Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO1988004416A1 - Device for inspecting rotationally-symmetrical parts - Google Patents

Device for inspecting rotationally-symmetrical parts Download PDF

Info

Publication number
WO1988004416A1
WO1988004416A1 PCT/DE1987/000574 DE8700574W WO8804416A1 WO 1988004416 A1 WO1988004416 A1 WO 1988004416A1 DE 8700574 W DE8700574 W DE 8700574W WO 8804416 A1 WO8804416 A1 WO 8804416A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
sensor
workpiece
radiation source
output signal
Prior art date
Application number
PCT/DE1987/000574
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Günter HEGE
Michael Struck
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO1988004416A1 publication Critical patent/WO1988004416A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/005Sealing rings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination

Definitions

  • the invention relates to a device for testing rotationally symmetrical workpieces, in particular sealing rings with a circular cross section, so-called O-rings, according to the preamble of the main claim.
  • Defects on O-rings can be geometrical defects on the parting line, e.g. shrinkage, notches along the parting line, protruding burr, excessive deburring, and geometrical defects without a preferred position, e.g. imperfections due to unfilled form, deposits in the form, inclusion of foreign material, flow marks , Cracks, as well as other defects, eg too rough surface, inclusion of foreign material without changing the geometry (color change).
  • Radiation receivers in the bright field and, on the other hand, to a plurality of radiation detectors arranged in the same plane around the bright field detector, which detect the total angular distribution of the radiation backscattered from the workpiece surface in terms of amount and direction. Damage to the workpiece surface changes the radiation reflected in the dark field or bright field.
  • the known device is not suitable for testing O-rings since, for example, the defect which only causes a color change due to the inclusion of foreign material in the O-ring surface without a change in geometry is not detected.
  • the device according to the invention for testing rotationally symmetrical workpieces, in particular sealing rings with a circular cross section, so-called O-rings has the advantage that all of the specified errors, in particular foreign inclusions without changing the geometry, can be detected.
  • a radiation source is provided which emits radiation of a predetermined frequency lying in the optical frequency range. Part of the radiation reflected from the surface of the workpiece to be tested is directed onto a radiation detector which emits an output signal proportional to the irradiance to an evaluation device. The direction of the radiation reflected by the workpiece to be tested is detected by the same or by a further radiation detector, which emits a signal which is dependent on the point at which the radiation hits the detector the evaluation device delivers.
  • a color deviation or a geometry error is recognized in the evaluation device by comparing the measured values recorded with stored comparison values.
  • a rolling device which comprises a rotatable clamping mandrel and a slide for rolling the workpiece on the mandrel.
  • Color detection is improved if two radiation sources are provided, which emit two radiations that can be predetermined and have a different frequency in the optical range.
  • a detector is provided which emits a signal to an evaluation device which is proportional to the intensity of the radiation reflected by the workpiece to be tested at the one frequency, and a further detector is provided which emits a signal to the evaluation device which is proportional to the intensity of the radiation reflected from the workpiece to be tested at the other frequency.
  • a color contrast measurement is possible with the output signals of the two color-selective detectors.
  • Semiconductor lasers whose output power can be controlled are particularly suitable as radiation sources.
  • halogen lamps can also be used, for example, from whose broadband emission spectrum the desired radiation components can optionally be selected using a color filter.
  • a power control of the radiation sources has the advantage that strong fluctuations in intensity at the radiation detectors caused by a strongly different reflecting workpiece surface can be reduced to easily manageable values.
  • the device according to the invention uses the light section principle as the optical measuring method, which fulfills all the requirements for detection and measurement of the workpiece defects to be expected.
  • a light beam or a light band is projected obliquely onto the workpiece to be tested, preferably at an angle of less than or equal to 45 ° to the surface normal.
  • the profile curve of the surface is contained in the radiation reflected by the workpiece to be tested. The angle of inclination between the incident radiation and the surface normal increases the resolving power of the device by increasing the profile line.
  • the light section process clearly reduces a three-dimensional geometry into a two-dimensional image, sequentially for the workpiece surface that is currently illuminated by the light beam.
  • the entire surface of a workpiece can thus be checked in sections. So that the detectable surface area of the workpiece does not fall below a certain size without the workpiece having to be moved with the rolling device, at least one first movable mirror is provided, with which the incident radiation is cell-shaped or with another pattern via the O-ring to be tested to be led. If appropriate, a further rotatable mirror is arranged in the beam path of the reflected radiation, which enables the deflection of the reflected radiation to be adapted to the limited radiation detector surfaces.
  • FIG. 1 shows a structure of a device according to the invention and FIG. 2 shows a light section arrangement in the region of an O-ring to be tested according to section line II-II 'from FIG. 1.
  • the term “light” is not intended to restrict the frequency range of the optical radiation 12, 15 emitted by the two radiation sources 10, 11 to the visible part of the optical frequency range.
  • optical frequency range is understood to mean the frequency range of the ultraviolet, visible and infrared radiation.
  • the two optical radiations 12, 15 each have a predetermined frequency. Lasers which emit radiation of the desired frequency are advantageously used for the two radiation sources 10, 11.
  • Thermal radiators in particular halogen lamps, can also be used as an inexpensive alternative to lasers.
  • the desired spectral component of the broadband radiation emitted by the thermal radiators is transmitted with the aid of first and second color transmission filters 18, 19.
  • the light beam 16 arrives in a sharply focused manner as incident radiation 25 via a beam-shaping device 20 and via a rotatable deflecting mirror 21 and via an imaging optics embodied as a converging lens 22.
  • the workpiece has a rotationally symmetrical shape.
  • Such workpieces are, for example, sealing rings with a circular cross section, which are referred to as O-rings.
  • the device according to the invention is described on the basis of the testing of O-rings.
  • the radiation 30 reflected by a surface segment 29 of the O-ring 24 passes through an imaging optics 31, which is preferably designed as a converging lens, and via a second rotatable mirror 32 to a sensor arrangement 33.
  • the sensor arrangement 33 comprises a first radiation detector 34 which outputs an output signal outputs to an evaluation device 35, which depends on the impact point of the reflected radiation 30 on an active surface 36 of the first sensor 34.
  • the reflected. Radiation 30 is imaged on the surface 36 of the first sensor 34 using a converging lens 37.
  • Two beam controllers 38, 39 are arranged in the beam path between the second rotatable mirror 32 and the converging lens 37, which couple out part of the reflected radiation 30.
  • the radiation 40 coupled out by the first beam controller 38 passes via a deflecting mirror 41 and a third color transmission filter 42 to a converging lens 43, which images the coupled out radiation 40 on a second radiation detector 44, which emits an output signal to the evaluation device 35 which is proportional to its radiation intensity is.
