DE2818060A1

DE2818060A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen mass-pruefung

Info

Publication number: DE2818060A1
Application number: DE19782818060
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: D'OPTIQUE PRECISION ELECTRONIQUE ET MECANIQUE SOPELEM Ste; Societe dOptique Precision Electronique et Mecanique SOPELEM SA
Current assignee: Applications Techniques Industrielles Boos Fr
Priority date: 1977-04-25
Filing date: 1978-04-25
Publication date: 1978-11-02
Also published as: IT7867687A0; BE866356A; US4260260A; NL7803568A; JPS6246801B2; CH623654A5; IT1107337B; FR2389099B1; FR2389099A1; GB1596457A; JPS53133464A; DE2818060C2

Description

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SOCIETE D¹OPTIQUE, PRECISION ELECTRONIQUE ET MECANIQUE - SOPELEM, Paris, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur optischen Maß-Prüfung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Maß-Prüfung.

Bis jetzt wird die Maß-Prüfung von Prüflingen nach ihrer Herstellung durch stichprobenartige Aussonderung einiger Prüflinge aus einem Los durchgeführt. Es ist also unmöglich, eine systematische Prüfung aller Prüflinge durchzuführen, weil die verschiedenen Prüfschritte oft sehr lang und aufwendig sind, sobald eine größere Anzahl von Maßen ein und desselben Prüflings geprüft werden muß.

Es besteht daher seit langer Zeit ein großes Bedürfnis an einer systematischen Prüfung aller Prüflinge, um einerseits deren gegenseitige Austauschbarkeit und andererseits eine Neueinstellung der sie herstellenden Maschinen im Bedarfsfall zu ermöglichen.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bisher übliche Maß-Prüfung von Prüflingen mittels Stichprobennahme einiger Gegenstände aus einem Los durch eine systematische Prüfung aller Gegenstände des betreffenden Loses zu ersetzen, um eine Maß-Prüfung einer Serie von identischen Prüflingen schnell, kontinuierlich, berührungsfrei und ohne notwendige genaue Positionierung der Prüflinge zu ermöglichen.

Die Erfindung gibt deshalb ein automatisches Verfahren zur Maß-Prüfung von Prüflingen durch Projektion des von einem Parallel-Lichtbündel beleuchteten Prüfling-Profils auf eine Fläche an. Erfindungsgemäß wird das Profil auf einen Lichtempfänger-Block projiziert, der mindestens ein Paar Fotozellen aufweist, die in einer Ebene senkrecht zum Bündel angeordnet und voneinander um einen derartigen Abstand getrennt sind, daß, wenn der Prüfling das Lichtbündel mit einer kontinuierlichen Bewegung senkrecht zu diesem durchfährt, er in eine Zone gelangt, in der die beiden Fotozellen beide teilweise abgedeckt sind.

Während der Bewegung des Prüflings in diese Zone mißt man die Summe der beleuchteten Flächen beider Fotozellen und vergleicht sie mit einem Bezugswert. Vorzugsweise wird die Messung durchgeführt, wenn die Differenz der beleuchteten Flächen der beiden Fotozellen Null ist.

Die Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf:

Zunächst erlaubt ihre optische Wirkungsweise eine sehr genaue und sehr zuverlässige Messung.

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Außerdem kann der Prüfling in Bewegung gemessen werden, weshalb er nicht arretiert werden muß, wie es bisher notwendig war. Wenn jedoch die Unrundheit eines Prüflings zu messen ist, kann man diesen im Zeitpunkt arretieren, zu dem die Differenz der beleuchteten Flächen der beiden Fotozellen Null ist, wonach er um sich selbst gedreht werden kann, um mehrere Messungen auszuführen. Man kann so auch Parallelitäts-Fehler zwischen Flächen messen. Anderere Prüfungen können vorgesehen werden, z. B. das Auftreten oder Fehlen von Löchern im Prüfling, das Auftreten von Fugen oder Nähten usw., um so die eigentlichen metrologischen Messungen zu vervollständigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine kontinuierliche Prüfung einer Serie schnell aufeinanderfolgender identischer Prüflinge, wobei der Abstand zwischen den Fotozellen ein für allemal für die betreffende Serie fixiert wird.

