DE2753593A1

DE2753593A1 - Vorrichtung zur automatischen aussenpruefung von objekten

Info

Publication number: DE2753593A1
Application number: DE19772753593
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Akiyama; Asahiro Kuni; Yoshimasa Oshima
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-12-01
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2753593C2; US4242702A

Description

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Vorrichtung zur automatischen Außenprüfung von Objekten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Außen-Untersuchung oder -überprüfung von Objekten, wie z. B. eines auf eine Blatt- oder Flachfeder geschweißten Kontaktes für Relais, Schalter od. dgl. bezüglich Größe, Lage, Vorliegens eines Fehlers oder ähnlicher Eigenschaften.

Die Eigenschaften, bezüglich denen das Objekt, wie z. B. der Kontakt, überprüft werden muß, können das Vorliegen von an der Oberfläche haftendem Fremdmaterial umfassen, ob derartiges Fremdmaterial nach außen beträchtlich von der Seite des Kontaktes hervorragt, ob der Kontakt eine ausreichende Kontaktfläche für eine gute elektrische Kontaktgabe im geschlossenen Zustand hat, ob die Abweichung der relativen Lage der zu schließenden Kontakt in einem erlaubten Toleranzbereich liegt, usw.. Wenn der Kontakt mit einer kontinuierlichen Beschädigung einer vorbestimmten Länge geformt wird oder wenn auf dem Kontakt eine haftende Fremdsubstanz einer vorbestimmten Größe aufgetragen ist, muß der Kontakt als fehlerhaft aussortiert werden. Das gleiche gilt für einen Kontakt, auf dem Schweißstaub aufgetragen ist, der auf seinem Rand haftet, oder für einen beim Schweißen deformierten Kontakt, was die elektrische Isolation bei geöffnetem Kontakt verschlechtert oder zerstört.

Die Untersuchung oder Prüfung des Objektes, wie z. B. des Kontaktes, bezüglich zahlreicher Eigenschaften

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erfolgte bisher durch visuelle Beobachtung. Da jedoch das behandelte Objekt sehr kleine Abmessungen aufweist„ werden unbefriedigende Kontakte oft übersehen, wenn insbesondere eine große Anzahl von Kontakten oder ähnlichen Objekten überprüft werden muß, was tatsächlich eine verringerte Zuverlässigkeit des durchgelassenen Objektes im Betrieb oder herabgesetzte Eigenschaften von diesen einschließt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum automatischen überprüfen mit hoher Zuverlässigkeit von Objekten anzugeben, wie z. B. von Kontakten, und zwar, ob das Objekt oder der Kontakt eine vorbestimmte Fläche hat, ob das Objekt oder der Kontakt in einem erlaubten Toleranzbereich liegt oder ob das Objekt oder der Kontakt eine kontinuierliche Beschädigung oder eine Fremdsubstanz einer gewissen Länge aufweist oder ob eine Fremdsubstanz auf der Fläche eines Objektes, wie z. B. eines Kontaktes, nach außen hervorragend haftet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Die zweite Prüfeinrichtung definiert ein äußeres Feld oder einen äußeren Rahmen einer Abmessung größer als die Abmessung des Objektes im Binärcode-Signalbild abhängig von der Bereichskoordinate, teilt einen Bereich außerhalb des Außenfeldes in ρ · q Bildelement-Signale und wertet das Objekt als fehlerhaft, wenn alle ρ · q Bildelemente diejenigen sind, die den dunklen Teil des optischen Bildes des Objektes darstellen.

Die Erfindung sieht also eine Vorrichtung zum Über-

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prüfen oder Untersuchen eines Objektes, wie z. B. eines auf eine Blattfeder geschweißten Kontaktes, bezüglich geometrischer und qualitativer Paktoren vor, die eine Bildaufnahmeeinrichtung, wie z. B. eine Fernsehkamera, aufweist, um ein optisches Bild des Kontaktes und der Blattfeder mit einem dunklen Teil entlang des Randes des Kontaktes zu erfassen und um das optische Bild in entsprechende Videosignale umzuwandeln, die dann mit einem vorbestimmten Schwellenwertpegel verglichen werden, um in ein binärcodiertes Signal umgesetzt zu werden, das zwei logische Pegel entsprechend jeweils dem hellen und dem dunklen Teil des optischen Bildes hat. Die Frequenzverteilungen des den dunklen Teil darstellenden Binärsignales werden entlang zweier orthogonaler Richtungen bestimmt, um so eine Koordinate eines Bereiches festzulegen, in dem der Kontakt liegt. Eine erste Prüfeinrichtung bestimmt, ob

die obige Koordinate.in einem voreingestellten erlaubten Toleranzbereich liegt. Eine zweite Prüfeinrichtung ist zusätzlich vorgesehen, die ein Feld oder einen Rahmen einer von der Größe des Kontaktes abweichenden Größe abhängig von der Koordinate festlegt, um die Fläche im Feld dadurch in eine vorbestimmte Anzahl von Bildelementen in Matrixanordnung zu teilen, wodurch ein Fehler des Kontaktes, wie z. B. eine Beschädigung, Schweißstaub oder eine Deformation abhängig von einer vorbestimmten Kombination der Bildelement-Signale erfaßt wird, die die dunklen Teile des optischen Bildes darstellen.

