CN102884421B - 孔检验系统及其检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检验界定了组件孔的内表面（12）的成像系统（10）及其检验方法。该系统包括一用于发射激光束（22）的激光光源。进一步地，该系统还包括一用于拍摄从内表面反射的激光束的摄像机（18）。孔内设置有至少一面第一镜子（20）。该激光光源用于直接发射相对于第一镜子的入射中心轴基本平行的激光束，并且该摄像机用于观察从内表面反射的激光束。

Description

孔检验系统及其检验方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年3月9日提交的第61/311,805号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明主要涉及表面检验系统及其检验方法，尤其涉及用于检验孔的检验系统和方法。

背景技术

具有环形内表面的生产部件，例如，汽车零件（如密封圈、垫圈或活塞），在制造过程中通常需要检验，以确保内表面符合预定的规格。已知的检验系统和方法包括在制造过程中与零件直接接触的测量系统，例如表面光度仪。这些系统通过触针与零件的邻接面之间的相对运动获取数据。尽管这类检验系统可以提供精确的结果，但它会对被检验的表面造成损坏，并且该检验结果一般限于被检验表面的一小部分，而且非常耗时。除了损坏被检验的表面外，已知的检验系统一般限于检验相对较小的区域，因此，在许多情况下，无法对被检验的零件的整个表面进行检验。更近一步地，已知的孔检验系统通常比较复杂，需要多件相对彼此分别标定的设备，从而对于被检验的各个结构不同的零件来说，都需要大量的安装时间。因此，已知的孔检验系统的使用通常很耗时，从而使其操作成本较高。

发明内容

本发明提供了一种用于检验界定了一个零部件的孔的内表面的成像系统。该系统包括一用于发射激光束的激光光源。进一步地，该系统还包括一用于拍摄从内表面反射的激光束的摄像机。孔内设置有至少一面第一镜子。该激光光源用于直接发射相对于第一镜子的入射中心轴基本平行的激光束，并且该摄像机用于观察从内表面反射的激光束。

根据本发明的另一方面，该系统包括一透光管，该透光管具有用于邻接密封孔表面的外表面和用于在其中容纳该镜子的内表面。

根据本发明的另一方面，该系统包括设置在密封孔内的第二镜子。第一镜子用于将入射激光束反射在密封孔表面上，而第二镜子用于向摄像机反射密封孔表面的影像。

根据本发明的另一方面，提供了一种检验零件的孔表面的方法。该方法包括在孔内设置至少一面镜子。进一步地，该方法还包括直射基本平行于孔的中心轴的激光束，并由第一镜子将该激光束反射在内表面上，再由该内表面反射回所述至少一面镜子上。然后通过摄像机从反射回该至少一面镜子上的激光束获取内表面的影像。

根据本发明的另一方面，该方法进一步包括将一玻璃管与孔表面邻接设置，并在玻璃管的孔内设置该至少一面镜子。

根据本发明的另一方面，该方法进一步包括在被检验的孔内设置另一面镜子，并由一面镜子将入射激光束反射在孔上，然后由该另一面镜子将返回的激光束反射至摄像机。

根据本发明的又一方面，该方法进一步包括在孔内将这两个镜子定位在相对于彼此成复角（compound angle）的方向，以使得发射的激光束与反射至摄像机的激光束基本相互平行。

附图说明

结合下文详细描述的优选实施方案、最佳实施例、所附权利要求和附图，根据本发明的一种孔检验系统及其检验方法的这些及其它方面、特性和优点将更加容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个方面构造的一种孔检验系统的立体图；

图2是根据本发明的另一个方面构造的一种孔检验系统的立体图；

图3是孔检验系统的外壳的示意性正视图，该孔检验系统示为具有设置在其中的密封件和设置在该密封件中的透明管。

具体实施方式

请参阅更详细的附图，图1示出了根据本发明的一个方面构造的一种用于检验一密封件14的孔的内表面12的孔检验系统（以下称为系统10），除了密封件14，该系统10还可以检验任何组件的孔的内表面。该系统10包括激光光源（也称为激光束发射装置16、成像装置（例如摄像机18）以及至少一面第一镜子20。激光束发射装置16调整为以平行或基本平行于密封件14的水平中心轴24的扇形激光束22（在垂直或基本垂直的平面P1上呈扇形）的形式将激光束发射在第一镜子20上，该第一镜子20与密封件14的孔的内表面12径向排直。该扇形激光束22从第一镜子20垂直反射到目标密封表面26，该表面26横跨孔12的宽度延伸，然后该激光束22从表面26反射，该反射的激光束22作为横跨内表面12的整个宽度的入射线，再反射回镜子20，然后被反射至摄像机18并通过摄像机18直接完全成像，而不需要通过额外的镜子进一步被反射。因此，该一面镜子或多面镜子在孔内与密封件14的内表面12径向排直。为了便于使密封孔内表面12的整个表面26成像，密封件14可以绕中心轴24旋转，而镜子20保持固定，其中，通过可运转地固定至密封件14的转盘28可以便于旋转。

