DE102016113400A1

DE102016113400A1 - Bohrungsinspektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016113400A1
Application number: DE102016113400.7A
Authority: DE
Inventors: Raimund Volk
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: DE102016113400B4; DE102016113503A1

Abstract

Eine Bohrungsinspektionsvorrichtung 2 zum Inspizieren einer Bohrung 4 in einem Werkstück 6 weist einen als in die zu inspizierende Bohrung 4 einführbares und in unterschiedliche axiale Positionen relativ zu der Bohrung 4 bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf 8 auf, der eine Abbildungsoptik 10 mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung 4 aufweist, wobei die Abbildungsoptik 10 mit einem digitalen Bildsensor 12 in Bildübertragungsverbindung steht. Die Vorrichtung 2 weist ferner einen Speicher 14 zur Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes 8 aufgenommenen Bilder und eine Auswertungseinrichtung 16 zur Auswertung der in dem Speicher abgespeicherten Bilder auf. Erfindungsgemäß ist zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der Innenfläche der Bohrung 4 die Auswertungseinrichtung 16 für eine Ermittlung und Auswertung des Lichtfeldes der Innenfläche aus bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Abbildungsoptik aufgenommenen Bildern ausgebildet und eingerichtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrungsinspektionsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück.
Derartige Bohrungsinspektionsvorrichtungen, die auch als Innenprüfsensoren und nachfolgend auch kurz als Vorrichtungen bezeichnet werden, werden beispielsweise bei der Bohrungsinspektion in Kurbelgehäusen für Verbrennungsmotoren eingesetzt. Sie dienen dazu, die radiale Innenfläche der Bohrung abzubilden und anhand der Abbildung mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung daraufhin zu prüfen, ob sie vorbestimmten Anforderungen hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit genügt.
Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise durch WO 2009/003692 , DE 4416493 A1 , DE 4320845 C1 und DE 3232904 C2 bekannt.
Durch US 2010/0048995 A1 ist ein Abbildungssystem zur dreidimensionalen Abbildung des Inneren eines Objektes bekannt, das beispielsweise bei endoskopbasierten medizinischen Untersuchungen eingesetzt werden kann. Durch US 2014/0055982 A1 ist ein medizinisches Endoskop bekannt.
Durch DE 10 2004 045 808 A1 ist eine nach dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie arbeitende optische Messvorrichtung zur Vermessung von Flächen eines Messobjektes bekannt.
Durch DE 10131780 A1 ist eine interferometrische Messvorrichtung zur Formvermessung einer Fläche bekannt.
Durch DE 10 2009 019 459 B4 ist eine Bohrungsinspektionsvorrichtung der betreffenden Art zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück bekannt, die einen als die zu inspizierende Bohrung einführbares und in unterschiedliche axiale Positionen relativ zu der Bohrung bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf aufweist, der eine Abbildungsoptik mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung aufweist, wobei die Abbildungsoptik mit einem digitalen Bildaufnehmer in Bildübertragungsverbindung steht. Die bekannte Vorrichtung weist ferner einen Speicher zum Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes aufgenommenen Bilder und eine Auswertungseinrichtung zur Auswertung der in dem Speicher abgespeicherten Bilder auf. Die aus der Druckschrift bekannte Inspektionsvorrichtung ermöglicht auf schnelle und genaue Weise die Inspektion von Bohrungen.
Ähnliche Vorrichtungen sind auch durch DE 10 2007 031 358 A1 und DE 10 2008 009 975 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die im Hinblick auf die Detektion von Oberflächendefekten an der Innenwandung der Bohrung verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die bekannte Vorrichtung so zu modifizieren, dass sie zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der Innenfläche der Bohrung geeignet ist. Die Gewinnung von Oberflächentiefeninformation ist in dem erfindungsgemäßen Kontext deshalb bedeutsam, weil eine in einem Bild der Innenfläche festgehaltene und dadurch detektierte Anomalie der Oberfläche entweder eine Vertiefung oder eine Erhebung sein kann. Handelt es sich um eine Vertiefung, so liegt möglicherweise ein Oberflächendefekt vor, der das Werkstück, in dem sich die Bohrung befindet, unbrauchbar machen kann. Handelt es sich demgegenüber bei der Anomalie um eine Erhebung, so ist diese möglicherweise auf eine an der ansonsten einwandfreien Oberfläche anhaftende Verschmutzung zurückzuführen, die entfernt werden kann. Damit stellt die Oberflächentiefeninformation bei der Klassifizierung und Prüfung von Werkstücken, die mittels einer Bohrungsinspektionsvorrichtung inspiziert werden, eine wichtige Information dar.
