CN105486695A - 孔检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于对工件(8)中的孔(6)的内表面(4)进行检查的孔检测装置(2)，其具有限定轴向方向的测量头(10)，在该测量头上设有光学装置(14)，该光学装置与数字图像传感器(16)和附属的分析装置采用图像传送连接。根据本发明，设有用于从数字图像传感器的输出信号中确定表面深度信息的装置。

Description

孔检测装置
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测的孔检测装置。
背景技术
此类孔检测装置(也被称作内部检测传感器)被用来对孔的内表面进行检测，例如在曲轴箱的缸孔探伤中，其用于使孔的径向内表面成像并且检查这些图像是否满足在表面特征方面的预定要求。
例如，相应装置已由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测的检测装置，该检测装置具有限定轴向方向的测量头，在该测量头上设有具有全景视角的光学装置，该光学装置与数字图像传感器和附属的分析装置采用数据传输连接。由该文献公开的检测装置还具有照明装置，其用于照亮由光学装置捕捉成像的内表面区域。由该文献公开的检测装置以快速且精确的方式实现了对空腔(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测装置，从而改善工件的空腔表面的缺陷检测。
该目的通过以下方案实现：一种孔检测装置，其用于对工件中的孔的内表面进行检测，该孔监测装置具有限定轴向方向的测量头，在该测量头上设有具有全景视角的光学装置，该光学装置与数字图像传感器和附属的分析装置采用图像传送连接，其中，设有用于从数字图像传感器的输出信号中确定表面深度信息的装置。
本发明提供用于从数字图像传感器的输出信号中确定表面深度信息的装置。以这种方式，本发明的检测装置不仅可以使空腔的内表面成像并且通过对产生的亮度图进行分析以检测空腔的内表面，而且还可以确定该空腔的形貌。在检测时，通过对数字图像传感器拍摄的图像(照相机图像)进行分析，如果在内表面上发现异常，那么可以通过分析用于确定表面深度信息的装置的输出信号以确定探测到的异常是否是表面中的凹陷(例如是制造缺陷)，或者进而确定是否是由可以简单去除的污物引起的凸起。
与采用只提供内表面的照片(亮度图像)而不提供表面深度信息的检查装置相比，本发明的孔检测装置以这种方式获得的检查结果由于附加含有表面深度信息，因而明显更有说明力。其结果是由此改善表面缺陷探测。根据相应要求用于从数字图像传感器的输出信号中确定表面深度信息的装置可以按照任何适当方式进行设计。这样，例如已知的“明暗恢复形状(shapefromshading)”方法可以根据阴影图像确定待检测表面的形貌并且因此获得表面深度信息。但是也可以使用任何其他无接触工作的测量方法，尤其是适合于测量长度以及距离的光学测量方法(例如共焦显微镜)。
就这点而言，本发明提供了一种有利的用于确定表面深度信息的白光干涉仪装置，该白光干涉仪的白光被耦合或者能够被耦合到光学装置的光路中以射到待检测的内表面上。其结构和工作原理本身对于本领域普通技术人员而言是公知的，在本发明的背景下可以采用相应的白光干涉仪以高精度地确定表面的深度信息。其结构相对简单、坚固并且具有高的测量精度。在本发明的背景下，白光干涉仪的作用方式在于，光源的白光被耦合到光路中并且借助于分光器被分成参考光束和测量光束，其中，参考光束被参考镜反射，而测量光束被测量物体的表面反射和散射。返回的光束被分光器转递到数字图像传感器并且根据内表面的形貌对应于数字图像传感器的每个像素形成干涉信号。如果白光干涉仪的参考臂或者测量臂的长度随着定位单元发生改变，那么数字图像传感器扫描每个像素的白光干涉图样的干涉信号。如果射到一个像素上的光的光程长度对于参考光束和测量光束而言完全相等，那么该像素的干涉信号具有最大调制度。因此，如果干涉图样的调制度最大，那么在图像传感器的像素上显示待检测内表面上的点的z值，对应于用于定位装置的参考镜的z值。那么，可以通过以下方式来确定表面深度信息进而检测表面的形貌：由定位装置确定每个单个像素的z值，其中，该像素的输出信号的调制度最大。因此，该实施方式以相对简单的方式实现表面深度信息的确认。
