DE3641862A1

DE3641862A1 - DEVICE FOR TESTING ROTATION-SYMMETRICAL WORKPIECES

Info

Publication number: DE3641862A1
Application number: DE19863641862
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Dr Hege; Michael Dipl Ing Struck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1988-06-09
Also published as: ES2005966A6; WO1988004416A1

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

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Prüfung von rota tionssymmetrischen Werkstücken, insbesondere Dichtringen mit kreis förmigem 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, vor stehender Grat, zu starkes Entgraten, und Geometriefehler ohne Vor zugslage, z.B. Fehlstellen durch nichtausgefüllte Form, durch Abla gerungen in der Form, durch Einschluß von Fremdmaterial, Fließmar ken, Risse, sowie sonstige Fehler, z.B. zu rauhe Oberfläche, Ein schluß von Fremdmaterial ohne Geometrieänderung (Farbänderung). Um die gewünschte Qualität der O-Ringe bezüglich Fehlerfreiheit zu er langen, 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 auto matische O-Ringprüfung vornehmen könnte, ist bislang nicht bekannt geworden. The invention relates to a device for testing rota Workpieces with symmetrical symmetry, in particular sealing rings with a circle shaped cross-section, so-called O-rings, according to the genus of Main claim. Faults on O-rings can be due to geometry errors the parting line, e.g. Shrinkage crack, notches along the parting line standing burr, excessive deburring, and geometry errors without front tensile situation, e.g. Missing areas due to unfilled form, due to discharge wrestled in shape, by inclusion of foreign material, flow ken, cracks, as well as other errors, e.g. too rough surface, a closure of foreign material without changing the geometry (color change). Around the desired quality of the O-rings with regard to freedom from defects long, has been a one-time or multiple 100% manual Visual inspection carried out according to limit samples. This testing technique has the disadvantage that none due to human inadequacies 100% freedom from errors can be achieved and also the test costs are very high on this part. An O-ring tester that auto matically O-ring test is not yet known become.