Bei der Inspektion einer Bohrung wird der Messkopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung in die Bohrung eingeführt und in unterschiedliche axiale Positionen relativ zu der Bohrung bewegt. In den unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes werden Bilder aufgenommen, die gespeichert und in einer Auswertungseinrichtung ausgewertet werden. Durch Verwendung einer Abbildungsoptik mit Rundumsicht, also einer Abbildungsoptik, die über einen Winkel von 360 Grad in Umfangsrichtung die Innenfläche der Bohrung abbildet, kann erfindungsgemäß in jeder axialen Position des Messkopfes ein Bild auf den digitalen Bildaufnehmer abgebildet werden, das einer geschlossenen umlaufenden Mantellinie an der Innenfläche der Bohrung entspricht. In Axialrichtung kann diese Mantellinie linienförmig, also beispielsweise lediglich ein Pixel des Bildaufnehmers breit, oder breiter sein.
Während einer vollständigen Bewegung des Messkopfes durch die Bohrung wird damit die gesamte Innenfläche der Bohrung abgebildet, wobei die in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes aufgenommenen Bilder in einem Speicher abgespeichert und mittels einer Auswertungseinrichtung ausgewertet werden. Hierbei können die digitalen Ausgangssignale des Bildsensors insbesondere in ein kartesisches Bild umgewandelt werden, das eine Abwicklung der Innenfläche der Bohrung ist. In diesem Zusammenhang wird auf die DE 10 2007 031 358 A1 verwiesen. Das resultierende kartesische Bild kann dann zur Detektion von Anomalien an der Innenfläche der Bohrung durch bekannte Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung untersucht werden.
Die Erfindung macht sich hiervon ausgehend zunutze, dass entsprechend einem für die jeweilige Abbildungsoptik geltenden Betrachtungswinkelbereich während der axialen Bewegung des Messkopfes eine gegebene Oberflächenstelle Bilder unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgenommen werden. Mit anderen Worten ist jede Oberflächenstelle der Innenwandung in mehreren Bildern abgebildet, und zwar entsprechend der jeweiligen axialen Position des Messkopfes unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln.
Hiervon ausgehend sieht die Erfindung vor, dass zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der Innenfläche der Bohrung die Auswertungseinrichtung für eine Ermittlung und Auswertung des Lichtfeldes der Innenfläche aus bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Abbildungsoptik aufgenommenen Bildern ausgebildet und eingerichtet ist.
Hierbei geht die Erfindung von dem grundsätzlichen Funktionsprinzip einer Lichtfeldkamera (plenoptischen Kamera) aus, das darin besteht, dass für jeden Objektpunkt nicht nur die Intensität und Position des von diesem ausgehenden Lichtstrahls auf dem Bildsensor festgehalten wird, sondern auch die Richtung, unter der der Lichtstrahl auf den Bildsensor einfällt. Dies ist dadurch möglich, dass jeder Objektpunkt unter verschiedenen Betrachtungswinkeln abgebildet wird. Das Lichtfeld ist durch die bei Abbildung unter verschiedenen Betrachtungswinkeln ermittelten Daten definiert.
Bei einer Lichtfeldkamera wird die Abbildung jedes Objektpunktes unter verschiedenen Betrachtungswinkeln dadurch ermöglicht, dass vor dem Bildsensor ein Mikrolinsenarray angeordnet ist. Ein solches Mikrolinsenarray ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung grundsätzlich nicht erforderlich, weil ausgehend von einer Abbildungsoptik mit einem konstruktiv vorgegebenen Betrachtungswinkelbereich bezogen auf einen vorgegebenen Objektpunkt an der Innenfläche der Bohrung sich der Betrachtungswinkel, unter dem der Objektpunkt abgebildet wird, während der axialen Bewegung der Abbildungsoptik ohnehin ändert. Mithin wird beim axialen Durchfahren der Bohrung bzw. bei ihrer axialen Abtastung jede Oberflächenstelle an der Innenfläche der Bohrung unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln abgebildet, so dass die bei der axialen Abtastung aufgenommenen Bilddaten bereits die Informationen enthalten, die zur Ermittlung des Lichtfeldes der Innenfläche der Bohrung erforderlich sind.
