DE102017111819B4

DE102017111819B4 - Bore inspection device

Info

Publication number: DE102017111819B4
Application number: DE102017111819.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Schwarzer
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2021-07-22
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: DE102017111819A1

Abstract

Bohrungsinspektionsvorrichtung (2) zum Inspizieren einer Innenwandung einer Bohrung (4) in einem Werkstück (6),mit einem als in die zu inspizierende Bohrung (4) einführbares und in unterschiedliche Positionen relativ zu der Bohrung (4) bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf (8), der eine optische Abbildungsanordnung (9) mit einer Abbildungsoptik (10) mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung (4) aufweist,wobei die Abbildungsoptik (10) mit einem digitalen Bildaufnehmer (12) in Bildübertragungsverbindung steht,mit einem Speicher (14) zur Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes (8) aufgenommenen Bilder undmit einer Auswertungseinrichtung (16) zur Auswertung der in dem Speicher abgespeicherten Bilder,wobei zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der Innenfläche der Bohrung (4) die Auswertungseinrichtung (16) für eine Auswertung von bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln der Abbildungsoptik (10) aufgenommenen Bildern mit einem 3D-Rekonstruktionsverfahren ausgebildet und eingerichtet ist,dadurch gekennzeichnet,dass die optische Abbildungsanordnung (9) derart ausgebildet ist, dass eine zu untersuchende Oberflächenstelle (X) an der Innenwandung der Bohrung (4) gleichzeitig unter wenigstens zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln (phi1, phi2) von der Abbildungsoptik (10) erfassbar ist oder erfasst wird.Bore inspection device (2) for inspecting an inner wall of a bore (4) in a workpiece (6), with an endoscope designed as an endoscope (8) which can be introduced into the bore (4) to be inspected and moved into different positions relative to the bore (4) which has an optical imaging arrangement (9) with imaging optics (10) with all-round visibility for imaging the inner surface of the bore (4), the imaging optics (10) being in image transmission connection with a digital image recorder (12), with a memory (14) for storing the images recorded in different axial positions of the measuring head (8) and with an evaluation device (16) for evaluating the images stored in the memory, with the evaluation device (16) for an evaluation of based on the respective surface point at different viewing angles of the figure soptik (10) is designed and set up with a 3D reconstruction method, characterized in that the optical imaging arrangement (9) is designed such that a surface point (X) to be examined on the inner wall of the bore (4) is simultaneously under at least two different viewing angles (phi1, phi2) can be detected or is detected by the imaging optics (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrungsinspektionsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück.The invention relates to a bore inspection device of the type mentioned in the preamble of claim 1 for inspecting a bore in a workpiece.

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.Bore inspection devices, which are also referred to as internal inspection sensors and hereinafter also referred to as devices for short, are used, for example, for bore inspection in crankcases for internal combustion engines. They are used to map the radial inner surface of the bore and to use the mapping with image processing and pattern recognition methods to check whether it meets predetermined requirements in terms of surface quality.

Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise durch WO 2009/003692 A1 , DE 4416493 A1 , DE 4320845 C1 und DE 3232904 C2 bekannt.Corresponding devices are for example by WO 2009/003692 A1 , DE 4416493 A1 , DE 4320845 C1 and DE 3232904 C2 famous.

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. By US 2010/0048995 A1 an imaging system for three-dimensional imaging of the interior of an object is known which can be used, for example, in endoscope-based medical examinations.

Durch US 2014/0055982 A1 ist ein medizinisches Endoskop bekannt.By US 2014/0055982 A1 a medical endoscope is known.

Durch DE 10 2004 045 808 A1 ist eine nach dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie arbeitende optische Messvorrichtung zur Vermessung von Flächen eines Messobjektes bekannt.By DE 10 2004 045 808 A1 an optical measuring device operating on the principle of white light interferometry for measuring surfaces of a measuring object is known.

Durch DE 10131780 A1 ist eine interferometrische Messvorrichtung zur Formvermessung einer Fläche bekannt.By DE 10131780 A1 an interferometric measuring device for measuring the shape of a surface is known.

Durch DE 10 2009 019 459 A1 ist eine Bohrungsinspektionsvorrichtung 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 aus der Druckschrift 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.By DE 10 2009 019 459 A1 A bore inspection device for inspecting a bore in a workpiece is known, which has a measuring head which can be introduced as the bore to be inspected and which can be moved into different axial positions relative to the bore and which has imaging optics with all-round visibility for imaging the inner surface of the bore, the Imaging optics is in image transmission connection with a digital image recorder. The device known from the publication also has a memory for storing the images recorded in different axial positions of the measuring head and an evaluation device for evaluating the images stored in the memory. The inspection device known from the publication enables boreholes to be inspected quickly and accurately.

Ähnliche Vorrichtungen sind auch durch DE 10 2007 031 358 A1 und DE 10 2008 009 975 A1 bekannt.Similar devices are also through DE 10 2007 031 358 A1 and DE 10 2008 009 975 A1 famous.

Durch DE 10 2017 109 128 A1 ist ein Endoskop bekannt, bei dem eine Projektionsoptik einen Projektionskanal und eine Abbildungsoptik einen Abbildungskanal definiert, wobei an distalen Enden des Projektionskanals und des Abbildungskanals jeweils eine Strahlumlenkeinrichtung ausgebildet ist, mit der Lichtstrahlen derart ablenkbar sind, dass zwischen einem ausgehenden Projektionsstrahl und einem einfallenden Abbildungsstrahl ein Triangulationswinkel gebildet ist.By DE 10 2017 109 128 A1 An endoscope is known in which projection optics define a projection channel and imaging optics define an imaging channel, with a beam deflecting device being formed at each distal end of the projection channel and the imaging channel, with which light beams can be deflected in such a way that between an outgoing projection beam and an incident imaging beam Triangulation angle is formed.