Aus der DE-OS 32 32 885 ist eine Vorrichtung zur automatischen Prü fung von Oberflächen bekannt. Es ist eine Strahlungsquelle vorge sehen, deren fokussierte Strahlung über eine Werkstückoberfläche ge führt wird, wobei die von der Oberfläche zurückgeworfene Strahlung nach bestimmten Kriterien für die Oberflächenbeschaffenheit ausge wertet wird. Die zurückgeworfene Strahlung trifft einerseits auf ei nen Strahlungsempfänger im Hellfeld und andererseits auf eine Mehr zahl in der gleichen Ebene um den Hellfelddetektor herum angeordne ter Strahlungsdetektoren, die die gesamte Winkelverteilung der im Dunkelfeld von der Werkstückoberfläche zurückgestreuten Strahlung nach Betrag und Richtung erfassen. Schäden auf der Werkstückober fläche verändern die im Dunkelfeld oder Hellfeld reflektierte Strah lung. Die bekannte Vorrichtung eignet sich jedoch nicht zur Prüfung von O-Ringen, da beispielsweise der Fehler, der lediglich eine Farb änderung durch Einschluß von Fremdmaterial in der O-Ringoberfläche ohne Geometrieänderung bewirkt, nicht detektiert wird.From DE-OS 32 32 885 a device for automatic test known surfaces. A radiation source is featured see whose focused radiation ge over a workpiece surface leads, the radiation reflected by the surface according to certain criteria for the surface quality is evaluated. The reflected radiation strikes egg on the one hand NEN radiation receiver in the bright field and on the other hand to a more number in the same plane around the bright field detector ter radiation detectors, which the entire angular distribution of the im Dark field radiation scattered back from the workpiece surface by amount and direction. Damage on the workpiece top area change the beam reflected in the dark or bright field lung. However, the known device is not suitable for testing of o-rings because, for example, the mistake of just one color Change due to the inclusion of foreign material in the O-ring surface without changing the geometry, is not detected.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung von rotationssymme trischen Werkstücken, insbesondere Dichtringen mit kreisförmigem Querschnitt, sogenannte O-Ringe, weist den Vorteil auf, daß alle an gegebenen Fehler, insbesondere auch Fremdeinschlüsse ohne Geometrie änderung, detektierbar sind. Es ist eine Strahlungsquelle vorge sehen, die eine im optischen Frequenzbereich liegende Strahlung vor gegebener Frequenz emittiert. Ein Teil von der zu prüfenden Ober fläche des Werkstücks reflektierten Strahlung ist auf einen Strah lungsdetektor gerichtet, der ein zur Bestrahlungstärke proportiona les 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 Geo metriefehler wird in der Auswerteeinrichtung durch Vergleich der er faßten Meßwerte mit gespeicherten Vergleichswerten erkannt.The device according to the invention for testing rotational symmetry trical workpieces, especially sealing rings with a circular Cross-section, so-called O-rings, has the advantage that all given errors, especially foreign inclusions without geometry change, are detectable. A radiation source is featured see the radiation in the optical frequency range given frequency is emitted. Part of the waiter to be checked Surface of the workpiece reflected radiation is on a beam directed detector, which is proportional to the irradiance outputs the output signal to an evaluation device. The direction the radiation reflected by the workpiece to be tested is from same or detected by another radiation detector, the one signal dependent on the point at which the radiation hits the detector the evaluation device delivers. A color deviation or geo Metric error is in the evaluation device by comparing it recorded measured values with stored comparison values.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Vorteilhaft ist es, wenn das Werk stück auf einer Abwälzvorrichtung aufgespannt ist, die einen dreh baren 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 op tischen Bereich liegende Strahlungen vorgebbarer unterschiedlicher Frequenz emittieren. Es ist Detektor vorgesehen, der an eine Auswer teeinrichtung 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 Inten sität der vom zu prüfenden Werkstück reflektierten Strahlung mit der anderen Frequenz ist. Mit den Ausgangssignalen der beiden farbselek tiven Detektoren ist eine Farbkontrastmessung möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial training and improvements in the main claim specified device possible. It is advantageous if the work piece is clamped on a rolling device that rotates removable mandrel and a slide for rolling the workpiece embraced on the mandrel. An improvement in color detection results if two radiation sources are provided, the two in op radiation that can be predetermined in the table area Emit frequency. A detector is provided which is connected to an ejector emits a signal that is proportional to the intensity of the radiation reflected from the workpiece to be tested with one Frequency and another detector is provided which is connected to the Evaluation device emits a signal that is proportional to the Inten intensity of the radiation reflected from the workpiece to be tested with the other frequency. With the output signals of the two farbselek A color contrast measurement is possible with detectors.

Als Strahlungsquellen eignen sich insbesondere Halbleiterlaser, de ren Ausgangsleistung steuerbar ist. In kostenempfindlichen Anlagen können jedoch auch beispielsweise Halogenlampen Verwendung finden, aus deren breitbandigem Emissionsspektrum gegebenenfalls mit Farb durchlaßfilter die gewünschten Strahlungsanteile herausgesucht wer den können.Semiconductor lasers are particularly suitable as radiation sources, de ren output power is controllable. In cost-sensitive systems However, halogen lamps can also be used, for example, from their broadband emission spectrum, if necessary with color transmission filter the desired radiation components selected who that can.

