DE102007031358B4 - Apparatus for imaging the inner surface of a cylindrical cavity - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück (8),mit einer Optik (2) mit Rundumblick von 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 wirdund mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen des digitalen Bildaufnehmers (10) ein kartesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung (40) der Innenfläche des Hohlraums ist,wobei 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,wobei diese Ausgangssignale den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes bilden undwobei Mittel vorhanden sind, die den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines kartesischen Bildes durchlassen.Device for imaging the inner surface (4) of a cylindrical cavity in a workpiece (8), with an optic (2) with an all-round view of 360°, with means for advancing the optics (2) perpendicular to the level of the all-round view, with a digital image recorder ( 10) with a flat image recording surface on which the all-round image recorded by the optics (2) is imaged and with means that generate a Cartesian image from the digital output signals of the digital image recorder (10), which is a development (40) of the inner surface of the cavity ,wherein the digital imager (10) has a matrix-shaped pixel arrangement and a digital readout window (22) which is programmed in such a way that only output signals corresponding to an annular band on the inner surface (4) of the cavity in a plane substantially transverse to the direction of the incremental Feed of the optics are generated, these output signals forming the image content of the lines of the Cartesian image and where center l are present, which analyze the image content of the lines of the Cartesian image and only pass the output signals to the means for generating a Cartesian image when an adjustable limit value is exceeded.

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 kartesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung der Innenfläche des Hohlraums ist.The invention relates to a device for imaging the inner surface of a preferably cylindrical cavity in a workpiece, with optics with an all-round view of preferably 360°, with means for incrementally advancing the optics perpendicular to the level of the all-round view, with a digital camera with a flat image recording surface which the all-round image recorded by the optics is imaged, and with means which generate from the digital output signals of the camera a Cartesian image which is a development of the inner surface of the cavity.

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.Such a device is through DE 198 06 261 B4 known. The optics are in the form of an endoscope, which is moved linearly, whereby individual images are available as primary images. These are recorded by a digital camera and first stored in digital form and then transformed into a rectangular image by polar coordinate transformation, in which the primary images are combined to form an overall image of the inner surface of the cavity. The processing and transformation of the primary images is based on their entire information content, with the result that the time required for processing the signals is relatively large.

Die Abbildung einer Innenfläche eines zylindrischen 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.The purpose of imaging an inner surface of a cylindrical cavity in a workpiece is to examine the surface for defects and to reject defective components. This is particularly important in the automotive industry, where functionally relevant bores are mass-produced, for example in brake cylinders, brake calipers, connecting rods, pistons, engine cylinders, cylinder liners or bearing bushes. Up to now, such a check has been carried out by visual inspection and of course subject to the limitations of visual inspection. However, a piece-by-piece test with simultaneous automation of the test process should be aimed for. Such a test is not possible with the known device mentioned.

Durch US 2006/0034514 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren von in vivo aufgenommenen Bilddaten bekannt.Through U.S. 2006/0034514 A1 a device and a method for reducing image data recorded in vivo are known.

Durch US 2004/0249247 A1 ist eine Vorrichtung in Form eines Endoskops mit Rundumblick bekannt.Through US 2004/0249247 A1 a device in the form of an endoscope with a panoramic view is known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der 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.The invention is therefore based on the object of creating a device of the type mentioned, in which the time for the test is so short that a piece-by-piece test, in particular an automatic test, can be carried out.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.The object on which the invention is based is achieved by the teaching specified in claim 1.

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 kartesischen Bildes, das im Ergebnis erzeugt wird. Durch den schrittweisen Vorschub der Optik werden jeweils neue Zeilen aneinandergereiht, so dass das Gesamtbild entsteht.The basic idea of the invention is that the digital image recorder, which records the all-round image recorded by the optics, only generates output signals corresponding to a ring-shaped line on the inner surface of the cavity, such that the output signal only contains information about this ring-shaped line. This results in a considerable reduction in the information content. These reduced output signals then form the image content of the lines of the Cartesian image that is produced as a result. The step-by-step advancement of the optics causes new lines to be lined up so that the overall picture is created.

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.The invention makes use of the fact that there are now high-speed digital image recorders that are able to record 1,000 images per second and generate corresponding image signals. Any readout window can be programmed. The invention now provides that the readout window is programmed in such a way that only output signals corresponding to a ring-shaped band on the inner surface of the cavity are generated essentially transversely to the direction of the stepwise advance of the optics, so that the information to be processed is already limited with the As a result, the subsequent processing units can work much faster and a piece-by-piece check can therefore be carried out in practice.

Um diese Stück-für-Stück-Prüfung technisch zu ermöglichen, sind erfindungsgemäß Mittel vorgesehen, die den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines kartesischen 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.In order to make this piece-by-piece check technically possible, means are provided according to the invention which analyze the image content of the lines of the Cartesian image and only allow the output signals to pass to the means for generating a Cartesian image if an adjustable limit value is exceeded. From an optical point of view, only the surface defects are displayed, whereby the surface defects that are to be displayed can be determined by setting the limit value. Of course, it is then also easily possible to evaluate these error signals and to separate out or mark the defective workpieces accordingly.

