DE102007031358A1

DE102007031358A1 - Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums

Info

Publication number: DE102007031358A1
Application number: DE102007031358A
Authority: DE
Inventors: Hubert Keller
Original assignee: Hommel Etamic GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: EP2165186A1; WO2009003692A1; DE102007031358B4; DE202008008725U1

Abstract

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück 8, mit einer Optik 2 mit Rundumblick von vorzugsweise 360°, mit Mitteln zum Vorschub der Optik 2 senkrecht zur Ebene des Rundumblicks, mit einem digitalen Bildaufnehmer 10 mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik 2 aufgenommene Rundumbild abgebildet wird, und mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen des Bildaufnehmers 10 ein karthesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung 40 der Innenfläche des Hohlraums ist. Der digitale Bildaufnehmer 10 weist ein digitales Auslesefenster 22 auf, das so programmiert ist, dass nur Ausgangssignale entsprechend einem ringförmigen Band auf der Innenfläche 4 des Hohlraums in einer Ebene im Wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden. Diese Ausgangssignale bilden den Bildinhalt des karthesischen Bildes. Durch das programmierte Ringfenster wird eine beträchtliche Verringerung der zu verarbeitenden Informationsmenge und so eine entpsrechende Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit der nachfolgenden Auswertemittel erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück, mit einer Optik mit Rundumblick von vorzugsweise 360°, mit Mitteln zum schrittweisen Vorschub der Optik senkrecht zur Ebene des Rundumblicks, mit einer digitalen Kamera mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik aufgenommene Rundumbild abgebildet wird, und mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen der Kamera ein karthesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung der Innenfläche des Hohlraums ist.
Eine derartige Vorrichtung ist durch DE 198 06 261 B4 bekannt. Dabei hat die Optik die Form eines Endoskopes, das linear bewegt wird, wodurch Einzelbilder als Primärbilder zur Verfügung stehen. Diese werden durch eine digitale Kamera aufgenommen und in digitaler Form zunächst gespeichert und dann durch eine Polarkoordinaten-Transformation zu einem rechteckigen Bild umgeformt, in dem die Primärbilder zu einem Gesamtbild der Innenfläche des Hohlraums zusammengefügt werden. Der Verarbeitung und Transformation der Primärbilder liegt jeweils deren gesamter Informationsinhalt zugrunde, was zur Folge hat, daß die Zeit für die Verarbeitung der Signale verhältnismäßig groß ist.
Die Abbildung einer Innenfläche eines zylindri schen Hohlraums in einem Werkstück dient dem Ziel, die Oberfläche auf Fehler zu untersuchen und fehlerhafte Bauteile auszuscheiden. Dies ist besonders in der Automobilindustrie von Bedeutung, wo funktionsrelevante Bohrungen seriengefertigt werden, beispielsweise bei Bremszylindern, Bremssätteln, Pleueln, Kolben, Motorzylindern, Zylinderlaufbuchsen oder Lagerbuchsen. Eine solche Prüfung erfolgte bisher durch visuelle Inspektion und natürlich behaftet mit den Einschränkungen der Sichtkontrolle. Anzustreben ist jedoch eine Stück-für-Stück-Prüfung bei gleichzeitiger Automatisierung des Prüfvorganges. Eine solche Prüfung ist mit der genannten bekannten Vorrichtung nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der die Zeit für die Prüfung so gering ist, daß eine Stück-für-Stück-Prüfung, insbesondere eine automatische Prüfung erfolgen kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der digitale Bildaufnehmer, der das von der Optik aufgenommene Rundumbild aufnimmt, nur Ausgangssignale entsprechend einer ringförmigen Linie auf der Innenfläche des Hohlraumes erzeugt, derart, daß das Ausgangssignal nur Informationen über diese ringförmige Linie enthält. Dadurch ergibt sich eine beträchtliche Reduktion des Informationsinhalts. Diese reduzierten Ausgangssignale bilden dann den Bildinhalt der Zeilen des karthesischen Bildes, das im Ergebnis erzeugt wird. Durch den schrittweisen Vorschub der Optik werden jeweils neue Zeilen aneinandergereiht, so daß das Gesamtbild ent steht.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß es inzwischen digitale Hochgeschwindigkeitsbildaufnehmer gibt, die in der Lage sind, 1.000 Bilder pro Sekunde aufzunehmen und entsprechende Bildsignale zu erzeugen. Dabei sind beliebige Auslesefenster programmierbar. Die Erfindung sieht nun vor, daß das Auslesefenster so programmiert ist, daß nur Ausgangssignale entsprechend einem ringförmigen Band auf der Innenfläche des Hohlraumes im wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden, so daß eine Beschränkung der zu verarbeitenden Informationen bereits erfolgt mit der Folge, daß die nachfolgenden Verarbeitungseinheiten wesentlich schneller arbeiten können und somit in der Praxis eine Stück-für-Stück-Prüfung erfolgen kann.