Eine Leistungsregelung der Strahlungsquellen bringt den Vorteil mit sich, daß starke Intensitätsschwankungen an den Strahlungsdetektoren verursacht durch eine stark unterschiedlich reflektierende Werk stückoberfläche, auf leicht handhabbare Werte reduziert werden kön nen. Power control of the radiation sources has the advantage that strong intensity fluctuations at the radiation detectors caused by a strongly different reflective work piece surface, can be reduced to easily manageable values nen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet als optisches Meßverfah ren das Lichtschnittprinzip, das alle Anforderungen an Erkennung und Vermessung der zu erwartenden Werkstückdefekte erfüllt. Beim Licht schnittverfahren wird ein Lichtstrahl oder ein Lichtband schräg, vor zugsweise mit einem Winkel von kleiner oder gleich 45° zur Ober flächennormalen, auf das zu prüfende Werkstück projiziert. In der vom zu prüfenden Werkstück reflektierten Strahlung ist die Profil kurve der Oberfläche enthalten. Der Neigungswinkel zwischen der ein fallenden Strahlung und der Flächennormalen vergrößert das Auflö sungsvermögen der Vorrichtung durch eine Überhöhung der Profillinie. In den Grenzen der Schärfentiefe der eingesetzten Objektive redu ziert das Lichtschnittverfahren eine dreidimensionale Geometrie ein deutig in eine zweidimensionale Abbildung, sequentiell für die vom Lichtstrahl gerade beleuchtete Werkstückfläche. Somit kann ab schnittsweise die gesamte Oberfläche eines Werkstücks geprüft wer den. Damit das erfaßbare Flächenstück des Werkstücks, eine bestimmte Größe nicht unterschreitet, ohne daß das Werkstück mit der Abwälz vorrichtung bewegt werden müßte, ist wenigstens ein erster beweg barer Spiegel vorgesehen, mit dem die einfallende Strahlung zeilen förmig 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 Anpas sung der Auslenkung der reflektierten Strahlung an die begrenzten Strahlungsdetektorflächen ermöglicht.The device according to the invention is used as an optical measuring method Ren the light section principle, which all requirements for detection and Measurement of the expected workpiece defects fulfilled. By the light a beam of light or a band of light is cut at an angle preferably with an angle of less than or equal to 45 ° to the upper surface normal, projected onto the workpiece to be tested. In the The radiation reflected from the workpiece to be tested is the profile curve of the surface included. The angle of inclination between the one falling radiation and the surface normal increases the resolution ability of the device by raising the profile line. In the limits of the depth of field of the lenses used redu the light section process adorns a three-dimensional geometry clearly in a two-dimensional image, sequentially for that of Beam of light just illuminated workpiece surface. Thus, from the entire surface of a workpiece is checked step by step the. So that the detectable area of the workpiece, a certain Size does not fall below without the workpiece with the rolling device would have to be moved, is at least a first move bar mirror provided with which the incident radiation lines shaped or with a different pattern over the O-ring to be tested to be led. The reflected path may be in the beam path Radiation arranged another rotatable mirror that adjusts Solution of the deflection of the reflected radiation to the limited Radiation detector surfaces allows.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung. Further details and advantageous developments of the inventions Device according to the invention result from further subclaims in connection with the following description.

drawing

Fig. 1 zeigt einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 zeigt eine Lichtschnittanordnung im Bereich eines zu prüfen den O-Rings gemäß der Schnittlinie II-II′ aus Fig. 1. Fig. 1 shows a structure of a device according to the invention and Fig. 2 shows a light section arrangement in the area of a to be checked the O-ring according to section line II-II 'of Fig. 1st

Description of the embodiment

Fig. 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 Licht strahl 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 "op tischer Frequenzbereich" wird der Frequenzbereich der Ultraviolett-, der sichtbaren und der Infrarotstrahlung verstanden. Die beiden op tischen 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 emit tieren. Fig. 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" means the frequency range of the ultraviolet, the visible and the 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 Ausgangslei stung über eine Ansteuerschaltung 17 leicht steuern läßt. Als preis günstige Alternative zu Lasern können auch thermische Strahler, insbesondere Halogenlampen, verwendet werden. Von der von den ther mischen Strahlern abgegebenen breitbandigen Strahlung wird mit Hilfe von einem ersten und zweiten Farbdurchlaßfilter 18, 19 der gewünsch te Spektralanteil durchgelassen. Semiconductor lasers are particularly suitable, since their output 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. From the broadband radiation emitted by the thermal emitters, the desired spectral component is let through with the aid of a first and second color transmission filter 18 , 19 .