  • the radiation 45 coupled out from the second beam splitter 39 passes via a further deflecting mirror 46 and a fourth color transmission filter 47 to a converging lens 48, which images the coupled radiation 45 onto a third radiation sensor 49, which emits an output signal to the evaluation device 35 which is proportional to it Irradiance is.
  • the evaluation device supplies output signals to three actuating devices 50, 51, 52.
  • the first actuating device 50 moves the first rotatable mirror 21 and the second actuating device 51 moves the second rotatable mirror 32. Both rotatable mirrors 21, 32 are rotated by one on the drawing plane in FIG. 1 perpendicular axis rotated in the two indicated arrow directions 53, 54.
  • the third actuating device 52 moves a rolling device which comprises a clamping mandrel 25 which can be rotated about its axis 26 and a slide 27 which can be moved parallel to the axis 26 of the mandrel 25.
  • the direction of parallel movement is designated by reference number 28.
  • the evaluation device 35 emits signals to the control circuit 17, which controls the radiation power of the two radiation sources 10, 11.
  • evaluation device 35 is connected to an evaluation and input unit 56, which is provided on the one hand for the input of data and commands for the evaluation device 35 and on the other hand for the output of the measured values of the O-ring 24 to be tested, determined by the evaluation device 35.
  • FIG. 2 is a detailed image according to the section line II-II 'shown in FIG. 1, which shows the incident and reflected radiation 23, 30 between the two converging lenses 22, 31 in the region of the workpiece 24.
  • the parts which correspond in FIGS. 1 and 2 are in each case entered with the same reference symbols.
  • the incident radiation 23 forms an angle of incidence 57 with the surface normal 59 on the surface segment 29 of the workpiece 24.
  • the radiation 30 reflected by the surface 23 forms an angle of reflection 58 with the surface normal 59.
  • the device according to the invention works as follows:
  • the light beam 16 is guided with the first rotatable mirror 21 in a cell shape or with any other pattern over the surface segment 29 of the workpiece 24, for example an O-ring.
  • the incident radiation 23 forms with the surface normal 59 of the segment 29 an angle of incidence 57, which is preferably less than or equal to 45 °.
  • the radiation 30 reflected by the segment 29 has a change in position during the scanning, which reflects the profile line of the O-ring surface. If the angle of incidence 57 is chosen to be approximately 45 °, then the angle of incidence 58 is also approximately 45 ° and the profile curve that is created appears excessive in the ratio of root 2: 1.
  • This measuring method has long been known as a light section method in optical surface inspection technology (K. Räntsch: Optics in precision measurement, Kunststoff, Hanser, 1949).
  • the reflected radiation 30 reaches the active surface 36 of the first radiation sensor 34. Since the point of incidence of the incident radiation 23 on the O-ring 24 to be tested is known at all times, the point of incidence of the reflected radiation 30 on the first sensor 34 is also below that Prerequisite for an undisturbed surface 29, given at all times by optical imaging relationships. A deviation of the position is determined by the evaluation device 35 by comparison with a "good" pattern and processed further. Statistics and / or output via the input and output unit 56 then take place, for example.
  • the detectable surface segment 29 without moving the O-ring depends on the maximum possible deflections of the two rotatable mirrors 21, 32 and on the surface of the detectors 34, 44, 49.
  • a change in location of the reflected radiation 30 on the first sensor 34, due to the movement of the first rotatable mirror 21, is automatically taken into account in the evaluation in the evaluation device 35. From a certain position of the first rotatable mirror 21, the reflected radiation no longer strikes the active surface 36 of the first sensor 34.
  • the measurement range can then be expanded by the second rotatable mirror 32. At least with larger deflections by the first rotatable mirror 21, the reflected radiation 30 is tracked by the second rotatable mirror 32 in such a way that it always falls on the active surface 36 of the first sensor 34. Since the second rotatable mirror 32 is also controlled by the evaluation device 35 via the second actuating device 51, the position of the second rotatable mirror 32 is known at all times in the evaluation device 35 and can be taken into account when evaluating the measurement result.
  • the entire surface of the O-ring 24 cannot be scanned in one scan. Therefore, the O-ring 24 clamped on the mandrel 25 is rotated about its axis 26 by the adjusting device 52.
  • the actuating device 52 actuates the slide 27, which can be moved parallel to the O-ring axis 26 and exerts a compressive force either on one or the other O-ring contact surface, which causes the O-ring 24 to roll on the mandrel 25.
  • Part of the reflected radiation 30 is coupled out by the beam splitter 38 and imaged on the second radiation sensor 44. However, only the radiation components which the third color transmission filter 42, which is matched to one of the two emitted radiations 12, 15, pass onto the second sensor. Part of the reflected radiation 30 is further masked out by the beam splitter 39, which is imaged on the third radiation sensor 49. Only those radiation components that match the fourth color transmission filter 47, which is matched to the other of the two emitted radiations 12, 15, can strike the third sensor 49 sieren. Since the second and third sensors 44, 49 each output an output signal to the evaluation device 35 that is proportional to the irradiance, these two sensors 44, 49 detect a change in the intensity of the two radiation components 12, 15 in the reflected radiation 30.
  • a change in the location of the reflected radiation 30 on the surfaces of the two sensors 44, 49 has no effect on the measurement result, as long as the surface area is not left, in which the output signal is proportional to the irradiance.
  • a change in the intensity of one or the other or both radiation components 12, 15 indicates a frequency-dependent reflection on the O-ring 24 to be tested if no change in position is detected by the first sensor 34 at the same time. From the determined relative change in the output signals of either the second sensor 44 or the third sensor 49 or a relative change in the ratio of the two signals to one another, a change in color of the surface segment 29 under test can be concluded.
  • a quantitative indication of color changes for example as changes in the color coordinates in the color triangle, can be displayed via the input and output device 56.
  • Another evaluation method is a neighborhood analysis in which the position and color deviation of the reflected radiation 30 from one scanning point on the segment 29 to the next is detected and evaluated and compared with stored reference values.
  • a simplified embodiment of the device according to FIG. 1 is given if only one radiation source is provided instead of the two radiation sources 10, 11.
  • the sensor arrangement 33 contains the first radiation sensor 34, which detects the position of the reflected radiation 30 and a further radiation sensor, which measures the irradiance. In this arrangement, none of the color filters 18, 19, 42, 47 is required.
  • a color change in the surface of the workpiece 24 leads to a change in the intensity of the reflected radiation 30. If the first sensor 34 detects no change in position and, at the same time, the intensity of the reflected radiation 30 changes, a color change in the workpiece surface can be concluded at least qualitatively.
  • a further possibility for simplifying the device with a radiation source is given by using only a single radiation sensor. This sensor simultaneously detects both the point at which the reflected radiation 30 strikes the sensor and the intensity. All types of one- or two-dimensional multi-sensor arrangements are suitable. Photodiode lines are preferably used.
  • more than two radiation sources can be provided, all radiation sources emitting radiation in the optical frequency range with frequencies different from one another.
  • the sensor arrangement 33 then contains further decoupling paths 40, 45 for the reflected radiation 30, which lead to color-selective radiation sensors 42, 44 and 47, 49, respectively. With this arrangement, an even more precise color analysis can be carried out.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