Erfindungsgemäß wird aus diesen Bilddaten das Lichtfeld der Innenfläche der Bohrung ermittelt. Damit stehen für jede Oberflächenstelle an der Innenfläche der Bohrung die zur Ermittlung des Lichtfeldes erforderlichen Daten in den aufgenommenen Bilddaten bereits zur Verfügung.
Durch Auswertung des Lichtfeldes kann damit in der gewünschten Weise Oberflächentiefeninformation für jede gewünschte Oberflächenstelle an der Innenfläche der Bohrung gewonnen werden. Dabei kann das Lichtfeld für die gesamte Innenfläche der Bohrung ausgewertet werden, so dass im Ergebnis die vollständige Topologie der Innenfläche flächendeckend ermittelt werden kann. Es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, bei Detektion einer Anomalie die Oberflächentiefeninformation lediglich lokal im Bereich der Anomalie zu gewinnen, das Lichtfeld also lediglich lokal im Bereich der Anomalie auszuwerten. Dies spart Zeit bei der Auswertung.
Ein besonderer Vorteil des Lichtfeldverfahrens besteht darin, dass anhand der aufgenommenen Bilddaten nachträglich rechnerisch unterschiedliche Fokussierungen ausgeführt werden können. Hierbei kann anhand unterschiedlicher Fokussierungen für eine Oberflächenstelle festgestellt werden, bei welcher Fokussierung sich im resultierenden Bild der höchste Kontrast einstellt. Damit kann auf einfache Weise die gewünschte Oberflächentiefeninformation gewonnen werden.
Ein weiterer Vorteil des Lichtfeldverfahrens besteht darin, dass bei Bedarf Bilder mit großer Schärfentiefe erzeugt werden können.
Im Übrigen ist das Lichtfeldverfahren dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht weiter erläutert.
Die erfindungsgemäße Bohrungsinspektionsvorrichtung, die nachfolgend auch kurz als Vorrichtung bezeichnet wird, ermöglicht es damit nicht nur, die Innenfläche der Bohrung zur Detektion von Anomalien abzubilden, sondern darüber hinaus durch Auswertung der aus der Auswertung des Lichtfelds gewonnenen Oberflächentiefeninformation eine detektierte Anomalie dahingehend zu klassifizieren, ob es sich um eine Vertiefung oder eine Erhebung handelt. Gegenüber der bekannten Vorrichtung ist damit der Informationsgehalt des Inspektionsergebnisses in besonders praxisrelevanter Weise erweitert.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Oberflächentiefeninformation aus den während der axialen Bewegung des Messkopfes ohnehin aufgenommenen Bildern gewonnen wird, die Gewinnung der Oberflächentiefeninformation also keine zusätzliche Zeit benötigt. Dies ist im Sinne kurzer Taktzeiten bei der Inspektion von Bohrungen äußerst vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die bei Vorrichtungen der betreffenden Art ohnehin vorhandene Auswertungseinrichtung auf relativ einfache Weise im Hinblick auf eine 3D-Rekonstruktion erweitert werden kann.
Zweckmäßigerweise entsprechen dass die bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unterschiedlichen Betrachtungswinkel unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass dem Messkopf zur Einstellung unterschiedlicher axialer Positionen und damit vorzugsweise bezogen auf einer Oberflächenstelle der Innenwandung unterschiedlicher Betrachtungswinkel der Abbildungsoptik eine durch eine Steuerungseinrichtung ansteuerbare Vorschubeinrichtung zugeordnet ist. Die Vorschubeinrichtung kann für einen kontinuierlichen oder schrittweisen Vorschub des Messkopfes ausgebildet sind.