Der Lichtstrahl 16 gelangt über eine strahlformende Einrichtung 20 und über einen drehbaren Umlenkspiegel 21 sowie über eine als Sam mellinse 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 er findungsgemäße Vorrichtung anhand der Prüfung von O-Ringen beschrie ben. 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 um faßt einen ersten Strahlungsdetektor 34, der ein Ausgangssignal an eine Auswerteeinrichtung 35 abgibt, das von dem Auftreffort der re flektierten 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 abgebil det. Im Strahlengang zwischen dem zweiten drehbaren Spiegel 32 und der Sammellinse 37 sind zwei Strahlteiler 38, 39 angeordnet, die ei nen Teil der reflektierten Strahlung 30 auskoppeln. Die vom ersten Strahlteiler 38 ausgekoppelte Strahlung 40 gelangt über einen Um lenkspiegel 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 Aus werteeinrichtung 35 abgibt, das proportional zu seiner Bestrahlungs stärke 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 proportio nal zu seiner Bestrahlungsstärke ist. The light beam 16 passes through a beam-shaping device 20 and via a rotatable deflecting mirror 21 and via a imaging lens designed as a Sam lens 22 as incident radiation 25 sharply focused on a workpiece 24 to be tested. 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, he device according to the invention is described using the test 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 a second rotatable mirror 32 to a sensor arrangement 33 . The sensor arrangement 33 comprises a first radiation detector 34 , which emits an output signal 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 abil det with a converging lens 37 on the surface 36 of the first sensor 34 . In the beam path between the second rotatable mirror 32 and the converging lens 37 , two beam splitters 38 , 39 are arranged which couple out a portion of the reflected radiation 30 . The outcoupled radiation 40 from the first beam splitter 38 passes through an order steering mirror 41 and through a third color filter 42 to a converging lens 43 which images the outcoupled radiation 40 onto a second radiation detector 44 , which emits an output signal to the evaluation device 35 , which is proportional to is its irradiance. The coupled out from the second beam splitter 39 radiation 45 passes through a further deflecting mirror 46 and a fourth color filter 47 to a converging lens 48 , which images the outcoupled radiation 45 on a third radiation sensor 49 , which emits an output signal to the evaluation device 35 , the proportional its irradiance.

Die Auswerteeinrichtung liefert Ausgangsssignale an drei Stellein richtungen 50, 51, 52. Die erste Stelleinrichtung 50 bewegt den er sten 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 Fig. 1 senkrecht stehen de 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 Paral lelbewegungsrichtung trägt das Bezugszeichen 28.The evaluation device supplies output signals to three adjusting 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 about an axis perpendicular to the drawing plane of FIG. 1 in the two indicated arrow directions 53 , 54 . The third actuator 52 is moved a rolling device which comprises a rotatable mandrel 26 about its axis 25 and a to the axis 26 of the mandrel 25 movable parallel slide 27th The parallel direction of movement bears the reference numeral 28 .

Weiterhin gibt die Auswerteeinrichtung 35 Signale an die Steuer schaltung 17 ab, die die Strahlungsleistung der beiden Strahlungs quellen 10, 11 steuert.Furthermore, the evaluation device 35 outputs 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 Eingabeein heit 56 verbunden, die einerseits für die Eingabe von Daten und Be fehle für die Auswerteinrichtung 35 und andererseits für eine Aus gabe 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 is.

Fig. 2 ist ein Detailbild gemäß der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie II-II′, das die einfallende und reflektierte Strahlung 23, 30 zwischen den beiden Sammellinsen 22, 31 im Bereich des Werk stücks 24 zeigt. Die in den Fig. 1 und 2 übereinstimmenden Teile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen eingetragen. Die einfal lende Strahlung 23 bildet mit der Flächennormalen 59 auf dem Ober flächensegment 29 des Werkstücks 24 einen Einfallswinkel 57. Die von der Oberfläche 23 reflektierte Strahlung 30 bildet mit der Flächen normalen 59 einen Ausfallswinkel 58. Fig. 2 is a detailed image according to the section line II-II '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 corresponding to FIGS. 1 and 2 are each given the same reference numerals. The incident radiation 23 forms an angle of incidence 57 with the surface normal 59 on the upper surface segment 29 of the workpiece 24 . The radiation 30 reflected by the surface 23 forms an angle of reflection 58 with the normal surface 59 .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:The device according to the invention works as follows:

Der Lichtstrahl 16 wird mit dem ersten drehbaren Spiegel 21 zeilen förmig oder mit einem beliebigen anderen Muster über das Ober flächensegment 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 Profil linie 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 Feinmeßtechnik, München, Hanser, 1949).The light beam 16 is formed with the first rotatable mirror 21 in a row or with any other pattern over the upper 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 resulting profile curve appears excessive in the ratio root: 2: 1. This measuring method has long been known as a light section method in optical surface inspection technology (K. Räntsch: The 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 Auswerteeinrich tung 35 durch Vergleich mit einem "Gut"-Muster festgestellt und wei terverarbeitet. 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 provided at all times by optical imaging relationships, provided that there is no interference surface 29 . A deviation of the position is determined by the evaluation device 35 by comparison with a "good" pattern and further processed. Statistics and / or output then take place, for example, via the input and output unit 56 .

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 ge steuert wird, ist die Stellung des zweiten drehbaren Spiegels 32 jederzeit in der Auswerteeinrichtung 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 area of the detectors 34 , 44 , 49 . A change in location of the reflected radiation 30 on the first sensor 34 , caused by 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 . An extension of the measuring range is then possible by means of the second rotatable mirror 32 . At least for 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 Abtastvor gang nicht erfaßt werden. Deshalb wird der auf den Dorn 25 aufge spannte O-Ring 24 um seine Achse 26 von der Stelleinrichtung 52 ge dreht. 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 can not be detected with a scan. Therefore, the clamped on the mandrel 25 O-ring 24 rotates about its axis 26 by the actuator 52 ge. 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 results in the O-ring 24 rolling 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 emittier ten 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 Strahlungsan teile treffen, die das vierte Farbdurchlaßfilter 47, das auf die an dere der beiden emittierten Strahlungen 12, 15 abgestimmt ist, pas sieren läßt. Da der zweite und dritte Sensor 44, 49 jeweils ein Aus gangssignal 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 re flektierten Strahlung 30 auf den Oberflächen der beiden Sensoren 44, 49 hat keine Auswirkung auf das Meßergebnis, solange der Ober flächenbereich nicht verlassen wird, in dem das Ausgangssignal pro portional 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 Positionsveränderung 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 Ober flächensegments 29 geschlossen werden. Durch einen Einspeicherungs vorgang vor Beginn der eigentlichen Messung in die Auswerteeinrich tung 35 von bekannten Farbänderungen läßt sich eine quantitative An gabe von Farbänderungen, beispielsweise als Änderungen der Farbko ordinaten im Farbendreieck, über die Ein- und Ausgabevorrichtung 56 anzeigen. Ein anderes Auswerteverfahren stellt eine Nachbarschafts analyse dar, bei der die Positions- und Farbabweichung der reflek tierten 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 that pass through the third color transmission filter 42 , which is matched to one of the two emitted radiations 12 , 15 , pass to the second sensor. Part of the reflected radiation 30 is further masked out with the beam splitter 39 , which is imaged on the third radiation sensor 49 . On the third sensor 49 , only those radiation components can meet, the fourth color transmission filter 47 , which is matched to the other of the two emitted radiations 12 , 15 , can pass. Since the second and third sensors 44 , 49 each output an output signal to the evaluation device 35 that is proportional to the irradiance, a change in the intensity of the two radiation components 12 , 15 in the reflected radiation 30 is detected with these two sensors 44 , 49 . A change of 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 upper surface area is not left, in which the output signal is proportional to the irradiance. A change in 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 tested surface segment 29 can be concluded. By a storage process before the actual measurement in the evaluation device 35 of known color changes, 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 Fremdmaterialein schlüsse im O-Ring 24. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können derartige Fehler detektiert und angezeigt werden. A color change arises in particular from foreign material inclusions in the O-ring 24 . With the device according to the invention, such errors can be detected and displayed.

