CN207487610U - 用于对管的内轮廓进行成像的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于对管的内轮廓进行成像的设备，至少具有：‑用于提供管的装置，‑用于在所提供的管的纵向方向上向所述管的第一端上辐射具有第一偏振方向(3)的光的装置，‑用于在第二管端的下游反射所述辐射光的装置(6、7)，其中由于所述反射而折返穿过所述管的光具有第二偏振方向(9)，该第二偏振方向(9)与所述第一偏振方向(3)正交，‑用于仅透射具有所述第二偏振方向(9)的折返光的装置(8)。

Description

用于对管的内轮廓进行成像的设备

技术领域

本实用新型涉及用于对管的内轮廓进行成像的方法和设备。

背景技术

管的一个重要质量标准是其内径公差。例如，对于用于技术温度计的毛细管或管，必须遵循例如±0.02mm范围内的内径公差。在精密玻璃管中，例如在用作磁共振检查的样品载体的玻璃管中，甚至需要处于微米范围内的窄得多的公差。在由玻璃制成的药品包装领域，必须遵循窄公差，原因在于这对所包装的药剂的剂量精度具有直接影响。

DE 199 08 623 A1公开了一种基于连续管拉伸方法来生产精密玻璃管的方法。为了实现所需的最终尺寸和低公差，至少相对于拉拔方向而径向地在一个测量点处连续测量所拉伸的玻璃管的外径和内径。将测量值与精密玻璃管的预定的指定值进行比较。使用激光测量法来确定测量值。

DE 10 2009 015 627 A1公开了用于确定透明的旋转对称物体的内径、外径和壁厚的方法和设备。在此，从线光源相对于所述物体的旋转对称轴横向平行地辐射光，并且使用接收光学单元同样横向地检测所述光，以便测量内轮廓。

针对于此，本实用新型基于提供允许测量管内径的改进的方法的目的。本实用新型的目的还在于提供一种改进的设备，其允许测量管的内径。

实用新型内容

通过下面描述的方法和设备来实现根据本实用新型的目的。

根据本实用新型用于对管的内轮廓进行成像的方法至少包括以下步骤：

-提供管，

-在所提供的管的纵向方向上向所述管的第一端上辐射具有第一偏振方向的光，

-在第二管端的下游反射所述辐射光，其中由于所述反射而折返穿过所述管的光具有第二偏振方向，该第二偏振方向与所述第一偏振方向正交，

-用偏振滤光器过滤所述折返光，以便仅透射具有所述第二偏振方向的折返光。

根据本实用新型，术语内轮廓应理解为意指管在其前端处的内边缘的轮廓，基于该内轮廓可以确定内径的公差偏差。根据本实用新型，管的纵向方向定义为其开口端之间的连接方向。如果管为空心圆柱体的形式，则纵轴对应于圆柱体的轴线。

在根据本实用新型的方法中，在管的纵向方向上向第一管端上辐射具有第一偏振方向的光。偏振的类型及其方向在此可以由使用合适的偏振滤光器而造成，或者具体地当使用激光时，可以是所使用的发光装置的固有属性。入射于所述管的壁的前端上的辐射光的部分被部分地反射和部分地透射。

光的反射分量入射于偏振滤光器上，该偏振滤光器具有与辐射光的偏振方向正交的透射偏振方向。该偏振滤光器因此不透射在管的前端处反射的光。

在管的前端处透射的光的分量在纵向方向上行进穿过管壁，并且在此过程中由于吸收和/或散射过程而衰减。另一方面，入射于管的内横截面上的辐射光的分量以基本上不衰减的方式在纵向方向上进行穿过所述管。

在管的第二端处，光离开所述管的管壁和内横截面，并且在其下游再次反射回去。折返光的偏振方向具有与原始偏振方向正交的第二偏振方向。折返穿过管壁的光的分量被进一步衰减，而折返穿过管的内横截面的光以基本上不衰减的方式再一次离开所述管的第一端。在此，其像在前端处反射的光那样，入射于所述偏振滤光器上，该偏振滤光器由于先前的偏振方向变化而对其进行透射。

由偏振滤光器透射的光因此基本上对应于已行进穿过管的内横截面的辐射光的分量。该光分量因此对所述管的内轮廓进行成像，并且可以由接收器记录。继而有可能通过所记录的内轮廓来检查所述管的内横截面是否处于指定的公差范围之内。

本实用新型的一个特别的优点在于，可以实现图像的高对比度。这是由于入射于管的前端上的辐射光的分量无法穿过或者仅有其非常小的分量能够穿过第二偏振滤光器这一事实。其原因在于，首先，在前表面处反射的光的分量的偏振方向未被旋转并且因此不被偏振滤光器透射，并且其次，在前表面处透射的辐射光的分量在向前方向和折返方向上由所述管的壁强烈衰减。