Eine relative Zuordnung eines aufgenommenen Bildes zu der jeweiligen axialen Position des Messkopfes in der Bohrung und damit zu dem zugehörigen Betrachtungswinkel der Abbildungsoptik kann bei Detektion einer Anomalie mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung durch einen Vergleich von nacheinander aufgenommen Bildern hergestellt werden. Um zur Erhöhung des Messgenauigkeit und zur Vermeidung von Fehlern bei der Auswertung von der exakten Position des Messkopfes relativ zu der Innenfläche auszugehen, sieht eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Steuerungseinrichtung der Auswertungseinrichtung die jeweilige axiale Position des Messkopfes repräsentierende Positionsdaten übermittelt zur Zuordnung der jeweiligen axialen Position des Messkopfes zu einem in dieser Position aufgenommenen Bild. Bei dieser Ausführungsform ist die Zuordnung einer axialen Position des Messkopfes und damit bezogen auf eine Oberflächenstelle des sich daraus ergebenden Betrachtungswinkels der Abbildungsoptik zu dem in dieser axialen Position aufgenommenen Bild auf exakte Weise möglich. Diese Ausführungsform trägt damit in besonderer Weise den Besonderheiten Rechnung, die sich aus der Anwendung des Lichtfeldverfahrens auf die Innenprüfung von Bohrungen ergeben.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines von der Abbildungsoptik erfassten Abbildungsbereiches an der Innenfläche der Bohrung in Hell- und/oder Dunkelfeldbeleuchtung vor. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung und der sich bei Beleuchtung in Hell- bzw. Dunkelfeldbeleuchtung ergebenden Möglichkeiten wird auf die DE 10 2008 009 975 A1 und die DE 2009 019 459 B4 Bezug genommen.
Eine andere außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswertungseinrichtung für eine Auswertung von bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Abbildungsoptik aufgenommenen Bildern nach dem TDI(Time Delay and Integration)-Verfahren ausgebildet und eingerichtet ist. Dieser Ausführungsform kommt in Kombination mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1, jedoch unabhängig von den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 eine eigenständige erfinderische Bedeutung zu. Das TDI-Verfahren beruht darauf, das resultierende Bildsignal einer Oberflächenstelle dadurch zu gewinnen, dass die Oberflächenstelle zeitlich aufeinanderfolgend mehrfach abgebildet wird und die resultierenden Sensorsignale jedes der betreffenden Pixel oder Zeile(n) aufintegriert werden. Mit anderen Worten werden für jeden beteiligten Fotodetektor des Bildsensors bei der zeitlich aufeinanderfolgenden Aufnahme mehrerer Bilder der jeweiligen Oberflächenstelle die sich ergebenden Ausgangssignale (Detektorspannung bzw. Detektorstrom) aufintegriert. Auf diese Weise ist der Signal/Rauschabstand des resultierenden Bildes wesentlich verbessert. Damit erlaubt diese Ausführungsform besonders hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten und/oder eine Bohrungsinspektion auch bei schwachen Beleuchtungsverhältnissen. Das TDI-Verfahren ist für sich genommen dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert.
Ein erfindungsgemäßes Bohrungsinspektionsverfahren zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück ist im Anspruch 7 angegeben. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass aus bezogen auf eine Oberflächenstelle der Innenfläche unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Abbildungsoptik aufgenommenen Bildern das Lichtfeld der Innenfläche ermittelt und zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der jeweiligen Oberflächenstelle ausgewertet wird. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile, wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsverfahrens sind in den Unteransprüchen 8 bis 11 angegeben.
Unter einer Bohrung wird im Kontext der Erfindung jedwede rotationssymmetrische oder im Wesentlichen rotationssymmetrische Ausnehmung in einem Werkstück verstanden, unabhängig davon, auf welchem Wege die Ausnehmung in das Werkstück eingebracht worden ist, beispielsweise durch Bohren oder mittels eines anderen spanenden Bearbeitungsverfahrens oder durch Einformen oder dergleichen. Unter einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Ausnehmung wird im Kontext der Erfindung verstanden, dass die Grundform der Ausnehmung rotationssymmetrisch ist, diese jedoch beispielsweise Nuten oder dergleichen enthalten kann. Unter einer rotationssymmetrischen Ausnehmung im Sinne der Erfindung werden naturgemäß auch Ausnehmungen verstanden, deren Grundform aufgrund von Anomalien von der Rotationssymmetrie abweicht.