Eine vereinfachte Ausführung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist ge geben, 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 Strahlungs sensor, 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 Inten sität 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 simplified embodiment of the device according to Fig. 1 is give ge, 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 carries out the position detection 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 does not detect a change in position and, at the same time, the intensity of the reflected radiation 30 changes , a change in color in the workpiece surface can be concluded at least qualitatively.

Eine weitere Vereinfachungsmöglichkeit der Vorrichtung mit einer Strahlungsquelle ist gegeben durch Verwendung lediglich eines einzi gen 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 zweidi mensionalen Multisensoranordnungen. Vorzugsweise kommen Fotodioden zeilen zur Anwendung.Another possible simplification of 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. Rows of photodiodes 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 reflektier te Strahlung 30, die zu farbselektiven Strahlungssensoren 42, 44 bzw. 47, 49 führen. Mit dieser Anordnung läßt sich eine noch genaue re 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 . With this arrangement, an even more precise color analysis can be carried out.

Claims

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 to be tested ( 24 ) is directed, 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, at least has a 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 ), between the workpiece ( 24 ) and the sensor ( 34 , 44 , 49 ) imaging means ( 31 , 37 , 43 , 48 ) are provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that the sensor arrangement ( 33 ) has at least one radiation sensor ( 34 ) which has an output signal as a function of the impact of the incident radiation ( 30 ) on the surface ( 36 ) of the sensor ( 31 ) emits and that at least one further sensor ( 44 , 49 ) is provided which emits an output signal which is proportional to the irradiation strength of the sensor ( 44 , 49 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least two radiation sources ( 10 , 11 ) are provided which emit different radiations in the optical spectral range given.

4. The device according to claim 3, characterized in that the sensor arrangement ( 33 ) comprises at least a first radiation sensor ( 34 ) which emits a signal as a function of the impact of the reflected radiation ( 30 ) on the surface ( 36 ) of the first Outputs sensors ( 34 ) and that at least two further sensors ( 44 , 49 ) are provided, which emit an output signal as a function of the irradiation intensity, with a color transmission filter ( 42 , 47 in each case in front of the second and third sensors ( 44 , 49 ) ) is arranged, the pass band of the first color transmission filter ( 42 ) being matched to the radiation ( 15 ) emitted by the first radiation source ( 10 ) and the second color transmission filter ( 47 ) to the radiation emitted by the second radiation source ( 11 ).

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. Apparatus according to claim 5, characterized in that the Ab rolling means at least one comprises about the workpiece axis (26) drehba ren mandrel (25) and a movable parallel to the axis (26) slide (27), wherein for rotation of the mandrel (25 ) and an actuator ( 52 ) controlled by the evaluation device ( 35 ) is provided for executing the movement ( 28 ) of the slide ( 27 ).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source ( 10 , 11 ) is a laser.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source ( 10 , 11 ) is a semiconductor laser.

9. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the radiation source ( 10 , 11 ) is a thermal radiator and that before the radiation source ( 10 , 11 ) at least one color transmission filter ( 18 , 19 ) is arranged, the a predetermined frequency range of the radiation ( 12 , 15 ) can pass.

10. The device according to claim 9, characterized in that the thermal radiation source ( 10 , 11 ) is a halogen lamp.

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. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least a first rotatable mirror ( 21 ) between the radiation source ( 10 , 11 ) and the workpiece ( 24 ) is seen easily.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least a second rotatable mirror ( 32 ) between the workpiece ( 24 ) and the sensor arrangement ( 33 ) is provided.

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. 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. 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 collecting lens ( 31 ) is arranged.

17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the surface to be tested ( 29 ) of the workpiece ( 24 ) incident radiation ( 23 ) with the surface normal ( 59 ) on the surface ( 29 ) of the workpiece ( 24th ) forms an angle of approximately 45 °.

18. Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the rotation ( 53 ) of the first mirror ( 21 ) he ste adjusting device ( 50 ) and for rotation ( 54 ) of the second rotatable mirror ( 32 ), a second actuating device ( 51st ) are provided, which are connected to the evaluation device ( 35 ).