DE202006004456U1 - Test device for surfaces, in particular of welding electrodes - Google Patents
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Abstract
Testvorrichtung
für Oberflächen, insbesondere
von Schweißelektroden
(70),
mit einer Strahlungsquelle (20) zum Aussenden von Strahlung,
mit
einer Sendeoptik (22) zum Leiten der Strahlung auf eine zu untersuchende
Oberfläche
(72), welche die Strahlung in charakteristischer Weise reflektiert
und/oder streut,
mit einem Detektor (40) zum Nachweis der von
der Oberfläche
(72) reflektierten und/oder gestreuten Strahlung und mit einer Detektoroptik
(24) zum Leiten der reflektierten und/oder gestreuten Strahlung
auf den Detektor (40),
dadurch gekennzeichnet,
dass die
Sendeoptik (22) und die Detektoroptik (24) ein und dieselbe Autokollimationsoptik
(30) ist,
dass zum Leiten der reflektierten und/oder gestreuten Strahlung
auf den Detektor (40) ein Strahlteilermittel (60) vorhanden ist
und
dass zum platzsparenden Anordnen der Strahlungsquelle (20),
der Autokollimationsoptik (30) und des Detektors (40) im Bereich
der zu untersuchenden Oberfläche
(72) ein Strahlumlenkmittel (50) zum Umlenken der Strahlung quer zu
einer optischen Achse der Autokollimationsoptik (30) vorhanden ist.Test device for surfaces, in particular of welding electrodes (70),
with a radiation source (20) for emitting radiation,
with a transmission optics (22) for guiding the radiation onto a surface (72) to be examined, which reflects and / or scatters the radiation in a characteristic manner,
with a detector (40) for detecting the radiation reflected and / or scattered by the surface (72) and with detector optics (24) for directing the reflected and / or scattered radiation onto the detector (40),
characterized,
the transmission optics (22) and the detector optics (24) are one and the same autocollimation optics (30),
that for directing the reflected and / or scattered radiation onto the detector (40) a beam splitter means (60) is present, and
in that in order to space the radiation source (20), the autocollimation optics (30) and the detector (40) in the region of the surface (72) to be examined, there exists a beam deflection means (50) for deflecting the radiation transversely to an optical axis of the autocollimation optics (30) is.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für Oberflächen, insbesondere von Schweißelektroden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a test device for surfaces, in particular of welding electrodes, according to the preamble of claim 1.
Eine
gattungsgemäße Testvorrichtung
ist beispielsweise aus
Solche
Testvorrichtungen werden beispielsweise für Schweißgeräte und Schweißautomaten
in der Automobilindustrie eingesetzt. Hierbei werden zum elektrischen
Punktschweißen
Metallelektroden, insbesondere Kupferelektroden, verwendet. Nach
typischerweise einigen hundert Schweißpunkten treten Degradationen
dieser Schweißelektroden
auf, welche ein Abfräsen
oder einen Austausch notwendig machen. Um eine Information über den
Zustand der Schweißelektroden,
genauer deren Oberfläche,
zu erhalten, werden optische Testvorrichtungen der in
Optische Schalter mit einer energetischen Auswertung gibt es für verschiedene Anwendungsbereiche. Energetische Taster erfassen ein nachzuweisendes Objekt, welches auch als Tastgut bezeichnet wird, wenn sich dieses nahe genug am Sensor befindet. Dies hängt in der konkreten Situation von den gewählten Einstellungen und dem Gerätetyp ab. Für solche energetischen Taster ist eine Entfernungsabhängigkeit des Signals gerade erwünscht und für eine Auswertung notwendig.optical Switches with an energetic evaluation are available for different Applications. Energetic buttons detect a detected Object, which is also called Tastgut, if this close enough to the sensor. This depends on the specific situation from the chosen ones Settings and the device type from. For such energetic push-buttons is a distance-dependence of the signal just desired and for one Evaluation necessary.