The device is intended in particular for inspecting circular-cross-section sealing rings known as O-rings. Two radiation sources (10, 11) are provided emitting radiation (12, 15) of a given frequency. The common light beam (16) is directed on to the surface to be checked (29) of the O-ring (24) by means of a beam forming system (20) and a first rotary mirror (21) as well as by a concentrating lens (22). The radiation (30) reflected from the surface (29) arrives at an arrangement of sensors (33) after passing through another convex lens (31) and deflection by a second rotary mirror (32). The sensor arrangement (33) comprises a first radiation sensor (34) which sends to an evaluation unit (35) an output signal which depends on the point of impingement of the radiation on the active surface (36) of the first sensor (34). Two further radiation sensors (35, 44, 49) are provided which supply the evaluation unit (35) with an output signal that varies according to the radiation intensity of said sensors (44, 49). Upstream of the latter are arranged colour-permeable filters (42, 47), the pass-band of one filter (42) being modulated to the radiation frequency (15) of the first radiation source (10), and that of the other filter (47) being modulated to the other radiation frequency (12) of the second radiation source (11). The apparatus described automatically identifies faults characterized by different geometrical and colour markings on the O-ring surface (29).

Description

Vorrichtung zur Prüfung rotationssymmetrischer Werkstücke Device for testing rotationally symmetrical workpieces
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Prüfung von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere Dichtringen mit kreisförmigem Querschnitt, sogenannten O-Ringen, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Fehler an O-Ringen können sein Geometriefehler an der Trennfuge, z.B. Schrumpfriß, Kerben längs der Trennfuge, vorstehender Grat, zu starkes Entgraten, und Geometriefehler ohne Vorzugslage, z.B. Fehlstellen durch nichtausgefüllte Form, durch Ablagerungen in der Form, durch Einschluß von Fremdmaterial, Fließmarken, Risse, sowie sonstige Fehler, z.B. zu rauhe Oberfläche, Einschluß von Fremdmaterial ohne Geometrieänderung (Farbänderung). Um die gewünschte Qualität der O-Ringe bezüglich Fehlerfreiheit zu erlangen, wird bisher eine ein- oder mehrmalige 100 %ige manuelle Sichtprüfung nach Grenzmustern durchgeführt. Diese Prüftechnik hat den Nachteil, daß durch die menschlichen Unzulänglichkeiten keine 100 %ige Fehlerfreiheit zu erreichen ist und außerdem die Prüfkosten an diesem Teil sehr hoch sind. Ein O-Ringprüfgerät, das eine automatische O-Ringprüfung vornehmen könnte, ist bislang nicht bekanntgeworden. Aus der DE-OS 32 32 885 ist eine Vorrichtung zur automatischen Prüfung von Oberflächen bekannt. Es ist eine Strahlungsquelle vorgesehen, deren fokussierte Strahlung über eine Werkstückoberfläche geführt wird, wobei die von der Oberfläche zurückgeworfene Strahlung nach bestimmten Kriterien für die Oberflächenbeschaffenheit ausgewertet wird. Die zurückgeworfene Strahlung trifft einerseits auf einen. Strahlungsempfänger im Hellfeld und andererseits auf eine Mehrzahl in der gleichen Ebene um den Hellfelddetektor herum angeordneter Strahlungsdetektoren, die die gesamte Winkelverteilung der im Dunkelfeld von der Werkstückoberfläche zurückgestreuten Strahlung nach Betrag und Richtung erfassen. Schaden auf der Werkstückoberfläche verändern die im Dunkelfeld oder Hellfeld reflektierte Strahlung. Die bekannte Vorrichtung eignet sich jedoch nicht zur Prüfung von O-Ringen, da beispielsweise der Fehler, der lediglich eine Farbänderung durch Einschluß von Fremdmaterial in der O-Ringoberfläche ohne Geometrieänderung bewirkt, nicht detektiert wird.The invention relates to a device for testing rotationally symmetrical workpieces, in particular sealing rings with a circular cross section, so-called O-rings, according to the preamble of the main claim. Defects on O-rings can be geometrical defects on the parting line, e.g. shrinkage, notches along the parting line, protruding burr, excessive deburring, and geometrical defects without a preferred position, e.g. imperfections due to unfilled form, deposits in the form, inclusion of foreign material, flow marks , Cracks, as well as other defects, eg too rough surface, inclusion of foreign material without changing the geometry (color change). In order to achieve the desired quality of the O-rings with regard to freedom from defects, a single or repeated 100% manual visual inspection according to limit samples has been carried out so far. This test technique has the disadvantage that the 100% error-free nature cannot be achieved due to the human inadequacies and, in addition, the test costs for this part are very high. An O-ring test device that could perform an automatic O-ring test has not been disclosed to date. From DE-OS 32 32 885 a device for the automatic inspection of surfaces is known. A radiation source is provided, the focused radiation of which is guided over a workpiece surface, the radiation reflected by the surface being evaluated according to certain criteria for the surface quality. The reflected radiation strikes one. Radiation receivers in the bright field and, on the other hand, to a plurality of radiation detectors arranged in the same plane around the bright field detector, which detect the total angular distribution of the radiation backscattered from the workpiece surface in terms of amount and direction. Damage to the workpiece surface changes the radiation reflected in the dark field or bright field. However, the known device is not suitable for testing O-rings since, for example, the defect which only causes a color change due to the inclusion of foreign material in the O-ring surface without a change in geometry is not detected.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere Dichtringen mit kreisförmigem Querschnitt, sogenannte O-Ringe, weist den Vorteil auf, daß alle angegebenen Fehler, insbesondere auch Fremdeinschlüsse ohne Geometrieänderung, detektierbar sind. Es ist eine Strahlungsquelle vorgesehen, die eine im optischen Frequenzbereich liegende Strahlung vorgegebener Frequenz emittiert. Ein Teil von der zu prüfenden Oberfläche des Werkstücks reflektierten Strahlung ist auf einen Strahlungsdetektor gerichtet, der ein zur Bestrahlungstärke proportionales Ausgangssignal an eine Auswerteeinrichtung abgibt. Die Richtung der von dem zu prüfenden Werkstück reflektierten Strahlung wird von gleichen oder von einem weiteren Strahlungsdetektor erfaßt, der ein vom Auftreffort der Strahlung auf dem Detektor abhängiges Signal an die Auswerteeinrichtung liefert. Eine Farbabweichung oder ein Geometriefehler wird in der Auswerteeinrichtung durch Vergleich der erfaßten Meßwerte mit gespeicherten Vergleichswerten erkannt.The device according to the invention for testing rotationally symmetrical workpieces, in particular sealing rings with a circular cross section, so-called O-rings, has the advantage that all of the specified errors, in particular foreign inclusions without changing the geometry, can be detected. A radiation source is provided which emits radiation of a predetermined frequency lying in the optical frequency range. Part of the radiation reflected from the surface of the workpiece to be tested is directed onto a radiation detector which emits an output signal proportional to the irradiance to an evaluation device. The direction of the radiation reflected by the workpiece to be tested is detected by the same or by a further radiation detector, which emits a signal which is dependent on the point at which the radiation hits the detector the evaluation device delivers. A color deviation or a geometry error is recognized in the evaluation device by comparing the measured values recorded with stored comparison values.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Vorteilhaft ist es, wenn das Werkstück auf einer Abwälzvorrichtung aufgespannt ist, die einen drehbaren Aufspanndorn sowie einen Schieber zum Abwälzen des Werkstücks auf dem Dorn umfaßt. Eine Verbesserung der Farbdetektion ergibt sich, wenn zwei Strahlungsquellen vorgesehen sind, die zwei im optischen Bereich liegende Strahlungen vorgebbarer unterschiedlicher Frequenz emittieren. Es ist Detektor vorgesehen, der an eine Auswerteeinrichtung ein Signal abgibt, das proportional zur Intensität der vom zu prüfenden Werkstück reflektierten Strahlung mit der einen Frequenz ist und es ist ein weiterer Detektor vorgesehen, der an die Auswerteeinrichtung ein Signal abgibt, das proportional zur Intensität der vom zu prüfenden Werkstück reflektierten Strahlung mit der anderen Frequenz ist. Mit den AusgangsSignalen der beiden farbselektiven Detektoren ist eine Farbkontrastmessung möglich.Advantageous further developments and improvements of the device specified in the main claim are possible through the measures listed in the subclaims. It is advantageous if the workpiece is clamped on a rolling device which comprises a rotatable clamping mandrel and a slide for rolling the workpiece on the mandrel. Color detection is improved if two radiation sources are provided, which emit two radiations that can be predetermined and have a different frequency in the optical range. A detector is provided which emits a signal to an evaluation device which is proportional to the intensity of the radiation reflected by the workpiece to be tested at the one frequency, and a further detector is provided which emits a signal to the evaluation device which is proportional to the intensity of the radiation reflected from the workpiece to be tested at the other frequency. A color contrast measurement is possible with the output signals of the two color-selective detectors.