Zum Stand der Technik wird verwiesen auf JP-OS 18 473/7¹» und JP-OS 102 467/76.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Draufsicht eines auf eine Blattfeder geschweißten Kontaktes, der durch die erfindungsgemnße Vorrichtung zu überprüfen ist,

Fir,· 2 ein durch eine Fernsehkamera aufgenommenes optisches Bild des in Fig. 1 gezeigten Kontaktes,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. '< ein Blockschaltbild eines in Fig. 3 gezeigten Binärcodierers,

Fig. 5 ein Binärcode-Signalbild des in Fig. 1 gezeigten Kontaktes zusammen mit Frequenzverteilungen schwarzer Bildelemente,

Fig. 6 ein Binärcode-Signalbild eines Kontaktes zusammen mit einer Frequenzverteilung von schwarzen Bildelementen, wenn Randteile des Kontaktbildes unscharf oder verschwommen sind,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Frequenzverteilungsgenerators ,

Fig. 8 eine Anzahl von Proben- und eine Anzahl von Abtastzeilen für ein Binärcode-Signalbild,

Fig. 9 ein Binärcode-Signalbild eines Kontaktes mit Fehlern in dessen Oberfläche, wobei ein inneres Feld und ein äußeres Feld festgelegt sind,

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Fig. 10 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines in Fig. 3 gezeigten Vefarbeitungs- und Bestinunungsgliedes für das Außenfeld,

Fig. 11a ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels

eines in Fig. 3 gezeigten Verarbeitungs- und Bestinunungsgliedes für das Innenfeld,

Fig. 11b einen Fehler eines Kontaktes in einer Matrixanordnung von 7 · 7 Bildelementen,

Fig. 12 ein Blockschaltbild eines in Fig. 3 gezeigten Generators für das Innenfeld, und

Fig. 13 ein Schaltbild eines in Fig. 3 gezeigten Generators für das Außenfeld.

Zunächst wird anhand Fig. 3 der allgemeine Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Außenprüfung näher erläutert. In dieser Figur ist ein Objekt oder ein Gegenstand 2 dargestellt, der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung untersucht oder überprüft werden soll und von dem z. B. angenommen wird, daß er ein Rechteck-Kontakt ist, der auf eine Blattfeder 3 geschweißt ist. Angaben des Kontaktes 2 bezüglich dessen äußeren Aussehens, d. h. die Parameter, bezüglich denen der Kontakt 2 untersucht wird, umfassen Hinweise, ob die Abmessung des Kontaktes 2 die Mindestdimensionsforderungen bezüglich der Länge (h- _+ t-) und der Breite (h₂ +_ £₂) erfüllen (vgl. Fig. 1), ob der Kontakt 2 auf der Blattfeder 3 an einer Stelle in einem erlaubten Bereich angeordnet ist, der durch eine Längsdimension (I₁ *_ ^ und eine Querdimension (Ip + i/\) bestimmt ist, ob Beschädigungen oder Fremdsubstanzen auf der Oberfläche des

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Kontaktes 2 vorliegen, ob Schweißstaub oder Deformationen einer merklichen Grüße e in den Bereichen vorhanden sind, die nahe dem Rand des Kontaktes 2 liegen, z. B. durch eine kurze Entfernung d überdeckt werden (in der Größenordnung von ca. 0,2 mm) usw.. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, daß die Toleranzen £. und £_? extrem genau in der Größenordnung von 0,01 bis 0,03 mm gehalten werden, während die Toleranzen cT und cT in der Größenordnung von 0,1 mm sind. Um folglich den Kontakt 2 bezüglich der oben genannten Parameter zu überprüfen, müssen die Größe des Kontaktes 2 und dessen Lage unabhängig voneinander durch getrennte Verfahren untersucht werden.

In Fig. 3 werden der Kontakt 2 und die Blattfeder durch einen Lichtstrahl von einer Lichtquelle 44 über eine Sammellinse 45 und einen halbdurchlässigen Spiegel 46 so beleuchtet, daß die Flächen des Kontaktes 2 und der Blattfeder 3 bei senkrechter Beobachtung durch den halbdurchlässigen Spiegel 46 als helle Bereiche auftreten, während die Außenkante oder der Rand 1 des von der Blattfeder 3 versetzten Kontaktes 2 als dunkler Bereich in Erscheinung tritt. Die so durch Bestrahlung erzeugten Bilder des Kontaktes 2 und der Blattfeder 3 werden dann durch eine Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen, wie z. B. durch eine Fernsehkamera 5> nachdem sie durch eine Linse mit einem Vergrößerungsfaktor von ca. 50 vergrößert und auf einen (nicht dargestellten) Bildschirm der Fernsehkamera 5 geworfen wurden. Anstelle der Fernsehkamera kann jede geeignete Bildaufnahmeeinrichtung verwendet werden, die eine Zeilenabtastung durchführen kann, wie z. B. eine Photodioden-Anordnung od. dgl.. In der Fernsehkamera 5 werden das Bild 7 des Kontaktes 2 und das Bild 8 der Blattfeder 3 in eine Folge von Video- oder

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Bildsignalen durch Rasterabtastung umgewandelt. Diese Bilder 7 und 8 sind in Fig. 2 als Hell-Dunkel-Muster (Weiß-Schwarz-Muster) dargestellt. Das Videoausgangssignal 6 der Fernsehkamera 5 wird dann zu einem Binärcodierer 9 gespeist, der das Videosignal 6 mit einem vorgewählten Schwellenwertpegel V^ vergleicht, um ein entsprechendes Binärsignal mit zwei diskreten Signalpegeln entsprechend dem hellen und dem dunklen Teil der zusammengesetzten Bilder 7 und 8 zu erzeugen. Zu diesem Zweck sind ein Schwellenwertgenerator 98 und ein Analog-Vergleicher 99 zusammen mit dem Binärcodierer 9 vorgesehen. Weiterhin ist ein Frequenzverteilungsgenerator 12 gezeigt, dessen Funktion anhand Fig. 5 erläutert wird. In dieser Figur wird angenommen, daß ein Bild des Kontaktes 2 auf der Blattfeder 3 durch die Fernsehkamera 5 aufgenommen und in ein binärcodiertes Videosignal durch den Binärcodierer 9 umgesetzt wird, wobei dieses Signal ein Bild 10 darstellt. Der Frequenzverteilungsgenerator 12 zählt dann die Anzahl der Bildelemente im schwarzen Bereich entlang der Ordinate und der Abszisse, um eine Vertikal-Frequenzverteilungskurve 16 bzw. eine Horizontal-Frequenzverteilungskurve 17 zu erzeugen. Das Bild 10, das als das Binärcode-Signalbild bezeichnet werden kann, enthält einen schwarzen Bereich 11, der dem Rand oder Profil des Kontaktes 2 entspricht und. durch einen logischen Pegel des Binärsignales dargestellt wird.

