DE102007031358B4

DE102007031358B4 - Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche eines zylindrischen Hohlraums

Info

Publication number: DE102007031358B4
Application number: DE102007031358.8A
Authority: DE
Inventors: Hubert Keller
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: DE102007031358A1; EP2165186A1; DE202008008725U1; WO2009003692A1

Abstract

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück (8),mit einer Optik (2) mit Rundumblick von 360°,mit Mitteln zum Vorschub der Optik (2) senkrecht zur Ebene des Rundumblicks,mit einen digitalen Bildaufnehmer (10) mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik (2) aufgenommene Rundumbild abgebildet wirdund mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen des digitalen Bildaufnehmers (10) ein kartesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung (40) der Innenfläche des Hohlraums ist,wobei der digitale Bildaufnehmer (10) eine matrixförmige Bildpunktanordnung sowie ein digitales Auslesefenster (22) aufweist, das so programmiert ist, dass nur Ausgangssignale entsprechend eines ringförmigen Bandes auf der Innenfläche (4) des Hohlraums in einer Ebene im Wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden,wobei diese Ausgangssignale den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes bilden undwobei Mittel vorhanden sind, die den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines kartesischen Bildes durchlassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück, mit einer Optik mit Rundumblick von vorzugsweise 360°, mit Mitteln zum schrittweisen Vorschub der Optik senkrecht zur Ebene des Rundumblicks, mit einer digitalen Kamera mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik aufgenommene Rundumbild abgebildet wird, und mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen der Kamera ein kartesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung der Innenfläche des Hohlraums ist.
Eine derartige Vorrichtung ist durch DE 198 06 261 B4 bekannt. Dabei hat die Optik die Form eines Endoskopes, das linear bewegt wird, wodurch Einzelbilder als Primärbilder zur Verfügung stehen. Diese werden durch eine digitale Kamera aufgenommen und in digitaler Form zunächst gespeichert und dann durch eine Polarkoordinaten-Transformation zu einem rechteckigen Bild umgeformt, in dem die Primärbilder zu einem Gesamtbild der Innenfläche des Hohlraums zusammengefügt werden. Der Verarbeitung und Transformation der Primärbilder liegt jeweils deren gesamter Informationsinhalt zugrunde, was zur Folge hat, dass die Zeit für die Verarbeitung der Signale verhältnismäßig groß ist.
Die Abbildung einer Innenfläche eines zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück dient dem Ziel, die Oberfläche auf Fehler zu untersuchen und fehlerhafte Bauteile auszuscheiden. Dies ist besonders in der Automobilindustrie von Bedeutung, wo funktionsrelevante Bohrungen seriengefertigt werden, beispielsweise bei Bremszylindern, Bremssätteln, Pleueln, Kolben, Motorzylindern, Zylinderlaufbuchsen oder Lagerbuchsen. Eine solche Prüfung erfolgte bisher durch visuelle Inspektion und natürlich behaftet mit den Einschränkungen der Sichtkontrolle. Anzustreben ist jedoch eine Stück-für-Stück-Prüfung bei gleichzeitiger Automatisierung des Prüfvorganges. Eine solche Prüfung ist mit der genannten bekannten Vorrichtung nicht möglich.
Durch US 2006/0034514 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren von in vivo aufgenommenen Bilddaten bekannt.
Durch US 2004/0249247 A1 ist eine Vorrichtung in Form eines Endoskops mit Rundumblick bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der die Zeit für die Prüfung so gering ist, dass eine Stück-für-Stück-Prüfung, insbesondere eine automatische Prüfung erfolgen kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass der digitale Bildaufnehmer, der das von der Optik aufgenommene Rundumbild aufnimmt, nur Ausgangssignale entsprechend einer ringförmigen Linie auf der Innenfläche des Hohlraumes erzeugt, derart, dass das Ausgangssignal nur Informationen über diese ringförmige Linie enthält. Dadurch ergibt sich eine beträchtliche Reduktion des Informationsinhalts. Diese reduzierten Ausgangssignale bilden dann den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes, das im Ergebnis erzeugt wird. Durch den schrittweisen Vorschub der Optik werden jeweils neue Zeilen aneinandergereiht, so dass das Gesamtbild entsteht.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass es inzwischen digitale Hochgeschwindigkeitsbildaufnehmer gibt, die in der Lage sind, 1.000 Bilder pro Sekunde aufzunehmen und entsprechende Bildsignale zu erzeugen. Dabei sind beliebige Auslesefenster programmierbar. Die Erfindung sieht nun vor, dass das Auslesefenster so programmiert ist, dass nur Ausgangssignale entsprechend einem ringförmigen Band auf der Innenfläche des Hohlraumes im wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden, so dass eine Beschränkung der zu verarbeitenden Informationen bereits erfolgt mit der Folge, dass die nachfolgenden Verarbeitungseinheiten wesentlich schneller arbeiten können und somit in der Praxis eine Stück-für-Stück-Prüfung erfolgen kann.
Um diese Stück-für-Stück-Prüfung technisch zu ermöglichen, sind erfindungsgemäß Mittel vorgesehen, die den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines kartesischen Bildes durchlassen. In optischer Hinsicht werden somit nur die Oberflächenfehler dargestellt, wobei durch die Einstellung des Grenzwertes die Oberflächenfehler bestimmt werden können, die zur Darstellung gelangen sollen. Natürlich ist es dann auch ohne weiteres möglich, diese Fehlersignale auszuwerten und die fehlerhaften Werkstücke entsprechend auszuscheiden oder zu markieren.
Gemäß der Erfindung ist im Bereich der Optik eine Beleuchtungsquelle zur Rundumbeleuchtung fest angeordnet. Dadurch erübrigt sich die Beleuchtung über eine von der Optik entfernt angeordnete Lichtquelle, deren Licht beispielsweise durch einen Lichtleiter geleitet wird. Vorzugsweise ist die Beleuchtungsquelle eine LED-Lichtquelle. Zweckmäßigerweise ist sie auch eine Laserdiode.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zusammen mit einem Werkstück,
2 ist eine vergrößerte, komprimierte Darstellung gemäß 1,
3 verdeutlicht schematisch die Aufnahmefläche eines Bildaufnehmers,
4 zeigt schematisch die Speicherung eines von dem Bildaufnehmer aufgenommenen Kreisrings,
5 verdeutlicht die Bildung eines kartesischen Bildes und
6 zeigt schematisch die Abwicklung der Innenfläche der Bohrung.