Als Strahlungsquellen eignen sich insbesondere Halbleiterlaser, deren Ausgangsleistung steuerbar ist. In kostenempfindlichen Anlagen können jedoch auch beispielsweise Halogenlampen Verwendung finden, aus deren breitbandigem Emissionsspektrum gegebenenfalls mit Farbdurchlaßfilter die gewünschten Strahlungsanteile herausgesucht werden können.Semiconductor lasers whose output power can be controlled are particularly suitable as radiation sources. In cost-sensitive systems, however, halogen lamps can also be used, for example, from whose broadband emission spectrum the desired radiation components can optionally be selected using a color filter.
Eine Leistungsregelung der Strahlungsquellen bringt den Vorteil mit sich, daß starke Intensitätsschwankungen an den Strahlungsdetektoren verursacht durch eine stark unterschiedlich reflektierende Werkstückoberfläche, auf leicht handhabbare Werte reduziert werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet als optisches Meßverfahren das Lichtschnittprinzip, das alle Anforderungen an Erkennung und Vermessung der zu erwartenden Werkstückdefekte erfüllt. Beim Lichtschnittverfahren wird ein Lichtstrahl oder ein Lichtband schräg vorzugsweise mit einem Winkel von kleiner oder gleich 45° zur Oberflächennormalen, auf das zu prüfende Werkstück projiziert. In der vom zu prüfenden Werkstück reflektierten Strahlung ist die Profilkurve der Oberfläche enthalten. Der Neigungswinkel zwischen der einfallenden Strahlung und der Flächennormalen vergrößert das Auflösungsvermögen der Vorrichtung durch eine Überhöhung der Profillinie. In den Grenzen der Schärfentiefe der eingesetzten Objektive reduziert das Lichtschnittverfahren eine dreidimensionale Geometrie eindeutig in eine zweidimensionale Abbildung, sequentiell für die vom Lichtstrahl gerade beleuchtete Werkstückfläche. Somit kann abschnittsweise die gesamte Oberfläche eines Werkstücks geprüft werden. Damit das erfaßbare Flächenstück des Werkstücks, eine bestimmte Größe nicht unterschreitet, ohne daß das Werkstück mit der Abwälzvorrichtung bewegt werden müßte, ist wenigstens ein erster bewegbarer Spiegel vorgesehen, mit dem die einfallende Strahlung zellenförmig oder mit einem anderen Muster über den zu prüfenden O-Ring geführt wird. Gegebenenfalls ist im Strahlengang der reflektierten Strahlung ein weiterer drehbarer Spiegel angeordnet, der eine Anpassung der Auslenkung der reflektierten Strahlung an die begrenzten Strahlungsdetektorflächen ermöglicht.A power control of the radiation sources has the advantage that strong fluctuations in intensity at the radiation detectors caused by a strongly different reflecting workpiece surface can be reduced to easily manageable values. The device according to the invention uses the light section principle as the optical measuring method, which fulfills all the requirements for detection and measurement of the workpiece defects to be expected. In the light section method, a light beam or a light band is projected obliquely onto the workpiece to be tested, preferably at an angle of less than or equal to 45 ° to the surface normal. The profile curve of the surface is contained in the radiation reflected by the workpiece to be tested. The angle of inclination between the incident radiation and the surface normal increases the resolving power of the device by increasing the profile line. Within the limits of the depth of field of the lenses used, the light section process clearly reduces a three-dimensional geometry into a two-dimensional image, sequentially for the workpiece surface that is currently illuminated by the light beam. The entire surface of a workpiece can thus be checked in sections. So that the detectable surface area of the workpiece does not fall below a certain size without the workpiece having to be moved with the rolling device, at least one first movable mirror is provided, with which the incident radiation is cell-shaped or with another pattern via the O-ring to be tested to be led. If appropriate, a further rotatable mirror is arranged in the beam path of the reflected radiation, which enables the deflection of the reflected radiation to be adapted to the limited radiation detector surfaces.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung. ZeichnungFurther details and advantageous developments of the device according to the invention result from further subclaims in connection with the following description. drawing
Figur 1 zeigt einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figur 2 zeigt eine Lichtschnittanordnung im Bereich eines zu prüfenden O-Rings gemäß der Schnittlinie II-II' aus Figur 1.FIG. 1 shows a structure of a device according to the invention and FIG. 2 shows a light section arrangement in the region of an O-ring to be tested according to section line II-II 'from FIG. 1.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Figur 1 zeigt eine erste und eine zweite Strahlungsquelle 10, 11. Die von der zweiten Strahlungsquelle 11 emittierte Strahlung 12 wird mit einem Umlenkspiegel 13 und einem Strahlteiler 14 mit der von der ersten Strahlungsquelle 10 emittierten Strahlung 15 zu einen Lichtstrahl 16 vereinigt. Der Begriff "Licht" soll keine Einschränkung des Frequenzbereiches der von den beiden Strahlungquellen 10, 11 emittierten optischen Strahlungen 12, 15 auf den sichtbaren Teil des optischen Frequenzbereiches darstellen. Unter dem Begriff "optischer Frequenzbereich" wird der Frequenzbereich der Ultraviolett-, der sichtbaren und der Infrarotstrahlung verstanden. Die beiden optischen Strahlungen 12, 15 weisen jeweils eine vorgegebene Frequenz auf. Vorteilhaft werden für die beiden Strahlungsquellen 10, 11 Laser verwendet, die eine Strahlung der gewünschten Frequenz emittieren.1 shows a first and a second radiation source 10, 11. The radiation 12 emitted by the second radiation source 11 is combined with a deflection mirror 13 and a beam splitter 14 with the radiation 15 emitted by the first radiation source 10 to form a light beam 16. The term “light” is not intended to restrict the frequency range of the optical radiation 12, 15 emitted by the two radiation sources 10, 11 to the visible part of the optical frequency range. The term “optical frequency range” is understood to mean the frequency range of the ultraviolet, visible and infrared radiation. The two optical radiations 12, 15 each have a predetermined frequency. Lasers which emit radiation of the desired frequency are advantageously used for the two radiation sources 10, 11.
Besonders geeignet sind Halbleiterlaser, da sich deren Ausgangsleistung über eine Ansteuerschaltung 17 leicht steuern läßt. Als preisgünstige Alternative zu Lasern können auch thermische Strahler, insbesondere Halogenlampen, verwendet werden. Von der von den thermischen Strahlern abgegebenen breitbandigen Strahlung wird mit Hilfe von einem ersten und zweiten Farbdurchlaßfilter 18, 19 der gewünschte Spektralanteil durchgelassen. Der Lichtstrahl 16 gelangt über eine strahlformende Einrichtung 20 und über einen drehbaren Umlenkspiegel 21 sowie über eine als Sammellinse 22 ausgeführte Abbildungsoptik als einfallende Strahlung 25 scharf gebündelt auf ein. zu prüfendes Werkstück 24. Das Werkstück weist eine rotationssymmetrische Form auf. Solche Werkstücke sind beispielsweise Dichtringe mit kreisförmigem Querschnitt, die als O-Ringe bezeichnet werden. In der weiteren Beschreibung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Prüfung von O-Ringen beschrieben. Die von einem Oberflächensegment 29 des O-Rings 24 reflektierte Strahlung 30 gelangt über eine Abbildungsoptik 31, die vorzugsweise als Sammellinse ausgebildet ist, und über einen zweiten drehbaren Spiegel 32 auf eine Sensoranordnung 33. Die Sensoranordnung 33 umfaßt einen ersten Strahlungsdetektor 34, der ein Ausgangssignal an eine Auswerteeinrichtung 35 abgibt, das von dem Auftreffort der reflektierten Strahlung 30 auf einer aktiven Oberfläche 36 des ersten Sensors 34 abhängt. Die reflektierte. Strahlung 30 wird mit einer Sammellinse 37 auf die Oberfläche 36 des ersten Sensors 34 abgebildet. Im Strahlengang zwischen dem zweiten drehbaren Spiegel 32 und der Sammellinse 37 sind zwei Strahlteuer 38, 39 angeordnet, die einen Teil der reflektierten Strahlung 30 auskoppeln. Die vom ersten Strahlteuer 38 ausgekoppelte Strahlung 40 gelangt über einen Umlenkspiegel 41 und über ein drittes Farbdurchlaßfilter 42 auf eine Sammellinse 43, die die ausgekoppelte Strahlung 40 auf einen zweiten Strahlungsdetektor 44 abbildet, der ein Ausgangssignal an die Auswerteeinrichtung 35 abgibt, das proportional zu seiner Bestrahlungsstärke ist. Die vom zweiten Strahlteiler 39 ausgekoppelte Strahlung 45 gelangt über einen weiteren Umlenkspiegel 46 und über ein viertes Farbdurchlaßfilter 47 auf eine Sammellinse 48, die die ausgekoppelte Strahlung 45 auf einen dritten Strahlungssensor 49 abbildet, der ein Ausgangssignal an die Auswerteeinrichtung 35 abgibt, das proportional zu seiner Bestrahlungsstärke ist. Die Auswerteeinrichtung liefert Ausgangsssignale an drei Stelleinrichtungen 50, 51, 52. Die erste Stelleinrichtung 50 bewegt den ersten drehbaren Spiegel 21 und die zweite Stelleinrichtung 51 bewegt den zweiten drehbaren Spiegel 32. Beide drehbaren Spiegel 21, 32 werden um eine auf der Zeichnungsebene der Figur 1 senkrecht stehende Achse in die beiden angegebenen Pfeilrichtungen 53, 54 gedreht. Die dritte Stelleinrichtung 52 bewegt eine AbwälzVorrichtung, die einen um seine Achse 26 drehbaren Aufspanndorn 25 und einen parallel zur Achse 26 des Dorns 25 bewegbaren Schieber 27 umfaßt. Die Parallelbewegungsrichtung trägt das Bezugszeichen 28.Semiconductor lasers are particularly suitable because their output power can be easily controlled via a control circuit 17. Thermal radiators, in