DE2801869C3

DE2801869C3 - Vorrichtung zum Feststellen von Oberflächenfehlern an stabartigen Gegenständen

Info

Publication number: DE2801869C3
Application number: DE2801869A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kamakura Takeuchi; Yasuhito Takeuchi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1978-01-17
Publication date: 1981-11-12
Also published as: JPS5389794A; SE7800593L; US4185921A; DE2801869A1; JPS577663B2; GB1588371A; DE2801869B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen von Oberflächenfehlern an stabartigen Gegenständen, weiche die Merkmale des Oberbegriffes des Hauptanspruchs aufweist.

Ein typisches Beispiel für auf Oberflächenfehler zu untersuchende stabartige Gegenstände sind beschichtete Schweißelektroden, die eine verhältnismäßig große Länge im Vergleich zum Durchmesser aufweisen und maschinell beschichtet werden, so daß sie in einer Menge von beispielsweise 20 Stück pro Sekunde anfallen. Bisher wurden derartige Schweißelektroden mit dem menschlichen Auge überprüft, was jedoch nicht nur verhältnismäßig ungenau, sondern auch personalintensiv ist und daher verhältnismäßig hohe Kosten verursacht, ohne die Gewähr zu geben, daß keine fehlerhaften Schweißelektroden in die zum Versand bestimmte Verpackung gelangen können.

Zum Inspizieren der Oberfläche von Zigaretten ist es bekannt (US-PS 38 12 349), diese auf einem Förderer liegend an einer Inspektionsstelle vorbeizuführen, wo sie von einem Laserstrahl abgetastet werden. Da die Zigaretten in Nuten eines Förderbandes liegen, wird praktisch nur der nach oben liegende Teil ihrer Oberfläche in einem verhältnismäßig engen Bereich abgetastet, so daß Oberflächenfehler nicht auf der gesamten Länge und dem gesamten Umfang zu ermitteln sind. Für eine Abtastung der Zigaretten über die gesamte Länge muß der Laserstrahl in Längsrichtung der quer dazu transportierten Zigaretten über diese hinweggeführt werden.

Weiterhin ist es zum Nachweisen von Fremdstoffen an den Wänden eines durchscheinenden oder durchsichtigen Behälters bekannt (DE-AS 16 48 640), die Behälter einzeln in eine feststehende Oberprüfangsposition zu briiigen, in welcher der Behälter um seine senkrechte Achse gedreht wird, um ihn von allen Seiten zu überprüfen. Diese Art der Überprüfung ist sehr zeitaufwendig und erfordert eine kostspielige Vorrichtung, so daß sie für die Überprüfung von in großen Mengen anfallenden stabförmigen Gegenständen nicht geeignet ist, weil dafür ein ununterbrochener Vorschub benötigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige und genaue Überprüfung von stabartigen Gegenständen auf Oberflächenfehler vollautomatisch schnell und preiswert durchführen zu können, damit fehlerhafte Gegenstände vor dem Verpacken ausgesondert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, mit hoher Geschwindigkeit kontinuierlich fortbewegte stabartige Gegenstände wie beschichtete Schweißelektroden auf deren gesamten Umfang und deren gesamter Länge auf Oberflächenfehler abzutasten. Die stabartigen Gegenstände werden beim Vorlauf zwangsweise um ihre Längsachse gedreht und daher rundum von einem feststehenden Laserstrahl über ihre gesamte Länge abgetastet. Dabei ist die Vorrichtung unkompliziert ausgebildet und arbeitet äußerst zuverlässig. Obwohl sich beim Abtastvorgang der Abstand zwischen den einzelnen Gegenständen und der Abtasteinrichtung ständig ändert, werden stationäre Bilder der Gegenstände erzeugt, gleichgültig in welcher Entfernung sich der betreffende Gegenstand von der Abtasteinrichtung gerade befindet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht der wichtigsten Teile dieser Vorrichtung, teilweise in Form eines Blockdiagramms, und

F i g. 2 eine Draufsicht auf Teile des optischen Systems dieser Vorrichtung.

Die Vorrichtung ist eine Kombination eines optischen Fehlerdetektors und einer Einrichtung zum Vorbewegen und Drehen von stabförmigen Gegenständen wie Schweißelektroden, deren Oberfläche über die volle Länge und den vollen Umfang überprüft werden kann. Der Fehlerdetektor umfaßt einen Spiegel 11 zum Umlenken eines die lineare Abtastung vornehmenden Laserstrahles, ein optisches Kondensorsystem 12 und einen Lichtempfänger 13. Diese Teile sind in Fig.2 in Verbindung mit einer Schweißelektrode 14 derart dargestellt, daß ein stationäres Bild an der Aufnahmefläche des Lichtempfängers 13 durch Licht gebildet wird, das auf die Oberfläche der Schweißelektrode 14

to eingewirkt hat.