在图1所示的实施例中，密封件14固定安装在载体——也称为外壳32的孔30内。外壳32固定至转盘28，从而在检验过程中使外壳32和密封件14根据需要以选定的旋转速度与转盘28结合在一起旋转。应该认识到的是，外壳32的孔30可以优选的具有任何适合的直径和宽度，以便于在其中固定具有各种不同直径和宽度的组件。

激光束发射器16、摄像机18和镜子20均彼此相对固定，且此处示为固定至公同的平台34。激光束发射器16和摄像机18示为可分别沿滑轨36、38调节。平台34沿基本水平的平面延伸，并具有宽度减小部分40，该部分40的尺寸适于留有空隙地容置于密封件14的孔内。当宽度减小部分40设置在孔内后，其不会干涉或接触孔的内表面12，其中，镜子20固定至该宽度减小部分40，并且也不会干涉或接触该内表面12。当然，应该认识到的是，平台34不需要设为一整体片材，但是如果平台34形成为单片的片材，则有助于激光束发射器16、摄像机18和镜子20的定位，并可以确保它们各自位于相对于彼此的期望的固定位置。

如图3的示意图所示，根据本发明的另一方面，系统10可以包括一透明的圆柱管44，该圆柱管44具有用于邻接密封孔内表面12的外表面46和用于在其中以间隙配合方式容纳该镜子20的内表面48。外表面46的尺寸与用于密封件14的转轴的尺寸相同，因此，由摄像机18获取的影像可以观察到，如果在应用中使用圆柱管44，则在实际使用中密封表面26和转轴的工作表面或磨损套筒之间会出现接触斑块。

由于管44由透光材料（例如透明或基本透明的玻璃或聚合材料）制成，因此，激光束22可以贯穿管44的壁厚，以使摄像机18能够产生密封表面26的清晰和精确的影像。

在图1的实施例中，摄像机18周向或径向偏移并沿轴42聚焦，该轴42与密封件14的水平中心轴24成斜角。从而，由于激光束22沿平面P1呈垂直的扇形，因此，只要密封件本体的宽度本身不阻挡第一镜子20与摄像机18的镜头之间的观察路径，摄像机18就可以观察到激光束22的入射线直接从第一镜子20的平坦的反射平面全反射在内表面12上，而不需要借助于额外的镜子。第一镜子20绕一垂直于激光束22延伸的水平轴HA自水平中心轴24与一水平面倾斜大约45度，因此，激光束22以大致向上呈90度将光线反射在内表面12上。如果孔内表面12的宽度足以导致密封件14的本体至少部分地与来自第一镜子20的入射激光线的全景干涉，那么如图2所示以及如下文所述，在密封孔内可以集成多面镜子。

在图2中示出了系统110，其中，与上述相差100的相同的附图标记，用于标示相似的特征。与之前的系统10相比，系统110包含一对以与被检验的内表面112径向排直的方式设置在孔内的镜子120、120’，以便于对孔112进行检验和成像，与之前的内表面12的宽度相比，该孔112具有沿中心轴124延伸的增加的宽度。如上所述，系统110同样用于对孔内表面112的表面126的全宽成像，然而，对可能被成像的孔112的宽度并无限制。一部分原因是由于可以使用和定位这两面镜子120、120’，进一步的原因是由于可以相对于密封件114的中心轴124调整激光束发射装置116和摄像机118的位置。

其中一面镜子（也称为第一镜子120）同样进行了定位调整，并因此从中心轴124绕垂直于激光束122的水平轴HA倾斜45度角。然而，与之前的实施例不同的是，第一镜子120的尺寸适于反射入射激光束122，而该尺寸足够窄以避免反射从密封表面126反射的激光束122的入射线。因此，设置了另一面镜子（也称为第二镜子120’）并使其尺寸适于反射从密封表面126反射的激光束122’。为了便于检验较大的深孔或宽孔，第二镜子120’具有反射平面，该反射平面相对于第一镜子120的反射平面成复角，因此，第一和第二镜子120、120’的反射表面彼此不平行。该复角的形成是通过定位第二镜子120’使其如同第一镜子120以相对中心轴124成相同的45度角在第一平面内延伸而得。这样，与第一镜子120类似，第二镜子120’首先从中心轴124绕水平轴HA倾斜45度。然后，第二镜子120’再绕垂直轴VA旋转。第二镜子120’绕垂直轴VA的旋转超过足够大的角度以使反射激光束122’可以通过沿轴142设置的摄像机118完全成像，该轴142平行或基本平行于中心轴124。因此，入射激光束122和反射激光束122’彼此平行或基本平行。从而，摄像机118被定位在与激光束发射装置116大致平行、朝向相同的方向，而不是像之前的实施例中被定位为相对于中心轴124倾斜。

