CN105486694A - 孔检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种孔检查装置(2)，用于对工件(8)中的旋转对称的空腔(6)的内表面(4)进行检查，该检查装置具有限定轴向方向的测量头(10)，在所述测量头上设有光学装置(16)，所述光学装置与图像记录器(18)和附属的分析装置(20)处于图像传送连接。此外，所述检查装置(2)还具有用于对所述内表面(4)的由所述光学装置(16)捕捉的成像区域进行照亮的照明装置(22)。根据本发明，所述照明装置(22)被设计并设置成用于从不同照射方向照亮待检查的内表面(4)以产生所述内表面的形貌的阴影图像，其中，所述分析装置(20)被设计并设置成用于根据由所述图像记录器(18)拍摄的阴影图像确定所述形貌。

Description

孔检查装置
技术领域
本发明涉及一种用于对工件中的孔的内表面进行检查的孔检查装置。
背景技术
这类孔检查装置(也被称作内部检查传感器)被用来对孔的内表面进行检查，例如用来对曲轴箱中的缸孔进行检查。它们用于对孔的径向内表面成像并检查它们是否满足在表面特征方面的预定要求。
相应的装置例如已由WO2009/003692、DE4416493A1、DE4320845C1以及DE3232904C2公开。
DE102009019459B4公开了一种相关类型的用于对工件中的孔的内表面进行检查的孔检查装置，该孔检查装置具有限定轴向方向的测量头，在该测量头上设有光学装置，该光学装置与图像记录器和附属的分析装置处于图像传送连接。由该文献公开的检查装置还具有用于对内表面的由光学装置捕捉的成像区域进行照亮的照明装置。由该文献公开的检查装置以快速且精确的方式实现了空腔例如孔的内表面的检查。
发明内容
本发明的目的是提供一种孔检查装置，该孔检查装置在对工件中的孔的表面缺陷的探测方面得到改善。
该目的是通过以下发明得以解决的：一种孔检查装置，用于对工件中的孔的内表面进行检查，具有限定轴向方向的测量头，在所述测量头上设有光学装置，所述光学装置与图像记录器和附属的分析装置处于图像传送连接，以及具有用于对所述内表面的由所述光学装置捕捉的成像区域进行照亮的照明装置，其中，所述照明装置被设计并设置成用于从不同照射方向照亮待检查的内表面以产生所述内表面的形貌的阴影图像，所述分析装置被设计并设置成用于根据由所述图像记录器拍摄的阴影图像确定所述形貌。
本发明的基本构思在于，对已知装置进行改进，使得它们适合于确定对待检查表面的形貌。基于此，本发明基于以下构思：根据阴影图像确定表面形貌。
本发明规定，照明装置被设计并设置成用于从不同照射方向照亮待检查的内表面以产生表面形貌的阴影图像。此外，本发明还规定，分析装置被设计并设置成根据由图像记录器拍摄的阴影图像确定形貌。
也就是说，根据本发明，待检查的表面从不同照射方向被照亮。借助于光学装置(成像光学装置)和图像记录器(图像传感器)使产生的阴影图像成像并且通过分析装置进行分析，以便以这种方式确定表面形貌。在这里，阴影图像的分析例如是利用本身已知的从阴影恢复形状的方法来实现。
通过根据本发明的装置被设计成用于确定待检查表面的形貌，不仅可以探测是否存在表面缺陷，而且还可以确定表面缺陷是否是凹陷。换句话说，根据本发明的检查装置实现了，从拍摄到的阴影图像中获得关于待检查表面的深度信息。
以这种方式，可以减少由于表面污物引起的错误探测。此外还可以探测到利用已知的检查装置不能探测到的缺陷类型。
根据本发明的孔检查装置的另一优点在于，它的结构相对简单且紧凑。
照亮待检查内表面的不同照射方向的数量可以根据相应要求在宽的范围内进行选择。根据本发明，在这里在原则上足够的是从两个不同照射方向照亮内表面。为此，本发明的一种有利改进方案规定，照明装置具有至少一个用于从第一照射方向照亮内表面的第一光源装置和一个用于从第二照射方向照亮内表面的第二光源装置。在这里，照射方向被选择成使得在期望的判断精度范围内产生由图像记录器拍摄的有说明力的阴影图像。但是根据相应要求也可以规定从多于两个的照射方向，特别是从四个照射方向照亮。在这里，特别有利的是，在这四个照射方向中每两个方向成对地相反设置。如果通过测量头限定的轴向方向是z轴，那么一个照射方向可以沿+z方向而另一个照射方向可以沿-z方向延伸。在这样的设置中，第三照射方向沿着方向(待检查内表面的周向)而第四照射方向沿着方向。这样的设置实现了以大的精确度对表面缺陷进行探测和判断。