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.According to the invention, an illumination source for all-round illumination is fixed in the area of the optics. This eliminates the need for illumination via a light source which is arranged at a distance from the optics and whose light is guided, for example, through a light guide. Preferably, the illumination source is an LED light source. Conveniently, it is also a laser diode.

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 kartesischen Bildes und
  • 6 zeigt schematisch die Abwicklung der Innenfläche der Bohrung.
Based on the drawing, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
  • 1 shows a device according to the invention together with a workpiece,
  • 2 is an enlarged, compressed representation according to 1 ,
  • 3 schematically illustrates the recording surface of an image recorder,
  • 4 shows schematically the storage of a circular ring recorded by the image recorder,
  • 5 clarifies the formation of a Cartesian image and
  • 6 shows schematically the development of the inner surface of the bore.

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.The device according to 1 has an optical system 2 with an all-round view of 360°, so that it images a cylindrical inner surface 4 of a bore 6 in a workpiece 8 on an image recorder 10 . The optics 2 are located on a rod 12 which is moved by a feed drive 14 so as to move the optics 2 through the bore 6 in the axial direction. The cylindrical inner surface 4 is illuminated by a light source 16, which is a light-emitting diode or a high-power laser diode, which emits light continuously or in a pulsed manner. The output signal of the image recorder 10 arrives via a line 18 in an evaluation computer 20, the function of which is explained below.

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. 3 first shows the recording surface of the image recorder 10, which is programmed in such a way that a ring window 22 is open between an outer circular ring 24 and an inner circular ring 26, so that image signals are only generated by the image recorder 10 in the area of this ring window 22.

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 kartesischen 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. 4 clarifies how the evaluation computer 20 forms line strips 28 from 0° to 360° over the circumference of the cylindrical inner surface 4, which are stored one after the other in the vertical direction in the drawing, depending on the feed drive 14, so that within an in 5 Cartesian image surface 30 shown with corner points 32, 34, 36 and 38 are generated image signals that serve to display a development 40, as shown schematically in 6 is shown.

Anhand der Abwicklung 40 gemäß 6 ist eine visuelle Beurteilung der zylindrischen Innenfläche 4 der Bohrung 6 möglich. Durch eine nicht dargestellte Vorrichtung werden die Bildsignale gemäß 5 mit voreingestellten Grenzwerten verglichen und so nur solche Signale zur Erzeugung der Abwicklung 40 gemäß 6 durchgelassen, 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.Based on the settlement 40 according to 6 a visual assessment of the cylindrical inner surface 4 of the bore 6 is possible. By a device not shown, the image signals according to 5 compared to preset limits and so only those signals to generate the processing 40 according to 6 let through, the defects correspond to the corresponding quality. Such a background-free display simplifies visual inspection. However, it is also possible to electronically evaluate the signals corresponding to the defects in order to automatically reject defective workpieces.

Claims (5)

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück (8), mit einer Optik (2) mit Rundumblick von 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 des digitalen Bildaufnehmers (10) ein kartesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung (40) der Innenfläche des Hohlraums ist, wobei 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, wobei diese Ausgangssignale den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes bilden und wobei Mittel vorhanden sind, die den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines kartesischen Bildes durchlassen.Device for imaging the inner surface (4) of a cylindrical cavity in a workpiece (8), with an optic (2) with an all-round view of 360°, with means for advancing the optics (2) perpendicular to the plane of the all-round view, with a digital image recorder (10) with a flat image recording surface on which the all-round image recorded by the optics (2) is imaged and with means that generate a Cartesian image from the digital output signals of the digital image recorder (10), which is a development (40) of the inner surface of the cavity, the digital imager (10) having a matrix pixel array and a digital readout window (22) programmed to only output signals corresponding to an annular band on the inner surface (4) of the cavity in a plane substantially transverse to the direction of indexing the optics are generated these output signals form the image content of the lines of the Cartesian image and means are present which analyze the image content of the lines of the Cartesian image and only allow the output signals to pass to the means for generating a Cartesian image if an adjustable limit value is exceeded. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Optik (2) eine Lichtquelle zur Rundumbeleuchtung in Blickrichtung der Optik (2) fest angeordnet ist.device after claim 1 , characterized in that in the area of the optics (2) a light source for all-round illumination in the viewing direction of the optics (2) is fixed. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine LED-Lichtquelle ist.device after claim 2 , characterized in that the light source is an LED light source. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Laserdiode ist.device after claim 2 , characterized in that the light source is a laser diode. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Band aus einem einzelnen Ring besteht, der in der kartesischen Darstellung zu einer einzelnen Zeile führt.device after claim 1 , characterized in that the annular band consists of a single ring resulting in a single line in Cartesian representation.
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