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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Prüfung von Defekten auf der Oberfläche von Keramikkugeln, die in Kugellagern, Kugelventilen u. ä. verwendet werden.
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Mit bekannten Systemen zur Prüfung von Kugelflächen, beispielsweise Stahlkugeln u. ä. wird der Kugelkörper im allgemeinen an Luft geprüft. Während jedoch die Prüfung an Luft den Vorteil hat, dass der Kugelkörper leicht zu handhaben ist, bildet Öl auf der Kugelfläche, wenn diese nicht sorgfältig durch Waschen entfettet worden ist, eine Verfärbung, die dazu führt, dass der Kugelkörper als fehlerhaft bewertet wird. Außerdem sammelt sich Öl auf der Bahn der Kugeln im Prüfteil an, und das Anhaften dieses Öls an den Kugeln kann dazu führen, dass die Kugeln negativ bewertet werden. Insbesondere wenn der Kugelkörper aus einem leicht korrodierenden Metall hergestellt ist, besteht die Möglichkeit, dass der Kugelkörper rostet, wenn er für eine längere Zeit entfettet gelassen wird.
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Die Anmelderin hat daher ein System vorgeschlagen, das es ermöglicht, Prüfungen der Oberfläche eines Kugelkörpers ohne das Problem der Ölverfärbungen, wie oben beschrieben, und ohne das Problem des Rostens, selbst bei leicht korrodierenden Metallen, so durchzuführen, dass ein Entfetten nicht erforderlich ist. Nach diesem System, von dem ein wesentlicher Teil in
4 schematisch dargestellt ist, werden die Oberflächenprüfungen optisch so durchgeführt, dass der zur Prüfung vorgesehene Kugelkörper in Öl getaucht ist. Bei diesem System der Oberflächenprüfung wird Licht von einer Lichtquelle
12 auf eine den zu prüfenden Kugelkörper darstellende Stahlkugel
101 gestrahlt, wobei die Stahlkugel
101 in Öl getaucht und festgehalten ist, und das reflektierte Licht von einem Licht aufnehmenden Element
13 aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt wird, wonach das Vorhandensein von Defekten in der Stahlkugel
101 auf der Grundlage der Veränderung der elektrischen Signale durch ein Bewertungsteil
11 festgestellt wird (siehe beispielsweise
JP 2002-277226A ).
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Während jedoch optische Systeme zur Oberflächenprüfung, die die Anwesenheit von Defekten auf Grund der Anzahl der Veränderungen der elektrischen Signale, wie oben beschrieben, bewerten, ideal sind für Stahlkugeln, die bis auf eine Spiegeloberfläche bearbeitet sind und die in üblichen Kugellagern verwendet werden, sind Kugelventile u. ä. in den letzten Jahren schneller und wirksamer geworden; diese Prüfsysteme sind, wenn sie für Keramikkugeln eingesetzt werden, im Hinblick auf die Forderung nach deren Helligkeit nicht mehr ausreichend, denn selbst wenn Licht aufprojiziert wird, wird das von der Keramikkugel reflektierte Licht erheblich dadurch reduziert, dass die sphärische Fläche der Keramikkugel grau oder schwarz ist. Wird die von der Keramikkugel reflektierte Lichtstärke durch Heraufsetzen der Helligkeit der Lichtquelle verstärkt, dann wird der Unterschied der Signale zwischen defekten und nichtdefekten Teilen der Kugeloberfläche herabgesetzt, weil das von anderen Objekten als den Keramikkugeln reflektierte Licht ebenfalls auf das Licht aufnehmende Element auftrifft, was es erschwert, winzige Defekte festzustellen. Bei Keramikkugeln im besonderen war die Prüfung mit optischen visuellen Prüfsystemen wegen der extrem geringen Veränderung der von den Kugeln reflektierten Lichtstärke in solchen Teilen schwierig, in denen die für Keramiken charakteristischen Defekte auftreten. Dies sind winzige Defekte, beispielsweise von Einschlüssen in der äußeren Oberfläche herrührende Farbunebenheiten, Löcher oder dergleichen. Während es andererseits auch möglich ist, Prüfungen mit dem bloßen Auge – unter Verwendung eines Mikroskops – durchzuführen, ist dies in Hinblick auf die Arbeitskosten unzweckmäßig. Außerdem werden Keramikkugeln, im Gegensatz zu Stahlkugeln, elektrostatisch leicht aufgeladen, wenn Reibung in Luft erfolgt, wodurch kleine Staubteilchen angezogen werden, die bei der Prüfung als Defekte angesehen werden und zu fehlerhaften Bewertungen führen.