为了使前述实施方式简单且成本低廉，本发明进一步提供了一种有利的改进方案，白光干涉仪的参考镜配置有定位装置，该定位装置能够通过控制装置进行控制，该控制装置与分析装置采用数据传输连接，使得分析装置能够使数字图像传感器的相应输出信号与参考镜的不同位置对应。也就是说，一个像素的干涉信号的调制度可以通过以下方式改变：借助于定位装置定位参考镜。因此，通过使用具有高定位精度的定位装置可以实现高的测量精度。
另外，白光干涉仪的结构和工作方式对于本领域普通技术人员而言是公知的，因此在此不再赘述。
本发明使用具有全景视角的光学装置(光学成像系统)，空腔的内表面沿着环绕的外形轮廓被成像到数字图像传感器上。为了检查空腔轴向的不同区域，本发明提供了一种有利的改进方案，测量头配置有用于实现测量头沿轴向方向逐步或者连续进给的进给装置。
本发明提供了另一种改进的方案，至少是测量头，优选是包括照明装置的测量头被设计成插入到待测缸孔的内窥镜以用于照亮内表面。
本发明所述的孔是指工件中的任何旋转对称或者基本上呈旋转对称的凹部，无论该凹部以何种方式被加工至工件中，例如通过钻削或者借助于其它切削加工方法或者通过模制或者类似方法。本发明所述的基本上呈旋转对称的凹部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含例如凹槽或者类似结构。本发明中，旋转对称的凹槽是指规则的凹部，其基本形状有别于不规则的旋转对称结构。
附图说明
下面结合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测装置。在这里描述的、在附图中示出的以及在权利要求中要求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及其引用关系中的概括。
图1是根据本发明的一个实施例的孔检测装置的示意图。
具体实施方式
在唯一的附图中用侧视图极度简略地示出了根据本发明的一种实施例的用于对工件8中的孔6的内表面4进行检测的孔检测装置2，该孔检测装置具有限定轴向方向的测量头10。在附图中相应的轴线用点划线12表示并且与具有360度全景视角的光学装置14(光学成像系统)的光轴重合，该光学装置设置在测量头10上。光学装置14与数字图像传感器16和附属的数字分析装置采用图像传送连接。分析装置为了简化在附图中被省去。
通过具有全景视角的光学装置14，孔6的内表面4沿着周向环绕的外形轮廓线被成像至数字图像传感器16。数字图像传感器16产生的输出信号在附属的数字分析装置中被研究，以确定内表面4的异常以及缺陷。就此而言，相应的孔检测装置的基本工作方式对于本领域普通技术人员来说是公知的并且因此在此不再赘述。关于这一点，特别地可参见DE102009019459B4。
为了照亮内表面4，根据相应情况可以设有附加照明装置，但是该附加照明装置为了简化在附图中被省去。
为了沿轴向方向相对于内壁4定位测量头10，测量头10配有进给装置以用于实现测量头10沿轴线12方向的逐步或者连续进给，该进给装置在附图中用双箭头18表示。根据本发明，孔检测装置2具有用于从数字图像传感器16的输出信号中确定表面深度信息的装置，其中，该装置在所示的实施例中由白光干涉仪20构成，该白光干涉仪具有宽带光源22。
光源的光束24通过分光镜26被分成测量光束28和参考光束30。测量光束28被耦合到光学装置14的光路中并且射到内表面4上。参考光束30被反射到参考镜32上，这在所示的实施例中通过转向镜34实现，但是该转向镜对于白光干涉仪的基本功能来说不是必要的并且在所示的实施例中仅仅是出于结构原因而设置的。