Durch DE 10 2015 010 225 A1 ist eine Bohrungsinspektionsvorrichtung der betreffenden Art zum Inspizieren einer Innenwandung einer Bohrung in einem Werkstück bekannt, die einen als die zu inspizierende Bohrung einführbares und in unterschiedliche Positionen relativ zu der Bohrung bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf aufweist, der eine optische Abbildungsanordnung mit einer Abbildungsoptik mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung aufweist. Die Abbildungsoptik steht mit einem digitalen Bildaufnehmer in Bildübertragungsverbindung. Ein Speicher dient zur Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes aufgenommenen Bilder, und zur Auswertung der in dem Speicher abgespeicherten Bilder ist eine Auswertungseinrichtung vorgesehen. Zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformationen der Innenfläche der Bohrung ist die Auswertungseinrichtung für eine Auswertung von bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln der Abbildungsoptik aufgenommenen Bildern mit dem Stereotriangulationsverfahren ausgebildet und eingerichtet.By DE 10 2015 010 225 A1 A bore inspection device of the relevant type for inspecting an inner wall of a bore in a workpiece is known, which has a measuring head which can be introduced as the bore to be inspected and which can be moved into different positions relative to the bore and which has an optical imaging arrangement with imaging optics with all-round visibility for imaging the inner surface of the bore. The imaging optics are in image transmission connection with a digital image recorder. A memory is used to store the images recorded in different axial positions of the measuring head, and an evaluation device is provided for evaluating the images stored in the memory. In order to obtain surface depth information on the inner surface of the bore, the evaluation device is designed and set up for evaluating images recorded at different viewing angles of the imaging optics in relation to the respective surface location using the stereo triangulation method.

Die aus der Druckschrift bekannte Vorrichtung ermöglicht es damit, bei der Inspektion einer Bohrung Oberflächentiefeninformationen zu gewinnen, so dass an der Innenfläche der Bohrung detektierte Anomalien nicht nur erkannt, sondern dahingehend klassifiziert werden können, ob es sich um Erhebungen oder Vertiefungen handelt.The device known from the publication thus enables surface depth information to be obtained when inspecting a borehole, so that anomalies detected on the inner surface of the borehole can not only be recognized but also classified according to whether they are elevations or depressions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die im Hinblick auf die Abbildungsqualität noch weiter verbessert ist.The invention is based on the object of specifying a device of the type mentioned in the preamble of claim 1, which is even further improved with regard to the image quality.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention specified in claim 1.

Erfindungsgemäß ist die optische Abbildungsanordnung derart ausgebildet, dass eine zu untersuchende Oberflächenstelle an der Innenwandung der Bohrung gleichzeitig unter wenigstens zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln der Abbildungsoptik erfassbar ist oder erfasst wird.According to the invention, the optical imaging arrangement is designed in such a way that a surface point to be examined on the inner wall of the bore is simultaneously under at least two different viewing angles of the imaging optics can be detected or is detected.

Während bei dem Verfahren gemäß DE 10 2015 010 225 A1 also Bilder derselben Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln (Betrachtungswinkeln) dadurch gewonnen werden, dass der Messkopf relativ zu der Bohrung bewegt wird, werden erfindungsgemäß Bilder der betreffenden Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln in derselben Position des Messkopfes gleichzeitig gewonnen. Erfindungsgemäß wird die zu untersuchende Oberflächenstelle also gleichzeitig unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln beobachtet. Zur Durchführung beispielsweise eines Stereotriangulationsverfahrens bezogen auf eine axiale Oberflächenstelle an der Innenwandung der Bohrung ist daher eine Bewegung des Messkopfes nicht erforderlich.While in the procedure according to DE 10 2015 010 225 A1 that is, images of the same surface point at different viewing angles (viewing angles) are obtained by moving the measuring head relative to the bore, according to the invention, images of the relevant surface point are simultaneously obtained at different viewing angles in the same position of the measuring head. According to the invention, the surface point to be examined is thus observed simultaneously from at least two observation angles. To carry out, for example, a stereo triangulation method based on an axial surface point on the inner wall of the bore, movement of the measuring head is therefore not necessary.

Im Sinne einer möglichst hohen Abbildungsqualität ist es wünschenswert, dass die zu untersuchende Oberflächenstelle möglichst homogen ausgeleuchtet wird. In diesem Sinne ist es vorteilhaft, dass die Erfassung der jeweils zu untersuchenden Oberflächenstelle erfindungsgemäß gleichzeitig unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln erfolgt. Helligkeitsunterschiede, wie sie bei einer Bewegung des Messkopfes relativ zu der zu untersuchenden Bohrung auftreten können, sind dadurch vermieden.In terms of the highest possible image quality, it is desirable that the surface point to be examined is illuminated as homogeneously as possible. In this sense, it is advantageous that, according to the invention, the respective surface point to be examined is detected simultaneously from at least two observation angles. Differences in brightness, such as can occur when the measuring head moves relative to the bore to be examined, are thereby avoided.

Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, eine Auswertung nach dem Stereotriangulationsverfahren optimiert umzusetzen. Für die Optimierung sind insbesondere die Beobachtungswinkel (erster Beobachtungswinkel phi1 und zweiter Beobachtungswinkel phi2) von Bedeutung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Winkel symmetrisch sind, also der erste Beobachtungswinkel phi1 gleich oder annähernd gleich dem zweiten Beobachtungswinkel phi2 ist, und die Winkel bezogen auf die Normale zur Bohrungsinnenwand (und damit zur optischen Achse der Abbildungsoptik) unterschiedliche Vorzeichen haben. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Winkeldifferenz Δphi = phi2 - phi1 möglichst groß zu wählen. Beispielsweise und insbesondere kann die Winkeldifferenz wenigstens 5 Grad betragen.The invention makes it possible in particular to implement an evaluation according to the stereo triangulation method in an optimized manner. The observation angles (first observation angle phi1 and second observation angle phi2) are particularly important for the optimization. It is advantageous if the angles are symmetrical, i.e. the first observation angle phi1 is equal to or approximately the same as the second observation angle phi2, and the angles have different signs relative to the normal to the inner wall of the bore (and thus to the optical axis of the imaging optics). Furthermore, it is advantageous to choose the angle difference Δphi = phi2-phi1 as large as possible. For example and in particular, the angle difference can be at least 5 degrees.

Erfindungsgemäß ist es insbesondere auch möglich, eine Differenz zwischen einer ersten Weglänge, die das Licht unter dem ersten Beobachtungswinkel von der Innenwandung der Bohrung zu der Abbildungsoptik zurücklegt, und einer zweiten Weglänge, die das Licht von der Innenwandung der Bohrung zu der Abbildungsoptik zurücklegt, möglichst gering zu halten. Dadurch haben die beiden Stereobilder, also die unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln ausgenommenen Bilder, eine gleiche oder zumindest ähnliche Tiefenschärfe, was die Abbildungsqualität weiter verbessert und die Auswertung erleichtert.According to the invention, it is in particular also possible to determine a difference between a first path length that the light travels at the first observation angle from the inner wall of the bore to the imaging optics, and a second path length that the light travels from the inner wall of the bore to the imaging optics to keep it low. As a result, the two stereo images, that is to say the images taken at different viewing angles, have the same or at least a similar depth of field, which further improves the image quality and facilitates the evaluation.

Im Ergebnis verbessert die Erfindung die Auswertung von unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgenommenen Stereobildern, insbesondere nach dem Stereotriangulationsverfahren, auf geschickte und einfache Weise, wodurch die Abbildungsqualität gegenüber der bekannten Vorrichtung nochmals verbessert ist. Dies stellt bei der Bohrungsinspektion einen erheblichen Fortschritt dar.As a result, the invention improves the evaluation of stereo images recorded at different viewing angles, in particular according to the stereo triangulation method, in a clever and simple manner, whereby the image quality is further improved compared to the known device. This represents a significant advance in well inspection.

Der erfinderische Grundgedanke, die optische Abbildungsanordnung derart zu gestalten bzw. ihren Abbildungsstrahlengang derart zu wählen, dass eine zu untersuchende Oberfläche an der Innenwandung der Bohrung gleichzeitig unter wenigstens zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln von der Abbildungsoptik erfassbar ist oder erfasst wird, kann auf verschiedene Weise umgesetzt werden. Um den erfindungsgemäßen Grundgedanken mit besonders geringem Hardwareaufwand umzusetzen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die optische Abbildungsanordnung wenigstens ein lichtlenkendes optisches Element aufweist, das derart im Abbildungsstrahlengang angeordnet ist, dass eine zu untersuchende Oberflächenstelle an der Innenwandung der Bohrung gleichzeitig unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln (phi1, phi2) von der Abbildungsoptik erfassbar ist oder erfasst wird.The inventive basic idea of designing the optical imaging arrangement or selecting its imaging beam path in such a way that a surface to be examined on the inner wall of the bore can be or is detected simultaneously by the imaging optics from at least two different observation angles can be implemented in various ways. In order to implement the basic idea according to the invention with particularly little hardware expenditure, an advantageous development of the invention provides that the optical imaging arrangement has at least one light-directing optical element which is arranged in the imaging beam path in such a way that a surface point to be examined on the inner wall of the bore is simultaneously below at least two Observation angles (phi1, phi2) can be detected or is detected by the imaging optics.

Dabei ist zweckmäßigerweise wenigstens ein lichtlenkendes optisches Element derart in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet, dass der einem ersten Beobachtungswinkel phi1 zugeordnete erste optische Weg des Lichts direkt von der zu untersuchenden Oberflächenstelle zu der Abbildungsoptik und der einem zweiten Beobachtungswinkel phi2 zugeordnete zweite optische Weg des Lichts indirekt über das lichtlenkende Element von der zu untersuchenden Oberflächenstelle zu der Abbildungsoptik verläuft. Auf diese Weise kann eine Differenz zwischen den Weglängen des ersten optischen Wegs und des zweiten optischen Wegs verringert werden. Dadurch ist erreicht, dass die aufgenommenen Stereobilder eine gleiche oder zumindest ähnliche Tiefenschärfe haben.At least one light-directing optical element is expediently arranged in the imaging beam path in such a way that the first optical path of the light assigned to a first observation angle phi1 directly from the surface point to be examined to the imaging optics and the second optical path of the light assigned to a second observation angle phi2 indirectly via the light-directing element runs from the surface point to be examined to the imaging optics. In this way, a difference between the path lengths of the first optical path and the second optical path can be reduced. This ensures that the recorded stereo images have the same or at least a similar depth of field.