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Es ist auch bereits bekannt (
US 2002/0135756 A1 ), in einer Prüfvorrichtung einen Öl enthaltenden Tank und eine Drehvorrichtung einer zu prüfenden, in das Öl des Öltanks getauchten Kugel vorzusehen, so dass die Kugel jeweils entlang einem Meridian abgetastet werden kann. Zur Aufnahme von optischen Signalen der gesamten Oberfläche der gedrehten Kugel ist ein Sensor vorgesehen, der ein Beleuchtungsteil und ein Empfangsteil mit typisch drei oder fünf lichtempfindlichen Abschnitten umfassen kann und zumindest teilweise in das Öl des Öltanks eintaucht. Den lichtempfindlichen Abschnitten sind elektrische Mittel verbunden, mit denen die Stärke des auf jeweils einem der Abschnitte einfallenden, reflektierten Lichts erfasst wird. Mit dem Sensor wird die Oberfläche der Kugel schließlich gesamt erfasst und mit einem elektrischen Diskriminatorgatter wird die Kugeloberfläche bewertet, um defekte Kugeln auszuscheiden. Diese sequentielle Erfassung mit dem Sensor ist verhältnismäßig langsam. Da der Sensor unter die Öloberfläche in dem Öltank eintaucht, setzt dies einen Sensor voraus, dessen Funktion nicht durch das Öl insbesondere langzeitig beeinträchtigt wird. Abgesehen davon ist die Zugänglichkeit des Sensors beispielsweise zur Wartung und Reparatur erschwert.
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Aufgabe der im Hinblick auf die oben beschrieben Situation entwickelten Erfindung ist es, ein System zur Prüfung von Keramikkugeln zu schaffen, mit dessen Hilfe verhindert werden kann, dass Keramikkugeln elektrostatisch aufgeladen werden und die Feststellung kleinster Defekte sowie für Keramiken charakteristischer Defekte, die mit Hilfe konventioneller optischer Prüfsysteme schwer festzustellen sind, zuverlässig durchgeführt werden kann, ohne die Nachteile eines zumindest teilweise unter die Öloberfläche in dem Öltank eingetauchten Sensors in Kauf zu nehmen
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Diese Aufgabe wird für ein Prüfsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Somit umfasst das erfindungsgemäße System zur Prüfung von Defekten auf der Oberfläche von Keramikkugeln einen Öl enthaltenden Öltank
- eine Drehvorrichtung zum Drehen der in das Öl des Öltanks getauchten Keramikkugel, so dass ein Abtasten der Keramikkugel entlang des Meridians möglich ist,
- – ein Abbildungsmittel zum Abbilden der Gesamtoberfläche der gedrehten Keramikkugel bestehend aus einer Lichtquelle zum Beleuchten der Keramikkugel, einer Digitalkamera und einem dazu gehörenden Objektiv, wobei die Lichtquelle und das Objektiv über der Oberfläche des im Öltank befindlichen Öls angeordnet sind,
- – einen transparenten Körper, der auf der Öloberfläche zwischen dem Objektiv und der Keramikkugel so angeordnet, ist, dass das Licht der Lichtquelle durch diesen strahlt und die Gesamtoberfläche der Keramikkugel durch den transparenten Körper hindurch mit der Digitalkamera abgebildet wird,
- – ein Bildverarbeitungsmittel zur Verarbeitung des durch die Digitalkamera aufgenommenen Bildes,
- – ein Bewertungsmittel zur Bewertung der Anwesenheit von Defekten auf der Oberfläche der Keramikkugel auf der Grundlage der vom Bildverarbeitungsmittel erhaltenen Bilddaten.
