DE4310464A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Formteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von Formteilen mit Köpfen und Schäften, insbesondere Schrauben und Nieten, wobei die Formteile mit den Köpfen auf einer Fördereinrichtung aufliegen und die Schäfte durch Ausnehmungen in der Fördereinrichtung nach unten hängen, wobei eine Videokamera von oben auf die Köpfe gerichtet ist und wobei von der Videokamera erzeugte Videosignale einer Bildverarbeitungseinrichtung zugeführt werden.

Es ist bekannt, zur Prüfung von Schrauben und anderer mit Köpfen versehener Bolzen Videokameras mit Bildverarbeitungseinrichtungen zu verwenden. Um alle erforderlichen Kriterien zu überprüfen, wird die Schraube sowohl von der Seite als auch von oben (in Richtung auf den Kopf) mit je einer Videokamera aufgenommen. Dazu ist es erforderlich, das zu prüfende Formteil in die Gesichtsfelder der Videokameras zu befördern. Ferner ist ein ausreichender Kontrast zwischen dem Formteil und dem Hintergrund erforderlich, um auswertbare Videosignale zu erhalten.

Bei einer bekannten Fördereinrichtung für diesen Zweck (DE 38 21 393 A1) wird eine in einer horizontalen Ebene liegende Drehscheibe verwendet, welche über den Umfang verteilt Ausnehmungen zur Aufnahme der zu prüfenden Formteile aufweist, wobei die Köpfe am Rand der Ausnehmungen auf der Drehscheibe aufliegen und die Schäfte durch die Ausnehmungen herunterhängen. Zur weiteren Führung ist dabei eine die Drehscheibe teilweise umschließende Führungsschiene vorgesehen.

Bei dieser bekannten Einrichtung sowie bei anderen Einrichtungen, bei welchen in einer Ausnehmung oder Öffnung die Formteile hängend gefördert werden, kann lediglich eine Aufnahme des Schraubenkopfes im Auflicht erfolgen. Dabei ist es äußerst schwierig, einen für die Aufnahme ausreichenden Kontrast zwischen dem Schraubenkopf und der Drehscheibe sicherzustellen. Eine Schwärzung der Scheibe im Kontrast zu hellen Schraubenköpfen oder eine hochglänzende Oberfläche der Drehscheibe im Kontrast zu dunklen Schraubenköpfen hat sich bei der großen Anzahl von zu prüfenden Schrauben und dem dadurch bedingten Abrieb als problematisch erwiesen. Außerdem ist das Auflichtverfahren bei der Prüfung von Schrauben mit verschiedenen Kopfformen problematisch.

Bei Zylinderkopfschrauben erscheinen im Auflicht die seitlichen Kopfflanken dunkel und die Kopfoberfläche hell. In der Übergangszone zwischen Oberfläche und Flanke ergibt sich eine undefinierte Zone mit sehr uneinheitlichen Grauwerten, so daß eine Trennung und damit eine exakte Vermessung des Schraubenkopfes schwierig ist. Noch problematischer ist das Auflichtverfahren bei Rundköpfen, da hier Helligkeitswerte vom Scheitel des Kopfes bis zum unteren Kopfrand kontinuierlich abfallen und fast unterschiedslos in die Helligkeitswerte der Scheibe übergehen.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, eine Prüfung von Formteilen mit Köpfen und Schäften, insbesondere von Schrauben und Nieten, mit einer Fördereinrichtung zu ermöglichen, auf der die Köpfe aufliegen und wobei die Schäfte durch Ausnehmungen in der Fördereinrichtung nach unten hängen, derart zu ermöglichen, daß die genannten Nachteile des Auflichtverfahrens vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Formteile von unten beleuchtet werden, daß Licht durch mehrere sich mit der Umfangslinie der Köpfe überschneidende Öffnungen in der Fördereinrichtung hindurchtritt und in die Videokamera gelangt, daß durch Auswertung des durch die Öffnungen hindurchtretenden Lichtes mindestens drei Punkte am Umfang des Kopfes ermittelt werden und daß mit Hilfe dieser Punkte der Mittelpunkt und der Radius bzw. der Durchmesser berechnet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß Gegenlicht angewendet werden kann, so daß die mit der Anwendung von Auflicht verbundenen Nachteile vermieden werden.

Die Anwendung von zusätzlichem Auflicht ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch nicht ausgeschlossen. So sieht beispielsweise eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß ferner eine Beleuchtung des Kopfes aus Richtung der Videokamera erfolgt (Auflicht) und daß weitere Meßgrößen aus durch das Auflicht entstehenden Anteilen der Videosignale berechnet werden.