前述实施方式的一种改进方案规定，第一光源装置被设计并设置成用于沿径向照亮表面而第二光源装置被设计并设置成用于沿着周向的切向方向照亮内表面。
为了均匀地照亮工件中的孔的内表面，本发明的另一有利改进方案规定，至少一个光源装置被设计并设置成用于旋转对称地或者近似旋转对称地照亮内表面。在本发明的上下文中“孔”是指工件中的任何旋转对称或者近似旋转对称的凹部，这与该凹部以何种方式在工件中被加工出来无关，例如通过钻削或者借助于另一种切削加工方法或者通过模制或者类似方法。近似旋转对称的凹部在本发明的上下文中是指凹部的基本形状是旋转对称的，但是该基本形状可以包括例如凹槽或者类似结构。就本发明而言，旋转对称的凹部也指这样的凹部，它们的基本形状由于异常而不符合旋转对称性。根据本发明，近似旋转对称地照亮内表面是指沿内表面周向的照射亮度的最大变化程度不会对所产生的阴影图像的判断产生不利影响。
本发明的另一有利改进方案规定，至少一个光源装置具有多个沿周向呈环形设置的光源，这些光源优选至少部分是发光二极管。发光二极管作为简单且成本低廉的标准部件可供使用并且实现了待检查内表面的均匀照亮。
本发明的一种特别有利的改进方案规定，照明装置具有至少两个沿轴向方向隔开设置，优选是沿相反方向辐射的光源装置。这种设置实现了从两个照射方向照亮待检查内表面。
根据本发明，两个相反的照射方向可以通过两个单独的光源装置来实现。这特别适用于沿z方向辐射的光源装置。但是，根据本发明也可以通过改变光源装置的辐射方向，借助于同一个光源装置来实现从两个相反的照射方向进行照亮。
本发明的另一有利的改进方案提供用于操纵光源装置的控制装置。
前述实施方式的一种改进方案规定，控制装置被设计并设置成用于从不同照射方向在时间上依次照亮内表面。例如且特别地，在这种实施方式中，从不同照射方向依次照亮在内表面上的相应测量位置并且分别有一个相应的阴影图像被图像记录器拍摄。然后可以在分析装置中对阴影图像进行分析，该阴影图像的拍摄数量与照射方向的数量相当。
为了加快检查过程，本发明的另一种有利改进方案规定，给每个照射方向分配自己的照明颜色并且图像记录器具有彩色传感器。也就是说，在这种实施方式中，同时从不同照射方向照亮在待检查内表面上的相应测量位置，而且对于每个照射方向采用单独的照明颜色，其中，产生的阴影图像因此被合并在由图像记录器拍摄的唯一的彩色图像中。在分析装置中，由此在产生的彩色图像中包含的阴影图像可以根据不同的照明颜色进行区分并且在需要时分开地进行分析。
为了对内表面沿着其轴向进行检查，本发明的一种有利的改进方案规定，测量头配有用于实现测量头沿轴向方向的逐步或者连续进给的进给装置。
根据本发明，原则上可以使用一种光学装置，该光学装置沿周向以有限的视角朝向相应测量位置，其中，该光学装置另外还围绕沿着空腔的旋转对称轴线定向的旋转轴线旋转，以沿周向对内表面进行全部检查。就这点而言，本发明的一种特别有利的改进方案规定，该光学装置是具有全景视角的光学装置。在这种实施方式中，在优选为360度的全视角范围内对内表面进行拍摄，从而光学装置的旋转基本上成为多余的。
本发明的另一种有利的改进方案规定，至少是测量头，优选是测量头包括照明装置在内被设计成能够插入到待检查空腔的内窥镜。由于根据本发明的检查装置的测量头和照明装置由原理所决定地都只占据相对较少的结构空间，根据本发明的基本原理也可以实现能够插入相对较窄的孔中的内窥镜。
附图说明
下面基于附图对本发明进行详细说明，在附图中极度简略地示出了根据本发明的一种实施例的孔检查装置。在这里，在权利要求中要求的、在说明书中描述的以及在附图中示出的所有特征单独地以及以任何适当的组合构成本发明的内容，这不依赖于它们在权利要求中的概括和权利要求的反向引用以及不依赖于它们的描述以及它们在附图中的图示。