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Diese Anordnung ermöglicht es, eine Keramikkugel entlang deren Meridiane sequentiell mit der Drehvorrichtung abzutasten, wobei vermieden wird, dass sich in der Luft vorhandener Staub auf der Keramikkugel absetzt, indem die Keramikkugel in Öl getaucht ist, wodurch aus der Prüfung der Keramikkugeln höchst zuverlässige Ergebnisse erzielt werden können. Obgleich Keramikkugeln besonders leicht elektrostatisch aufgeladen werden, was zu möglichen fehlerhaften Bewertungen auf Grund des in der Luft befindlichen Staubs führen kann, kann dies also mit der Durchführung der Prüfung in Öl unterdrückt werden.
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Da die Prüfung der Keramikkugeln in Öl dadurch möglich gemacht wird, dass die Drehvorrichtung im Öl angeordnet wird, kann ein Waschen, Entfetten und Trocknen der Kugeln vor der Prüfung entfallen.
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Die Abbildungsvorrichtung besteht aus einer Digitalkamera mit aufgesetztem Objektiv und einer die Keramikkugel beleuchtenden Lichtquelle.
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Mit der Digitalkamera kann die gesamte Oberfläche der Keramikkugel durch Bilder von Kugelflächen erfasst werden.
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Das Objektiv der Digitalkamera und die Lichtquelle sind über der Oberfläche des im Öltank befindlichen Öls angeordnet. Auf der Öloberfläche zwischen dem Objektiv der Digitalkamera und der Keramikkugel ist ein transparenter Körper angeordnet, durch den die Lichtquelle die Keramikkugel im Öl beleuchtet, und die gesamte Oberfläche der Keramikkugel kann durch den transparenten Körper hindurch von der Digitalkamera abgebildet werden.
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Gemäß dieser Anordnung kann die Wirkung von Fluktuationen in der Öloberfläche durch den transparenten Körper eliminiert werden. Als Transparentkörper können Glas, Acryl oder dergleichen verwendet werden.
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Die zur Prüfung vorgesehenen Keramikkugeln bestehen zum Beispiel aus Siliziumnitrid (Si3N4), Zirkoniumdioxid (ZrO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumkarbid (SiC) oder dergleichen.
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Das Prüfsystem nach der vorliegenden Erfindung stellt Defekte in einer Kugelfläche nicht optisch, sondern durch Bearbeitung der Bilder der von der Digitalkamera aufgenommenen Kugelfläche fest, wodurch es möglich ist, kleinste Defekte und für Keramiken charakteristische Defekte, die mit optischen Prüfsystemen schwer zu beobachten sind, festzuhalten. Damit wird es möglich gemacht, die Anwesenheit von Abweichungen in den geprüften Keramikkugeln zuverlässig zu bewerten.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 zeigt schematisch ein Hauptteilstück eines Prüfsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2, die den Betrieb des Prüfsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, zeigt eine Prüfstrecke auf einem Kugelkörper.
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3 zeigt schematisch ein Hauptteilstück eines Prüfsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt schematisch ein Hauptteilstück eines konventionellen Prüfsystems.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt schematisch ein Hauptteilstück eines Systems zur visuellen Prüfung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine zu prüfende Keramikkugel 1 wird mit Hilfe einer Antriebsrolle 2, einer Stützrolle 3 sowie zweier, ein Paar darstellender, konischer Steuerrollen 4 in Öl, das in einem Öltank 20 gehalten wird, getaucht und in einer vorgegebenen Stellung befestigt. Am anderen Ende jeder der Steuerrollen 4 ist ein exzentrisches Schneckengetriebe 5 vorgesehen.
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Eine Digitalkamera 7 zur Abbildung der gesamten Kugelfläche ist so angeordnet, dass sie in einer vorgegebenen Position fixiert ist, und ein in dieser Digitalkamera 7 vorgesehenes Objektiv 8 ist teilweise in das Öl getaucht. Eine Lichtquelle 6 zur Strahlung des Lichts auf die Keramikkugel 1 ist in dem Öl in der Umgebung der Keramikkugel 1 angeordnet. Ein Personalcomputer 9 errechnet das Vorhandensein von Defekten in der geprüften Keramikkugel 1 indem er die von der Digitalkamera 7 aufgenommenen Oberflächenbilder der Keramikkugel 1 wie vorgegeben verarbeitet.