Kontrasttaster werden eingesetzt, um eine Kontrastmarke, auf welche das Gerät eingelernt wird, zu erkennen. Diese Geräte können mit einer getrennten Sende- und Empfangsoptik oder auch mit einer koaxialen Optik versehen sein. Um eine möglichst scharfe Abbildung, also eine Fokussierung auf eine bestimmte Tastweite, zu erhalten, muss bei einem solchen Kontrasttaster in der Regel ein genau definierter Abstand des zu untersuchenden Objekts zum Gerät eingehalten werden. Eine scharfe Abbildung ist bei diesen Vorrichtungen notwendig, um einen exakten Schaltpunkt zu erhalten, was im Hinblick auf beispielsweise eine Kantenerkennung und eine schnelle Reaktionszeit erwünscht ist.contrast Sensors are used to create a contrast mark on which the device is taught will, to recognize. These devices can with a separate transmitting and receiving optics or with a coaxial Optics be provided. To be as sharp as possible Illustration, ie a focus on a specific range, To obtain such a contrast scanner usually needs a well-defined distance of the object to be examined adhered to the device become. Sharp imaging is necessary with these devices in order to obtain an exact switching point, in view of, for example edge detection and fast response time is desired.
Bei
der in
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Testvorrichtung für Oberflächen, insbesondere von Schweißelektroden, zu schaffen, mit welcher eine Abhängigkeit eines auszuwertenden Signals im Hinblick auf Tastweitenschwankungen möglichst weitgehend ausgeschlossen ist. Die Vorrichtung soll außerdem einfach aufgebaut sein und zusätzlich unter beengten räumlichen Bedingungen einsetzbar sein.task The invention relates to a test device for surfaces, in particular of welding electrodes, to create, with which a dependence of an evaluable Signal as far as possible excluded with regard to range fluctuations is. The device should also be simple be built and in addition under cramped spatial Conditions can be used.
Diese Aufgabe wird durch die Testvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by the test device having the features of the claim 1 solved.
Die Testvorrichtung der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die Sendeoptik und die Detektoroptik ein und dieselbe Autokollimationsoptik ist, dass zum Leiten der von der Oberfläche reflektierten und/oder gestreuten Strahlung ein Strahlteilermittel vorhanden ist und dass zum Platz sparenden Anordnen der Strahlungsquelle, der Autokollimationsoptik und des Detektors im Bereich der zu untersuchenden Oberfläche ein Strahlumlenkmittel zum Umlenken der Strahlung quer zu einer optischen Achse der Autokollimationsoptik vorhanden ist.The Test device of the type indicated above according to the invention thereby further developed that the transmitting optics and the detector optics one and the same Autocollimation optics is that for guiding the reflected off the surface and / or scattered radiation, a beam splitter means is present, and that for space-saving arrangement of the radiation source, the autocollimation optics and the detector in the area of the surface to be examined Beam deflecting means for deflecting the radiation transversely to an optical Axis of the autocollimation optics is present.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Testvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.preferred Further developments of the test device according to the invention are the subject the dependent claims.
Als erster Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, die Strahlung mit denselben optischen Komponenten auf die zu untersuchende Oberfläche und, nach Reflexion und/oder Streuung an der zu untersuchenden Oberfläche, auf den Detektor zu leiten. Dies wird mit einer Autokollimationsoptik und einem Strahlteilermittel bewerkstelligt.When The first basic idea of the invention can be regarded as the radiation with the same optical components on the surface to be examined and, after reflection and / or scattering on the surface to be examined, on to guide the detector. This is done with an autocollimation optics and a beam splitting means.
Ein weiterer wesentlicher Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Strahlung nicht auf derselben optischen Achse, auf welcher die Strahlung von der Strahlungsquelle abgestrahlt wird, auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlt wird. Vielmehr wird zwischen Strahlungsquelle und Oberfläche ein Strahlumlenkmittel positioniert, welches die Strahlung quer zu einer optischen Achse der Autokollimationsoptik umlenkt. Auf diese Weise ist mit einfachen Mitteln eine sehr Platz sparende Anordnung von Strahlungsquelle, Autokollimationsoptik und Detektor im Bereich der zu untersuchenden Schweißelektrode möglich.Another essential core idea of the present invention is that the radiation is not irradiated onto the surface to be examined on the same optical axis on which the radiation is radiated from the radiation source. Rather, a Strahlumlenkmittel is positioned between the radiation source and the surface, which deflects the radiation transversely to an optical axis of the autocollimation optics. In this way, a very space-saving arrangement of radiation source, autocollimation optics and detector in the area to be examined by simple means possible welding electrode possible.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Aufbau insgesamt mit wenigen optischen Komponenten auskommt und deshalb kostengünstig zu realisieren ist.One Another significant advantage of the invention is that the structure altogether manages with few optical components and therefore inexpensive to realize.