Zur Aufnahme eines Bildes, das trotz der Bewegung der Formteile scharf ist, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß bei Erreichen einer für die Aufnahme des jeweiligen Formteils vorgesehenen Position des Formteils ein Sensor ein Signal erzeugt, das eine blitzartige Beleuchtung auslöst und das die Bildverarbeitungseinrichtung zum Speichern und Verarbeiten des Bildes ansteuert.

Zur Erzielung einer scharfen Abbildung des zu prüfenden Formteils kann bei Anwendung einer kontinuierlichen Beleuchtung gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen sein, daß bei Erreichen einer für die Aufnahme des jeweiligen Formteils vorgesehenen Position des Formteils ein Sensor ein Signal erzeugt, das ein Öffnen eines in der Videokamera befindlichen Kurzzeitverschlusses auslöst und das die Bildverarbeitungseinrichtung zum Speichern und Verarbeiten des Bildes ansteuert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Verwendung einer Videokamera mit einem Flächensensor beschränkt. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht deshalb darin, daß die Videokamera mit einem Zeilensensor versehen ist und entsprechend der Bewegung des Kopfes den Kopf des Formteils mit mehreren aufeinanderfolgenden Zeilenaufnahmen aufnimmt.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ferner von unten Licht durch jeweils ein einer Ausnehmung zugeordnetes Referenzloch hindurchtritt, daß die Videokamera das durch das Referenzloch hindurchtretende Licht mit der gleichen Bildaufnahme wie den jeweils zu prüfenden Kopf erfaßt, daß der Mittelpunkt des Referenzloches berechnet wird, daß ein Versatz zwischen dem Mittelpunkt des Referenzloches und dem berechneten Mittelpunkt des Kopfes mit einem Sollversatz verglichen wird und daß Formteile, deren Versatz vom Sollversatz abweichen, aussortiert werden.

Mit dieser Weiterbildung ist eine Beurteilung der Exzentrizität des Schaftes im Verhältnis zum Kopf möglich. Voraussetzung ist allerdings, daß der Schaft exakt in der Ausnehmung positioniert ist.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß als Fördereinrichtung eine Drehscheibe dient, an deren Umfang nach außen offene Ausnehmungen angeordnet sind, wobei die Drehscheibe mindestens teilweise von einer Führungsschiene derart umschlössen ist, daß die Formteile gegen Herausfallen aus den Ausnehmungen gesichert sind, daß die Ausnehmungen im wesentlichen dreieckförmig sind, wobei die Eckbereiche der Dreiecke seitlich über die Köpfe hinausragen und Öffnungen für das Licht bilden, das von einer unterhalb der Drehscheibe angeordneten flächenhaften Lichtquelle ausgeht.

Öffnungen für das Gegenlicht können bei einer anderen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens auch dadurch geschaffen werden, daß als Fördereinrichtung eine Drehscheibe dient, an deren Umfang nach außen offene Ausnehmungen angeordnet sind, wobei die Drehscheibe mindestens teilweise von einer Führungsschiene derart umschlossen ist, daß die Formteile gegen Herausfallen aus den Ausnehmungen gesichert sind, daß die Ausnehmungen im wesentlichen in Richtung auf den Drehpunkt der Drehscheibe über den Rand des Kopfes hinaus erweitert sind und daß ein Spalt zwischen der Drehscheibe und der Führungsschiene und die Erweiterungen der Ausnehmungen Öffnungen für das Licht bilden, das von einer unterhalb der Drehscheibe angeordneten flächenhaften Lichtquelle ausgeht.

Bei dieser Vorrichtung ist vorzugsweise vorgesehen, daß die tangential zur Drehscheibe gemessene Breite der Erweiterungen kleiner als der Durchmesser des Schaftes der Formteile ist.

Die Messung der Exzentrizität zwischen Schaft und Kopf kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch ermöglicht werden, daß in der Drehscheibe mit den Ausnehmungen in fester Beziehung stehende Referenzlöcher vorgesehen sind. Dabei kann je Ausnehmung eine der Öffnungen für das Licht ein Referenzloch bilden.

Die dazu erforderliche Fixierung der Schäfte kann dabei dadurch erfolgen, daß im Randbereich der Drehscheibe Federn zum Andrücken der Schäfte in Richtung auf den Drehpunkt der Drehscheibe vorgesehen sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 ein Detail einer besonderen Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Detail einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Berechnung des Mittelpunktes und des Radius des Kopfes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Seitenansicht und als Draufsicht. Dabei ist eine an sich bekannte Drehscheibe 1 vorgesehen, welche am Rand Ausnehmungen 2 aufweist, deren Größe an den Schaft der zu prüfenden Schrauben 3 angepaßt ist. Letztere werden bei 4 mit Hilfe einer im einzelnen nicht dargestellten Zuführeinrichtung zugeführt und durch eine an die Drehscheibe 1 angepaßte gebogene Führungsschiene 5 innerhalb der Ausnehmungen 2 gehalten. Durch die Drehung der Drehscheibe in Pfeilrichtung gelangen die Schraubenköpfe in das Gesichtsfeld einer Videokamera 6, welche mit einer ringförmig um das Objektiv 7 herum angeordneten Beleuchtungseinrichtung 8 versehen ist. Außerdem ist zur Erzeugung von Gegenlicht eine flächenhafte Beleuchtungseinrichtung 9 vorgesehen, die beispielsweise aus einer Vielzahl von lichtemittierenden Dioden besteht.