此外特别有利的是，内轮廓的图像的质量基本上与管的横截面区域的质量无关。具体地，即使在例如由于断裂的边缘、壳裂纹、锯切粗糙度等而造成的管横截面区域的不良轴向摆差条件下，也可以获得内轮廓的精确图像。

另外，管类似于中空光导那样发挥作用。由于反射带来光的方向的反转，因此反射后的光沿着几乎相同的路径行进回到位于相对侧的被照明的管端。因此，与辐射的单次经过相比，所要探查的横截面区域受到非常均匀的照明。具体地，以此方式对管的任何弯曲或任何非同轴照明作出补偿。

进一步的特别优点在于，本实用新型适合于对透明材料制成的管以及不透明材料制成的管的内轮廓进行成像。因为这个原因，其还特别适合于对玻璃制成的管的内轮廓进行成像，而与玻璃是无色、有色、透明还是光散射的，或者其外侧或内侧是否具有涂层无关。适合于本实用新型的其他材料例如为塑料或金属。

根据本实用新型的方法特别适合于测量具有0.5m至3m、优选地1m至 2.5m、特别优选地1.4m至2m的长度的管。这样的管的内径优选地为2mm 与100mm之间、特别优选地为5mm与50mm之间。这里，管长与内径之比可以为10与1000之间、优选地20与500之间、特别优选地30与300之间。

根据本实用新型用于对管的内轮廓进行成像的设备至少包括：用于提供管的装置；用于在所提供的管的纵向方向上向所述管的第一端上辐射具有第一偏振方向的光的装置；用于在第二管端的下游反射所述辐射光的装置，其中由于所述反射而折返穿过所述管的光具有第二偏振方向，该第二偏振方向与所述第一偏振方向正交；以及用于仅透射具有所述第二偏振方向的折返光的装置。

根据本实用新型的优选实施方式，使用窄带光源，特别是单色光源。这样的光源可以优选地为发光二极管(LED)或激光器。然而，还可以随同对应的窄带滤光器而使用宽带光源，诸如白炽灯或气体放电管。优选地，使用发射基本上平行的光束的远心光源。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，所选择的光是这样的光：其具有使管材料的消光处于最大值(特别是在透明材料的情况下)的波长。这具有对行进穿过管壁的光的分量特别强烈的衰减的优点。这对于短管特别有利，原因在于较短的光路长度在此可用于衰减。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，优选地选择辐射光的波长，使得材料的反射率在选定的波长下具有最大值(特别是在不透明材料的情况下)，原因在于通过这样的方式，使得在管的正面处透射的光的分量最小化。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，辐射光的偏振类型为线性偏振。折返光的偏振方向继而被旋转±90°并从而与所述辐射光的偏振方向正交。或者，偏振类型还可以是圆偏振。在这种情况下，例如，所述辐射光是左圆偏振光而所述折返光是右圆偏振光，或者反之亦然。在这种情况下，折返穿过管的光的偏振方向因此也与原始偏振方向正交。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，光的辐射是频闪的，以便例如对移动经过传送设备的管的内轮廓进行成像。为了生成频闪光，光源优选地具有旋转扇形快门(Sektorblende)、电子驱动器或Q开关，通过其可以对应地调制辐射光的强度。旋转扇形快门亦称为截光器(Chopper)，特别适合于多种用途并可随同所述任何发光装置一起使用。电子驱动器特别适合于对发光二极管或激光二极管的调制。Q开关切换通常仅在使用激光器时才有可行。