Weiterhin ist ein Spitzenwertfühler 13 vorgesehen, dessen Funktion ebenfalls anhand Fig. 5 erläutert wird. Durch den Spitzenwertfühler 13 wird die Vertikal-Frequenzverteilungskurve 16 in zwei Teile entlang der Mittenlinie 18 des binärcodierten Bildes 10 geteilt, und die obere bzw. die untere Stelle I9 bzw. 20 wird erfaßt, an denen die Spitzen- oder Höchstwerte auftreten. Auf ähnliche

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Weise wird die Horizontal-Frequenzverteilungskurve 17 in zwei Bereiche durch die Mittenlinie 18 des binärcodierten Bildes 10 geteilt, und Stellen 21 und 22 der Spitzenwerte im rechten bzw. linken Bereich werden erfaßt.

Ein Mittenkoordinatenrechner I¹I, der mit dem Ausgang des Spitzenwertfühlers 13 verbunden ist, bestimmt arithmetisch Mittenkoordinaten 23 und 2k der Vertikalbzw. Horizontal-Verteilungskurve 16 bzw. 17 durch Mitteln der Koordinaten der Spitzenwerte 19 und 20 in senkrechter Richtung (entlang der Ordinate) und durch Mitteln der Koordinaten der Spitzenwerte 21 und 22 in waagerechter Richtung (entlang der Abszisse).

Ein Koordinatenbestimmungs- und Prüfglied 15 bestimmt die Mittenstellung 25 des Kontaktes 2 mit dem Umriß 1 aufgrund der Koordinaten 23 und 2k in senkrechter und waagerechter Richtung und prüft, ob die Mittenstellung 25 des Kontaktes 2 in einem Toleranzbereich (± ^\* 1 ^2^ bezüglich der Mitte oder einer Bezugsstellung des Bildes 10 liegt.

Auf diese Weise wird das durch den Binärcodierer 9 erzeugte Binärcode-Signalbild 10 in eine Anzahl von Bildelementen durch ein Taktimpulssignal aufgelöst, von dem die Frequenzverteilungen der schwarzen Bildelemente in senkrechter und waagerechter Richtung des Umrisses durch den Frequenzverteilungsgenerator 12 bestimmt sind. Der SpitzenwertfUhler 13 bestimmt die Spitzenwertkoordinaten (19, 20; 21, 22), aus denen die Mittenstellung 25 des Kontaktes 2 durch den Mittenstellungs-Koordinatenrechner Ik berechnet wird. Schließlich bestimmt das Lage-Koordinatenbestimmungs- und Prüfglied 15, ob die Mittenstellung 25 in einem vorbestimmten Bezugsbereich des

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Bildes 10 liegt, der durch die Toleranzen oder Abweichungen +_ J₁ und +_ &2 bezüglich der Mittenstellung des Bildes 10 bestimmt ist, um zu überprüfen, ob der Kontakt 2 an die Blattfeder 13 in richtiger Lage geschweißt wurde.

Um die Mittenstellungskoordinate 15 mit höherer Genauigkeit zu bestimmen, sind ein Vertikal-Schwellenwertpegel 26 und ein Horizontal-Schwellenwertpegel 27 vorgesehen. Die Einstellungen dieser Söhwellenwertpegel erfolgen entweder stationär oder fließend abhängig vom Verlauf der Verteilungskurven. Die Schnittstellen zwischen den Schwellenwertpggeln und den zugeordneten Frequenzverteilungskurven, d. h. eine obere Grenzlage 28, eine untere Frenzlage 29, eine linke Grenzlage 30 und eine rechte Grenzlage 31» sind für die Stellungen 12, 20; 21, 22 der Spitzen- oder Höchstwerte eingesetzt.

Bei einem Beispiel (vgl. Fig. 6), bei dem einer der Höchst- oder Spitzenwerte der Vertikal- und der Horizontal-Frequenzverteilungekurve unbestimmt ist und bei dem ungewollte Komponenten aufgrund von Staub um den Kontakt oder anderer Rauschquellen bedeutender werden, ist die Einstellung der Schwellenwertpegel (vgl. oben) besonders vorteilhaft. Am Beispiel der Fig. 6 kann gesehen werden, daß der rechte und der linke Höchstwert der Horizontal-Frequenzverteilungskurve 33 den Schwellenwertpegel 27 überschreitet, damit die Horizontal-Mittenkoordinate bestimmt werden kann, während der untere Höchstwert der Vertikal-Frequenzverteilungekurve 32 unbestimmt ist. In einem derartigen Fall wird ein Punkt, der eine halbe Standardlänge 34 (h^/2) des Kontaktes 2 von der oberen Spitzenkoordinate 19 oder deren Schnittpunkt 28 mit dem Schwellenwertpegel 26 beabstandet ist, als

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die Vertikal-Mittenkoordinate der Vertikal-Frequenzverteilungskurve 32 angenommen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Bildaufnahmeeinrichtung, wie z. B. die Fernsehkamera 5, stationär oder ortsfest einer vorbestimmten Lage vorgesehen ist, während die Kontakte 2 oder die zu prüfenden Objekte nacheinander in eine Lage unter der Fernsehkamera 5 schrittweise mittels eines Trägers, wie z. B. eines Bandförderers, zugeführt werden, auf dem die Blattfedern 3 mit den aufgeschweißten Kontakten fest angebracht und durch geeignete Halteglieder an ihrer Stelle gehalten werden. Da die relative Lage zwischen der Blattfeder 3 und dem Bildaufnahmeschirm der Fernsehkamera 5 fest sein kann, ist es möglich, jede Lageabweichung des geschweißten Kontaktes 2 von der Bezugsstellung zu erfassen.