particular halogen lamps, can also be used as an inexpensive alternative to lasers. The desired spectral component of the broadband radiation emitted by the thermal radiators is transmitted with the aid of first and second color transmission filters 18, 19. The light beam 16 arrives in a sharply focused manner as incident radiation 25 via a beam-shaping device 20 and via a rotatable deflecting mirror 21 and via an imaging optics embodied as a converging lens 22. Workpiece to be tested 24. The workpiece has a rotationally symmetrical shape. Such workpieces are, for example, sealing rings with a circular cross section, which are referred to as O-rings. In the further description, the device according to the invention is described on the basis of the testing of O-rings. The radiation 30 reflected by a surface segment 29 of the O-ring 24 passes through an imaging optics 31, which is preferably designed as a converging lens, and via a second rotatable mirror 32 to a sensor arrangement 33. The sensor arrangement 33 comprises a first radiation detector 34 which outputs an output signal outputs to an evaluation device 35, which depends on the impact point of the reflected radiation 30 on an active surface 36 of the first sensor 34. The reflected. Radiation 30 is imaged on the surface 36 of the first sensor 34 using a converging lens 37. Two beam controllers 38, 39 are arranged in the beam path between the second rotatable mirror 32 and the converging lens 37, which couple out part of the reflected radiation 30. The radiation 40 coupled out by the first beam controller 38 passes via a deflecting mirror 41 and a third color transmission filter 42 to a converging lens 43, which images the coupled out radiation 40 on a second radiation detector 44, which emits an output signal to the evaluation device 35 which is proportional to its radiation intensity is. The radiation 45 coupled out from the second beam splitter 39 passes via a further deflecting mirror 46 and a fourth color transmission filter 47 to a converging lens 48, which images the coupled radiation 45 onto a third radiation sensor 49, which emits an output signal to the evaluation device 35 which is proportional to it Irradiance is. The evaluation device supplies output signals to three actuating devices 50, 51, 52. The first actuating device 50 moves the first rotatable mirror 21 and the second actuating device 51 moves the second rotatable mirror 32. Both rotatable mirrors 21, 32 are rotated by one on the drawing plane in FIG. 1 perpendicular axis rotated in the two indicated arrow directions 53, 54. The third actuating device 52 moves a rolling device which comprises a clamping mandrel 25 which can be rotated about its axis 26 and a slide 27 which can be moved parallel to the axis 26 of the mandrel 25. The direction of parallel movement is designated by reference number 28.
Weiterhin gibt die Auswerteeinrichtung 35 Signale an die Steuerschaltung 17 ab, die die Strahlungsleistung der beiden Strahlungsquellen 10, 11 steuert.Furthermore, the evaluation device 35 emits signals to the control circuit 17, which controls the radiation power of the two radiation sources 10, 11.
Ferner ist die Auswerteeinrichtung 35 mit einer Aus- und Eingabeeinheit 56 verbunden, die einerseits für die Eingabe von Daten und Befehle für die Auswerteinrichtung 35 und andererseits für eine Ausgabe der von der Auswerteeinrichtung 35 ermittelten Meßwerte des zu prüfenden O-Rings 24 vorgesehen ist.Furthermore, the evaluation device 35 is connected to an evaluation and input unit 56, which is provided on the one hand for the input of data and commands for the evaluation device 35 and on the other hand for the output of the measured values of the O-ring 24 to be tested, determined by the evaluation device 35.
Figur 2 ist ein Detailbild gemäß der in Figur 1 eingezeichneten Schnittlinie II-II', das die einfallende und reflektierte Strahlung 23, 30 zwischen den beiden Sammellinsen 22, 31 im Bereich des Werkstücks 24 zeigt. Die in den Figuren 1 und 2 übereinstimmenden Teile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen eingetragen. Die einfallende Strahlung 23 bildet mit der Flächennormalen 59 auf dem Oberflächensegment 29 des Werkstücks 24 einen Einfallswinkel 57. Die von der Oberfläche 23 reflektierte Strahlung 30 bildet mit der Flächennormalen 59 einen Ausfallswinkel 58. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:FIG. 2 is a detailed image according to the section line II-II 'shown in FIG. 1, which shows the incident and reflected radiation 23, 30 between the two converging lenses 22, 31 in the region of the workpiece 24. The parts which correspond in FIGS. 1 and 2 are in each case entered with the same reference symbols. The incident radiation 23 forms an angle of incidence 57 with the surface normal 59 on the surface segment 29 of the workpiece 24. The radiation 30 reflected by the surface 23 forms an angle of reflection 58 with the surface normal 59. The device according to the invention works as follows:
Der Lichtstrahl 16 wird mit dem ersten drehbaren Spiegel 21 zellenförmig oder mit einem beliebigen anderen Muster über das Oberflächensegment 29 des Werkstücks 24, beispielsweise eines O-Rings geführt. Die einfallende Strahlung 23 bildet mit der Flächennormalen 59 des Segments 29 einen Einfallswinkel 57, der vorzugsweise kleiner oder gleich 45° ist. Die vom Segment 29 reflektierte Strahlung 30 weist während des Abtastens eine Ortsänderung auf, die die Profillinie der O-Ringoberfläche wiedergibt. Wird der Einfallswinkel 57 etwa 45° gewählt, so ist der Ausfallswinkel 58 ebenfalls etwa 45° und die entstehende Profilkurve erscheint im Verhältnis Wurzel 2:1 überhöht. Dieses Meßverfahren ist als Lichtschnittverfahren in der optischen Oberflächenprüftechnik seit langer Zeit bekannt (K. Räntsch: Die Optik in der Feinmeß- technik, München, Hanser, 1949) .The light beam 16 is guided with the first rotatable mirror 21 in a cell shape or with any other pattern over the surface segment 29 of the workpiece 24, for example an O-ring. The incident radiation 23 forms with the surface normal 59 of the segment 29 an angle of incidence 57, which is preferably less than or equal to 45 °. The radiation 30 reflected by the segment 29 has a change in position during the scanning, which reflects the profile line of the O-ring surface. If the angle of incidence 57 is chosen to be approximately 45 °, then the angle of incidence 58 is also approximately 45 ° and the profile curve that is created appears excessive in the ratio of root 2: 1. This measuring method has long been known as a light section method in optical surface inspection technology (K. Räntsch: Optics in precision measurement, Munich, Hanser, 1949).
Die reflektierte Strahlung 30 gelangt auf die aktive Fläche 36 des ersten Strahlungssensors 34. Da der Auftreffpunkt der einfallenden Strahlung 23 auf dem zu prüfenden O-Ring 24 jederzeit bekannt ist, ist auch der Auftreffpunkt der reflektierten Strahlung 30 auf dem ersten Sensor 34, unter der Voraussetzung einer störungsfreien Fläche 29, zu jedem Zeitpunkt durch optische Abbildungsbeziehungen gegeben. Eine Abweichung der Position wird von der Auswerteeinrichtung 35 durch Vergleich mit einem "Gut"-Muster festgestellt und weiterverarbeitet. Es erfolgt dann beispielsweise das Aufstellen einer Statistik und/oder eine Ausgabe über die Ein- und Ausgabeeinheit 56.The reflected radiation 30 reaches the active surface 36 of the first radiation sensor 34. Since the point of incidence of the incident radiation 23 on the O-ring 24 to be tested is known at all times, the point of incidence of the reflected radiation 30 on the first sensor 34 is also below that Prerequisite for an undisturbed surface 29, given at all times by optical imaging relationships. A deviation of the position is determined by the evaluation device 35 by comparison with a "good" pattern and processed further. Statistics and / or output via the input and output unit 56 then take place, for example.
Das erfaßbare Oberflächensegment 29, ohne den O-Ring zu bewegen, hängt von den maximal möglichen Auslenkungen der beiden drehbaren Spiegel 21, 32 und von der Fläche der Detektoren 34, 44, 49 ab. Eine Ortsänderung der reflektierten Strahlung 30 auf dem ersten Sensor 34, bedingt durch die Bewegung des ersten drehbaren Spiegels 21, wird bei der Auswertung in der Auswerteeinrichtung 35 automatisch berücksichtigt. Ab einer bestimmten Stellung des ersten drehbaren Spiegels 21 trifft die reflektierte Strahlung nicht mehr auf die aktive Fläche 36 des ersten Sensors 34. Eine Meßbereichserweiterung ist dann durch den zweiten drehbaren Spiegel 32 möglich. Wenigstens bei größeren Auslenkungen durch den ersten drehbaren Spiegel 21 wird die reflektierte Strahlung 30 durch den zweiten drehbaren Spiegel 32 derart nachgeführt, daß sie stets auf die aktive Oberfläche 36 des ersten Sensors 34 fällt. Da auch der zweite drehbare Spiegel 32 über die zweite Stelleinrichtung 51 von der Auswerteeinrichtung 35 gesteuert wird, ist die Stellung des zweiten drehbaren Spiegels 32 jederzeit in der Auswerteeinrichtgung 35 bekannt und kann bei der Auswertung des Meßergebnisses berücksichtigt werden.The detectable surface segment 29 without moving the O-ring depends on the maximum possible deflections of the two rotatable mirrors 21, 32 and on the surface of the detectors 34, 44, 49. A change in location of the reflected radiation 30 on the first sensor 34, due to the movement of the first rotatable mirror 21, is automatically taken into account in the evaluation in the evaluation device 35. From a certain position of the first rotatable mirror 21, the reflected radiation no longer strikes the active surface 36 of the first sensor 34. The measurement range can then be expanded by the second rotatable mirror 32. At least with larger deflections by the first rotatable mirror 21, the reflected radiation 30 is tracked by the second rotatable mirror 32 in such a way that it always falls on the active surface 36 of the first sensor 34. Since the second rotatable mirror 32 is also controlled by the evaluation device 35 via the second actuating device 51, the position of the second rotatable mirror 32 is known at all times in the evaluation device 35 and can be taken into account when evaluating the measurement result.