Die Vorrichtung gemäß 1 weist eine Optik 2 mit Rundumblick von 360° auf, so dass sie eine zylindrische Innenfläche 4 einer Bohrung 6 in einem Werkstück 8 auf einem Bildaufnehmer 10 abbildet. Die Optik 2 befindet sich an einem Stab 12, der durch einen Vorschubantrieb 14 bewegt wird, um so die Optik 2 in Axialrichtung durch die Bohrung 6 zu bewegen. Die Beleuchtung der zylindrischen Innenfläche 4 erfolgt durch eine Lichtquelle 16, bei der es sich um eine Leuchtdiode oder eine Hochleistungslaserdiode handelt, die kontinuierlich oder gepulst Licht abgeben. Das Ausgangssignal des Bildaufnehmers 10 gelangt über eine Leitung 18 in einen Auswerterechner 20, dessen Funktion nachfolgend erläutert wird.
3 zeigt zunächst die Aufnahmefläche des Bildaufnehmers 10, die so programmiert ist, dass ein Ringfenster 22 zwischen einem äußeren Kreisring 24 und einem inneren Kreisring 26 geöffnet ist, so dass nur im Bereich dieses Ringfensters 22 Bildsignale von dem Bildaufnehmer 10 erzeugt werden.
4 verdeutlicht, wie der Auswerterechner 20 über den Umfang der zylindrischen Innenfläche 4 von 0° bis 360° Zeilenstreifen 28 bildet, die in Abhängigkeit von dem Vorschubantrieb 14 in der Zeichnung in vertikaler Richtung nacheinander gespeichert werden, so dass innerhalb einer in 5 dargestellten kartesischen Bildfläche 30 mit Eckpunkten 32, 34, 36 und 38 Bildsignale erzeugt werden, die zur Darstellung einer Abwicklung 40 dienen, wie das schematisch in 6 gezeigt ist.
Anhand der Abwicklung 40 gemäß 6 ist eine visuelle Beurteilung der zylindrischen Innenfläche 4 der Bohrung 6 möglich. Durch eine nicht dargestellte Vorrichtung werden die Bildsignale gemäß 5 mit voreingestellten Grenzwerten verglichen und so nur solche Signale zur Erzeugung der Abwicklung 40 gemäß 6 durchgelassen, die Fehlstellen entsprechender Qualität entsprechen. Eine solche von einem Hintergrund befreite Darstellung vereinfacht eine visuelle Prüfung. Es ist aber auch möglich, elektronisch die den Fehlstellen entsprechenden Signale auszuwerten, um so fehlerhafte Werkstücke automatisch auszuscheiden.

Claims

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück (8), mit einer Optik (2) mit Rundumblick von 360°, mit Mitteln zum Vorschub der Optik (2) senkrecht zur Ebene des Rundumblicks, mit einen digitalen Bildaufnehmer (10) mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik (2) aufgenommene Rundumbild abgebildet wird und mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen des digitalen Bildaufnehmers (10) ein kartesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung (40) der Innenfläche des Hohlraums ist, wobei der digitale Bildaufnehmer (10) eine matrixförmige Bildpunktanordnung sowie ein digitales Auslesefenster (22) aufweist, das so programmiert ist, dass nur Ausgangssignale entsprechend eines ringförmigen Bandes auf der Innenfläche (4) des Hohlraums in einer Ebene im Wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden, wobei diese Ausgangssignale den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes bilden und wobei Mittel vorhanden sind, die den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines kartesischen Bildes durchlassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Optik (2) eine Lichtquelle zur Rundumbeleuchtung in Blickrichtung der Optik (2) fest angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine LED-Lichtquelle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Laserdiode ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Band aus einem einzelnen Ring besteht, der in der kartesischen Darstellung zu einer einzelnen Zeile führt.