Bei einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Testvorrichtung ist das Strahlumlenkmittel ein Spiegel. Alternativ könnte auch ein Prisma verwendet werden. Aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen Umlenkens des Strahls quer zur Achse der Autokollimationsoptik können besonders vorteilhaft zwei erfindungsgemäße Testvorrichtungen zu einer Doppeltestvorrichtung für Schweißelektroden kombiniert werden, wobei dann ein Doppelspiegel als gemeinsames Strahlumlenkmittel für beide Testvorrichtungen eingesetzt werden kann. Mit einem solchen Gerät können zwei gegenüberliegende Schweißelektroden paarweise getestet werden.at a preferred variant of the test device according to the invention is the Beam deflecting a mirror. Alternatively, a prism could be used become. Due to the inventively provided deflection of the Beams across the axis of the autocollimation optics can be particularly Advantageously, two test devices according to the invention to a double test device for welding electrodes be combined, in which case a double mirror as a common Beam deflection for both test devices can be used. With such a Device can be two opposite welding electrodes be tested in pairs.
Durch die Verwendung eines koaxialen Systems, das heißt eines Systems, welches im Grundsatz mit einer Linse oder einer Optik pro System auskommt, im Vergleich zu den sogenannten zweiäugigen Systemen, bei denen für Sender und Empfänger jeweils separate Optiken verwendet werden, kann die Abhängigkeit der Messergebnisse von einer möglichen Lageungenauigkeit der zu untersuchenden und zu erfassenden Oberflächen deutlich verringert werden. Insbesondere können die bei den sogenannten zweiäugigen Systemen grundsätzlich vorhandenen Triangulationseffekte vermieden werden. Sowohl ein möglicher und ungewollter Seiten versatz, also eine Fehlpositionierung des zu untersuchenden Objekts quer zur optischen Achse des eingestrahlten Lichts, als auch ein Tastweitenversatz, also eine Fehlpositionierung in Richtung der optischen Achse der eingestrahlten Strahlung, wirkt sich erheblich geringer auf das Messergebnis aus als bei zweiäugigen Systemen. Die Wiederholgenauigkeit des Systems ist deshalb erheblich verbessert. Im Unterschied zum Stand der Technik ist bei der erfindungsgemäßen Testvorrichtung die Abstandsabhängigkeit also weitestgehend reduziert.By the use of a coaxial system, that is, of a system used in the Principle with one lens or one optic per system, compared to the so-called two-eyed systems in which for stations and receiver respectively Separate optics can be used, depending on the measurement results from a possible Position inaccuracy of the surfaces to be examined and recorded clearly be reduced. In particular, in the so-called binocular Systems basically existing triangulation effects are avoided. Both a possible and unwanted page offset, so a mispositioning of object to be examined transverse to the optical axis of the incident light, as well as a scanning distance offset, so a mispositioning in Direction of the optical axis of the irradiated radiation acts Significantly lower on the measurement result than in two-eyed systems. The repeatability of the system is therefore significantly improved. In contrast to the prior art is in the test device according to the invention the distance dependence thus largely reduced.
Weiterhin kann durch die spezielle Anordnung der optischen Komponenten, insbesondere durch das Strahlumlenkmittel, das System bautiefenoptimiert gestaltet werden. Durch das Umlenken des Sende- beziehungsweise Empfangsstrahls kann die Tiefe des Gehäuses besonders gering gehalten werden. In diesem Fall sind beide optoelektrischen Bauelemente, also Sender und Empfänger, nicht in der Verlängerung der optischen Achse der Autokollimationsoptik positioniert. Auf diese Weise wird ein Doppel-Sensor-System ermöglicht.Farther can by the special arrangement of the optical components, in particular by the Strahlumlenkmittel, the system designed depth-optimized become. By redirecting the transmit or receive beam can the depth of the case be kept particularly low. In this case, both are opto-electrical Components, so transmitter and receiver, not in the extension the optical axis of the autocollimation optics positioned. On This way will be a double sensor system allows.
Zweckmäßig ist diese Doppeltestvorrichtung deshalb in einem zwischen zwei Schweißelektroden einführbaren Gehäuse untergebracht. Dies gestaltet sich aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Strahlumlenkung quer zur Achse der Autokollimationsoptik besonders einfach. Mit der erfindungsgemäßen Doppeltestvorrichtung können auch besonders dicht beieinander liegende Schweißelektroden untersucht werden. Da für zahlreiche Anwendungen, insbesondere in der Automobilindustrie, Parkpositionen der Schweißgeräte mit dicht beieinander liegenden Schweißelektroden bevorzugt sind, ist dies ein besonders wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung.Is appropriate Therefore, this double tester device can be inserted in a space between two welding electrodes casing accommodated. This is due to the inventively provided beam deflection transverse to the axis of the autocollimation optics particularly simple. With the double test device according to the invention can Also particularly closely spaced welding electrodes are examined. Therefore numerous applications, especially in the automotive industry, Parking positions of the welding machines with tight lying welding electrodes This is a particularly important advantage of the present invention Invention.
Grundsätzlich können mit der erfindungsgemäßen Testvorrichtung beliebige Oberflächen, insbesondere hochreflektive Oberflächen mit einem hohen Anteil an gerichteter und einem geringen Anteil an diffuser Reflexion untersucht werden. Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Testvorrichtung zur Untersuchung der Oberflächen von Schweißelektroden, beispielsweise von Kupferkappen eingesetzt werden.Basically you can with the test device according to the invention any surfaces, especially highly reflective surfaces with a high proportion at directed and a small amount of diffuse reflection examined become. Particularly advantageous, the test device according to the invention for Examination of the surfaces of welding electrodes, For example, be used by copper caps.
Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen koaxialen Optik in Form einer Autokollimationsoptik kann insbesondere eine optische energetische Auswertung durchgeführt werden. Hierbei werden die gemessenen Intensitäten mit vorgegebenen und/oder eingelernten Schwellen verglichen.With Help inventively provided Coaxial optics in the form of an autocollimation optics can in particular an optical energy evaluation can be performed. Here are the measured intensities compared with predetermined and / or learned thresholds.
Das Strahlteilermittel, welches zum Leiten der von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten und/oder gestreuten Strahlung auf den Detektor notwendig ist, kann grundsätzlich ein Spiegel mit einem mittig angebrachten Loch oder einer Bohrung zum Durchtritt des von der Strahlungsquelle kommenden Lichts sein. Durch geeignetes Auf weiten der von der Oberfläche reflektierten Strahlung kann bei einer solchen Variante sichergestellt werden, dass ausreichend Strahlungsintensität zum Detektor geleitet wird.The Beam splitting means, which for guiding the of the to be examined surface reflected and / or scattered radiation to the detector necessary is, basically a mirror with a centered hole or hole to the Passage of the light coming from the radiation source his. By suitable on wide of the radiation reflected from the surface can be ensured in such a variant that sufficient radiation intensity is passed to the detector.
Bei einer besonders bevorzugten Variante ist das Strahlteilermittel aber ein halbdurchlässiger Spiegel, welcher einen Teil der von der Oberfläche reflektierten und/oder gestreuten Strahlung in Richtung des Detektors leitet. Bevorzugt ist bei diesem halbdurchlässigen Spiegel außerdem eine Blende vorgesehen. Diese kann ein separates Bauteil sein, es kann sich aber auch um eine Beschichtung des Strahlteilers handeln.at a particularly preferred variant is the beam splitter means but a half-transparent mirror, which a part of the surface of the reflected and / or scatters scattered radiation in the direction of the detector. Prefers is at this semi-permeable Mirror as well a screen provided. This can be a separate component, it but can also be a coating of the beam splitter.
Um eine möglichst weitgehende Unabhängigkeit von einer Tastweite, das heißt von einem Abstand der zu untersuchenden Oberfläche zu der Testvorrichtung, zu erzielen, wird der optische Aufbau bevorzugt so gewählt, dass eine senderseitige Fokussie rung stärker ist als eine Fokussierung auf die zu untersuchende Oberfläche. In diesem Zusammenhang spricht man auch davon, die senderseitige Fokussierung größer als den sogenannten Tastweitenbereich zu wählen.In order to achieve the greatest possible independence from a scanning distance, that is to say from a distance of the surface to be examined from the test device, the optical structure is preferably selected so that a transmitter-side focusing is stronger than a focusing on the surface to be examined. In this context, one also speaks of the transmitter-side focusing greater than the so-called detection ranges area to choose.
Eine besonders weitgehende Tastweitenunabhängigkeit wird erreicht, wenn die Strahlung in einem im Wesentlichen parallelen Strahlengang auf die Oberfläche auftrifft.A particularly extensive scanning distance independence is achieved when the radiation in a substantially parallel beam path the surface incident.
Um außerdem einen Winkelversatz der zu untersuchenden Oberfläche gegenüber der optischen Achse der Testvorrichtung ausgleichen zu können, ist es zweckmäßig, wenn der Detektor im Bereich einer Brennebene der Autokollimationsoptik oder näher zu der Autokollimationsoptik angeordnet ist. Bei geringfügigem Verkippen des im Wesentlichen parallelen Strahlengangs wird dieses Strahlenbündel dann weiterhin in der Brennebene fokussiert. Die Größe des Detektors wird im Hinblick darauf so gewählt, dass ein gewisser geringfügiger Winkelversatz der zu untersuchenden Oberfläche noch nicht dazu führt, dass der Fokus aus der aktiven Fläche des Detektors herauswandert. Andererseits soll der Detektor nicht so groß sein, dass eine schräg abgefräste Oberfläche einer Schweißelektrode immer noch zu einem nahezu unveränderten Nachweissignal führt. Als zweckmäßig hat sich eine Detektorgröße von etwa 5 × 5 mm2 erwiesen. Die empfangsseitige Fokussierung ist also vorzugsweise so zu gestalten, dass sich das Empfangselement oder der Detektor im Bereich der Scharfabbildung, also des kleinsten Lichtstrahls befindet, um die Winkelabhängigkeit des Objekts, das heißt der zu untersuchenden Oberfläche, zu minimieren. Aufgrund der Strahlengeometrie wandert der Lichtfleck auf dem Detektor umso weniger und ein Winkelversatz wirkt sich umso weniger aus, je kleiner der Abstand zwischen Autokollimationsoptik und Detektor ist. Bevorzugt ist deshalb der Abstand zwischen der Autokollimationsoptik, die in einem einfachen Fall eine Linse sein kann, und dem Detektor geringfügig kleiner als die Brennweite, der Detektor also kurz vor der Brennebene positioniert. Dann könnte auch mit einem flächenmäßig kleineren Detektor gearbeitet werden.In order to be able to compensate for an angular offset of the surface to be examined relative to the optical axis of the test device, it is expedient if the detector is arranged in the region of a focal plane of the autocollimation optics or closer to the autocollimation optics. With slight tilting of the substantially parallel beam path of this beam is then further focused in the focal plane. In view of this, the size of the detector is chosen such that a certain slight angular offset of the surface to be examined does not yet cause the focus to migrate out of the active area of the detector. On the other hand, the detector should not be so large that an obliquely milled surface of a welding electrode still leads to a nearly unchanged detection signal. As appropriate, a detector size of about 5 × 5 mm 2 has proved. The reception-side focusing is therefore preferably to be designed so that the receiving element or the detector is in the range of sharp imaging, ie the smallest light beam to minimize the angular dependence of the object, that is, the surface to be examined. Due to the beam geometry, the smaller the distance between the autocollimation optics and the detector, the less the light spot on the detector moves, and the less the angular offset is, the less the effect. Preferably, therefore, the distance between the autocollimation optics, which may be a lens in a simple case, and the detector is slightly smaller than the focal length, the detector thus positioned just before the focal plane. Then you could work with a smaller area detector.
Die Strahlung kann grundsätzlich jede Art von elektromagnetischer Strahlung, welche von den typischerweise verwendeten Schweißelektroden, im häufigsten Fall Kupfer-Elektroden, hinreichend charakteristisch reflektiert und/oder gestreut wird, verwendet werden. Beispielsweise kann Infrarot- oder UV-Strahlung eingesetzt werden. Wegen der besonders leichten Justierbarkeit der Optik, insbesondere des Tastguts relativ zum Sensor, wird aber bevorzugt sichtbares Licht verwendet. Als Detektoren können insbesondere übliche Fotodioden eingesetzt werden.The Radiation can basically any kind of electromagnetic radiation, which is typical of used welding electrodes, most often Case copper electrodes, sufficiently characteristic reflected and / or scattered. For example, infrared or UV radiation be used. Because of the particularly easy adjustment of the Optics, in particular of the Tastguts relative to the sensor, but is preferably visible Light used. In particular conventional photodiodes can be used as detectors be used.
Als Strahlungsquelle können grundsätzlich alle bekannten Strahlungsquellen, insbesondere Laser, eingesetzt werden. Bei besonders bevorzugten, einfach aufgebauten und kostengünstigen Varianten werden jedoch Leuchtdioden eingesetzt. Vorteilhaft ist insbesondere eine Anordnung von Sender, Blende, Autokollimationsoptik und sonstigen optisch wirksamen Bauelementen, die einen möglichst homogenen Lichtstrahl zum zu untersuchenden Objekt bewirken. Die Oberfläche soll also möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet werden. Hierfür sind insbesondere Leuchtdioden geeignet, bei denen ein Bond-Kontakt am Rand positioniert ist, also die üblichen "dips" in der Winkelemissionscharakteristik von Leuchtdioden nicht auftreten. Außerdem ist hierfür beispielsweise eine ovale Blende auf dem Strahlteiler zweckmäßig.When Radiation source can basically all known radiation sources, in particular lasers, are used. In particularly preferred, simple and inexpensive Variants, however, LEDs are used. Is advantageous in particular an arrangement of transmitter, aperture, autocollimation optics and other optically active components, the one possible cause homogeneous light beam to the object to be examined. The surface should be as possible evenly lit. become. Therefor In particular light emitting diodes are suitable in which a bonding contact on Edge is positioned, so the usual "dips" in the angle emission characteristic of LEDs do not occur. In addition, this is for example a oval aperture on the beam splitter appropriate.
Im Hinblick auf eine möglichst gute Signalauswertung und Unabhängigkeit von einem eventuellen Strahlungsuntergrund kann es außerdem von Vorteil sein, der Strahlung eine zeitliche Struktur aufzuprägen, beispielsweise gepulstes Licht zu verwenden.in the Regard to one as possible good signal evaluation and independence it may also be advantageous from a possible radiation background be to impose on the radiation a temporal structure, for example to use pulsed light.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren beschrieben. Hierin zeigen:Further Advantages and features of the invention will be with reference to below on the attached schematic Figures described. Herein show:
Ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Testvorrichtung
Als
wesentliche Bestandteile weist die Testvorrichtung
Die
Strahlungsquelle
Die
im Hinblick auf ihren Reflexionsgrad zu untersuchende und zu bewertende
Oberfläche
Ein
Beispiel einer erfindungsgemäßen Doppeltestvorrichtung
Im
Wesentlichen handelt es sich bei der Doppeltestvorrichtung um zwei
identische Testvorrichtungen der in den
Claims (9)
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- 2006-03-21 DE DE200620004456 patent/DE202006004456U1/en not_active Expired - Lifetime
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