Im folgenden wird der Frequenzverteilungsgenerator 12 anhand der Fig. 7 und 8 näher erläutert. Wie oben erläutert wurde, wird das Videosignal von der Fernsehkamera 5 in ein binärcodiertes Signal durch den Binärcodierer 9 umgewandelt. Das so erhaltene Binärsignal wird an ein Verknüpfungsglied 44 zusammen mit einem Taktsignal abgegeben, um unter der Zeiteinstellung des Taktsignales abgetastet zu werden. Es sei angenommen, daß die Anzahl der Proben f in waagerechter Richtung (Abtastrichtung) und die Anzahl der Abtastzeilen in senkrechter Richtung g betragen, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Dann kann die Erzeugung der Vertikal-Frequenzverteilungskurve 16 zum Bestimmen der Mittenkoordinate des Kontaktes 2 in senkrechter oder Vertikal-Richtung (entlang der Ordinate) durch Zählen der Anzahl der schwarzen Bildelemente erfolgen, die in der Richtung der Abtastzeilen auftreten.

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Zu diesem Zweck ist ein Zähler 35 vorgesehen, um die Anzahl der schwarzen Bildelemente zu zählen, die im abgetasteten Binärsignal während einer einzigen Abtastzeile auftreten. Dieser Zähler 35 wird durch ein Horizontal-Synchronisiersignal H gelöscht. Die Inhalte im Zähler 35 werden an einen Speicher 36 unmittelbar vor dem Löschen abgegeben. Die Anzahl der Horizontal-Synchronisier- oder Löschimpulse wird durch einen weiteren Zähler 37 gezählt, um so die Reihenfolge der Abtastzeilen und der im Speicher 36 gespeicherten Inhalte durch einen Adressenwähler 38 in Beziehung zu bringen. Auf diese Weise wird die Anzahl der während der einzigen Abtastzeile durch den Zähler 35 gezählten schwarzen Bildelemente im Speicher 36 an einer Adresse gespeichert, die der obigen Abtastzeile zugeordnet ist. Danach wird der Zähler 35 durch das Horizontal-Synchronisiersignal H_s rückgesetzt, um für das Zählen der folgenden Abtastzeile bereit zu sein. Die Kapazität des Zählers 35 ist so gewählt, daß sie mit der Anzahl f vereinbar ist, die die mögliche Höchstzahl der schwarzen Bildelemente darstellt, die in der einzigen Abtastzeile auftreten, während die Kapazität des Speichers 36 so gewählt ist, daß wenigstens die höchste Zahl f für g Abtastzeilen gespeichert werden kann.

Andererseits erfolgt auch die Erzeugung der Horizontal -Frequenzverteilungekurve 17 zum Bestimmen der Horizontal-Mittenkoordinate des Kontaktes 2 durch Zählen der Anzahl der schwarzen Bildelemente in senkrechter Richtung. Zu diesem Zweck wird das durch das Taktsignal abgetastete Binär-Videosignal zu einem Übertrag-Eingang eines Volladdierers 29 gespeist, dessen Summen-Ausgangssignal direkt an ein Schieberegister 40 abgegeben wird. Mit z. B. g =

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und f = 1, was bedeutet, daß der erste abgetastete Wert während der ersten Abtastzeile eine logische "1" (Schwarz) ist, wird die logische "1" an das Schieberegister abgegeben, da der Volladdierer 39 anfänglich gelöscht ist (d. h., der anfängliche Inhalt ist Null, und damit ist das Summen-Ausgangssignal gleich dem logischen Eingangssignal "1"). Die Inhalte im Schieberegister 40 werden durch ein Taktsignal mit der gleichen Frequenz wie das Abtastsignal verschoben. Es sei darauf hingewiesen, daß die Kapazität des Volladdierers so gewählt ist, daß dieser höchstens g Binärbits zählen kann. Auf ähnliche Weise kann das Schieberegister 40 aus einer Parallelschaltung von höchstens g Schieberegisterstufen bestehen, wobei die Anzahl der Schiebestellungen in jeder Stufe f Bits beträgt. Z.B." Können die Abtastanzahl den Wert» Abtastzeilen g den Wert 128 und die Kapazität des Volladdierers 39 7 Bits betragen, während das Schieberegister 40 aus 7 parallel geschalteten Stufen bestehen kann, deren jede in der Schieberichtung eine Kapazität von 100 Bits aufweist. Wenn bei einer derartigen Anordnung ein neuer Probenwert in den Volladdierer 39 gespeist wird, dann wird der addierte Wert von dort zum Schieberegister übertragen, wodurch die Inhalte im Schieberegister um 1 Bit nach rechts verschoben werden, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn eine einzige Zeilenabtastung nach Wiederholung der obigen Operation abgeschlossen ist, erreicht der abgetastete Inhalt (d. h. g = 1 und f = 1) den Abfluß des Schieberegisters nach Verschiebung um f Bits. Dieses Ausgangssignal des Schieberegisters 40 wird wieder zurück zum Volladdierer gespeist, um zu einem neuen abgetasteten Eingangssignal addiert zu werden, das ein abgetastetes Ergebnis an der ersten Adresse der zweiten Abtastzeile ist, d. h. g = 2 und fei. Wenn das neu abgetastete Signal wieder eine

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logische "1" ist, ergeben sich zwei Summen, während die Summe allein für eine logische "0" des neu abgetasteten Signales zurückbleibt. Auf diese Weise wird eine Binärzahl entsprechend diesen Ausgangszuständen des Nulladdierers in das Schieberegister eingegeben.