Die Erfindung gestattet auch eine Prüfung von Prüflingen ohne Abnutzung von Meßorganen und ohne Beeinflussung der Prüflinge bei der Prüfung, weil jede Berührung zwischen den Prüflingen und der Prüf-Einrichtung unterbleibt. Außerdem beeinflußt wegen der gewählten optischen Wirkungsweise eine Verschiebung des Prüflings vor dem Prüf-Organ, und zwar unabhängig von ihrer Größe, in der Richtung x, in der Richtung des Lichtbündels oder in einer Richtung senkrecht zu diesen beiden Richtungen nicht die Prüf-Genauigkeit. Die Prüflinge brauchen daher nicht genau vor den optischen Stationen positioniert zu werden, was die Organe zu ihrer Handhabung vereinfacht. +) (vgl. Fig. 1, ²O

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Ein zusätzlicher Vorteil des erfxndungsgemäßen Verfahrens ist die gleichzeitige Durchführung der Prüfung einer großen Anzahl von Durchmessern und Längen an ein und demselben Prüfling. Man sieht also so viele Fotozellen-Paare vor, wie zu messende Maße vorhanden sind. Bei Bedarf kann man sogar mehrere Beleuchtungs-Einrichtungen verwenden, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Fotozellen-Paaren beleuchten.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Projektion des Profils eines von einem Parallel-Lichtbündel beleuchteten Prüflings auf zwei Fotozellen;

Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1 in der. Fotozellen-Ebene ;

Fig. 3 ein Verfahren zur Fokussierung der die Fotozellen beleuchtenden Lichtstrahlen;

Fig. 4 die Änderungen der Ausgangssignale der Fotozellen, wenn der Prüfling das Lichtbündel durchwandert; und

Fig. 5 das Blockschaltbild eines AusfUhrungsbeispiels einer an die Fotozellen angeschlossenen Einrichtung zur Messung der Summe der beleuchteten Flächen und zu ihrem Vergleich mit einem Bezugswert.

Zunächst sei Fig. 1 erläutert:

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Eine auf konstante Leuchtstärke eingeregelte starke Punkt-Lichtquelle 1 ist im Brennpunkt einer Optik 2 angeordnet. Ein Prüfling 3 wird durch ein Parallel-Lichtbündel 4 beleuchtet und bildet einen Schatten mit unbeleuchteten Zonen 5 und 5¹ von zwei Fotozellen 6 und 6¹. Der Prüfling 3 bewegt sich durch das Lichtbündel 4 hindurch mit einer kontinuierlichen Bewegung senkrecht zu diesem entsprechend einem Pfeil J. Der Abstand D zwischen den beiden Fotozellen 6 und 6' ist einstellbar. Er ist so für jede Prüflings-Serie gewählt, daß Jeder sich durch das Lichtbündel 4 hindurchbewegende Prüfling in eine Zone gelangt, in der die beiden Fotozellen 6 und 6' beide teilweise abgedeckt sind. Fig. 2 zeigt deutlich die Schatten-Zonen 5 und 5' und die beleuchteten Flächen 8 und 8'.

Die Fotozellen 6 und 6' geben elektrische Signale proportional ihrer jeweils beleuchteten Fläche 8 bzw. 8' ab. In Fig. ist für jede Fotozelle die Änderung des elektrischen Signals i bzw. i¹ in Abhängigkeit von der Lage χ des Prüflings 3 während seiner Querbewegung zum Lichtbündel 4 aufgetragen.

Die Vollinie i ist die Kurve für die Fotozelle 6, während die Strichlinie i¹ die Fotozelle 6' betrifft. Es ist ersichtlich, daß in einer Zone d die Summe der Ausgangssignale beider Fotozellen 6 und 6' konstant ist.

Zur Prüfung des Durchmessers des Prüflings 3 bei bekanntem Abstand D zwischen den Fotozellen genügt eine Messung der Summe der beleuchteten Flächen beider Fotozellen 6 und 6^T. Da die elektrischen Ausgangssignale der beiden Fotozellen 6 und 6¹ proportional deren beleuchteten Flächen 8 und 8'

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sind, genügt also die Messung der Summe dieser elektrischen Ausgangssignale i und i'. Diese Messung kann durchgeführt werden, wenn sich der Prüfling 3 in der Zone d befindet. Es ist außerdem erkennbar, daß in der Mitte der Zone d die Differenz zwischen den Ausgangssignalen i und i' der beiden Fotozellen 6 und 6' Null ist. Der Nulldurchgang der Differenz der beiden Ausgangssignale i und i¹ kann daher zum Auslösen der Messung der Summe der Ausgangssignale i und i' dienen.

Die Messung der Summe der Ausgangssignale i und i¹ wird z. B. durch eine Einrichtung gemäß Fig. 5 durchgeführt. Ein Analogrechner (Operationsverstärker) 10 berechnet die Summe der AusgangsSignaIe i und i' der beiden Fotozellen 6 und 6¹, während ein Analogrechner (Operationsverstärker) 11 die Differenz i - i¹ bildet, die kurzzeitig in einem Speicher 12 gespeichert wird. Das Differenz-Signal 1 - i^f ist ein Signal zur Freigabe des Signals i + i'; ein Feldeffekt-Transistor 13 läßt daher das Summen-Signal i + i^! nur dann durch, wenn das Differenz-Signal i - i¹ Null ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Summen-Signal i + i¹ in einer Schaltung 14 kalibriert, die den Wert des zu messenden Maßes des Prüflings angibt. Dieser Wert wird dann in einem Vergleicher 15 auf entsprechende Toleranzen verglichen und anschließend in eines von drei Losen 16, IJ oder 18 klassiert, je nachdem, ob der Wert maßhaltig, zu klein oder zu groß ist. Auf diese Weise kann eine automatische Sortierung erfolgen.