举例而言，每次一个管经过测量装置时，发射具有例如千分之一秒持续时间的短光脉冲，以便记录正移动经过的管的内轮廓。这里，根据传送带的速度、期望的测量精度、光脉冲的强度并且有可能根据接收器的灵敏度来选择光脉冲的持续时间。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，使用准直光。这对于长管特别有利，原因在于由此避免了到达接收器处的光的强度由于光束的横截面积的放大而减小。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，辐射光在其从管的后端离开之后，在反射之前和之后穿过光学元件，结果是光在其第二次穿过该光学元件之后具有与原始偏振方向正交的偏振方向。在线性偏振光的情况下，反射的光一旦已两次穿过所述光学元件，就从而在其偏振方向方面被旋转90度。在圆偏振光的情况下，左手光例如相应地转换成右手光，或者反之亦然。优选地使用四分之一波片作为这样的光学元件。四分之一波片的工作范围优选地匹配于所使用的光的频带。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，使用在保持光的偏振方向的同时对该光进行反射的后向反射器来对光进行反射。这种类型的后向反射器—其优选地仅轻微地对反射光进行散射—导致以准直方式辐射的光在反射之后轻微发散。因此，例如由管的弯曲所造成的盲区有利地得到基本上均匀的照明。进一步的优点在于，由于后向反射器而有可能能够实现较大的照明孔径。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，使用反射镜来代替后向反射器。这对于高温下的应用可能特别有利。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，在管的壁的前侧反射并折返穿过所述管的光在其从所述管的第一端离开之后通过非偏振分束器而在偏振滤光器的方向上被偏转。这里，偏振滤光器的工作范围优选地匹配于所使用的光的频带。该分束器优选地为非偏振分束片，特别优选地为非偏振分束立方体。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，使用偏振分束器来代替非偏振分束器和偏振滤光器。这有利地减少了设备中的光学元件的数目。由于所发生的总光损失较低，因此该实施方式在能效方面也更有利。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，在折返光穿过偏振滤光器之后，使用用于记录折返光的接收器来记录折返光。该接收器优选地为远心接收器，例如具有远心物镜的相机。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，在接收器的上游使用用于过滤外来光的窄带滤光器，其透射范围优选地匹配于折返光的光谱。因此，可以进一步提高接收器中记录的图像的信噪比。

根据本实用新型的进一步优选实施方式，基于所述图像，对内轮廓是否处于公差范围之内进行检查，其中将所述图像与预定轮廓进行比较。为此，所述设备具有这样的单元：其优选地连接至接收器，用于评估所成像的内轮廓是否处于该公差范围之内。

本实用新型的进一步优点在于，可以独立地调整照明和接收器。此外，本实用新型支持以高精度进行快速测量。

附图说明

下文将会通过优选实施方式，参考附图更详细地说明本实用新型的操作模式。图1示出了根据本实用新型的设备的实施方式的原理图。

参考标号列表

远心光源 1

偏振滤光器 2

偏振方向 3

分束器 4

管 5

四分之一波片 6

后向反射器 7

偏振滤光器 8

透射偏振方向 9

接收器 10

评估单元 11

正面 12

具体实施方式

图1的设备包括远心光源1。布置在远心光源1的下游的是偏振滤光器2，用于在垂直于拉伸面的偏振方向3上对穿过偏振滤光器2的来自远心光源1 的光进行线性偏振。

位于偏振滤光器2的下游的是非偏振分束器4，其在管5方向上透射入射光分量。布置在管的下游的是四分之一波片6，其主轴以相对于光的偏振面呈45°角取向。在此之后是后向反射器7。

后向反射器7所反射并到达分束器4的光的分量由分束器4引导至偏振滤光器8上。偏振滤光器8具有与偏振滤光器2的偏振方向3垂直的透射偏振方向9。布置在偏振滤光器8的下游的是接收器10，例如具有远心光学组件的相机。接收器10提供管5的内轮廓的图像，这可以使用评估单元11来检查例如关于该内轮廓是否遵守所需的公差。这可以适用于卡普耳瓶 (carpule)，其例如在交叉带上移动经过根据本实用新型的测量设备。

在图1的设备的操作期间，首先将管5带入分束器4与四分之一波片6 之间的测量位置。远心光源1发射准直光，该准直光由偏振滤光器2在偏振方向3上进行偏振。优选地选择准直光的波长，使得光在管5的壁的材料中的衰减特别高。如果管例如由透明玻璃制成，则例如选择红外范围内的波长，优选地大于1.5μm的波长。根据管材料，使用UV光或可见光例如也可有利的。

经准直并线性偏振的光的一部分经由分束器4而到达管5。入射于管5 的壁的正面12上的光的分量在正面12处被部分地反射和部分地透射。由管 5的正面反射的光的分量经由分束器4而到达偏振滤光器8。由于偏振滤光器 8的透射偏振方向9垂直于偏振滤光器2的偏振方向3，因此光的该分量被偏振滤光器8滤除。

在管的壁的正面12处透射的光的分量在壁内的纵向方向上行进穿过管5，并在此过程中由于散射和消光而衰减。到达管5的相对端的透射光的分量穿过四分之一波片6并且在此过程中受到圆偏振。接下来，光的该分量在后向反射器7处反射并且再次穿过四分之一波片6。结果是，光再次受到线性偏振，其中所产生的偏振方向相对于原始偏振方向旋转总共90°，并因此对应于透射偏振方向9。