Die an den gleichen Adressen in senkrechter Richtung auf diese Weise erhaltenen abgetasteten Signale werden nacheinander durch den Volladdierer addiert,und die sich ergebenden Summen werden im Schieberegister gespeichert. Die Inhalte im Schieberegister werden bei jedem Abschluß eines Feldes durch das Vertikal-Synchronisiersignal H unmittelbar nach übertragung zum Speicher 43 gelöscht. Ein Zähler Il zählt das Taktsignal, um die Abtastadressen mit den Inhalten im Schieberegister 40 durch einen Adressenwähler 42 in Übereinstimmung zu bringen.

Auf diese Weise können die Frequenzverteilungen der schwarzen Bildelemente in senkrechter und in waagerechter Richtung in den Speichern 36 und 43 aufgebaut werden. Danach werden die Inhalte in diesen Speichern nacheinander gelesen, um mittels eines (nicht dargestellten) Vergleichers die Adressen zu erfassen, bei denen die Höchstwerte erzeugt werden. Durch Mitteln der Anzahl dieser Adressen können die Vertikal-Mittenlagekoordinate 23 und die Horizont al-Mittenlagekoordinate 24 mittels eines (nicht dargestellten) geeigneten Rechners bestimmt werden.

Weiterhin ist ein Innenfeldgenerator 45 vorgesehen, dessen Funktion näher anhand Fig. 9 erläutert wird. Dieser Generator 45 erzeugt ein Verknüpfungs- oder Gattersignäl 53» das immer auf logischen "1^M-Pegel bei allen Koordinatenstellungen in einem Innenfeld 55 einer vorbestimmten Größe von (h^ - £j) · (h₂ - S₂^

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die in der Fläche des Kontaktes 2 um die Mittenstellungskoordinate (X₀, Y₀) durch die Zähler 37 und 41 festgelegt ist, die das Taktsignal aufwärtszählen, um das Horizontal-Synchronisiersignal H ausgehend vom Ursprung mit den Koordinaten (X_Q, Y_Q) abzutasten, die durch den Mittenstellungs-Koordinatenfühler 14 bestimmt sind.

Zusätzlich ist ein Außenfeldgenerator 46 vorgesehen, der ein Gatter- oder Verknüpfungssignal 54 erzeugt, das immer auf einer logischen "1" bleibt, wenn keine schwarzen Bildelemente entsprechend dem Umriß 1 des Kontaktes 2 bei den Koordinaten mit einem Außenfeld 56 einer vorbestimmten Größe von (h. + 2d) · (h₂ + 2d) vorliegen, die um den Rand des Kontaktes 2 um die Mittenstellungskoordinaten (X₀, Y_Q) festgelegt sind, die durch den Fühler 14 bestimmt sind. D. h., das Außenfeld 56 ist bezüglich der Mittenstellungskoordinaten (X_Q, Y_Q) durch Segmente X₁ = X₀ - H₁ = X₀ - (h₁/2 + d) und X₂ = X_Q + H₁ = X_Q + (h.,/2 + d) in senkrechter Richtung und durch Segmente Y₁ = Y₀ - H₂ = Y₀ - (h₂/2 + d) und Y₂ = Y_Q + H₂ = Y_Q + (h^/2 + d) in waagerechter Richtung festgelegt, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist.

Die Erzeugung eines derartigen Außenfeldes wird anhand der Fig. 13 näher erläutert. D. h., die Horizontal-Synchronisierimpulse H (oder die Abtastzeilen) werden durch den Zähler 37 gezählt. Wenn die Abtastzeilen (X₁ + 1) und #2 ⁺ 3) erreicht sind, die durch einen Vertikal-Außenfeld-Steller 63 eingestellt sind, werden logische "1"-Signale an ein ODER-Glied 79 von Vergleichern 70 bzw. 71 abgegeben, während ein logisches "1"-Signal von einem UND-Glied während eines Intervalles zwischen (Y₁ + 1) und (Y2 + 3) erzeugt wird, wodurch ein Verknüpfungs- oder Gattersignal durch ein UND-Glied 83 abgegeben wird, das

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eine logische "1^M während der Intervalle entsprechend der oberen und der unteren Kante des Außenfeldes 56 ist. Wenn andererseits die Zahlen im Zähler Il zum Zählen der Abtast-Taktimpulse die im Horizontal-Außenfeld-Steller eingestellten Zahlen der Taktimpulse entsprechend (Y₁ ♦ 1) und (Yp + 3) erreicht haben, werden logische ^Mlⁿ-Signale an ein ODER-Glied 78 von Vergleichern 68 und 69 abgegeben, während ein logisches ⁿl"-Signal von einem UND-Glied 75 während eines Intervalles zwischen (X₁ + 1) und (X₂ + 3) erzeugt wird, wodurch von einem UND-Glied ein Gattersignal abgegeben wird, das eine logische "1" in den Bereichen der linken und der rechten Kante des Außenfeldes 56 ist. Auf diese Weise wird das Gattersignal 54 mit einem logischen "i^w-Pegel lediglich entlang des gesamten Randes des Außenfeldes 56 durch das ODER-Glied 84 erzeugt.