Soweit im Kontext der Erfindung die Begriffe "axial" bzw. "Axialrichtung" verwendet werden, ist damit die Axialrichtung der Bohrung gemeint, die mit der durch die optische Achse der Abbildungsoptik definierten Axialrichtung der Abbildungsoptik zusammenfällt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der stark schematisiert ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung dargestellt ist. Dabei bilden alle in der Beschreibung beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung. Zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören auch Unterkombinationen des Anspruchs 1, bei denen einzelne oder mehrere Merkmale des Anspruchs 1 weggelassen oder durch andere Merkmale ersetzt sind.
Es zeigt:
1 stark schematisiert ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung und
2 stark schematisiert eine Umsetzung eines Mittels des digitalen Bildaufnehmers aufgenommenen Bildes in ein kartesisches Bild.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung 2 zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück 6 dargestellt, die einen als in die zu inspizierende Bohrung 4 einführbares und in unterschiedliche axiale Positionen relativ zu der Bohrung 4 bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf 8 aufweist, der eine Abbildungsoptik 10 mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung 4 aufweist. Die Abbildungsoptik steht mit einem digitalen Bildsensor 12 in Bildübertragungsverbindung. Die Vorrichtung 2 weist ferner einen Speicher 14 zur Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes 8 aufgenommenen Bilder auf, wobei der Speicher 14 mit dem digitalen Bildsensor 12 in Bildübertragungsverbindung steht.
Zur Auswertung der in dem Speicher 14 gespeicherten Bilder ist eine Auswertungseinrichtung 16 vorgesehen.
Um den Messkopf 8 in Axialrichtung der Bohrung 4 relativ zu derselben zu bewegen und den Messkopf 8 damit axial zu positionieren (Doppelpfeil 18), ist dem Messkopf 8 eine durch Steuerungseinrichtung 20 ansteuerbare Vorschubeinrichtung 22 vorgesehen.
Die Steuerungseinrichtung 20 steht mit der Auswertungseinrichtung 16 in Datenübertragungsverbindung und übermittelt der Auswertungseinrichtung 16 die jeweilige axiale Position des Messkopfes 8 zur Zuordnung der jeweiligen axialen Position des Messkopfes 8 zu einem in dieser Position aufgenommenen Bild.
Zur Beleuchtung eines von der Abbildungsoptik 10 erfassten Abbildungsbereiches an der Innenfläche der Bohrung 4 in Hell- und/oder Dunkelfeldbeleuchtung ist eine Beleuchtungseinrichtung 24 vorgesehen, die bei dem Ausführungsbeispiel eine ringförmige Lichtquelle, beispielsweise mit einer Mehrzahl von LEDs, aufweist. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung wird auf die DE 10 2008 009 975 A1 und die DE 10 2009 019 459 A1 Bezug genommen, die hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen werden.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wie folgt:
Zur Inspektion der Bohrung 4 wird der Messkopf 8 mit der Abbildungsoptik 10 in die Bohrung 4 eingeführt, wobei der Messkopf 8 mittels der Vorschubeinrichtung 22 in Richtung des Doppelpfeiles 18 axial positioniert wird.
Umlaufende Mantellinien an der Innenwandung der Bohrung 4 werden durch die Abbildungsoptik 10 mit Rundumsicht als Kreis auf den Bildaufnehmer 12 abgebildet.
In 2 ist die Sensorfläche symbolisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet. Mantellinien an unterschiedlichen Orten in z-Richtung des Bildaufnehmers 10 werden dabei unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln φ1 und φ2 abgebildet.
In 1 sind symbolisch zwei Mantellinien mit dem Bezugszeichen 28 und 30 bezeichnet. Den Betrachtungswinkelbereich der Abbildungsoptik 10 begrenzende Randstrahlen sind in 1 mit den Bezugszeichen 32, 34 bezeichnet.
In 1 ist oben rechts dargestellt, dass in der dargestellten Stellung des Messkopfes 8 die Mantellinie 28 unter dem Betrachtungswinkel φ1 und die Mantellinie 30 unter dem Betrachtungswinkel φ2 betrachtet wird.