Meistens wird eine zweite Videokamera zur Erfassung der Schrauben von der Seite angeordnet, was jedoch in Fig. 1 nicht dargestellt ist, da eine diesbezügliche Erläuterung zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist.

Die von der Videokamera 6 erzeugten Videosignale werden einer Bildverarbeitungseinrichtung 10 zugeführt, die aus dem aufgenommenen Bild relevante Daten gewinnt, wie beispielsweise die Lage einzelner Punkte, Abstände einzelner Punkte voneinander, Durchmesser des Schraubenkopfes, Unregelmäßigkeiten und vieles andere mehr. Diese Daten werden an einen Steuerrechner 11 weitergegeben, der die Daten mit gespeicherten Daten vergleicht und eine Separiereinrichtung 12 steuert, welche die als schlecht erkannten Schrauben in einen dafür vorgesehenen Behälter leitet, während die für gut befundenen Schrauben in einen anderen Behälter gefördert werden. Mit einem Sensor 13 wird festgestellt, wenn sich eine zu prüfende Schraube im Aufnahmebereich der Videokamera 6 befindet. Über den Steuerrechner 11 wird dann ein Signal zur Auslösung der blitzartigen Beleuchtung durch die Beleuchtungseinrichtung 9 und zum Abspeichern der daraufhin erfolgten Videosignale in der Bildverarbeitungseinrichtung 10 erzeugt.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Draufsicht gemäß Fig. 1, wobei die Ausnehmung 2 unterhalb des Kopfes sowie der Schaft der Schraube 3 gestrichelt dargestellt sind. Eckbereiche 21, 22, 23 der Ausnehmung 2 ragen über den Schraubenkopf seitlich hinaus, so daß sich in diesen Bereichen Öffnungen für das von der flächenhaften Lichtquelle 9 abgestrahlte Licht ergeben. Die Videokamera 6 (Fig. 1) "sieht" diese Bereiche daher hell im Kontrast zu den Rändern des Kopfes der Schraube 3.