Das Innenfeld 55 ist durch Kanten X, = X_Q - H, = X₀ - (h₁ - C_a)/2 und X₁, = X_Q ♦ H₃ * X_Q ♦ (h_± - 6^/2 in senkrechter Richtung und durch Kanten Y, = Y_Q - H₁₁ = Y₀ (h₂ - £₂)/2 und Y₁^ * Y_Q 4 H₄ = Y_Q + (h₂ - t₂/2) in waagerechter Richtung festgelegt, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Die Erzeugung eines derartigen Innenfeldes kann durch die in Fig. 12 dargestellte Schaltung erfolgen. D. h., die Horizontal-Synchronisierimpulse werden durch den Zähler 37 gezählt, um ein logisches ⁿl"-Signal durch Vergleicher 66, 67, das UND-Glied 73 und das ODER-Glied während eines Intervalles zwischen (X, ♦ 7) und (X^ + 1) zu erzeugen, das in einem Vertikal-Innenfeld-Steller 61 eingestellt ist, während ein logisches "1"-Signal durch Vergleicher 61, 65, ein UND-Glied 72 und ein ODER-Glied während eines Intervalles zwischen (Y, 47) und (Y₁₁ 4 1) abgegeben wird, das durch einen Horizontal-Innenfeld-Steller 60 eingestellt ist. Diese logischen "1"-Signale werden beide an ein UND-Glied 8l abgegeben, wodurch das Gattersignal 53 erzeugt wird, das auf einem logischen "1"-

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Pegel bei allen Koordinaten im Innenfeld 55 gehalten wird.

Ein Innenfeld-Binärcodierer 47 (vgl. Fig. 3) wandelt das von der Fernsehkamera 5 erhaltene Videosignal in ein Binärsignal durch Vergleich mit einem vorbestimmten Schwellenwert um. Das so erzeugte Binärsignal wird dann an ein Verarbeitungs- und Bestimmungsglied 49 abgegeben. Ein Außenfeld-Binärcodierer 48 wandelt ebenfalls das Videosignal von der Fernsehkamera 5 in ein entsprechendes Binärsignal durch Vergleich mit einem vorbestimmten Schwellenwert um. Das Binär-Ausgangssignal des Binärcodierer 48 wird an ein Verarbeitungs- und Bestimmungsglied 50 abgegeben.

Wie in Fig. lla dargestellt ist, besteht das Verarbeitungs- und Bestimmungsglied 49 aus sieben Schieberegistern 85, die parallel zueinander angeordnet sind und die Anzahl der Proben oder Abtastungen während einer einzigen Abtastzeile speichern, aus einem Speicher 86 mit Speicherstellen in einer 7 * 7-Matrix zum Speichern von Signalen für jedes Bildelement, die an den Ausgängen der Schieberegister 85 abgegeben werden, aus ODER-Gliedern 87 und 88, die mit den Zeilen- und Spalten-Ausgängen des Speichers 86 verbunden sind, aus UND-Gliedern 89 und 90, die mit den Ausgängen der ODER-Glieder 87 bzw. 88 verbunden sind, aus einem ODER-Glied 91, dessen Eingänge mit den Ausgängen der UND-Glieder 89 bzw. 90 verbunden sind, und aus einem Zähler 92 zum Zählen der Anzahl der logischen "1"-Signale, die jeweils ein schwarzes Bildelement über allen Speicherstellen des Speichers 86 darstellen. Der Zähler 92 erzeugt ein Ausgangssignal mit einem logischen "O"-Pegel, wenn die Zahl kleiner als l6 ist, und er erzeugt ein logisches "1*-Signal, wenn die

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Zahl den Wert 16 erreicht oder überschreitet. Die Ausgänge des Zählers 92 und dee ODER-Gliedes 91 sind mit den Eingängen eines UND-Gliedes 93 verbunden. Wenn bei einem derartigen Aufbau des Auswertungsgliedes ¹J9 ein logisches "1"-Signal in beliebigen Speicherstellen in beliebigen Zeilen des Natrixspeichers 86 gespeichert wird, erzeugen zugeordnete ODER-Glieder 87 ein logisches "1"-Signal. Wenn zusätzlich logische "1^M-Werte nacheinander in allen Zeilen des Speichers 86 gespeichert sind, dann wird das UND-Glied 89 freigegeben, damit das ODER-Glied 91 ein logisches "1^M-Signal erzeugt, das einen Fehler im Kontakt 2 darstellt. Wenn andererseits die Inhalte im Zähler 92 (d. h. die Anzahl der schwarzen Bildelemente) gleich oder größer als 16 wird, gibt der Zähler 92 logische "1"-Ausgangssignale ab, die auch das Vorliegen eines Fehlers im Kontakt 2 darstellen. Wenn demgemäß die jeweils ein einziges schwarzes Bildelement darstellenden Zahlen den Wert 17 haben und entsprechende logische "1"-Werte im Speicher 86 kontinuierlich in Spaltenrichtung aufgezeichnet sind, wie dies in Fig. 11b gezeigt ist, dann wird das UND-Glied 93 freigegeben, um ein ein Fehlermuster darstellendes Ausgangssignal zu erzeugen. In diesem Zusammenhang sei angenommen, daß ein einziges Bildelement entsprechend 7 ,um in der Größe gewählt wird; dann beträgt die Gesamtlänge von 7 Bildelementen ca. 49 ,um. Da die Bestimmung eines Fehlers für das Vorliegen von mehr als 16 schwarzen Bildelementen erfolgt, entspricht die Breite des Fehlermusters I6/7 ^s 2,3 Elementen oder ca. l6 ,um im Durchschnitt. Damit beträgt die Fläche des Kontaktes, der einen Fehler aufweist, wenigstens ca. 49 .um · 16 ,um.