Um die Abbildungsqualität weiter zu verbessern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass wenigstens ein lichtlenkendes Element derart in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet ist, dass der erste Beobachtungswinkel phi1 gleich oder annähernd gleich dem zweiten Beobachtungswinkel phi2 ist.In order to further improve the imaging quality, an advantageous development of the invention provides that at least one light-directing element is arranged in the imaging beam path in such a way that the first viewing angle phi1 is equal to or approximately equal to the second viewing angle phi2.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung haben der erste Beobachtungswinkel phi1 und der zweite Beobachtungswinkel phi2 bezogen auf eine Normale auf die optische Achse vorzugsweise unterschiedliche Vorzeichen, so dass die zu erfassende Oberflächenstelle bezogen auf eine vertikale Anordnung des Messkopfes in der Bohrung während der Messung einmal von „oben“ und einmal von „unten“ betrachtet bzw. beobachtet wird.According to another advantageous development of the invention, the first observation angle phi1 and the second observation angle phi2 preferably have different signs in relation to a normal to the optical axis, so that the surface point to be detected in relation to a vertical arrangement of the measuring head in the Borehole is viewed or observed once from "above" and once from "below" during the measurement.

Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich auch ausreichend, wenn ein einzelnes lichtlenkendes Element verwendet wird. Um die Weglängendifferenz zwischen dem ersten optischen Weg und dem zweiten optischen Weg weiter zu verringern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass zwei in Axialrichtung der optischen Achse der Abbildungsoptik zueinander beabstandete lichtlenkende optische Elemente vorgesehen sind, von denen eines dem ersten Beobachtungswinkel und das andere dem zweiten Beobachtungswinkel zugeordnet ist, derart, dass der dem ersten Beobachtungswinkel phi1 zugeordnete erste Weg des Lichts von der zu untersuchenden Oberflächenstelle indirekt über eines der lichtlenkenden Elemente zu der Abbildungsoptik und der dem zweiten Beobachtungswinkel phi2 zugeordnete zweite Weg des Lichts indirekt über das andere lichtlenkende Element von der zu untersuchenden Oberflächenstelle zu der Abbildungsoptik verläuft.According to the invention, it is basically also sufficient if a single light-directing element is used. In order to further reduce the path length difference between the first optical path and the second optical path, an advantageous development of the invention provides that two light-directing optical elements are provided which are spaced apart from one another in the axial direction of the optical axis of the imaging optics, one of which is the first observation angle and the other other is assigned to the second observation angle, in such a way that the first path of the light assigned to the first observation angle phi1 indirectly via one of the light-directing elements to the imaging optics and the second path of light assigned to the second observation angle phi2 indirectly via the other light-directing element Element runs from the surface point to be examined to the imaging optics.

Bei den Ausführungsformen mit dem lichtlenkenden Element kann dieses an beliebiger geeigneter Stelle in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet und auf beliebige geeignete Weise an dem Messkopf angeordnet bzw. befestigt sein. Im Sinne eines einfachen und kompakten Aufbaus sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass wenigstens ein lichtlenkendes Element an der Abbildungsoptik angeordnet bzw. befestigt ist.In the embodiments with the light-directing element, this can be arranged at any suitable point in the imaging beam path and arranged or attached to the measuring head in any suitable manner. In terms of a simple and compact structure, an advantageous development of the invention provides that at least one light-directing element is arranged or attached to the imaging optics.

Bei der vorgenannten Ausführungsform kann wenigstens ein lichtlenkendes optisches Element an einer Frontlinse der Abbildungsoptik befestigt sein, wie dies für sich genommen aus EP 2 589 953 A2 bekannt ist.In the aforementioned embodiment, at least one light-directing optical element can be attached to a front lens of the imaging optics, as is the case in itself EP 2 589 953 A2 is known.

Erfindungsgemäß können beliebige lichtlenkende Elemente verwendet werden, die geeignet sind, im Sinne des Grundgedankens der Erfindung eine gleichzeitige Beobachtung der zu untersuchenden Oberflächenstelle unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln zu ermöglichen. Beispielsweise können als lichtlenkende Elemente Linsen verwendet werden. Um das lichtlenkende Element besonders einfach zu gestalten, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass wenigstens ein lichtlenkendes Element ein Spiegel ist.According to the invention, any light-directing elements can be used which are suitable in the sense of the basic idea of the invention to enable simultaneous observation of the surface point to be examined from at least two observation angles. For example, lenses can be used as light-directing elements. In order to make the light-directing element particularly simple, an advantageous development of the invention provides that at least one light-directing element is a mirror.

Bei der vorgenannten Ausführungsform kann wenigstens ein Spiegel ein Planspiegel sein, wie es eine vorteilhafte Weiterbildung vorsieht. Entsprechende Planspiegel stehen als relativ einfache und kostengünstige Standardbauteile zur Verfügung und verteuern die Herstellung der erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung nicht in nennenswertem Maße.In the aforementioned embodiment, at least one mirror can be a plane mirror, as is provided by an advantageous further development. Corresponding plane mirrors are available as relatively simple and inexpensive standard components and do not make the production of the bore inspection device according to the invention significantly more expensive.

Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswertungseinrichtung für eine Auswertung der bezogen auf eine Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln aufgenommenen Bilder mit dem Stereotriangulationsverfahren ausgebildet und eingerichtet ist, wie dies für sich genommen aus der DE 10 2015 010 225 A1 bekannt ist.An extraordinarily advantageous development of the invention provides that the evaluation device is designed and set up for evaluating the images recorded in relation to a surface point at different observation angles using the stereo triangulation method, as is taken from FIG DE 10 2015 010 225 A1 is known.