光的该分量继而在反向方向上行进穿过管5的壁，并且在折返方向上进一步衰减。由于在向前方向和折返方向上穿过管5的较长光路长度，因此光的该分量如此强烈地衰减，以至于该光的分量完全或几乎无法经由分束器4 而到达偏振滤光器8。特别是在假如已经选择远心光源1的波长从而发生尽可能大的消光的情况下尤为如此。

入射于管5的内横截面上的准直光的分量以基本上不衰减的方式穿过管 5，并且在此之后由四分之一波片6进行圆偏振。接下来，在保持偏振方向的同时，在后向反射器7处发生反射。在后向反射之后，光的该分量在其再一次穿过四分之一波片6时再次受到线性偏振；由于光两次穿过四分之一波片 6这一事实，因此该光在其偏振方向方面被旋转总共90°而达到透射偏振方向9。

光继而以基本上不衰减的方式行进穿过管5的内横截面而再一次回到分束器4，该分束器4将所述光引导至偏振滤光器8上。由于偏振方向已经旋转到透射偏振方向，因此光的该分量穿过偏振滤光器8并到达接收器10。在此处，作为结果而形成管5的内轮廓的高对比度且精确的图像。该图像被透射到评估单元11，该评估单元11例如检查管5的内横截面是否处于所允许的公差之内。

特别有利的是，当使用后向反射器7时，即使管5是弯曲的，也可以获得内轮廓的更清晰的图像。这是因为即使是由管5的弯曲所造成的盲区也由于辐射的准直光在后向反射后的轻微发散而得到基本上均匀的照明。

此外，还可以使用偏振分束器来代替偏振滤光器2和8以及非偏振分束器。

管5例如可以位于以连续速度移动的传送带上。一旦管5位于图1中所示的分束器4与四分之一波片6之间的位置，远心光源1就被触发并且发射短光脉冲以便记录管5的内轮廓。一旦传送带上的下一个管移动经过该测量位置，就发射另一光脉冲用于下一测量。该过程继而以相同方式对所有的管重复。或者，照明也可以是连续的，并且接收器可以设有快门，该快门仅当管移动经过测量位置时才打开。

Claims (14)

1.一种用于对管的内轮廓进行成像的设备，至少具有：

-用于提供管的装置，

-用于在所提供的管的纵向方向上向所述管的第一管端上辐射具有第一偏振方向(3)的光的装置，

-用于在第二管端的下游反射所述辐射光的装置(6、7)，其中由于所述反射而折返穿过所述管的光具有第二偏振方向(9)，该第二偏振方向(9)与所述第一偏振方向(3)正交，

-用于仅透射具有所述第二偏振方向(9)的折返光的装置(8)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中用于辐射光的装置包括远心光源(1)。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中用于辐射具有第一偏振方向(3)的光的装置包括来自白炽灯、气体放电管、发光二极管或激光器的组之中的至少一个发光装置。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其中用于辐射具有第一偏振方向(3)的光的装置包括来自旋转扇形快门、电子控制器或Q开关的组之中的用于调制强度的装置。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其中用于辐射具有第一偏振方向(3)的光的装置包括所述第一偏振方向的偏振滤光器。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其中用于辐射光的装置和用于透射所述折返光的装置(8)各自具有偏振滤光器，其中用于辐射光的装置的偏振滤光器按照所述第一偏振方向(3)对准，并且用于透射所述折返光的装置(8)的偏振滤光器按照所述第二偏振方向(9)对准，并且所述偏振滤光器全都是线性偏振滤光器的形式，或者所述偏振滤光器全都是圆偏振滤光器的形式。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其具有位于所述第一管端的上游的分束器(4)，该分束器(4)对准成使得其将所述折返光引导至所述用于透射所述折返光的装置(8)上。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述用于反射光的装置(6、7)包括用于旋转光的偏振方向的装置(6)以及用于在保持光的偏振方向的同时反射所述光的装置(7)，其中用于旋转偏振方向的装置(6)布置在所述第二管端与用于反射光的装置(7)之间。

9.根据权利要求8所述的设备，其中用于旋转光的偏振方向的装置(6)是四分之一波片。

10.根据权利要求1或2所述的设备，其中用于反射光的装置(7)是后向反射器或反射镜。

11.根据权利要求1或2所述的设备，其具有位于用于透射所述折返光的装置(8)的下游的光学窄带滤光器，所述光学窄带滤光器的透射范围优选地匹配于所述折返光的光谱。

12.根据权利要求1或2所述的设备，其具有用于记录已由用于透射光的装置(8)透射的所述折返光的接收器(10)。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述接收器为远心接收器。

14.根据权利要求1或2所述的设备，其具有用于评估所成像的内轮廓是否处于公差范围之内的单元(11)。