In Fig. 3 ist der Ausgang des Auswertungsgliedes Ί9 mit einem Eingang eines VerknUpfungs- oder Gattergliedes

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verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Innenfeld-Gattersignal 53 vom Innenfeldgenerator 45 versorgt wird und das bestimmt, ob ein Fehler in der Fläche des Kontaktes vorliegt, der durch das Innenfeld 55 überdeckt ist. Wenn so das Umrißbild 11 des Kontaktes 2 im Bereich des Innenfeldes 55 merklich gestört ist oder wenn eine sich kontinuierlich ausdehnende große Beschädigung oder Fremdmaterial 57 auf der Fläche des Kontaktes 2 vorliegt, erfolgt die Fehlerbestimmung. D. h., die Gesamtfläche des Kontaktes 2 von weniger als der Mindestnorm von (h., - £..) (hp - £p) oder das Vorliegen einer kontinuierlichen Beschädigung oder von Fremdmaterial von ungefähr 49 /Um · 16 ,um in der Größe führt zur Bestimmung eines Fehlers. Kurz ausgedrückt, die gesamte Fläche des Innenfeldes 55 wird mit einer Auflösung entsprechend m · η Bildelementen entsprechend der Größe einer zu erfassenden Beschädigung oder Fremdmasse abgetastet. Um die Einflüsse des Rauschens oder der Breite der Beschädigung oder des Fremdmaterials auszuschließen, werden eine größere Anzahl schwarzer Bildelemente als eine vorbestimmte Zahl T sowie eine Kontinuität dieser Bildelemente entweder in Senkrechter oder waagerechter (Spalten- oder Zeilen-)Richtung für die Fehlerbestimmung im Kontakt 2 benötigt.

In Fig. 10 besteht das Verarbeitungs- und Bestimmungsglied 50 aus drei Schieberegistern 94, die parallel geschaltet sind und das binärcodierte Videosignal speichern, in dem nacheinander die entsprechenden Bits für eine Anzahl von Abtastungen verschoben werden, die während einer einzigen Abtastzeile ausgeführt werden, aus einem* Speicher 95 mit 3 . 3-Speicherstellen zum Speichern der vom Ausgang des Schieberegisters 94 für jedes Bildelement erzeugten Signale und aus einem UND-Glied 96, dessen Eingänge mit allen Speicherstellen des Speichers 95 verbunden sind.

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Wenn so ein scharzer Fehler von ca. 21 .um · 21 «um Größe im Kontakt vorliegt, erzeugt das Verarbeitungs- und Bestimmungsglied 50 ein Ausgangssignal, das den Fehler des Kontaktes 2 durch das UND-Glied 96 darstellt. Der Ausgang des Gliedes 50 ist mit einem Eingang eines Verknüpfungs- oder Gattergliedes 52 verbunden, an dessen anderen Eingang das Außenfeld-Gattersignal 5^1 vom Außenfeld-Generator 46 liegt und das bestimmt, ob ein Fehler über dem Außenfeld 56 vorliegt. D. h., wenn ein Schweißstaub 58 und eine Schweißdeformation 59 mit einer Breite e größer als ca. 21 .um quer über dem Außenfeld 56 vorliegen, aas um den Kontakt 2 in einem Abstand d von ca. 0,2 mm festgelegt ist, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, dann wird der Kontakt 2 als fehlerhafter Kontakt bestimmt, wie dies durch das logische "1"-Sienal vom Gatterglied

wird

dargestellt wird. Auf diese Weise/das Außenfeld mit einer Auflösung von ρ · q Bildelementen abgetastet, die entsprechend der Größe des zu erfassenden Schweißstaubes oder der Deformation gewählt sind, und die Fehlerbestimmung erfolgt, wenn alle abgetasteten .Bildelemente schwarz sind. Beim dargestellten Beispiel wird angenommen, daß die Abtastung des Außenfeldes entlang des Randes des Außenfeldes erfolgt. Wenn jedoch der Rand oder Umriß 97 der Blattfeder 3, die den Hintergrund des Kontaktes 2 bildet, nicht in Erscheinung tritt, kann die Abtastung über der gesamten Fläche auf der Außenseite des Außenfeldes 56 erfolgen.

Da beim dargestellten Ausführungsbeispiel verschiedene Schwellenwerte zur Verarbeitung der Videosignale in den Binärcodierern ^7 und M8 für Abtastungen des Innen- und des Außenfeldes verwendet werden, kann der Einfluß aufgrund des Unterschiedes in der Helligkeit zwischen dem Kontakt 2 und der Blattfeder 3 durch verschiedene Reflexionsfaktoren sowie der Rauscheinfluß auf einen Mindest-

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wert verringert werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Binärcodierer kj und 48 nicht unbedingt erforderlich sind und der Binärcodierer 9 gemeinsam verwendet werden kann, wenn die Beleuchtung der Lichtquelle M zusammen mit der Verwendung einer Fernsehkamera hoher Empfindlichkeit gesteigert ist.