Um einen Vorschub in Axialrichtung der Rotationssymmetrieachse einer zu untersuchenden Bohrung und damit in Axialrichtung der optischen Achse der Abbildungsoptik zu bewirken, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass dem Messkopf eine durch eine Steuerungseinrichtung ansteuerbare Vorschubeinrichtung zugeordnet ist.In order to effect a feed in the axial direction of the rotational symmetry axis of a bore to be examined and thus in the axial direction of the optical axis of the imaging optics, another advantageous development of the invention provides that the measuring head is assigned a feed device controllable by a control device.

Bei der vorgenannten Ausführungsform übermittelt die Steuerungseinrichtung zweckmäßigerweise der Auswertungseinrichtung die jeweilige axiale Position des Messkopfes repräsentierende Positionsdaten zur Zuordnung der jeweiligen axialen Position des Messkopfes zu den in dieser Position aufgenommenen Bildern.In the aforementioned embodiment, the control device expediently transmits position data representing the respective axial position of the measuring head to the evaluation device for assigning the respective axial position of the measuring head to the images recorded in this position.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines an von der Abbildungsoptik erfassten Abbildungsbereiches an der Innenfläche der Bohrung in Hell- oder Dunkelfeldbeleuchtung vor. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann erfindungsgemäß in Hellfeldbeleuchtung oder Dunkelfeldbeleuchtung gearbeitet werden. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, zwischen einer Hellfeld- und einer Dunkelfeldbeleuchtung zu wechseln, wie dies aus der DE 10 2008 009 975 A1 bekannt ist.Another advantageous development of the invention provides an illumination device for illuminating an imaging area on the inner surface of the bore that is captured by the imaging optics in bright or dark field illumination. According to the invention, bright-field lighting or dark-field lighting can be used, depending on the respective requirements. According to the invention, however, it is also possible to switch between bright-field and dark-field lighting, as shown in FIG DE 10 2008 009 975 A1 is known.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung zweckmäßigerweise für eine Beleuchtung der zu untersuchenden Oberflächenstelle sowohl aus Richtung des proximalseitigen Endes des Messkopfes als auch aus Richtung des distalseitigen Endes des Messkopfes ausgebildet, wie dies eine andere Weiterbildung vorsieht. Auf diese Weise ist die Homogenität der Beleuchtung verbessert. Unter dem distalseitigen Ende des Messkopfes wird das bezogen auf das Einführen des Messkopfes in eine Bohrung in Einführrichtung vordere Ende des Messkopfes verstanden, während unter dem proximalseitigen Ende das in Einführrichtung hintere Ende verstanden wird.In the aforementioned embodiment, the lighting device is expediently designed to illuminate the surface point to be examined both from the direction of the proximal end of the measuring head and from the direction of the distal end of the measuring head, as another development provides. In this way, the homogeneity of the lighting is improved. The distal end of the measuring head is understood to mean the front end of the measuring head in relation to the insertion of the measuring head into a bore in the insertion direction, while the proximal end is understood to mean the rear end in the insertion direction.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die Beleuchtungseinrichtung für eine Beleuchtung entlang eines von der Abbildungsoptik erfassten ringförmigen Bandes an der Innenfläche der Bohrung ausgebildet.According to another advantageous development, the lighting device is designed for lighting along an annular band detected by the imaging optics on the inner surface of the bore.

Sofern im Kontext der Erfindung von „einer“ zu untersuchenden Oberflächenstelle an der Innenwandung der Bohrung die Rede ist, so ist dies auf die Axialrichtung der Bohrung bezogen, und es versteht sich von selbst, dass der Abbildungsvorgang entsprechend dem Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens, gleichzeitig ein ringförmiges Band an der Innenwandung der Bohrung zu erfassen und abzubilden, gleichzeitig für eine Vielzahl von Oberflächenstellen entlang des in Umfangsrichtung der Bohrung verlaufenden ringförmigen Bandes stattfindet.If, in the context of the invention, there is talk of “a” surface point to be examined on the inner wall of the bore, this relates to the axial direction of the bore, and it goes without saying that the imaging process according to the basic principle of the method according to the invention, simultaneously to detect and map annular band on the inner wall of the bore, takes place simultaneously for a plurality of surface locations along the circumferential direction of the bore annular band.

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.In the context of the invention, a bore is understood to mean any rotationally symmetrical or essentially rotationally symmetrical recess in a workpiece, regardless of the way in which the recess was made in the workpiece, for example by drilling or by means of another machining process or by molding or the like. In the context of the invention, an essentially rotationally symmetrical recess is understood to mean that the basic shape of the recess is rotationally symmetrical, but that it can contain, for example, grooves or the like. A rotationally symmetrical recess within the meaning of the invention is naturally also understood to mean recesses whose basic shape deviates from the rotational symmetry due to anomalies.

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 optischen Achse der Abbildungsoptik zusammenfällt.Insofar as the terms “axial” or “axial direction” are used in the context of the invention, this means the axial direction of the bore which coincides with the axial direction of the optical axis of the imaging optics defined by the optical axis of the imaging optics.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der stark schematisiert Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung dargestellt ist. Zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören auch Unterkombinationen des Anspruchs 1 und der Unteransprüche, bei denen einzelne oder mehrere Merkmale des jeweiligen Anspruchs weggelassen oder durch andere Merkmale ersetzt sind.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which exemplary embodiments of a bore inspection device according to the invention are shown in a highly schematic manner. The disclosure content of the present application also includes sub-combinations of claim 1 and the subclaims in which individual or several features of the respective claim are omitted or replaced by other features.

Es zeigt:

1 stark schematisiert als Illustrationsbeispiel eine Bohrungsinspektionsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik
2 stark schematisiert eine Umsetzung eines mittels eines digitalen Bildaufnehmers der Vorrichtung gemäß 1 aufgenommenen Bildes in ein kartesisches Bild,
3 eine Prinzipdarstellung zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips eines Stereotriangulationsverfahrens,
4 in zu 1 ähnlicher Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
5 in gleicher Darstellung wie 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

It shows:

1 highly schematized as an illustrative example, a borehole inspection device according to the prior art
2 an implementation of a digital image recorder of the device according to FIG 1 recorded image into a Cartesian image,
3 a schematic diagram to clarify the functional principle of a stereo triangulation method,
4th in to 1 similar representation a first embodiment of a device according to the invention and
5 in the same representation as 4th a second embodiment of a device according to the invention.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung und den verschiedenen Illustrations- und Ausführungsbeispielen sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Soweit in den Figuren der Zeichnung aus Darstellungs- bzw. Veranschaulichungsgründen Bauteile weggelassen sind, sind die betreffenden Bauteile jeweils in anderen Figuren sinnentsprechend zu ergänzen.In the various figures of the drawing and in the various illustrative and exemplary embodiments, the same or corresponding components are provided with the same reference symbols. Insofar as components are omitted from the figures of the drawing for reasons of illustration or illustration, the relevant components are to be supplemented accordingly in other figures.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass sowohl die Merkmale des Illustrationsbeispiels mit den Merkmalen der Ausführungsbeispiele als auch die Merkmale der Ausführungsbeispiele austauschbar bzw. kombinierbar sind, also die in Bezug auf ein Ausführungs- oder Illustrationsbeispiel offenbarten Merkmale identisch oder sinnentsprechend auch bei den anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein können. Es ist für den Fachmann ferner ersichtlich, dass die zu den Ausführungsbeispielen jeweils offenbarten einzelnen Merkmale die Erfindung jeweils für sich genommen weiterbilden, also unabhängig von den weiteren Merkmalen des jeweiligen Ausführungsbeispiels.It is evident to the person skilled in the art that both the features of the illustrative example with the features of the exemplary embodiments and the features of the exemplary embodiments can be interchanged or combined, that is, the features disclosed in relation to an exemplary embodiment or illustrative example are identical or correspondingly also in the other exemplary embodiments can be provided. It is also apparent to a person skilled in the art that the individual features disclosed in each case for the exemplary embodiments further develop the invention in each case, that is to say independently of the further features of the respective exemplary embodiment.

In 1 ist eine Bohrungsinspektionsvorrichtung 2 gemäß dem Stand der Technik ( DE 10 2015 010 225 A1 ) 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 optische Abbildungsanordnung 9 mit einer Abbildungsoptik 10 mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung 4 aufweist. Die Abbildungsoptik steht mit einem digitalen Bildaufnehmer 12 in Bildübertragungsverbindung.In 1 is a well inspection device 2 according to the state of the art ( DE 10 2015 010 225 A1 ) to inspect a hole in a workpiece 6th shown, the one as in the hole to be inspected 4th insertable and in different axial positions relative to the bore 4th movable endoscope trained measuring head 8th having an optical imaging arrangement 9 with imaging optics 10 with all-round view to depict the inner surface of the bore 4th having. The imaging optics stand with a digital image recorder 12th in image transmission link.

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 Bildaufnehmer 12 in Bildübertragungsverbindung steht.The device 2 also has a memory 14th to save the different axial positions of the measuring head 8th recorded images on, with the memory 14th with the digital image recorder 12th is in image transmission connection.

Zur Auswertung der in dem Speicher 14 gespeicherten Bilder ist eine Auswertungseinrichtung 16 vorgesehen.To evaluate the in the memory 14th stored images is an evaluation facility 16 intended.

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.Around the measuring head 8th in the axial direction of the hole 4th to move relative to the same and the measuring head 8th to be positioned axially (double arrow 18th ), is the measuring head 8th one through Control device 20th controllable feed device 22nd intended.

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.The control device 20th stands with the evaluation facility 16 in data transmission connection and transmitted to the evaluation device 16 the respective axial position of the measuring head 8th for assigning the respective axial position of the measuring head 8th to an image taken in this position.

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.To illuminate one of the imaging optics 10 captured imaging area on the inner surface of the bore 4th in bright and / or dark field lighting is a lighting device 24 provided, which in the embodiment has an annular light source, for example with a plurality of LEDs. With regard to the design of the lighting device, reference is made to the DE 10 2008 009 975 A1 and the DE 10 2009 019 459 A1 Reference is made here, the full content of which is hereby incorporated by reference into the present application.

Die Funktionsweise der Vorrichtung 2 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.

The functioning of the device 2 is as follows:

To inspect the bore 4th becomes the measuring head 8th with the imaging optics 10 into the hole 4th introduced, with the measuring head 8th by means of the feed device 22nd in the direction of the double arrow 18th is positioned axially.