对通过从不同照射方向的照亮产生的阴影图像进行分析可以例如且特别是根据本身已知的从阴影恢复形状的方法来实现。在该已知方法的框架下如何对阴影图像进行分析的方式对于本领域普通技术人员来说是普遍知道的并且因此在这里不进行详细说明。关于阴影图像的分析，例如且特别地可参见文献“三维计算机视觉-阴影恢复形状(DasdreidimensionaleComputersehen–ShapefromShading)”(作者：UteKatranski，VDM出版社，2008，ISBN:978-3-83648096-3)。
图1是根据本发明的一种实施例的具有测量头的孔检查装置的视图，
图2是图1的检查装置的轴向视图，以及
图3是图2的局部放大图。
具体实施方式
下面参照图1-图3说明实施例。
在图1中极度简略地示出了根据本发明的一个实施例的用于对工件8中的旋转对称孔6的内表面4进行检查的孔检查装置(孔探伤装置)2，该孔检查装置2具有测量头10，在图1中用点划线12表示的轴线限定该测量头10的轴向方向。
在图1中画出了坐标系14，从该坐标系可看到，z轴对应于轴线12并且周向通过角度(phi)限定。
在测量头10上设有光学装置(成像光学装置)16，该光学装置在该实施例中由具有360度的全景视角的光学装置构成。因此，根据测量头10沿轴线12的位置，光学装置16对内表面4上的沿360度周向延伸的带状部进行拍摄。光学装置16与数字图像记录器(照相机)18和附属的数字分析装置20处于图像传送连接。
孔检查装置2还具有用于对内表面4的由光学装置捕捉的(带状)成像区域进行照亮的照明装置。
根据本发明，照明装置被设计并设置成用于从不同照射方向照亮待检查内表面4以产生表面形貌的阴影图像，其中，分析装置20被设计并设置成用于根据由图像记录器拍摄的阴影图像确定形貌。
在所示的实施例中，照明装置具有用于从第一照射方向照亮内表面4的第一光源装置24，该第一照射方向在该实施例中对应于-z方向。
此外，照明装置22在所示的实施例中还具有第三光源装置24’(对于第二光源装置参见图3中的附图标记32)，该第三光源装置用于从第二照射方向照亮内表面4，该第二照射方向在该实施例中对应于+z方向。如从图1可见，光源装置24、24’被设计成用于沿径向照亮内表面4。下面仅仅对光源装置24进行详细说明。光源装置24’被相应地构造并且因此在这里不进行详细描述。
光源装置24具有与光学装置16的框架26连接的环形支架28(参见图2)，在该支架上沿周向环绕地呈环形地设有光源，这些光源在该实施例中由发光二极管构成，在所有这些发光二极管中，在图3中利用附图标记30仅指示出其中的一个发光二极管。由于发光二极管呈环形设置，第一光源装置24因此被设计成用于沿周向旋转对称地照亮内表面4。
在所示实施例中，照明装置22还具有第二光源装置32，该第二光源装置具有沿着周向在360度的角度范围内呈环形设置的多个光源，这些光源在该实施例中由发光二极管34(参见图3)构成。第二光源装置32被设计并设置成使得发光二极管34借助于适当光束引导元件沿着周向的切线方向，沿着方向，如在图3中在附图标记36处所示的那样，和/或沿着方向，如在图3中在附图标记36’处所示的那样，照亮内表面4。
因此，在所示的实施例中，第二光源装置32实现从相反的两个照射方向，即第三照射方向(方向)和第四照射方向(方向)，照亮内表面4。
因此，在对内表面4上的测量位置进行照亮时对于四个照射方向中的每一个产生一个不同的阴影图像。在所示的实施例中，图像记录器18对于每个照射方向拍摄一个单独的阴影图像。据此，也就是说，通过未详细示出的控制装置对光源装置24、24’、32在时间上依次地进行操纵，使得测量位置在时间上依次从四个照射方向被照亮并且分别有一个产生的阴影图像被图像记录器18拍摄。然后可以在分析装置20中对单独拍摄的阴影图像进行分析，例如基于阴影恢复形状的方法，从而以这种方式可以确定内表面4在测量位置上的形貌。
但是，根据本发明，也可以给四个照射方向的每一个分配各自的照明颜色。这意味着，一方面，光源装置24、24’具有不同的照明颜色。另一方面，此外，光源装置32被构造成使得沿着方向辐射的发光二极管具有第三照明颜色并且沿着方向辐射的发光二极管具有第四照明颜色。因此，由具有来自不同照射方向的不同照明颜色的照亮产生单个彩色图像，该彩色图像由借助于各个照明颜色产生的阴影图像叠加而成。这个产生的彩色图像然后被图像记录器18的彩色传感器拍摄。然后在分析装置20中可以对与各个照射方向进而与照明颜色匹配的阴影图像根据颜色进行区分。然后从各个阴影图像中又可以确定内表面4的形貌。