Das Fördersystem für die Schweißelektroden besteht aus einem Zufuhrmechanismus, einem Drehmechanismus zum Drehen der einzelnen Schweißelektroden und einem Abgabemechanismus. Der Zufuhrmechanismus

e> 'lesorgt die Zufuhr der Schweißelektroden 14 zum Drehmechanismus, wobei die Schweißelektroden axial ausgerichtet zur Abtastrichtung des Spiegels 11 gehalten werden. Der Drehmechanismus ist so aufge-

baut, daß er jede Schweißelektrode in der Abtastposition des Spiegels 11 um ihre Längsachse dreht, damit eine Abtastung über die volle Länge und den vollen Umfang der Schweißelektrode erfolgt Der Abgabemechanismus ist so ausgestaltet, daß er die überprüften Schweißelektroden aus der Abtastposition entfernt

Durch die Kombination des optischen Fehlerdetektors, der Risse oder sonstige Oberflächenfehler an stabartigen Gegenständen wie Schweißelektroden aufgrund Lichtbeugung erfaßt, und des die einzelnen Gegenstände nacheinander zuführenden, drehenden und abgebenden Fördersystems, wobei die Gegenstände vor oder hinter dem Fehlerdetektor angeordnet sein können und bei ihrer Vorbewegung überprüft werden, entfällt eine zeitaufwendige Inspektions- und Überwachungsarbeit durch eine Person, was eine bedeutende Arbeitseinsparung und Rationalisierung der Überwachung bedeutet Die Verwendung eines Lasers ist vorteilhaft, weil er eine Vergrößerung des Verhältnisses zwischen dem Störsignal im Zusammenhang mit natürlichen Komponenten der stabartigen Gegenstände und dem Fehlersignal zuläßt, so daß die Vorrichtung störbeständig und frei von fehlerhaften Erfassungsvorgängen arbeitet und die Zuverlässigkeit der Überwachung insgesamt verbessert wird.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist ein Fördersystem 15 für stabartige Gegenstände wie Schweißelektroden 14 und einen optischen Fehlerdetektor 16 auf. Das Fördersystem 15 besteht aus Bandförderern 151, welche die zu untyrsuchenden Schweißelektroden 14 tragen und in Pfeilrichtung vorbewegen, und zum Drehen der Schweißelektroden dienenden Bandförderern 152, die so angeordnet sind, daß sie die einzelnen auf den Bandförderern 151 liegenden Schweißelektroden 14 wenigstens nahe dem Abgabeende der Bandförderer um deren Längsachse drehen. Die Schweißelektroden 14 liegen in gegenseitigen Abständen so auf den Bandförderern 151, daß ihre Längsachse quer zur Bewegungsrichtung der Bandförderer 151 verläuft. Von den Bandförderern 151 gelangen die Schweißstäbe 14 auf einen nicht dargestellten Abgabe-Bandföirderer, der sie aus dem Überwachungsbereich abführt

Der optische Fehlerdetektor 16 umfaßt einen Laser 161, einen Spiegel 162, der den Laserstrahl reflektiert, um eine lineare Abtastung der stabartigen Gegenstände an einer bestimmten Stelle durchzuführen, einen durchscheinenden bzw. halbdurchlässigen Spiegel 163, der die vom Spiegel 162 kommenden Laserstrahlen reflektiert und auf die jeweils am Abgabeende des Fördersystems 15 befindliche Schweißelektrode 14 wirft, einen Kondensor 165, welcher die Laserstrahlen, die durch den halbdurchlässigen Spiegel 163 hindurchgetreten sind, zusammengefaßt, um ein stationäres Bild der reflektierten Laserstrahlen an der Aufnahmefläche eines Lichtempfängers 164 zu bilden, und einen Verstärker 166, mit dem das Ausgangssignal des Lichtempfängers 164 verstärkt und in eine Verarbeitungseinrichtung 167 eingegeben wird, welche das eingegebene Signal verarbeitet, um festzustellen, ob der jeweils untersuchte Gegenstand einen Oberflächenfehler aufweist oder nicht.