Umlaufende Mantellinien an der Innenwandung der Bohrung 4 werden durch die Abbildungsoptik 10 mit Rundumsicht als Kreis auf den Bildaufnehmer 12 abgebildet.Circumferential surface lines on the inner wall of the bore 4th are through the imaging optics 10 with all-round view of the image sensor as a circle 12th pictured.

In 2 ist die Sensorfläche symbolisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet. Mantellinien an unterschiedlichen Orten in z-Richtung des Bildaufnehmers 12 werden dabei unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln φ1 (phi1) und φ2 (phi2) abgebildet.In 2 the sensor surface is shown symbolically and with the reference number 26th designated. Surface lines at different locations in the z-direction of the image sensor 12th are shown at different viewing angles φ1 (phi1) and φ2 (phi2).

In 1 sind symbolisch zwei Mantellinien mit den Bezugszeichen 28 und 30 bezeichnet. Den Betrachtungswinkelbereich (Beobachtungswinkelbereich) der Abbildungsoptik 10 begrenzende Randstrahlen sind in 1 mit den Bezugszeichen 32, 34 bezeichnet.In 1 are symbolically two surface lines with the reference numerals 28 and 30th designated. The viewing angle range (viewing angle range) of the imaging optics 10 limiting marginal rays are in 1 with the reference numerals 32 , 34 designated.

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.In 1 is shown at the top right that in the position of the measuring head shown 8th the surface line 28 under the viewing angle φ1 and the surface line 30th is viewed from the viewing angle φ2.

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.To get a complete picture of the inside surface of the hole 4th to get the measuring head 8th relative to the hole 4th moved axially, with images being taken at certain intervals. The camera image is read out in a circular manner and converted line by line into a Cartesian image by means of polar coordinate transformation, with the images recorded in this way in the memory 14th can be saved.

In 2 ist symbolisch dargestellt, wie auf die Sensorfläche 26 des Bildaufnehmers 12 abgebildete Mantellinien 32, 34 in kartesische Bilder 36, 38 umgesetzt werden.In 2 is shown symbolically, as on the sensor surface 26th of the imager 12th shown surface lines 32 , 34 in Cartesian images 36 , 38 implemented.

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.After the measuring head 8th in the axial direction so far into the bore 4th has been introduced that this is covered in its entire axial depth, put in the memory 14th saved images the inner surface of the hole 4th in their entirety.

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 Stereotriangulationsverfahren ausgewertet.It can be seen that during the axial movement of the measuring head 8th every surface point of the inner wall of the bore 4th successively in time and according to the respective axial position of the measuring head 8th is viewed and mapped from different viewing angles. To obtain surface depth information, the images recorded in relation to the respective surface location at different viewing angles are evaluated using the stereo triangulation method.

Falls anhand der aufgenommenen Bilder eine Anomalie an der Innenwandung der Bohrung 4 festgestellt wird, so kann mittels der 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.If, based on the recorded images, there is an anomaly on the inner wall of the bore 4th is determined, it can be determined by means of the surface depth information whether it is a depression and thus a surface defect or an elevation that may be due to contamination of an otherwise flawless surface.

Die Vorrichtung 2 ermöglicht es daher, Anomalien nicht nur zu detektieren, sondern auch zu klassifizieren.The device 2 therefore makes it possible not only to detect anomalies, but also to classify them.

Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung 2 besteht darin, dass die Oberflächentiefeninformation aus den während eines Inspektionsdurchlaufes ohnehin aufgenommenen Bildern ermittelt wird. Die Gewinnung der Oberflächentiefeninformation erfordert daher keine Verlängerung der Inspektionsdauer.A particular advantage of the device 2 is that the surface depth information is determined from the images recorded during an inspection run. Obtaining the surface depth information therefore does not require an extension of the inspection time.

3 dient zur erweiterten Erläuterung der grundsätzlichen Funktionsweise eines StereoTriangulationsverfahrens. Eine zu untersuchenden Oberflächenstelle X wird von zwei unterschiedlichen Positionen O und O' aus beobachtet. 3 serves for an extended explanation of the basic functionality of a stereo triangulation procedure. A surface point X to be examined is observed from two different positions O and O '.

Die Beobachtung aus den unterschiedlichen Positionen O und O' kann dabei grundsätzlich dadurch erfolgen, dass der Messkopf 8 bewegt wird, wie dies beim Gegenstand der DE 10 2015 010 225 A1 der Fall ist. Die Beobachtung aus den unterschiedlichen Positionen O, O' jedoch erfindungsgemäß gleichzeitig, wie dies nachfolgend näher erläutert wird.The observation from the different positions O and O 'can in principle take place in that the measuring head 8th is moved, as is the case with the subject of DE 10 2015 010 225 A1 the case is. However, according to the invention, the observation from the different positions O, O 'is carried out simultaneously, as will be explained in more detail below.

Korrespondierende Punkte der Oberflächenstelle X erscheinen unter x bzw. x' im Fokus f. Mit dem Abstand B (Baseline/Basis) der Beobachtungspositionen lässt sich nun die Tiefe Z zu $Z = B * \frac{f}{x - x'}$

berechnen. Dabei steigt die Tiefenauflösung mit Vergrößerung der Baseline an.Corresponding points of the surface point X appear under x or x 'in the focus f. With the distance B (baseline / base) of the observation positions, the depth Z can now be allowed

Z = B. * \frac{f}{x - x'}

calculate. The depth resolution increases as the baseline increases.