如果借助于孔检查装置2发现在内表面4上具有表面异常，那么可以根据确定的形貌来确定是凸起还是凹陷。
根据本发明的孔检查装置2实现以高的精确度和速度对内表面进行检查，其中，减少了由于表面污物引起的错误探测。此外，还可以在分析装置20中识别到目前为止还不能探测到的缺陷类型。
如从图1可见，测量头10包括照明装置22在内在所示实施例中被设计成能够插入孔6中的内窥镜。
为了对孔6沿着其轴向延伸方向进行检查，检查装置2在所示实施例中配有用于实现测量头沿轴向方向，也就是沿着轴线12的逐步或者连续进给的进给装置。

Claims (15)

1.一种孔检查装置(2)，用于对工件(8)中的孔(6)的内表面(4)进行检查，
具有限定轴向方向的测量头(10)，在所述测量头上设有光学装置(16)，所述光学装置与图像记录器(18)和附属的分析装置(20)处于图像传送连接，以及
具有用于对所述内表面(4)的由所述光学装置(16)捕捉的成像区域进行照亮的照明装置(22)，
其特征在于，所述照明装置(22)被设计并设置成用于从不同照射方向照亮待检查的内表面(4)以产生所述内表面(4)的形貌的阴影图像，以及所述分析装置(20)被设计并设置成用于根据由所述图像记录器(18)拍摄的阴影图像确定所述形貌。
2.如权利要求1所述的检查装置，其特征在于，所述照明装置(22)具有至少一个用于从第一照射方向照亮所述内表面(4)的第一光源装置(24)和一个用于从第二照射方向照亮所述内表面(4)的第二光源装置(32)。
3.如权利要求2所述的检查装置，其特征在于，所述第一光源装置(24)被设计并设置成用于沿径向照亮所述内表面(4)以及所述第二光源装置(32)被设计和设置成用于沿着周向的切向方向照亮所述内表面(4)。
4.如权利要求2或3所述的检查装置，其特征在于，设计并设置了至少一个用于旋转对称地或者近似旋转对称地照亮所述内表面(4)的光源装置(24、32)。
5.如前述权利要求2至4中任一项所述的检查装置，其特征在于，至少一个光源装置(24、32)具有多个沿周向呈环形设置的光源。
6.如权利要求5所述的检查装置，其特征在于，所述光源至少部分是发光二极管(30、34)。
7.如前述权利要求2至6中任一项所述的检查装置，其特征在于，所述照明装置(22)具有至少两个沿轴向相互隔开且沿相反方向辐射的光源装置(24、24’)。
8.如前述权利要求2至7中任一项所述的检查装置，其特征在于，设有用于操纵所述光源装置(24、24’、32)的控制装置。
9.如权利要求8所述的检查装置，其特征在于，所述控制装置被设计并设置成用于从不同照射方向在时间上依次照亮所述内表面(4)。
10.如前述权利要求2至9中任一项所述的检查装置，其特征在于，给每个照明装置分配自己的照明颜色并且所述图像记录器(18)具有彩色传感器。
11.如前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，所述测量头(10)配有用于实现所述测量头(10)沿轴向方向的逐步或者连续进给的进给装置。
12.如前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，所述光学装置(16)是具有全景视角的光学装置。
13.如前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，至少是所述测量头(10)，优选是所述测量头(10)包括照明装置(22)在内被设计成能够插入到待检查的孔(6)中的内窥镜。
14.如前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，所述图像记录器(18)是数字图像记录器或图像传感器，和/或所述分析装置(20)是数字分析装置。
15.如前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，所述分析装置被设计并设置成用于基于阴影恢复形状的方法对由所述图像记录器(18)摄取的阴影图像进行分析。
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