Im praktischen Betrieb wird jede zu überprüfende Schweißelektrode 14 unter Drehung um ihre eigene Achse zum optischen Fehlerdetektor 16 vom Fördersystem bewegt, wobei der Laserstrahl die Schweißelektrode 14 über deren gesamte Länge von vorne abtastet Ist die Abtastgeschwindigkeit sehr viel größer als die Drehzahl der Schweißelektrode 14, wird deren gesamte Oberfläche bei einer vollen Drehung abgetastet. Informationen über die Oberfläche der jeweils untersuchten Schweißelektrode 14 führen zu einer Änderung des stationären Bildes am Lichtempfänger 164. Diese Änderungen werden vom Lichtempfänger 164 erfaßt und als elektrische Signale in die Verarbeitungseinrichtung 167 eingegeben, welche entscheidet, ob ein Fehler vorliegt oder nicht Am Ausgang der Verarbeitungseinrichtung 167 erscheint eine Anzeige über das Vorhandensein oder Fehlen von Fehlern.

Mit der Vorrichtung können fortlaufend stabartige Gegenstände wie Schweißelektroden 14 dem optischen Fehlerdetektor 16 zugeführt und von diesem auf Oberflächenfehler überprüft werden. Da der Laserstrahl auf die Oberfläche der zu überprüfenden Gegenstände in deren Förderebene geworfen wird, ergeben sich keine Erfassungsfehler, wenn die Schweißelektrode 14 gemäß Fig.2 aus der Position A in die Position B bewegt wird. Die Überprüfung ist also unabhängig von Lageänderungen der zu untersuchenden Gegenstände in horizontaler Richtung, d.h. unabhängig von Geschwindikgeitsänderungen der Bandförderer 151 und 152.

In der nachfolgenden Tabelle sind Meßergebnisse der Untersuchung von Schweißelektroden auf Oberflächenfehler mit einem normalen Reflektionssysetm und der vorliegenden Vorrichtung gegenübergestellt, wobei die S/N-Verhältnisse (S = Signale aufgrund festgestellter Fehler; N = Störsignale aufgrund normaler Eigenschaften der untersuchten Gegenstände) angegeben sind:

Fehlerart

Normales

Reflektions-

system

Vorliegende
Vorrichtung

Ablöse- bzw.	1	4-5
Abstreiffehler
Axiale Risse	1-3	8-9
Ringförmige Risse	1	5-7
Kratzer		4

Da in der Praxis Fehler erfaßt werden können, wenn das Verhältnis von S/N größer als 3 ist, ergibt sich aus dieser Tabelle, daß die vorliegende Vorrichtung sicher die verschiedensten Oberflächenfehler stabartiger Gegenstände wie Schweißelektroden erfassen kann.

Obwohl die vorstehend erläuterte Vorrichtung die zu untersuchenden stabartigen Gegenstände beim Drehen um deren Längsachse vorbewegt, kann die Überprüfung auch beim Drehen der Gegenstände in einer festen Position erfolgen. Die Querschnittsform des zum Abtasten verwendeten Laserstrahles muß nicht kreisförmig sein. Vielmehr kann er beim Auftreffen auf die zu untersuchende Oberfläche auch in Abtastrichtung kurz und rechtwinklig hierzu langgestreckt sein. In diesem Falle wird der Einfluß vertikaler Lageänderungen der untersuchten Gegenstände verringert, so daß eine größere Toleranz bezüglich vertikaler Lageänderungen der Gegenstände und des Transports zugelassen werden kann, was eine größere Vielseitigkeit bezüglich der Gestaltung des Fördersystems ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Feststellen von Oberflächenfehlern an stabartigen Gegenständen, mit einem Laser, einem Förderer zum Bewegen der zu überprüfenden Gegenstände senkrecht zu deren Längsachse, einer Einrichtung zum Abtasten der Oberfläche der Gegenstände mit dem Laserstrahl entlang deren Längsachse, einer Einrichtung zum Auffangen der reflektierten Strahlen und einer Einrichtung zum Verarbeiten derselben, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (15; 151, 152) die Gegenstände (14) beim Vorbewegen derselben zu seinem Abgabeende um deren Längsachse dreht, daß die Einrichtung (161,162,163) zum Abtasten der Oberfläche der Gegenstände und die Einrichtung zum Auffangen der reflektierten Strahlen hinter dem Abgabeende des Förderers auf der Verlängerung des Förderweges angeordnet sind und daß zwischen dem Abgabeende des Förderers und der Einrichtung (164) zum Auffangen der reflektierten Strahlen eine Optik (165) zum Erzeugen stationärer Bilder aus den reflektierten Strahlen angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer aus zwei Gruppen von Förderbändern (151, 152) besteht, zwischen denen die Gegenstände (14) erfaßt werden und von denen die eine Gruppe mit größerer Vorschubgeschwindigkeit wie die andere angetrieben ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl einen länglichen Querschnitt aufweist.