Um diese Stück-für-Stück-Prüfung technisch zu ermöglichen, sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Mittel vorgesehen, die den Bildinhalt der Zeilen des karthesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines karthesischen Bildes durchlassen. In optischer Hinsicht werden somit nur die Oberflächenfehler dargestellt, wobei durch die Einstellung des Grenzwertes die Oberflächenfehler bestimmt werden können, die zur Darstellung gelangen sollen. Natürlich ist es dann auch ohne weiteres möglich, diese Fehlersignale auszuwerten und die fehlerhaften Werkstücke entsprechend auszuscheiden oder zu markieren.
Gemäß der Erfindung ist im Bereich der Optik eine Beleuchtungsquelle zur Rundumbeleuchtung fest angeordnet. Dadurch erübrigt sich die Beleuchtung über eine von der Optik entfernt angeordnete Lichtquelle, deren Licht beispielsweise durch einen Lichtleiter geleitet wird. Vorzugsweise ist die Beleuchtungsquelle eine LED-Lichtquelle. Zweckmäßigerweise ist sie auch eine Laserdiode.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zusammen mit einem Werkstück,
2 ist eine vergrößerte, komprimierte Darstellung gemäß 1,
3 verdeutlicht schematisch die Aufnahmefläche eines Bildaufnehmers,
4 zeigt schematisch die Speicherung eines von dem Bildaufnehmer aufgenommenen Kreisrings,
5 verdeutlicht die Bildung eines karthesischen Bildes und
6 zeigt schematisch die Abwicklung der Innenfläche der Bohrung.
Die Vorrichtung gemäß 1 weist eine Optik 2 mit Rundumblick von 360° auf, so daß sie eine zylindrische Innenfläche 4 einer Bohrung 6 in einem Werkstück 8 auf einem Bildaufnehmer 10 abbildet. Die Optik 2 befindet sich an einem Stab 12, der durch einen Vorschubantrieb 14 bewegt wird, um so die Optik 2 in Axialrichtung durch die Bohrung 6 zu bewegen. Die Beleuchtung der zylindrischen Innenfläche 4 erfolgt durch eine Lichtquelle 16, bei der es sich um eine Leuchtdiode oder eine Hochleistungslaserdiode handelt, die kontinuierlich oder gepulst Licht abgeben. Das Ausgangssignal des Bildaufnehmers 10 gelangt über eine Leitung 18 in einen Auswerterechner 20, dessen Funktion nachfolgend erläutert wird.
3 zeigt zunächst die Aufnahmefläche des Bildaufnehmers 10, die so programmiert ist, daß ein Ringfenster 22 zwischen einem äußeren Kreisring 24 und einem inneren Kreisring 26 geöffnet ist, so daß nur im Bereich dieses Ringfensters 22 Bildsignale von dem Bildaufnehmer 10 erzeugt werden.
4 verdeutlicht, wie der Auswerterechner 20 über den Umfang der zylindrischen Innenfläche 4 von 0° bis 360° Zeilenstreifen 28 bildet, die in Abhängigkeit von dem Vorschubantrieb 14 in der Zeichnung in vertikaler Richtung nacheinander gespeichert werden, so daß innerhalb einer in 5 dargestellten karthesischen Bildfläche 30 mit Eckpunkten 32, 34, 36 und 38 Bildsignale erzeugt werden, die zur Darstellung einer Abwicklung 40 dienen, wie das schematisch in 6 gezeigt ist.
Anhand der Abwicklung 40 gemäß 6 ist eine visuelle Beurteilung der zylindrischen Innenfläche 4 der Bohrung 6 möglich. Durch eine nicht dargestellte Vorrichtung können die Bildsignale gemäß 5 mit voreingestellten Grenzwerten verglichen und so nur solche Signale zur Erzeugung der Abwicklung 40 gemäß 6 durchgelassen werden, die Fehlstellen entsprechender Qualität entsprechen. Eine solche von einem Hintergrund befreite Darstellung vereinfacht eine visuelle Prüfung. Es ist aber auch möglich, elektronisch die den Fehlstellen entsprechenden Signale auszuwerten, um so fehlerhafte Werkstücke automatisch auszuscheiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19806261 B4 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück (8), – mit einer Optik (2) mit Rundumblick von vorzugsweise 360°, – mit Mitteln zum Vorschub der Optik (2) senkrecht zur Ebene des Rundumblicks, – mit einen digitalen Bildaufnehmer (10) mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik (2) aufgenommene Rundumbild abgebildet wird, – und mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen der Kamera (10) ein karthesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung (40) der Innenfläche des Hohlraums ist, dadurch gekennzeichnet, – daß der digitale Bildaufnehmer (10) eine matrixförmige Bildpunktanordnung sowie ein digitales Auslesefenster (22) aufweist, das so programmiert ist, daß nur Ausgangssignale entsprechend eines ringförmigen Bandes auf der Innenfläche (4) des Hohlraums in einer Ebene im wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden, und – daß diese Ausgangssignale den Bildinhalt der Zeilen des karthesischen Bildes bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Bildinhalt der Zeilen des karthesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines karthesischen Bildes durchlassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Optik (2) eine Lichtquelle (16) zur Rundumbeleuchtung in Blickrichtung der Optik (2) fest angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, daß die Lichtquelle (16) eine LED-Lichtquelle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (16) eine Laserdiode ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Band aus einem einzelnen Ring besteht, der in der karthesischen Darstellung zu einer einzelnen Zeile führt.