Es sei jetzt Fig. 3 näher betrachtet, wo ein Verfahren veranschaulicht ist, um besser Störstrahlen von Nutzstrahlen des Lichtbündels 4 abzutrennen, insbesondere, wenn Prüflinge kleiner Abmessungen zu messen sind.

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IB 18060

In dieser Figur werden diejenigen Lichtstrahlen des Lichtbündels 4, die nicht vom Prüfling 3 aufgefangen worden sind, nicht zur unmittelbaren Beleuchtung der Fotozellen 6 und 6' benutzt, sondern mittels eines Objektivs 19 fokussiert, so daß ein genaueres Abblenden des Lichts erhalten wird.

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Leerseife

Claims

Ansprüche

Verfahren zur optischen Maß-Prüfung eines Prüflings

mittels Projektion des Profils des von einem Parallel-Lichtbündel beleuchteten Prüflings auf einen Licht-Empfänger,

der mindestens ein Paar Fotozellen aufweist,

die in einer Ebene senkrecht zum Lichtbündel angeordnet und um einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind,

während der Prüfling sich durch das Lichtbündel in einer kontinuierlichen Bewegung senkrecht dazu bewegt und

dabei in eine Zone gelangt, in der die beiden Fotozellen gleichzeitig teilweise abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Summe der beleuchteten Flächen (8, 8') des Paars Fotozellen (6, 6') während der Bewegung des Prüflings (j5) in dieser Zone im Zeitpunkt gemessen wird,

zu dem die Differenz der beleuchteten Flächen (8, 8') des Paars Fotozellen (6, 6') Null ist, und daß die Summe mit einem Bezugswert verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die das Paar Fotozellen (6, 6') beleuchtenden Lichtstrahlen fokussiert werden (Fig. 3).

310-(77/33)-HdHp

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ORlGfMAL INSPECTED

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Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Prüfling (j5) im Zeitpunkt arretiert wird,

zu dem die Differenz der beleuchteten Flächen (8, 8') des Paars Fotozellen (6, 6') Null ist, und

daß der Prüfling um sich selbst gedreht wird, um mehrere Messungen zur Ermittlung seiner Unrundheit durchzuführen .

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei der sich die folgenden Einrichtungen, zwischen denen der Prüfling hindurchbewegbar ist, gegenüberliegen:

ein Lichtsender (Lichtsender-Block) mit mindestens einer Punkt-Lichtquelle, die auf konstante Leuchtstärke eingeregelt ist und sich im Brennpunkt einer Optik befindet, und

ein Licht-Empfänger (Lichtempfänger-Block) mit mindestens einem Paar Fotozellen (6, 6'), die in einer Ebene senkrecht zum aus der Optik austretenden Lichtbündel und in einem derartigen gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß der Prüfling bei kontinuierli· eher Bewegung durch das Lichtbündel senkrecht dazu in eine Zone gelangt in der

die beiden Fotozellen gleichzeitig teilweise abgedeckt sind,

gekennzeichnet durch

eine an das Paar Fotozellen (6, 6") angeschlossene Einrichtung, die die Summe (i + i') der beleuchteten Flächen (8, 8') des Paars Fotozellen (6, 6') bildet und diese mit einem Bezugswert vergleicht, wenn die Differenz (i - i') der beleuchteten Flächen (8, 8') des Paars Fotozellen (6, 6') Null ist (Fig. 4, 5).

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Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß die an das Paar Fotozellen (6, 6') angeschlossene Einrichtung aufweist:

mindestens einen Analogrechner (10) zur Bildung der Summe der elektrischen Ausgangssignale (i, i') des Paars Fotozellen (6, 6¹},

eine Schaltung (14) zur Kalibrierung dieser Summe, die den Wert des betreffenden Maßes des Prüflings abgibt,

einen Vergleieher (15) zum Vergleich dieses Werts mit einem Bezugswert und

einen zweiten Analogrechner (11), der die Differenz der elektrischen Ausgangssignale (i, i¹) des Paars Fotozellen (6, 6^!) abgibt,

wobei diese Differenz (i - i') bei ihrem Nulldurehgang ein Freigabesignal für das Signal (i + i^T) vom ersten Analogrechner (10) darstellt (Fig. 4, 5).

Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch

ein zwischen der Bewegungsbahn der Prüflinge (3) und dem paar Fotozellen (6, 6') angeordnetes Objektiv (19) zum Fokussieren der das Paar Fotozellen (6, 6') beleuchtenden Lichtstrahlen (Fig. 3).

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