Die vollständige Oberfläche des O-Rings 24 kann mit einem Abtastvorgang nicht erfaßt werden. Deshalb wird der auf den Dorn 25 aufgespannte O-Ring 24 um seine Achse 26 von der Stelleinrichtung 52 gedreht. Zusätzlich betätigt die Stelleinrichtung 52 den parallel zur O-Ringachse 26 bewegbaren Schieber 27, der entweder auf die eine oder die andere O-Ringauflagefläche eine Druckkraft ausübt, die ein Abwälzen des O-Rings 24 auf dem Dorn 25 zur Folge hat.The entire surface of the O-ring 24 cannot be scanned in one scan. Therefore, the O-ring 24 clamped on the mandrel 25 is rotated about its axis 26 by the adjusting device 52. In addition, the actuating device 52 actuates the slide 27, which can be moved parallel to the O-ring axis 26 and exerts a compressive force either on one or the other O-ring contact surface, which causes the O-ring 24 to roll on the mandrel 25.
Ein Teil der reflektierten Strahlung 30 wird von dem Strahlteiler 38 ausgekoppelt und auf den zweiten Strahlungssensor 44 abgebildet. Auf den zweiten Sensor gelangen jedoch nur die Strahlungsanteile, die das dritte Farbdurchlaßfilter 42, das auf eine der beiden emittierten Strahlungen 12, 15 abgestimmt ist, passieren läßt. Ein Teil der reflektierten Strahlung 30 wird weiterhin mit dem Strahlteiler 39 ausgeblendet, die auf den dritten Strahlungssensor 49 abgebildet wird. Auf den dritten Sensor 49 können nur diejenigen Strahlungsanteile treffen, die das vierte Farbdurchlaßfilter 47, das auf die andere der beiden emittierten Strahlungen 12, 15 abgestimmt ist, pas sieren läßt. Da der zweite und dritte Sensor 44, 49 jeweils ein Ausgangssignal an die Auswerteeinrichtung 35 abgeben, das proportional zur Bestrahlungsstärke ist, wird mit diesen beiden Sensoren 44, 49 eine Änderung der Intensität der beiden Strahlungsanteile 12, 15 in der reflektierten Strahlung 30 detektiert. Eine Ortsänderung der reflektierten Strahlung 30 auf den Oberflächen der beiden Sensoren 44, 49 hat keine Auswirkung auf das Meßergebnis, solange der Oberflächenbereich nicht verlassen wird, in dem das Ausgangssignal proportional zur Bestrahlungsstärke ist. Eine Intensitätsänderung der einen oder der anderen oder beider Strahlungsanteile 12, 15 deutet auf eine frequenzabhängige Reflexion auf dem zu prüfenden O-Ring 24 hin, wenn gleichzeitig keine Positionsveranderung vom ersten Sensor 34 detektiert wird. Aus der festgestellten relativen Änderung der Ausgangssignale entweder des zweiten Sensors 44 oder des dritten Sensors 49 oder einer relativen Änderung des Verhältnisses beider Signale zueinander kann auf eine Farbänderung des geprüften Oberflächensegments 29 geschlossen werden. Durch einen Einspeicherungsvorgang vor Beginn der eigentlichen Messung in die Auswerteeinrichtung 35 von bekannten Farbänderungen läßt sich eine quantitative Angabe von Farbänderungen, beispielsweise als Änderungen der Farbkoordinaten im Farbendreieck, über die Ein- und Ausgabevorrichtung 56 anzeigen. Ein anderes Auswerteverfahren stellt eine Nachbarschaftsanalyse dar, bei der die Positions- und Farbabweichung der reflektierten Strahlung 30 von einem Abtastpunkt auf dem Segment 29 zum nächsten erfaßt und bewertet sowie mit gespeicherten Referenzwerten verglichen werden.Part of the reflected radiation 30 is coupled out by the beam splitter 38 and imaged on the second radiation sensor 44. However, only the radiation components which the third color transmission filter 42, which is matched to one of the two emitted radiations 12, 15, pass onto the second sensor. Part of the reflected radiation 30 is further masked out by the beam splitter 39, which is imaged on the third radiation sensor 49. Only those radiation components that match the fourth color transmission filter 47, which is matched to the other of the two emitted radiations 12, 15, can strike the third sensor 49 sieren. Since the second and third sensors 44, 49 each output an output signal to the evaluation device 35 that is proportional to the irradiance, these two sensors 44, 49 detect a change in the intensity of the two radiation components 12, 15 in the reflected radiation 30. A change in the location of the reflected radiation 30 on the surfaces of the two sensors 44, 49 has no effect on the measurement result, as long as the surface area is not left, in which the output signal is proportional to the irradiance. A change in the intensity of one or the other or both radiation components 12, 15 indicates a frequency-dependent reflection on the O-ring 24 to be tested if no change in position is detected by the first sensor 34 at the same time. From the determined relative change in the output signals of either the second sensor 44 or the third sensor 49 or a relative change in the ratio of the two signals to one another, a change in color of the surface segment 29 under test can be concluded. By storing the known color changes in the evaluation device 35 before the actual measurement begins, a quantitative indication of color changes, for example as changes in the color coordinates in the color triangle, can be displayed via the input and output device 56. Another evaluation method is a neighborhood analysis in which the position and color deviation of the reflected radiation 30 from one scanning point on the segment 29 to the next is detected and evaluated and compared with stored reference values.
Eine Farbänderung entsteht insbesondere durch Fremdmaterialeinschlüsse im O-Ring 24. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können derartige Fehler detektiert und angezeigt werden. Eine vereinfachte Ausführung der Vorrichtung gemäß Figur 1 ist gegeben, wenn anstelle der beiden Strahlungsquellen 10, 11 lediglich eine Strahlungsquelle vorgesehen ist. Die Sensoranordnung 33 enthält den ersten Strahlungssensor 34, der die Positionsdetektierung der reflektierten Strahlung 30 vornimmt und einen weiteren Strahlungssensor, der die Bestrahlungsstärke mißt. In dieser Anordnung wird keines der Farbfilter 18, 19, 42, 47 benötigt. Eine Farbänderung in der Oberfläche des Werkstücks 24 führt zu einer Änderung der Intensität der reflektierten Strahlung 30. Detektiert der erste Sensor 34 keine Positionsänderung und ändert sich gleichzeitig die Intensität der reflektierten Strahlung 30, so kann wenigstens qualitativ auf eine Farbänderung in der Werkstückoberfläche geschlossen werden.A color change arises in particular due to inclusions of foreign material in the O-ring 24. With the device according to the invention, such errors can be detected and displayed. A simplified embodiment of the device according to FIG. 1 is given if only one radiation source is provided instead of the two radiation sources 10, 11. The sensor arrangement 33 contains the first radiation sensor 34, which detects the position of the reflected radiation 30 and a further radiation sensor, which measures the irradiance. In this arrangement, none of the color filters 18, 19, 42, 47 is required. A color change in the surface of the workpiece 24 leads to a change in the intensity of the reflected radiation 30. If the first sensor 34 detects no change in position and, at the same time, the intensity of the reflected radiation 30 changes, a color change in the workpiece surface can be concluded at least qualitatively.
Eine weitere Vereinfachungsmöglichkeit der Vorrichtung mit einer Strahlungsquelle ist gegeben durch Verwendung lediglich eines einzigen Strahlungssensors. Dieser Sensor detektiert gleichzeitig sowohl den Auftreffort der reflektierten Strahlung 30 auf dem Sensor als auch die Intensität. Geeignet sind alle Arten von ein- oder zweidimensionalen Multisensoranordnungen. Vorzugsweise kommen Fotodiodenzeilen zur Anwendung.A further possibility for simplifying the device with a radiation source is given by using only a single radiation sensor. This sensor simultaneously detects both the point at which the reflected radiation 30 strikes the sensor and the intensity. All types of one- or two-dimensional multi-sensor arrangements are suitable. Photodiode lines are preferably used.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mehr als zwei Strahlungsquellen vorgesehen sein, wobei alle Strahlungsquellen eine Strahlung im optischen Frequenzbereich mit voneinander verschiedenen Frequenzen emittieren. Die Sensoranordnung 33 enthält dann weitere Auskopplungspfade 40, 45 für die reflektierte Strahlung 30, die zu farbselektiven Strahlungssensoren 42, 44 bzw. 47, 49 führen. Mit dieser Anordnung läßt sich eine noch genauere Farbanalyse durchführen. In a further embodiment of the device according to the invention, more than two radiation sources can be provided, all radiation sources emitting radiation in the optical frequency range with frequencies different from one another. The sensor arrangement 33 then contains further decoupling paths 40, 45 for the reflected radiation 30, which lead to color-selective radiation sensors 42, 44 and 47, 49, respectively. With this arrangement, an even more precise color analysis can be carried out.