Aus den obigen Erläuterungen folgt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zum automatischen Außenprüfen, _di_e durch Bestimmen der Mittenlagekoordinate eines zu prüfenden Objektes von dessen Umriß arbeitet, eine Lageabweichung des Objektes von einer Standardlage in einem relativ großen Toleranzbereich erlaubt, der unabhängig von einer ungleichmäßigkeit in den Abmessungen des Objektes überprüft wird, an das relativ strenge Forderungen hinsichtlich der Abmessungen gestellt sind. Weiterhin kann ein kontinuierlicher Fehler einer bestimmten Größe erfaßt werden, der auf der Fläche des Objektes oder Gegenstandes vorliegt. Zusätzlich kann durch die Auswertung mit Feldern die Prüfung, ob das Objekt innerhalb oder außerhalb des Feldes liegt, gleichzeitig mit der Prüfung erfolgen, ob ein Fehler innerhalb oder außerhalb eines Feldes vorliegt. Außerdem kann durch Einengen der zu prüfenden Fläche der Einfluß von Rauschen, verschiedener Reflexionsfaktoren od. dgl. merklich verringert werden, wodurch eine fehlerhafte Erfassung verhinderbar ist, was zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der Vorrichtung führt.

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Leerse ite

Claims

Patentansprüche

«i 1. j Vorrichtung zur automatischen Außenprüfung eines ^—-^Objektes mit einem Flächenbereich vorbestimmter Größe und einem Umriß der Fläche,

gekennzeichnet durch

eine Abbildungs- und Bildaufnahmeeinrichtung (5) einschließlich einer Optik (4, M, i»5, 46) zum Beleuchten des Objektes (2), um ein optisches Bild mit verschiedenen hellen und dunklen Teilen zwischen dem Oberflächenbereich und dem Umriß zu erzeugen,

wobei die Abbildungs- und Bildaufnahmeeinrichtung (5) das optische Bild empfängt, um ein entsprechendes Bildsignal zu erzeugen,

einen Binärcodierer (9) zum Vergleichen des Bildsignales mit einem vorbestimmten Schwellenwert, um ein Binärsignal mit zwei logischen Pegeln entsprechend den hellen und den dunklen Teilen des optischen Bildes zu erzeugen,

ein Koordinatenbestimmungsglied (15) zum Bestimmen der Frequenzverteilungen in senkrechter und waagerechter Richtung entsprechend einem der beiden Pegel des Binärsignales in einem Binärcode-Signalbild, das aus dem Binärsignal aufgebaut ist, das durch den Binärcodierer (9) erzeugt ist, um entsprechend den Frequenzverteilungen eine Bereichkoordinate für einen Bereich zu bestimmen, in dem das Objekt (2) liegt,

8l(A2739-02)-KoSl

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eine erste Prüfeinrichtung, um die Lage des Objektes (2) durch die Bestimmung zu prüfen, ob die Bereichskoordinate innerhalb eines erlaubten Toleranzbereiches liegt, uer im Binärcode-Signalbild vorgewählt ist, und

eine zweite Prüfeinrichtung zum Einstellen eines Feldes einer vorbestimmten Größe auf dem binärcodierten Bild in Abhängigkeit von der Bereichskoordinate und zum Teilen des Binärcode-Signalbildes im Feld in m · η Bildelemente durch sequentielle Verschiebung des Binärsignales, um die Verteilung von einem der beiden Pegel des Binärsignales durch eine Kombination der Bildelemente zu prüfen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das optische Bild des Objektes (2) die dessen Umriß und einen Fehler darstellenden dunklen Teile sowie die Fläche des Objektes (2) darstellenden hellen Teile enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Bereichskoordinate als Mittenlagekoordinate der Fläche des Objektes (2) gewählt ist.

H. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Prüfeinrichtung das Objekt (2) als fehlerhaft wertet, kenn alle Bildelemente in wenigstens der Zeilen- oder der Spaltenrichtung der m · η Bildelemente den dunklen Teil des optischen Bildes des Objektes (2) darstellen.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 2, uadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Prüfeinrichtung das Objekt (2) als fehlerhaft bewertet, wenn alle Bildelemente in wenigstens der Zeilen- oder der Spaltenrichtung der m · η Bildelemente den dunklen Teil des optischen Bildes des Objektes (2) darstellen, und wenn die Anzahl der den dunklen Teil darstellenden Bildelemente eine vorbestimmte Anzahl in den m · η Bildelementen überschreitet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Prüfeinrichtung ein Außenfeld größer als das Objekt (2) im Binärcode-Signalbild abhängig von der Bereichskoordinate festlegt, einen Bereich außerhalb des Außenfeldes in ρ · q Bildelementsignale teilt und das Objekt (2) als fehlerhaft wertet, wenn alle ρ · q Bildelemente den dunklen Teil des optischen Bildes des Objektes (2) darstellen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das optische Bild des Objektes (2) die hellen Teile, die dessen Umriß darstellen, und einen Fehler sowie die dunklen Teile enthält, αie die Fläche des Objektes (2) darstellen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 > dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Prüfeinrichtung das Objekt (2) als fehlerhaft wertet, wenn die Bildelemente in wenigstens der Zeilen- oder der Spaltenrichtung der m · η Bildelemente alle den hellen Teil des optischen Bildes des Objektes (2) darstellen.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Prüfeinrichtung das Objekt (2) als fehlerhaft wertet, wenn die Bildelemente in wenigstens der Zeilen- oder der Spaltenrichtung der m · η Bildelemente alle den hellen Teil des optischen Bildes des Objektes (2) darstellen und wenn die Anzahl der Bildelemente, die den hellen Teil darstellen, eine vorbestimmte Anzahl in den m · η Bildelementen überschreitet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Prüfeinrichtung ein Außenfeld größer als das Objekt (2) im Binärcode-Signalbild abhängig von der Bereichskoordinaten festlegt, einen Bereich außerhalb des Außenfeldes in ρ · q Bildelementsignale teilt und das Objekt (2) als fehlerhaft wertet, wenn alle ρ · q Bildelemente den hellen Teil des optischen Bildes des Objektes (2) darstellen.

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