Von der Bildverarbeitungseinrichtung 11 (Fig. 1) wird jeweils ein Umfangspunkt 24, 25, 26 innerhalb der Eckbereiche 21, 22, 23 des Schraubenkopfes zur Berechnung des Mittelpunktes und des Durchmessers des Schraubenkopfes herangezogen. Der Mittelpunkt kann beispielsweise in einfacher Weise durch Bildung eines Schnittpunktes der Mittelsenkrechten der Verbindungslinien zwischen den Umfangspunkten 24, 25, 26 ermittelt werden, wobei der Radius r durch Differenzbildung zwischen dem Mittelpunkt M und einem der Umfangspunkte berechnet wird, was anhand von Fig. 4 veranschaulicht wird.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel geht von einer Drehscheibe 1′ aus, bei welcher Ausnehmungen 2′ derart ausgebildet sind, daß sie im Randbereich der Drehscheibe 1 nicht über den Schraubenkopf hinausragen. Um dennoch Öffnungen für das Gegenlicht zu erhalten, ist einerseits eine Erweiterung 27 vorgesehen, die derart schmal ausgebildet ist, daß sie die Lage des Schaftes nicht beeinflußt. Andererseits ist ein Spalt 28 zwischen der Drehscheibe 1′ und der Führungsschiene 5′, der aus Gründen der Bearbeitungstoleranz ohnehin vorhanden ist, genügend breit ausgebildet, so daß Licht hindurchtreten kann und zusätzlich zum Umfangspunkt 29 Umfangspunkte 30, 31 mit Hilfe von Gegenlicht ermittelt werden können.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel dient ferner der Durchführung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dazu ist in der Drehscheibe 1′ für jeweils eine Ausnehmung 2′, ein Referenzloch 32 vorgesehen. Dieses wird bei der Aufnahme des Schraubenkopfes mitaufgenommen. Aus den bei der Aufnahme entstehenden Videosignalen wird der Mittelpunkt des Referenzloches 32 berechnet und mit dem berechneten Mittelpunkt des Schraubenkopfes verglichen. Der sich ergebende Versatz wird mit einem gespeicherten Sollversatz verglichen. Ergeben sich dabei Abweichungen, so ist dieses ein Zeichen dafür, daß eine Exzentrizität des Schaftes im Verhältnis zum Kopf vorliegt. Diese Schlußfolgerung ist allerdings nur möglich, wenn der Schaft der Schraube 3 innerhalb der Ausnehmung 2′ definiert positioniert ist. Dieses kann mit einer geeigneten Feder am Umfang der Drehscheibe 1′ erreicht werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Prüfen von Formteilen mit Köpfen und Schäften, insbesondere Schrauben und Nieten, wobei die Formteile mit den Köpfen auf einer Fördereinrichtung aufliegen und die Schäfte durch Ausnehmungen in der Fördereinrichtung nach unten hängen, wobei eine Videokamera von oben auf die Köpfe gerichtet ist und wobei von der Videokamera erzeugte Videosignale einer Bildverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile von unten beleuchtet werden, daß Licht durch mehrere sich mit der Umfangslinie der Köpfe überschneidende Öffnungen in der Fördereinrichtung hindurchtritt und in die Videokamera gelangt, daß durch Auswertung des durch die Öffnungen hindurchtretenden Lichtes mindestens drei Punkte am Umfang des Kopfes ermittelt werden und daß mit Hilfe dieser Punkte der Mittelpunkt und der Radius bzw. der Durchmesser berechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Beleuchtung des Kopfes aus Richtung der Videokamera erfolgt (Auflicht) und daß weitere Meßgrößen aus durch das Auflicht entstehenden Anteilen der Videosignale berechnet werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer für die Aufnahme des jeweiligen Formteils vorgesehenen Position des Formteils ein Sensor ein Signal erzeugt, das eine blitzartige Beleuchtung auslöst und das die Bildverarbeitungseinrichtung zum Speichern und Verarbeiten des Bildes ansteuert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer für die Aufnahme des jeweiligen Formteils vorgesehenen Position des Formteils ein Sensor ein Signal erzeugt, das ein Öffnen eines in der Videokamera befindlichen Kurzzeitverschlusses auslöst und das die Bildverarbeitungseinrichtung zum Speichern und Verarbeiten des Bildes ansteuert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera mit einem Zeilensensor versehen ist und entsprechend der Bewegung des Kopfes den Kopf des Formteils mit mehreren aufeinanderfolgenden Zeilenaufnahmen aufnimmt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner von unten Licht durch jeweils ein einer Ausnehmung zugeordnetes Referenzloch hindurchtritt, daß die Videokamera das durch das Referenzloch hindurchtretende Licht mit der gleichen Bildaufnahme wie den jeweils zu prüfenden Kopf erfaßt, daß der Mittelpunkt des Referenzloches berechnet wird, daß ein Versatz zwischen dem Mittelpunkt des Referenzloches und dem berechneten Mittelpunkt des Kopfes mit einem Sollversatz verglichen wird und daß Formteile, deren Versatz vom Sollversatz abweichen, aussortiert werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördereinrichtung eine Drehscheibe (1) dient, an deren Umfang nach außen offene Ausnehmungen (2) angeordnet sind, wobei die Drehscheibe (1) mindestens teilweise von einer Führungsschiene (5) derart umschlossen ist, daß die Formteile (3) gegen Herausfallen aus den Ausnehmungen (2) gesichert sind, daß die Ausnehmungen (2) im wesentlichen dreieckförmig sind, wobei die Eckbereiche (21, 22, 23) der Dreiecke seitlich über die Köpfe hinausragen und Öffnungen für das Licht bilden, das von einer unterhalb der Drehscheibe (1) angeordneten flächenhaften Lichtquelle (9) ausgeht.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördereinrichtung eine Drehscheibe (1′) dient, an deren Umfang nach außen offene Ausnehmungen (2′) angeordnet sind, wobei die Drehscheibe (1′) mindestens teilweise von einer Führungsschiene (5′) derart umschlossen ist, daß die Formteile (3) gegen Herausfallen aus den Ausnehmungen (2′) gesichert sind, daß die Ausnehmungen (2′) im wesentlichen in Richtung auf den Drehpunkt der Drehscheibe (1′) über den Rand des Kopfes hinaus erweitert sind und daß ein Spalt (28) zwischen der Drehscheibe (1′) und der Führungsschiene (5′) und die Erweiterungen (27) der Ausnehmungen (2′) Öffnungen für das Licht bilden, das von einer unterhalb der Drehscheibe angeordneten flächenhaften Lichtquelle ausgeht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die tangential zur Drehscheibe (1′) gemessene Breite der Erweiterungen (27) kleiner als der Durchmesser des Schaftes der Formteile (3) ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Drehscheibe (1′) mit den Ausnehmungen (2′) in fester Beziehung stehende Referenzlöcher (32) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß je Ausnehmung eine der Öffnungen (27) für das Licht ein Referenzloch bildet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich der Drehscheibe Federn zum Andrücken der Schäfte in Richtung auf den Drehpunkt der Drehscheibe vorgesehen sind.