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Bei einem visuellen Prüfsystem nach der obigen Anordnung dreht sich zunächst eine auf die Antriebsrolle 2 gesetzte Keramikkugel 1 weil die Antriebsrolle 2 gedreht wird, und die Steuerrollen 4 drehen sich auf Grund der Drehung dieser Keramikkugel 1 ebenfalls. Zu gleicher Zeit wird der Keramikkugel 1 durch die Exzentrizität jeder der exzentrischen Schneckengetriebe 5 eine Drehung mitgeteilt, und als Ergebnis der der Keramikkugel 1 im Verhältnis zum Objektiv 8 der Digitalkamera 7 vermittelten Drehung entlang der Meridiane ME, wie in 2 dargestellt, wird die gesamte Kugelfläche der Keramikkugel 1 entlang der Meridiane ME abgebildet.
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Die vorliegende Ausführungsform ist also so konfiguriert, dass eine vorgegebene Bearbeitung der unter Verwendung der Digitalkamera 7 erhaltenen Bilder durchgeführt wird, um das Vorhandensein von Defekten auf der gesamten Oberfläche der Keramikkugel 1 festzustellen.
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Festzuhalten ist, dass das an die Digitalkamera 7 befestigte Objektiv 8 leicht so eingestellt werden kann, dass sie kleinste Defekte feststellen kann, indem die Vergrößerung entsprechend eingestellt wird.
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Obwohl das obige Ausführungsbeispiel in der Form beschrieben wurde, dass das Kameraobjektiv 8 und die Lichtquelle 6, wie in 1 dargestellt, in Öl getaucht sind, können Kameraobjektiv 8 und Lichtquelle 6, wie in 3 dargestellt, auch über der Öloberfläche angeordnet werden, ohne dass sie notwendigerweise in das Öl getaucht werden müssen. In diesem Fall muss ein transparenter Körper 10, beispielsweise Glas oder Acryl, auf die Öloberfläche zwischen Kameraobjektiv 8 und die zu prüfende Keramikkugel 1 gesetzt werden, um die Wirkung von Schwankungen in der Öloberfläche auszuschalten. Die von der Digitalkamera 7 aufgenommenen Bilder sind also effektiv, d. h. es werden klare Bilder erhalten, die durch Schwankungen in der Öloberfläche nicht beeinflusst sind.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Prüfung in Öl insbesondere durch die Antriebsrolle 2, die Steuerrollen 4 und die Stützrolle 3, die alle im Öl angeordnet sind, ermöglicht. Die Arbeitsgänge des Waschens, Entfettens und des Trocknens der Kugeln vor der Prüfung wie nach den bislang üblichen Techniken erforderlich sind also nicht mehr nötig und können also entfallen, was die vorliegende Anordnung effizient und wirtschaftlich macht. Was die möglichen fehlerhaften Bewertungen bei Keramikkugeln betrifft, da sie im Gegensatz zu Stahlkugeln leicht elektrostatisch aufgeladen werden können und sich Staub und dergleichen auf Grund der statischen Elektrizität auf den Kugeln leicht festsetzt, so ist die oben beschriebene Konfiguration auch günstiger, weil dies im vorliegenden Fall vermieden wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform werden kleinste im Öl vorhandene Objekte vorzugsweise durch Verwendung von Mikrofiltern aus dem Öl ausgefiltert.
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Wie oben beschrieben verarbeitet das erfindungsgemäße visuelle Prüfungssystem, im Gegensatz zu konventionellen optischen Prüfungssystemen, mit einer Digitalkamera aufgenommene Bilder von Kugelflächen, was es möglich macht, kleinste Defekte, insbesondere für Keramikkugeln charakteristische Defekte, festzustellen und ausgezeichnete Voraussetzungen für zukünftige Anforderungen zu schaffen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das erfindungsgemäße System zur visuellen Prüfung kann auch zur visuellen Prüfung von anderen als keramischen Kugeln, die leicht elektrostatisch aufgeladen werden, Anwendung finden.
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Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen Formen ausgeführt werden, ohne von ihrem Geist oder ihren wesentlichen Kennzeichen abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind somit in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als begrenzend zu betrachten. Der Umfang der Erfindung ist in den beiliegenden Ansprüchen aufgezeigt und wird durch die obige Beschreibung nicht eingeschränkt. Außerdem sind alle Modifikationen und Abänderungen, soweit sie den Ansprüchen gleichwertig zu betrachten sind, im Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