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Prüfung von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere Dichtringen mit kreisförmigem Querschnitt, sogenannten O-Ringen, auf Oberflächenfehler, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Strahlungsquelle (10, 11) vorgesehen ist, deren Strahlung (12, 15) auf die Oberfläche (29) eines zu prüfenden Werkstücks (24) gerichtet ist, wobei zwischen Strahlungsquelle (10, 11) und Werkstücks (24) Abbildungs- und Strahlformungsmittel (20, 22) vorgesehen sind, und daß eine Strahlungssensoranordnung (33) vorgesehen ist, die wenigstens einen Sensor (34, 44, 49) aufweist, der ein Ausgangssignal an eine Auswerteeinrichtung (35) abgibt, das proportional zur Bestrahlungsstärke ist und das vom Auftreffort der Strahlung auf der Sensoroberfläche (36) abhängt, wobei zwischen Werkstück (24) und Sensor (34, 44, 49) Abbildungsmittel (31, 37, 43, 48) vorgesehen sind.1. Device for testing rotationally symmetrical workpieces, in particular sealing rings with a circular cross section, so-called O-rings, for surface defects, characterized in that at least one radiation source (10, 11) is provided, the radiation (12, 15) of which on the surface (29 ) of a workpiece (24) to be tested, imaging and beam shaping means (20, 22) being provided between the radiation source (10, 11) and workpiece (24), and in that a radiation sensor arrangement (33) is provided which has at least one sensor (34, 44, 49) which outputs an output signal to an evaluation device (35) which is proportional to the irradiance and which depends on the point at which the radiation strikes the sensor surface (36), the workpiece (24) and sensor (34, 44, 49) imaging means (31, 37, 43, 48) are provided.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (33) wenigstens einen Strahlungssensor (34) aufweist, der ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Auftreffort der einfallenden Strahlung (30) auf der Oberfläche (36) des Sensors (34) abgibt und daß wenigstens ein weiterer Sensor (44, 49) vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal abgibt, das proportional zur Bestrahlungsstärke des Sensors (44, 49) ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the sensor arrangement (33) has at least one radiation sensor (34) which emits an output signal as a function of the impact of the incident radiation (30) on the surface (36) of the sensor (34) and that at least one further sensor (44, 49) is provided which emits an output signal which is proportional to the irradiance of the sensor (44, 49).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Strahlungsquellen (10, 11) vorgesehen sind, die vorgegebene unterschiedliche im optischen Spektralbereich liegende Strahlungen abgeben.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least two radiation sources (10, 11) are provided which emit predetermined different radiation lying in the optical spectral range.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (33) wenigstens einen ersten Strahlungssensor (34) umfaßt, der ein Signal in Abhängigkeit von dem Auftreffort der reflektierten Strahlung (30) auf der Oberfläche (36) des ersten Sensors (34) abgibt und daß wenigstens zwei weitere Sensoren (44, 49) vorgesehen sind, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke abgeben, wobei vor dem zweiten und dritten Sensor (44, 49) jeweils ein Farbdurchlaßfilter (42, 47) angeordnet ist, wobei der Durchlaßbereich des ersten Farbdurchlaßfilters (42) auf die von der ersten Strahlungsquelle (10) emittierten Strahlung (15) und das zweite Farbdurchlaßfilter (47) auf die von der zweiten Strahlungsquelle (11) emittierten Strahlung abgestimmt ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the sensor arrangement (33) comprises at least a first radiation sensor (34) which has a signal as a function of the impact of the reflected radiation (30) on the surface (36) of the first sensor (34 ) and that at least two further sensors (44, 49) are provided which emit an output signal as a function of the irradiance, a color transmission filter (42, 47) being arranged in front of the second and third sensors (44, 49), respectively the transmission range of the first color transmission filter (42) is matched to the radiation (15) emitted by the first radiation source (10) and the second color transmission filter (47) is matched to the radiation emitted by the second radiation source (11).
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur vollständigen Erfassung der Werkstückoberfläche eine Abwälzvorrichtung (25, 27, 52) vorgesehen ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a rolling device (25, 27, 52) is provided for complete detection of the workpiece surface.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwälzeinrichtung wenigstens einen um die Werkstückachse (26) drehbaren Dorn (25) und einen parallel zur Achse (26) bewegbaren Schieber (27) umfaßt, wobei zur Drehung des Dorns (25) und zur Ausführung der Bewegung (28) des Schiebers (27) eine von der Auswerteeinrichtung (35) gesteuerte Stelleinrichtung (52) vorgesehen ist. 6. The device according to claim 5, characterized in that the rolling device comprises at least one rotatable about the workpiece axis (26) mandrel (25) and a parallel to the axis (26) movable slide (27), wherein to rotate the mandrel (25) and A control device (52) controlled by the evaluation device (35) is provided for executing the movement (28) of the slide (27).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (10, 11) ein Laser ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source (10, 11) is a laser.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (10, 11) ein Halbleiterlaser ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source (10, 11) is a semiconductor laser.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (10, 11) ein thermischer Strahler ist und daß vor der Strahlungsquelle (10, 11) wenigstens ein Farbdurchlaßfilter (18, 19) angeordnet ist, das einen vorgegebenen Frequenzbereich der Strahlung (12, 15) passieren läßt.9. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the radiation source (10, 11) is a thermal radiator and that in front of the radiation source (10, 11) at least one color transmission filter (18, 19) is arranged, which a predetermined Frequency range of the radiation (12, 15) can pass.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Strahlungsquelle (10, 11) eine Halogenlampe ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the thermal radiation source (10, 11) is a halogen lamp.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (17) zur Leistungssteuerung der von der Strahlungsquelle (10, 11) abgegebenen Strahlung (12, 15) vorgesehen ist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a control circuit (17) for power control of the radiation source (10, 11) emitted radiation (12, 15) is provided.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein erster drehbarer Spiegel (21) zwischen der Strahlungsquelle (10, 11) und dem Werkstück (24) vorgesehen ist.12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one first rotatable mirror (21) between the radiation source (10, 11) and the workpiece (24) is provided.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zweiter drehbarer Spiegel (32) zwischen dem Werkstück (24) und der Sensoranordnung (33) vorgesehen ist. 13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one second rotatable mirror (32) between the workpiece (24) and the sensor arrangement (33) is provided.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vereinigung der Strahlung (15) der ersten Strahlungsquelle (10) und der Strahlung (12) der zweiten Strahlungsquelle (11) ein Strahlteiler (14) vorgesehen ist.14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a beam splitter (14) is provided for combining the radiation (15) of the first radiation source (10) and the radiation (12) of the second radiation source (11).
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten drehbaren Spiegel (31) und dem Werkstück (24) eine Abbildungsoptik, vorzugsweise eine Sammellinse (22) angeordnet ist.15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the first rotatable mirror (31) and the workpiece (24), an imaging optics, preferably a converging lens (22) is arranged.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Werkstück (24) und dem zweiten drehbaren Spiegel (32) eine Abbildungsoptik, vorzugsweise eine Sammellinse (31) angeordnet ist.16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the workpiece (24) and the second rotatable mirror (32) an imaging optics, preferably a converging lens (31) is arranged.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die zu prüfende Oberfläche (29) des Werkstücks (24) einfallende Strahlung (23) mit der Flächennormalen (59) auf der Oberfläche (29) des Werkstücks (24) einen Winkel von etwa 45° bildet.17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the incident on the surface to be tested (29) of the workpiece (24) radiation (23) with the surface normal (59) on the surface (29) of the workpiece (24) one Forms an angle of approximately 45 °.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehung (53) des ersten Spiegels (21) eine erste Stellvorrichtung (50) und zur Drehung (54) des zweiten drehbaren Spiegels (32) eine zweite Stelleinrichtung (51) vorgesehen sind, die mit der Auswerteeinrichtung (35) verbunden sind. 18. Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the rotation (53) of the first mirror (21) a first actuating device (50) and for rotation (54) of the second rotatable mirror (32) a second actuating device (51) is provided are connected to the evaluation device (35).
PCT/DE1987/000574 1986-12-08 1987-12-04 Device for inspecting rotationally-symmetrical parts WO1988004416A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19863641862 DE3641862A1 (en) 1986-12-08 1986-12-08 DEVICE FOR TESTING ROTATION-SYMMETRICAL WORKPIECES
DEP3641862.5 1986-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1988004416A1 true WO1988004416A1 (en) 1988-06-16

