandabtastung in unterschiedlichen Ebenen geführt werden, was durch die Streuung an der gekrümmten Oberfläche in sehr einfacher Weise möglich ist. Weiterhin hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die Lichtbänder sowohl des auftreffenden Lichtes als auch des an der Oberfläche reflektierten Lichtes zwischen dem Lichtaustritt und dem Reflexionsort mittels einer Optik exakt fokussiert werden. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn das ausgesandte Licht wenigstens einer Lichtquelle mittels einer Glasfaseranordnung zu einem Lichtband geformt wird, welches nach der Reflexion an der gekrümmten Oberfläche in wenigstens einer zweiten, von der lichtemittierenden Ebene verschiedenen Ebene empfangen und einem Sensor zugeführt wird. Durch die Streuung des reflektierten Lichtes an der gekrümmten Oberfläche kann das reflektierte Licht ohne zusätzliche optische Maßnahmen in einer von der lichtemittierenden Ebene verschiedenen Ebene empfangen und auf diese Weise der Reflexionsgrad präzise ermittelt werden. Kleinere Verschmutzungen und/oder Unregelmäßigkeiten auf der zu prüfenden Oberfläche können dabei als nichtrelevante Faktoren leicht aus der Messung eliminiert werden, wenn ein definierter Reflexionsgrad als Signal verwendet wird. Auf diese Weise sind beispielsweise Nuten in einer gekrümmten Oberfläche eindeutig zu identifizieren, wobei das Meßergebnis durch Verunreinigungen und Unregelmäßigkeiten der Oberfläche nicht beeinträchtigt wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Vorrichtung besonders bewährt, bei welcher das Licht wenigstens einer Lichtquelle mittels eines entsprechend dem Strahl der Lichtquelle geformten Glasfaserbündels erfaßt wird, welcher dann zu einem ersten, ein Lichtband emittierenden Glasfaserband geformt wird, während das empfangene Lichtband in einem zweiten, räumlich gegenüber dem ersten versetzten Glasfaserband aufgenommen und dem Empfänger in Form eines dessen Ausbildung angepaßten Glasfaserbündels zugeführt wird. Als Optik zwischen den Glasfaserbändern und der zu prüfenden Oberfläche hat sich ein zylinderförmiger Glasstab als vorteilhaft erwiesen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine raumbildliche Darstellung des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine in einer Explosionsdarstelluung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Meßvorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Meßvorrichtung.

In Fig. 1 ist mit 10 die Welle des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine bezeichnet, dessen Anker die Bezugsziffer 11 und dessen Kollektor die Bezugsziffer 12 trägt. Mit 14 sind die Ankernuten bezeichnet, mit 15 die Kollektorlamellen und mit 16 die Kollektornuten.

Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nunmehr, in besonders vorteilhafter Weise die exakte Lage der jeweiligen Nut zu erkennen, um die Lage der Teile zu überprüfen oder eine exakte Positionierung bei der Montage zu ermöglichen.

In den Fig. 2 und 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch veranschaulicht. Hierbei ist jeweils mit 18 ein Glasfaserbündel bezeichnet, welches das Licht einer Lichtquelle 20 führt. Als Lichtquelle dient dabei eine Leuchtdiode (LED 621 nm). Ein zweites Glasfaserbündel 19 führt das empfangene Licht zu einem Empfänger 17, vorzugsweise einem Fototransistor. Die einzelnen Fasern der Glasfaserbündel 18 und 19 verteilen sich dann in zwei Ebenen als lichtemittierende Glasfasern 21 und lichtempfangende Glasfasern 22. Aus diesen jeweils in einer Ebene laufenden Glasfasern 21 und 22 werden dann Glasfaserbänder 23 und 24 gebildet, wobei das Glasfaserband 23 das emittierte Licht führt und das Glasfaserband 24 das reflektierte Licht. Die beiden Glasfaserbänder 23 und 24 liegen in verschiedenen Ebenen, in der Figur befindet sich das Glasfaserband 24 für das reflektierte Licht unterhalb des Glasfaserbandes 23 für das emittierte Licht. Auch eine fingerartige Verzahnung der einzelnen Glasfasern wäre denkbar.

Aus dem Glasfaserband 23 tritt nun entsprechend der Breite der Glasfaseranordnung ein Lichtband 25 aus und gelangt auf einen Glasstab 27, welcher als Linse wirkt und das in vertikaler Richtung gebündelte Lichtband 28 linienförmig auf die zu prüfende Oberfläche 31 lenkt. Entsprechend der Beschaffenheit der Oberfläche 31 wird das Licht nun mehr oder weniger stark reflektiert und gelangt als Lichtband 29, über den Glasstab 27 als Lichtband 26, zurück zum Glasfaserband 24 und von dort über die Glasfasern 22 zum Glasfaserbündel 19 und zum Empfänger 17.

Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß die Oberflächen- bzw. Reflexionsverhältnisse entlang einer vorgebbaren Linie erfaßt werden, wobei punktuelle oder räumlich begrenzte Störungen der Linie im Meßergebnis ausgeblendet und als nichtrelevanter Fehler erkannt werden können. Nur wenn die starke Reflexionsänderung beim Übergang beispielsweise von der Lamelle 32 zur Nut 33 eines Kollektors erfolgt, wird diese Änderung als Meßsignal im Empfänger 17 gewertet, während andere, kleinere Schwankungen im empfangenen Meßsignal als Störgrößen erkannt und ausgeblendet werden. Auf diese Weise ist es sehr präzise und mit geringem Aufwand möglich, beispielsweise die geometrische Lage von Motorkollektoren 12 bei der Montage oder bei der Nachkontrolle zu erkennen. Durch die erfindungsgemäße optische Breitbandabtastung können Fehlerquellen bzw. Verschmutzungsstellen auf dem Kollektor 12 nahezu vollständig ausgeschlossen werden.

Während des Meßvorgangs wird das Teil mit der zu prüfenden Oberfläche 31, beispielsweise der Kollektor 12, in einer Bestückungsvorrichtung mittels eines nicht dargestellten Schrittmotors gedreht. Solange das Lichtband 28 auf der Kupferlamelle 32 abgebildet wird, liegt auf der Sensorseite am Empfänger 17 ein optisches Signal vor. Fällt die Abbildung beispielsweise zu 60% in die Nut 33 zwischen den Lamellen 32, so wird dies am Empfänger 17 als Unterbrechung des Lichtsignals gewertet und der Schrittmotor gestoppt. In dieser Position kann dann beispielsweise ein Kollektor 12 entnommen und lagegenau am Rotor einer elektischen Maschine montiert werden.

Als Glasfaserbänder 23, 24 werden vorzugsweise zwei Acrylglasfaserbänder verwendet mit jeweils 40 Leitern mit einem Durchmesser von 0,25 mm. Dieses Glasfaserband kann sowohl als Band angeordnet werden oder z. B. zusammengerollt unmittelbar an die Lichtquelle 20 herangeführt werden. Entsprechendes gilt für den Empfänger 17. Bei einer Versuchsanlage ergab sich eine Systemauflösung von 0,02 mm, die Ansprechzeit konnte auf 100 µsec eingestellt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Lageerkennung und/oder lagerichtigen Montage eines Teiles mit gekrümmter, inhomogener Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer optischen Breitbandabtastung das reflektierte Licht (29, 26) eines auf die Oberfläche (31) auftreffenden Lichtbandes (25, 28) erfaßt und an einem Empfänger (17) für das reflektierte Licht(26, 29) dann ein Signal erzeugt wird, wenn ein vorgebbarer Teil der Lichtbandabbildung am Empfänger (17) verändert worden ist, wobei der Reflexionsgrad an der gekrümmten Oberfläche (31) ein Maß für die Erzeugung des Meßsignals darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auftreffende Lichtband (28) und das reflektierte Lichtband (29) der Breitbandabtastung in unterschiedlichen Ebenen (23, 24; 21, 22) geführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbänder (25, 26) mittels einer Optik (27) gleichmäßig auf die zu prüfende Oberfläche (31) fokussiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgesandte Licht wenigstens einer Lichtquelle (20) mittels einer Glasfaseranordnung (18, 21) zu einem Lichtband (25) geformt wird, welches nach der Reflexion an der gekrümmten Oberfläche (31) in wenigstens einer zweiten, von der lichtemittierenden Ebene (23) verschiedenen Ebene (24) empfangen wird.

5. Vorrichtungen zu Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht wenigstens einer Lichtquelle (20) mittels eines entsprechend dem Kegel der Lichtquelle (20) geformten Glasfaserbündels (18) erfaßt wird, welches dann zu einem ersten, ein Lichtband (25) emittierenden Glasfaserband (23) geformt wird, während das empfangene Lichtband (26) in einem zweiten, räumlich gegenüber dem ersten versetzten Glasfaserband (24) aufgenommen und dem Empfänger (17) in Form eines dessen Ausbildung angepaßten Glasfaserbündels (19) zugeführt wird.

6. Vorichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Glasfaserbändern (23, 24) und der zu prüfenden Oberfläche (31) eine in ihrer Breite der Breite der Lichtbänder (25, 26; 28, 29) entsprechende Linse (27) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Linse ein zylinderförmiger Glasstab (27) dient.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (20) eine Leuchtdiode verwendet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfänger (17) ein Fototransistor dient.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtleiter (18, 19; 23, 24) jeweils ein Acrylglasleiterband dient.

11. Verwendung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 und/oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 für die lagerichtige Bestückung des Läufers einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Anker (11) und/oder einem Kollektor (12).