根据一种采用上文讨论和说明的系统10、110检验孔的方法，该方法包括在被检验的内表面12、112的孔中设置至少一面镜子20、120、120’。然后，由至少一面镜子20、120将激光束22、122反射在孔表面26、126上。进一步地，通过摄像机18、118捕捉从至少一面镜子20、120’反射的激光束22、122’，而不需要借助于除设置在孔12、112内的镜子20、120’之外的额外的镜子。当在孔12、112内使用多面镜子120、120’时，该方法进一步包括将密封孔内表面112内的镜子120、120’调整为相互成复角的形式，并且使入射激光束122和反射激光束122’沿基本平行的轴124、142传播。

本方法进一步包括设置一邻接孔表面26的玻璃管44，以及在玻璃管44的孔内设置至少一面镜子20、120、120’。

显然，根据上述教导，对本发明的许多修改和变化都是可能的。因此，可以理解为，除了如具体描述的以外，本发明可以在所附权利要求的范围内实施。

Claims (17)

1.一种成像系统，其用于检验界定了一个围绕一中心轴延伸的组件孔的内表面，其特征在于，该系统包括：

用于发射激光束的激光光源；

设置在该孔内的至少一面第一镜子；以及

用于拍摄反射回该第一镜子的激光束的摄像机，该摄像机设置在所述孔外；

其中，该激光光源被构造为以平行于该中心轴的扇形激光束的形式直接将该激光束入射在所述第一镜子上，该第一镜子被构造为将该激光束垂直反射至所述内表面上再将横跨该内表面的整个宽度的激光束反射回该第一镜子，并且该摄像机构造为观察反射回该第一镜子的激光束。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第一镜子具有相对于该孔的中心轴倾斜45度的反射平面。

3.根据权利要求2所述的成像系统，其特征在于，该系统进一步包括设置在该孔内的第二镜子，所述第二镜子具有反射平面。

4.根据权利要求3所述的成像系统，其特征在于，所述第一镜子和第二镜子的所述反射平面不平行。

5.根据权利要求3所述的成像系统，其特征在于，所述第二镜子的所述反射平面沿第一平面相对于该中心轴倾斜45度角。

6.根据权利要求5所述的成像系统，其特征在于，所述第二镜子的所述反射平面相对于所述中心轴成复角定位。

7.根据权利要求3所述的成像系统，其特征在于，所述第二镜子的所述反射平面以沿平行于所述中心轴的路径向所述摄像机反射该激光束而定位。

8.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，该系统进一步包括固定至该组件的载体，所述载体用于绕该中心轴旋转。

9.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述摄像机沿相对于该中心轴倾斜的路径聚焦。

10.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述摄像机被经构造为直接观察由所述第一镜子反射的激光束。

11.一种检验界定零件孔的内表面的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

在该孔内设置至少一面镜子；

激光器以平行于中心轴的扇形激光束的形式直接将该激光束入射在该至少一面镜子上，并由该至少一面镜子将该激光束垂直反射在内表面上再将跨横该内表面的整个宽度的激光束反射回所述至少一面镜子上；以及

通过设置在所述孔外的摄像机从反射回该至少一面镜子上的激光束获取内表面的影像。

12.根据权利要求11所述的检验界定零件孔的内表面的方法，其特征在于，该方法进一步包括：在获取该影像时，绕该中心轴旋转该零件。

13.根据权利要求11所述的检验界定零件孔的内表面的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将摄像机的视角定位在相对于该中心轴倾斜的方向。

14.根据权利要求11所述的检验界定零件孔的内表面的方法，其特征在于，该方法进一步包括：在该孔内设置一对镜子，且该对镜子中的第一面镜子被构造为其上具有直接从激光器入射的激光束，该对镜子中的第二面镜子被构造为从该内表面将激光束反射至该摄像机。

15.根据权利要求14所述的检验界定零件孔的内表面的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将该第二面镜子的反射平面以相对于中心轴成复角而定位。

16.根据权利要求14所述的检验界定零件孔的内表面的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将该对镜子的反射平面以彼此不平行而定位。

17.根据权利要求14所述的检验界定零件孔的内表面的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将该第二面镜子以沿平行于中心轴的路径将激光束反射回摄像机而定位。