参考镜32配有定位装置，该定位装置在附图中用双箭头36表示并且通过参考镜32的线性移位以改变参考光束的长度。被参考镜32反射的参考光束通过分光器26被反射到图像传感器16上。测量光束28射到内表面4上，被该内表面4反射并且通过光学装置14同样到达图像传感器16。
因此，如果测量光束28和参考光束30的光程长度几乎完全相同，那么图像传感器16在每个像素上产生干涉。如果借助于定位单元36改变参考镜32的位置进而改变白光干涉仪20的参考臂的光程长度，那么图像传感器16可实现在每个像素上对白光干涉图样(干涉信号)进行扫描。此外，白光干涉仪的工作方式对于本领域普通技术人员来说是公知的并且因此不再赘述。在测量头10的检测位置，测量头的轴向方向对应于孔6的轴向方向。
根据本发明的孔检测装置2的工作方式如下：
在该实施例中被设计成内窥镜的测量头10被插入待检查的孔6中，其中，光学装置14沿着环绕的外形轮廓线捕捉孔6的内壁4的图像并且将该图像成像到图像传感器16上。通过分析此处拍摄的亮度图(即图像传感器16的输出信号)，借助于已知的图像处理和模式识别方法可以确定内壁14上是否存在异常或者缺陷。
同时，当调制度最大时，白光干涉仪20的测量光束28和参考光束30在图像传感器16的每个像素上干涉，通过参考镜32的移位可以定位图像传感器16的每个像素。如果干涉图样(Korrelogramms)的调制度最大，那么定位单元36的相应定位位置与内表面4上在此显示的像素点的高度值是相关联的。因此，以这种方式可以获得表面深度信息，从而借此可以确定内表面4的形貌。然后根据表面深度信息可以确定，被探测到的异常是在表面中形成表面缺陷的凹陷还是在表面上例如由污物引起的凸起。
根据本发明的检测装置因此在工件中的空腔中的表面缺陷的探测方面得到改善。
根据相应要求，可以对拍摄到的亮度图的每个像素确定表面深度信息，从而以这种方式全面地确定内表面的形貌。但是也可以不是全面地而是在需要时在个别表面位置上确定表面深度信息进而确定内表面的形貌。在这里，尤其可能且有意义的是只在已发现异常的表面位置上确定表面深度信息，因为检查结果仅对于存在异常的表面位置而言是重要的。因此在没有异常的表面位置上不需要确定表面深度信息。
因此，借助于根据本发明的孔检测装置，在探测到异常时可确定该异常是例如由于表面缺陷引起的凹陷还是由于污物引起的凸起，该凸起通过清除污物有时可以被清除。因此，根据本发明的孔检测装置提供的表面深度信息，检查结果相对于常规装置明显更具有说服力。

Claims (5)

1.一种孔检测装置(2)，其用于对工件(8)中的孔(6)的内表面(4)进行检测，该孔监测装置具有限定轴向方向(12)的测量头(10)，在该测量头上设有具有全景视角的光学装置(14)，该光学装置与数字图像传感器(16)和附属的分析装置采用图像传送连接，其特征在于，设有用于从数字图像传感器(16)的输出信号中确定表面深度信息的装置。
2.如权利要求1所述的孔检测装置，其特征在于，用于确定表面深度信息的装置包括白光干涉仪(20)，所述白光干涉仪具有光源(22)，所述光源的光被耦合到所述光学装置(14)的光路中以射到所述内表面(4)上。
3.如权利要求2所述的孔检测装置，其特征在于，所述白光干涉仪(30)的参考镜(32)配有定位装置(34)，所述定位装置能够通过控制装置进行控制，所述控制装置与所述分析装置采用数据传输连接，使得所述分析装置将所述数字图像传感器(16)的相应输出信号与所述参考镜(32)的不同位置对应。
4.如前述权利要求中任一项所述的孔检测装置，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。
5.如前述权利要求中任一项所述的孔检测装置，其特征在于，至少是所述测量头(10)、优选是包括照明装置的所述测量头(10)被设计成插入到待检查空腔(6)的内窥镜。
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