Um ein komplettes Bild der Innenfläche der Bohrung 4 zu erhalten, wird der Messkopf 8 relativ zu der Bohrung 4 axial bewegt, wobei in bestimmten Abständen Bilder aufgenommen werden. Das Kamerabild wird jeweils kreisförmig ausgelesen und durch Polarkoordinatentransformation zeilenweise in ein kartesisches Bild überführt, wobei die so aufgenommenen Bilder in dem Speicher 14 abgespeichert werden.
In 2 ist symbolisch dargestellt, wie auf die Sensorfläche 26 des Bildaufnehmers 12 abgebildete Mantellinien 32, 34 in kartesische Bilder 36, 38 umgesetzt werden.
Nachdem der Messkopf 8 in Axialrichtung soweit in die Bohrung 4 eingeführt worden ist, dass diese in ihrer gesamten axialen Tiefe erfasst ist, stellen die in dem Speicher 14 gespeicherten Bilder die Innenfläche der Bohrung 4 in ihrer Gesamtheit dar.
Es ist ersichtlich, dass während der axialen Bewegung des Messkopfes 8 jede Oberflächenstelle der Innenwandung der Bohrung 4 zeitlich aufeinanderfolgend und entsprechend der jeweiligen axialen Position des Messkopfes 8 unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln betrachtet und abgebildet wird. Zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation werden die bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgenommenen Bilder nach dem Lichtfeldverfahren ausgewertet.
Aus den gespeicherten Bildern werden zur Detektion von Anomalien an der Innenfläche der Bohrung 4 Helligkeitsbilder erzeugt. Die Erfassung bzw. Auswertung der Helligkeitsbilder erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Erhöhung des Signal/Rauschabstandes mit dem TDI-Verfahren.
Falls anhand der Helligkeitsbilder eine Anomalie an der Innenwandung der Bohrung 4 festgestellt wird, so kann mittels der nach dem Lichtfeldverfahren gewonnenen Oberflächentiefeninformation festgestellt werden, ob es sich um eine Vertiefung und damit um einen Oberflächenfehler oder aber um eine Erhebung handelt, die möglicherweise auf eine Verschmutzung einer ansonsten einwandfreien Oberfläche zurückzuführen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen es daher, Anomalien nicht nur zu detektieren, sondern auch zu klassifizieren.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 und das erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Oberflächentiefeninformation aus den während eines Inspektionsdurchlaufes (vollständige axiale Abtastung der Bohrung) ohnehin aufgenommenen Bildern ermittelt wird. Die Gewinnung der Oberflächentiefeninformation erfordert daher keine Verlängerung der Inspektionsdauer.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind nicht nur für die Bohrungsinspektion, sondern bei entsprechender Modifikation beispielsweise auch für die Planflächenprüfung geeignet.
Soweit in den verschiedenen Figuren der Zeichnung aus Darstellungsgründen einzelne Bauteile weggelassen sind, so sind die betreffenden Bauteile in den anderen Figuren sinngemäß entsprechend zu ergänzen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele sind auch unter den Ausführungsbeispielen austauschbar, es können also die in Bezug auf ein Ausführungsbeispiel offenbarten Merkmale identisch oder sinnentsprechend auch bei den anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale bilden das jeweilige Ausführungsbeispiel jeweils für sich genommen weiter, also unabhängig von den weiteren Merkmalen dieses Ausführungsbeispiels.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/003692 [0003]
DE 4416493 A1 [0003]
DE 4320845 C1 [0003]
DE 3232904 C2 [0003]
US 2010/0048995 A1 [0004]
US 2014/0055982 A1 [0004]
DE 102004045808 A1 [0005]
DE 10131780 A1 [0006]
DE 102009019459 B4 [0007]
DE 102007031358 A1 [0008, 0013]
DE 102008009975 A1 [0008, 0028, 0041]
DE 2009019459 B4 [0028]
DE 102009019459 A1 [0041]

Claims

Bohrungsinspektionsvorrichtung (2) zum Inspizieren einer Bohrung (4) in einem Werkstück (6), mit einem als in die zu inspizierende Bohrung (4) einführbares und in unterschiedliche axiale Positionen relativ zu der Bohrung (4) bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf (8), der eine Abbildungsoptik (10) mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung (4) aufweist, wobei die Abbildungsoptik (10) die mit einem digitalen Bildsensor (12) in Bildübertragungsverbindung steht, mit einem Speicher (14) zur Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes (8) aufgenommenen Bilder und mit einer Auswertungseinrichtung (16) zur Auswertung der in dem Speicher abgespeicherten Bilder, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der Innenfläche der Bohrung (4) die Auswertungseinrichtung (16) für eine Ermittlung und Auswertung des Lichtfeldes der Innenfläche aus bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Abbildungsoptik (10) aufgenommenen Bildern ausgebildet und eingerichtet ist.
Bohrungsinspektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unterschiedlichen Betrachtungswinkel unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes (8) entsprechen.
Bohrungsinspektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messkopf (8) zur Einstellung unterschiedlicher axialer Positionen und vorzugsweise damit bezogen auf eine Oberflächenstelle der Innenwandung unterschiedlicher Betrachtungswinkel der Abbildungsoptik (12) eine durch eine Steuerungseinrichtung (20) ansteuerbare Vorschubeinrichtung (22) zugeordnet ist.
Bohrungsinspektionsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) der Auswertungseinrichtung (16) die jeweilige axiale Position des Messkopfes (8) repräsentierende Positionsdaten übermittelt zur Zuordnung der jeweiligen axialen Position des Messkopfes (8) zu einem in dieser Position aufgenommenen Bild.
Bohrungsinspektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung (24) zur Beleuchtung eines an von der Abbildungsoptik (10) erfassten Abbildungsbereiches an der Innenfläche der Bohrung (4) in Hell- und/oder Dunkelfeldbeleuchtung.
Bohrungsinspektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff eines der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (16) für eine Auswertung von bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Abbildungsoptik (10) aufgenommenen Bildern nach dem TDI(Time Delay and Integration)-Verfahren ausgebildet und eingerichtet ist.
Bohrungsinspektionsverfahren zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück, bei dem ein als Endoskop ausgebildeter Messkopf verwendet wird, der eine Abbildungsoptik mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung aufweist, wobei die Abbildungsoptik mit einem digitalen Bildaufnehmer in Bildübertragungsverbindung steht, wobei der Messkopf in die Bohrung eingeführt und in unterschiedliche axiale Positionen bewegt wird, bei dem in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes mittels des digitalen Bildaufnehmers Bilder der Innenfläche aufgenommen werden, bei dem die in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes aufgenommenen Bilder in einem Speicher abgespeichert werden und bei dem die in dem Speicher abgespeicherten Bilder mittels einer Auswertungseinrichtung ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus bezogen auf eine Oberflächenstelle der Innenfläche unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Abbildungsoptik aufgenommenen Bildern das Lichtfeld der Innenfläche ermittelt und zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der jeweiligen Oberflächenstelle ausgewertet wird.
Bohrungsinspektionsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unterschiedlichen Betrachtungswinkel unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes entsprechen.
Bohrungsinspektionsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf zur Einstellung unterschiedlicher axialer Positionen und vorzugsweise damit bezogen auf eine Oberflächenstelle der Innenwandung unterschiedlicher Betrachtungswinkel der Abbildungsoptik mittels einer durch eine Steuerungseinrichtung ansteuerbaren Vorschubeinrichtung bewegt wird.
Bohrungsinspektionsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuerungseinrichtung die jeweilige axiale Position des Messkopfes repräsentierende Positionsdaten an die Auswertungseinrichtung übermittelt werden zur Zuordnung der jeweiligen axialen Position des Messkopfes zu einem in dieser Position aufgenommenen Bild.
Bohrungsinspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Abbildungsoptik erfasster Abbildungsbereich an der Innenfläche der Bohrung mittels einer Beleuchtungseinrichtung in Hell- und/oder Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet wird.
Bohrungsinspektionsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 oder nach dem Oberbegriff eines der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Abbildungsoptik (10) aufgenommenen Bilder ausgewertet nach dem TDI(Time Delay and Integration)-Verfahren ausgewertet werden.