Family

ID=6315698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1987/000574 WO1988004416A1 (en) 1986-12-08 1987-12-04 Device for inspecting rotationally-symmetrical parts

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE3641862A1 (en)
ES (1) ES2005966A6 (en)
WO (1) WO1988004416A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3917076A1 (en) * 1989-05-26 1990-11-29 Klaue Hermann Rubber loop sealing ring automatic tester - takes up sample by conical mandrel, rolls to extend and reduces between cylindrical surfaces
DE4000121C1 (en) * 1990-01-04 1991-07-18 Fa. Carl Freudenberg, 6940 Weinheim, De Photoelectric quality control for sealing rings - has carrier for light source slidable and pivotable about axis in parallel with its length axis
BR9403734A (en) * 1994-10-20 1997-02-25 Samapre Ind De Maquinas Ltda Improvement in equipment for quality measurement
IT1395116B1 (en) * 2009-07-29 2012-09-05 Utpvision S R L OPTICAL SURFACE DETECTION SYSTEM

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3917414A (en) * 1973-10-11 1975-11-04 Geisco Associates Optical inspection system
US4004153A (en) * 1974-07-12 1977-01-18 Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik Apparatus for monitoring a web of material
FR2321120A1 (en) * 1975-08-09 1977-03-11 Freudenberg Carl Optical testing system for resilient sealing elements - directs modulated light from light guide onto sealing lip, receiver underneath
US4265545A (en) * 1979-07-27 1981-05-05 Intec Corporation Multiple source laser scanning inspection system
GB2085579A (en) * 1980-10-09 1982-04-28 Hitachi Ltd Apparatus for detecting defects in plates
US4520388A (en) * 1982-11-01 1985-05-28 General Electric Company Optical signal projector
GB2173294A (en) * 1985-04-02 1986-10-08 Glaverbel Determining the location of defects present in flat glass

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS576307A (en) * 1980-06-13 1982-01-13 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Method and apparatus of surface failure inspection of circular member
US4352017A (en) * 1980-09-22 1982-09-28 Rca Corporation Apparatus for determining the quality of a semiconductor surface
US4532723A (en) * 1982-03-25 1985-08-06 General Electric Company Optical inspection system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3917414A (en) * 1973-10-11 1975-11-04 Geisco Associates Optical inspection system
US4004153A (en) * 1974-07-12 1977-01-18 Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik Apparatus for monitoring a web of material
FR2321120A1 (en) * 1975-08-09 1977-03-11 Freudenberg Carl Optical testing system for resilient sealing elements - directs modulated light from light guide onto sealing lip, receiver underneath
US4265545A (en) * 1979-07-27 1981-05-05 Intec Corporation Multiple source laser scanning inspection system
GB2085579A (en) * 1980-10-09 1982-04-28 Hitachi Ltd Apparatus for detecting defects in plates
US4520388A (en) * 1982-11-01 1985-05-28 General Electric Company Optical signal projector
GB2173294A (en) * 1985-04-02 1986-10-08 Glaverbel Determining the location of defects present in flat glass

Also Published As

Publication number Publication date
ES2005966A6 (en) 1989-04-01
DE3641862A1 (en) 1988-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3515194C2 (en)
EP0615607B1 (en) Optical distance sensor
EP0249799B1 (en) Apparatus for inspecting components of transparent material as to surface defects and inclusions
DE3123703C2 (en)
DE3926349C2 (en)
DE2602001A1 (en) INSPECTION PROCEDURE FOR SEPARATELY DETECTING DIFFERENT WORKPIECE SURFACE DEFECTS AND ARRANGEMENT FOR PERFORMING THE PROCEDURE
DE3048053A1 (en) ARRANGEMENT FOR DETECTING PARTICLES
DE102007013623A1 (en) Method for aligning a laser beam passing through an opening of a bore of a laser processing nozzle on a laser processing head comprises activating the beam with a defined energy, passing the beam along a first line and further processing
WO2021032387A1 (en) Alignment unit, sensor module comprising same, and laser working system comprising the sensor module
DE4139094A1 (en) Fault points automatic detection for flat glass, for bubbles and scratches - by transmitting light beam through sample and registering illuminated section through lens on photoelectric receiver for light diffused, reflected or deflected
DE4434699C2 (en) Arrangement for checking transparent or reflective objects
DE102019201272B4 (en) Device, measuring system and method for detecting an at least partially reflective surface using two reflection patterns
DE102012210031A1 (en) Apparatus and method for evaluating an end face of a rod-shaped product of the tobacco processing industry
WO1988004416A1 (en) Device for inspecting rotationally-symmetrical parts
DE3641863A1 (en) SURFACE TEST DEVICE
DE3020044C2 (en)
EP4010145B1 (en) Method for analyzing a workpiece surface for a laser machining process, and analysis device for analyzing a workpiece surface
DE3232885A1 (en) METHOD FOR AUTOMATICALLY INSPECTING SURFACES
DE4229349C2 (en) Method and arrangement for measuring the optical surface quality of reflective materials and the optical quality of transparent materials
WO2007076780A1 (en) Device and method for visualizing positions on a surface
EP0218613B1 (en) Device for the alignment, testing and/or measurement of two-dimensional objects
DE2655704C3 (en) Device for detecting foreign bodies in glass bottles
WO2021140396A1 (en) Method and device for the controlled machining of a workpiece by means of confocal distance measurement
DE10043727C2 (en) Deflection unit for steering a laser beam and laser scanner
EP0567980A1 (en) Procedure for measuring the curved profile of edges

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE