DE2916862A1

DE2916862A1 - Einrichtung zum pruefen der richtigen lage und/oder masse eines sich bewegenden teils

Info

Publication number: DE2916862A1
Application number: DE2916862A
Authority: DE
Inventors: Rainer Jung; Hans Dipl Phys Dr Vetter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-04-26
Filing date: 1979-04-26
Publication date: 1980-11-06
Also published as: IT8021599A0; FR2455264A1; IT1141310B; DE2916862C2

Description

κ. 544 ν

26.3.1979 Ve/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Einrichtung zum Prüfen der richtigen Lage und/oder Maße eines sich bewegenden Teils

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Einrichtungen zum Prüfen von Teilen sind schon z.B. aus der DE-OS 2 620 240, der DE-OS 2 717 507 sowie der DE-OS · 2 844 912 bekannt. Das Prinzip beruht jeweils darauf, daß das zu prüfende Teil durch den Strahlengang einer Lichtquelle geführt wird und daß der Grad der Schwächung des Lichts durch das Werkstück gemessen wird. Bei der ersten der genannten OS wird nur die Lichtschwächung durch das zu prüfende Teil insgesamt bestimmt, so daß z.B. Verschiebungen der Lage des Werkstücks oder zufällig gleiche Form eines falschen Werkstücks nicht berücksichtigt werden können. Bei der zweiten OS werden bezüglich einer Ebene nur die beiden Zustände durchfallendes Licht und nichtdurchfallendes Licht betrachtet, wobei jeweils die Zeitdauer dieser Zustände mit einem Referenzwert verglichen wird. Auch diese Einrichtung ist zur Erken-

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nung von Feinstrukturen zu ungenau, bzw. der Aufwand wird zu groß, wenn man solche Feinstrukturen erkennen will. Darüber hinaus besteht wiederum die Gefahr, daß falsche Werkstücke nicht erkannt werden, die trotz anderer Form in einer Ebene gleiche Länge, bzw. gleich lange Ausnehmungen aufweisen. Auch bei der dritten Entgegenhaltung kann im wesentlichen nur die Länge des passierenden Teils bestimmt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, caß die Form von Teilen, z.B. Werkstücken auf einem Fließband praktisch beliebig exakt mit der gespeicherten Kontur eines Referenzteils verglichen werden können, so daß sowohl falsche Maße, wie auch eine falsche Lage erkannt werden können. Dabei kann das Werkstück auch sehr komplizierte Formen aufweisen. Die erfindungsge~äße Einrichtung arbeitet sehr schnell und ist auch schnell an andere Werkstücke anpaßbar, ohne daß Änderungen in der Auswerteschaltung oder im Auswerteprogramm erforderlich sind. Durch die berührungslose Prüfung arbeitet die Einrichtung verschließfrei und hat eine hohe Lebensdauer. Insbesondere bei Realisierung durch einen Mikrorechner wird die Einrichtung sehr einfach und billig.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

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Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den mechanischen Aufbau der Prüfeinrichtung, Figur 2 die Darstellung des Passierer.s des Werkstücks an einem Meßschlitz, Figur 3 die aufgrund des in Figur 2 dargestellten Werkstücks gemessenen S~rahlungswerte, Figur h die schaltungsmäßige Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der Auswerfeschaltung mit Schieberegistern, Figur 5 die schai-ungsnäMge Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Mikrorechner, Figur 6 ein FlußdiagrarjT. zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Figur 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels und Figur 7 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung eines Analog-Digi-al-viandlers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist eine als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle IC dargestellt, deren Lichtstrahlen in einer ersten Linse 11 parallelgerichtet werden. Das parallele Lich^ "wird durch eine Schlitzblende 12 bis auf ein schmales Lichtband ausgeblendet, das durch eine zweite Linse 13 vrieder fokussiert wird. Die Beleuchtungsstärke E des fokussierten Lichts wird in einer Fotodiode lh (oder rorotransistor) gemessen und zur Auswertung einer Auswerteschaltung 15 zugeführt. Diese Auswerteschaltung wird in den folgenden Figuren noch näher beschrieben werden. Die Beleuchtungsstärke des durch die Schlitzblende 12 kommenden Lichts wird in Abhängigkeit der

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Form von Werkstücken 16 reduziert, die das Lichtband nach der Schlitzblende 12 in der in Figur 1 eingezeichneten Richtung passieren. Diese Werkstücke können sich z.B. auf einen Fließband 17 bewegen.

Der Strahlengang zwischen dem als Leuchtdiode 10 dargestellten Strahlensender und dem als Fotodiode 14 dargestellten Strahlenempfänger kann durch eine beliebige sichtbare oder nicht sichtbare Lichtart (z.B. Laser, UV-Licht, IR-Licht) oder durch eine quantisierte Strahlung (z.B. Neutronenstrahlung) gebildet werden. Weiterhin kann anstelle der Schwächung der Strahlung durch das Werkstück 16 auch die Reflektion der ausgesandten Strahlung am Werkstück 16 durch den Empfänger lh gemessen werden.

In Figur 2 ist das Passieren eines beliebig geformten Werkstücks 16 vor der Schlitzblende 12 in vier zeitlich nacheinanderfolgenden Phasen a) bis d) in der Ansicht von der Lichtquelle 10 aus gezeigt.

Figur 3 zeigt die im Empfänger I^ gemessene Beleuchtungsstärke E beim Passieren des Werkstücks gemäß Figur 2. Die vier zeitlichen Phasen a) bis d) sind in Figur 3 gekennzeichnet. Die empfangene Beleuchtungsstärke ist in sieben Stufen unterteilt, die zusätzlich noch durch die entsprechende Binärzahl gekennzeichnet sind. Dies soll darstellen, daß die Verarbeitung von 3~bit-Worten ausreicht, um eine solche Unterteilung zu erfassen. Natürlich kann bei erforderlicher größerer Auflösung diese Unterteilung beliebig feiner gemacht werden.

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In dem in Figur k dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung 15 wird die in Abhängigkeit des empfangenen Lichts im Empfänger IM erzeugte analoge Spannung einem Analog-Digital-Wandler 20 zugeführt. Bei einer Auflösung gemäß Figur 3 sind 3 Binärausgänge notv.⁷endig. Jeder Binärausgang ist mit dem Zahleneingang von je zwei Schieberegistern 21, 22 bzw. 23j 2k bzw. 25, 26 verbunden. Ein mit einer unterbrochenen Linie dargestellter vierter Binärausgang des A/D-V.'andlers 20 ist zv;ei weiteren Schieberegistern 27, 28 zugeführt. Diese Darstellung soll die Möglichkeit an-· deuten, das empfangene Signal in beliebig feiner Auflösung zu erfassen, v:enn man den Aufwand an Bauteilen entsprechend erhöht. Der Ausgang des Empfängers Ik ist weiterhin über eine Schwellwertstufe 29 mit den Rücksetzeingängen R der Schieberegister 22, 24, 2'6 und weiterhin mit dem Eingang eines UND-Gatters 30 verbunden, an dessen zweitem Eingang ein Schiebetakt eines Taktgenerators 31 angelegt ist. Dieser Taktgenerator 31 kann im einfachsten Fall ein astabiler Multivibrator sein, die Schiebetaktfrequenz kann jedoch auch in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der passierenden Werkstücke 16 festgelegt werden. Im zweiten Fall kann ein solcher Taktgenerator aus einem vom die Werkstücke bewegenden Fließband 17 angetriebenen Rad 32 bestehen, das Marken 33 aufweist, die von einem Aufnehmer 3k in Taktsignale umgewandelt werden. Auf diese Weise bleiben Schwankungen der Transportgeschwindigkeit ohne Einfluß auf das Meßergebnis.

Der Ausgang des UKD-Gatters 30 ist über einen Umschalter 35 mit den Takteingängen C der Schieberegister 21 bis 26 verbunden, und zwar so, daß in der einen, darge-

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stellten Schaltstellung die Taktsignale den Schieberegistern 22, 24, 26 und in der anderen Schaltstellung den Schieberegistern 2I₃ 23, 25 zugeführt werden.

Die Parallel-Zahlenausgänge der Schieberegister 21, 22 sind einem digitalen Komparator 36 zugeführt, dessen Ausgang über ein ODER-Gatter 37 einem Eingang eines UND-Gatters 38 zugeführt sind. Entsprechend geschaltete digitale Komparatoren 39, 40 vergleichen parallel die in den Schieberegistern 23, 2k bzw. 25, 26 vorliegenden Binärzahlen. Auch ihre Ausgänge sind dem ODER-Gatter 37 zugeführt. Der Ausgang der Schwellwertstufe 29 ist über einen Inverter 41 an einen zweiten Eingang des UND-Gatters 38 gelegt. Der Ausgang des UND-Gatters 38 ist mit einer Warneinrichtung 42 verbunden, die gemäß der Darstellung als Glühlampe ausgebildet sein kann, und mit einer mechanischen oder elektrischen Steuervorrichtung zum Ausrichten oder Aussortieren der Werkstücke. Diese Steuervorrichtung kann z.B. als Greifarm ausgebildet sein, der bei Erkennung eines Fehlers automatisch das fehlerhafte Werkstück vom Fließband entfernt oder bei falscher Lage ausrichtet.

Die Wirkungsweise des in Figur 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß zunächst die Kontur eines Referenzteils (Referenzwerkstücks), die in Form von sequentiell am Ausgang des A/D-Wandlers 20 auftretenden Binärworten erscheint, im Takt der Schiebetaktfrequenz in die Register 21, 23> 25 eingelesen wird. Dies geschieht dadurch, daß durch Umlegen des Schaltarms des Umschalters 35 während des Passierens des Referenzteils vor der Schlitzblende 12 der Schiebevorgang dieser 3-bit-

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Binärworte in die Schieberegister 21, 23, 25 stattfindet. Der Beginn und das Ende des Schiebevorgangs wird durch die Schweliwertstufe 29 festgelegt, die bei Unterschreiten des Schwellwerts S gemäß Figur 3 ein Ausgangssignal erzeug-, durch das das als Torstufe wirkende UND-Gatter 30 geöffnet wird. Dieser Schwellwert S liegt um einen geringen Betrag unterhalb der maximal möglichen Beleuchtungsstärke und erkennt dadurch das Vorhandensein eines Werkstücks, wenn der Strahlengang um wenigstens diesen geringen Betrag geschwächt wird.

Mach Passieren des Referenzteils fällt der Umschalter wieder ir. die eingezeichnete Stellung zurück. Bei Ansprechen der Schwellviertstufe 29 mit Beginn des Passierens eines neuen Werkstücks werden die Schieberegister 22, 24, 26 zuerst rückgesetzt und danach beginnt der Einspeichervorgang in diese Schieberegister. Während dieses Einspeichervorgangs ist das UND-Gatter 38 über d-en Inverter kl gesperrt. Dadurch kann während des Einspeichervorgangs kein Fehlersignal erzeugt werden, da während dieses Einspeichervorgangs natürlich die Zahlenwerte in den Schieberegistern 21, 22, bzw. 23, 2k, bzw. 25, 26 nicht gleich sind. Nach Beendigung des Einspeichervorgangs r.uiö jedoch diese Gleichheit vorhanden sein, wenn das dem Referenzteil nachfolgende Teil diesem in Form und Lage gleicht. Diese Gleichheit äußert sich in Null-Signalen an Ausgang der Komparatoren 36, 39, kO. Liegt in einem der Schieberegister-Paare eine Abweichung vor, so wird über den zugeordneten Komparator ein Eins-Signal erzeugt, das über das nunmehr nach Ende des Einspeichervorgangs freigegebene UND-Gatter 38 als Fehlersignal zur Auslösung der Warn- und Steuervorrichtung k2, kj> dient.

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ΛΑ

In dem in Figur 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteschaltung 15 als Mikrorechner 50 realisiert j in dem als Speicher zur Speicherung von Konturen ein Schreib-Lese-Speicher (RAM) 51 enthalten ist. Diesem Mikrorechner 50 sind entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel die Ausgänge der Bauteile 20, 29, 31 zugeführt, und er weist einen Ausgang auf, der der Warn- und Steuervorrichtungen 42, 43 zugeführt ist.

Die Wirkungsweise des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Figur 6 dargestellten Signalflußplans erläutert werden. Mit dem Einschalten der Anordnung werden alle Speicher initialisiert und der Adressenzähler, durch den die einzelnen Speicherplätze im RAM 51 angewählt werden, wird auf eine Adresse X gesetzt. Im folgenden wird so lange eine erste Schleife 52 durchlaufen, bis ein Taktsignal erscheint. Bis das Referenzteil erscheint, wird die Schleife 53, 54, 55 durchlaufen, das dadurch möglich ist. daß das wie ein Flip-Flop wirkende Flag noch nicht gesetzt ist. Erscheint mit einem der folgenden Taktsignale das werkstück, so wird das Flag gesetzt (Flip-Flop umgesetzt) und das am Ausgang des A/D-Wandlers 20 anliegende Binärwort unter der der Adresse X des RAM 51 eingespeichert. Danach wird der Adressenzähler· weitergeschaltet, wodurch nunmehr die Adresse X + 1 angewählt ist. Die erste Schleife zur Einspeicherung des Referenzprofils ist beendet und wiederholt sich so lange unter Weiterschaltung der Adressen, bis von der Schwellwertstufe 29 gemeldet wird, daß das Referenzteil passiert ist. Dadurch wird über die Programmleitung 54 erneut das Flag abgefragt, das nunmehr gesetzt ist, wodurch zum Programmzweig 56 weitergeschaltet wird. Der

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Adresser.zähler wird wieder auf die Adresse X zurückgesetzt und dann wird in der Schleife 57 bzw. 58 gewartet, bis gleichzeitig ein neues Taktsignal und ein neues Werkstück vorliegt. Nun wird der gespeicherte Inhalt der angewählten Adresse X mit der am Ausgang des A/D-Wandlers 20 anliegenden Binärzahl verglichen. Liegt Gleichheit vor, so wird der Steuerausgang zu den Steuervorrichtungen -2, 43 abgeschaltet j bzw. nicht eingeschaltet. Nun wird der .-.dressenzähler wieder weitergeschaltet und die Schleife 59 erneut durchlaufen. Dies wiederholt sich so lange, bis das Werkstück passiert ist, worauf in der Warteschleife 53 auf das nächste Werkstück gewartet und der Adressenzähler wieder auf die Adresse X rückgesetzt vrir'd. In Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel werden die gespeicherten Informationen des Referenzteils zeitlich nacheinander, also sequentiell verglichen und nicht parallel. 'Wird bei einem solchen \^rergleich eine Ungleichheit festgestellt, so wird der Steuerausgang eingeschaltet und bleibt so lange eingeschaltet, bis in einem der folgenden Schleifen wieder eine Gleichheit eintritt. Dies hat den Vorteil, daß ein einzelner Fehler, der z.B. bei einer senkrechten Kante eines Teils auftreten kann, nur zu einem kurzen Flackern der optischen Anzeigevorrichtung 42 zwischen zwei Taktsignalen führt. In der Steuereinrichtung 43, falls eine solche vorgesehen ist, kann eine Sperre eingebaut sein, die erst ab einer gewissen Zahl von aufeinanderfolgenden Fehlmeldungen eine Ausrichtung oder Aussortierung wirksam werden läßt.

In welche" Umfang die Arbeitsschritte gemäß Figur 6 hardware- oder softwaremäßig ausgeführt werden, ist eine Frage der Zweckmäßigkeit. Wie bereits ausgeführt, kann das Setzen des Flag durch ein Flip-Flop realisiert

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sein, der Vergleich wiederum durch einen digitalen Komparator erfolgen und die einzelnen Programmschritte durch einen Schrittzähler oder durch eine logische Gatteranordnung gesteuert werden. Der Adressenzähler und das RAM 51 liegen im Mikrorechner ohnehin als diskrete Baugruppen vor.

;In Figur 7 ist eine für den vorgesehenen Zweck vorteilhafte Ausgestaltung eines A/D-Wandlers 20 dargestellt. Das analoge Ausgangssignals des Empfängers 14 ist parallel fünf Schwellwertstufen 60 bis 64 mit abgestuften Schwellwerten S60 bis S64 zugeführt. Bei maximal möglicher Beleuchtungsstärke E liegt an allen Schwellwertstufen 60 bis 64 ein ausgangsseitiges Eins-Signal vor. Bei infolge eines passierenden Werkstücks absinkender Beleuchtungsstärke schalten die Schwellwertstufen stufenförmig ab, so daß die Summe der Ausgangssignale wiederum eine digitale Information über die Beleuchtungsstärke abgibt, die natürlich nicht als Binärzahl vorliegt.

Anstelle der direkten Zuführung des Einspeichertakts zur Auswerteschaltung 15 kann gemäß der Lehre der eingangs angegebenen DE-OS 28 44 912 eine indirekte Zuführung dadurch erfolgen, daß der Sender 14 durch diesen Takt intermittierend gesteuert wird.

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Claims

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Ansprüche

y Einrichtung zum Prüfen der richtigen Lage und/oder Maße eines Teils, das im Strahlengang zwischen einem Sender und einem Empfänger bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß taktgesteuert nacheinander die im Empfänger (14) gemessenen Strahlungswerte beim Passieren eines Referenzteils (l6) in einer Speichereinrichtung (21, 23, 25 bzw. 51) gespeichert werden, daß die gespeicherten Werte in einer Vergleichsvorrichtung (36, 39₃ 40) mit den entsprechend gemessenen Werten wenigstens eines weiteren Teils verglichen werden und daß bei einer festlegbaren Abweichung eine Warn- und/oder Steuervorrichtung (42, 43) zum Ausrichten oder Aussortieren betätigt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur digitalen Erfassung der gemessenen Strahlungswerte dem Empfänger (14) ein A/D-Wandler (20) nachgeschaltet ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler aus mehreren Schwellwertstufen (60 bis z-, "it abgestuften Schwellwerten besteht.
~. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichereinrichtung eine der Zahl der zu verwertenden bits des A/D-V.^;andlers (20) entsprechende Zahl von Schieberegistern (21, 23, 25) vorgeseher, ist.
5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß als Speichereinrichtung mindestens ein Schr-eib-Lese-Speicher (RAM 51) vorgesehen· ist, in den un^er jeweils einer Adresse ein Ausgangswert des A/D-V.'andlers (20) einspeicherbar ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Einspeichertakt zur iveiterschaltung der Adressen des RAM (51) eingesetzt ist.
7· Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel in die Speichereihrich-ung (51) in Abhängigkeit der Form und/oder Lage des Referenzteils eingespeicherten Datenworte sequentiell mit den einlaufenden Daten des darauffolgenden Teils verglichen vrerden.

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8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Speichereinrichtung (22, 2¹I, 26) zur Speicherung der Daten der dem Referenzteil folgenden Teile vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Speichereinrichtung (22, 2²I, 26) nach jedem durchgeführten Vergleich gelöscht wird.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf Veränderung von Strahlungswerten ansprechende Schaltstufe (29) zur Erkennung eines Teils im Strahlengang vorgesehen ist, durch die die Taktfreqeunz für den Einspeichervorgang und/oder den sequentiellen Vergleichsvorgang ein- und ausschaltbar ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ausgangssignal der Schaltstufe (29) der Vergleichsvorgang zeitlich steuerbar ist.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz durch die Geschwindigkeit der passierenden Teile steuerbar ist.
13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Realisierung der Auswertevorrichtung (15) für die empfangenen Strahlungswerte als Mikrorechner (50). 030045/0267