Wie aus 3 ersichtlich ist, lassen sich die Stereo-Eigenschaften der durchgeführten Abbildung auch unter Verwendung der Beobachtungswinkel phi1 und phi2 beschreiben. Die Beobachtungswinkel phi1 und phi2 sind auf eine Normale 40 zur in 3 durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Innenwandung 4 der Bohrung bezogen, die einer Normalen zur optischen Achse 42 der Abbildungsoptik 10 (vgl. 1) entspricht.How out 3 As can be seen, the stereo properties of the imaging carried out can also be described using the observation angles phi1 and phi2. The observation angles phi1 and phi2 are on a normal 40 to in 3 by a dashed line indicated inner wall 4th related to the bore, that of a normal to the optical axis 42 the imaging optics 10 (see. 1 ) is equivalent to.

Mit zunehmender Winkeldifferenz $Δ phi = phi 2 - phi 1$

steigt die Tiefenauflösung, und es können mehr Details an der Oberfläche der Innenwandung 4 erkannt werden.With increasing angle difference

Δ phi = phi 2 - phi 1

the depth resolution increases and more details can be found on the surface of the inner wall 4th be recognized.

Im Sinne einer Optimierung des erläuterten Stereoprinzips ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächenstelle X gleichzeitig von beiden Positionen O und O' beobachtet wird, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist. Im Sinne der Optimierung ist es weiter vorteilhaft, wenn die Winkel phi1 und phi2 symmetrisch sind und unterschiedliche Vorzeichen haben und die Winkeldifferenz Δphi möglichst groß ist. Beispielsweise kann von einer Winkeldifferenz von mindestens 5 Grad ausgegangen werden.In order to optimize the explained stereo principle, it is advantageous if the surface point X is observed simultaneously from both positions O and O ', as is provided according to the invention. In terms of optimization, it is also advantageous if the angles phi1 and phi2 are symmetrical and have different signs and the angle difference Δphi is as large as possible. For example, an angle difference of at least 5 degrees can be assumed.

Eine weiter Optimierung der Abbildungsqualität ist ferner dadurch möglich, dass die Innenwandung 4 im Bereich der Oberflächenstelle X möglichst homogen ausgeleuchtet wird, so dass die aufgenommenen Stereobilder zumindest annähernd gleich hell sind.A further optimization of the image quality is also possible in that the inner wall 4th is illuminated as homogeneously as possible in the area of the surface point X, so that the recorded stereo images are at least approximately equally bright.

Im Sinne einer Optimierung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die aus den Beobachtungspositionen aufgenommenen Stereobilder eine gleiche oder zumindest ähnliche Tiefenschärfe haben.In terms of optimization, it is also advantageous if the stereo images recorded from the observation positions have the same or at least similar depth of field.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß den 4 und 5 unterscheiden sich von dem Illustrationsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass erfindungsgemäß jede zu untersuchende axiale Oberflächenstelle gleichzeitig unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln erfasst und abgebildet wird. Die Auswertung der aufgenommenen Stereobilder erfolgt, wie bei dem Illustrationsbeispiel gemäß 1 und in der DE 10 2015 010 225 A1 beschrieben, mittels des Stereotriangulationsverfahrens.The embodiments of the invention according to the 4th and 5 differ from the illustration example according to 1 in that, according to the invention, each axial surface point to be examined is simultaneously recorded and mapped from at least two observation angles. The recorded stereo images are evaluated as in the illustrative example 1 and in the DE 10 2015 010 225 A1 described, by means of the stereo triangulation method.

In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, bei der erfindungsgemäß die optische Abbildungsanordnung 9 derart ausgebildet ist, dass eine zu untersuchende Oberflächenstelle X an der Innenwandung 4 der Bohrung gleichzeitig unter wenigstens zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln phi1, phi2 von der Abbildungsoptik 10 erfasst wird.In 4th a first embodiment of a device 2 according to the invention is shown, in which the optical imaging arrangement according to the invention 9 is designed in such a way that a surface point X to be examined is on the inner wall 4th the bore at the same time under at least two different observation angles phi1, phi2 from the imaging optics 10 is captured.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die optische Abbildungsanordnung 9 ein zu der optischen Achse 42 der Abbildungsoptik 10 rotationssymmetrisches lichtlenkendes optisches Element 44 auf, das bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Planspiegel gebildet ist, der an einer Frontlinse 46 der Abbildungsoptik 10 befestigt ist, wie dies für sich genommen aus der EP 2 589 953 A2 bekannt ist.The in 4th The illustrated embodiment has the optical imaging arrangement 9 one to the optical axis 42 the imaging optics 10 rotationally symmetrical light-directing optical element 44 on, which is formed in this embodiment by a plane mirror on a front lens 46 the imaging optics 10 is attached, as this is taken from the EP 2 589 953 A2 is known.

Das lichtlenkende optische Element 44 ist derart in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet, dass der dem ersten Beobachtungswinkel phi1 zugeordnete erste optische Weg des Lichts direkt von der zu untersuchenden Oberflächenstelle X zu der Abbildungsoptik 10 verläuft. Dieser erste optische Weg ist in 4 mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet. Demgegenüber verläuft der dem zweiten Beobachtungswinkel phi2 zugeordnete zweite optische Weg des Lichts indirekt über das lichtlenkende Element 44 von der zu untersuchenden Oberflächenstelle X zu der Abbildungsoptik 10. Dieser zweite optische Weg ist in 4 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Auf diese Weise ist eine zeitgleiche Beobachtung der zu untersuchenden Oberflächenstelle X unter den Beobachtungswinkeln phi1 und phi2 ermöglicht.The light-directing optical element 44 is arranged in the imaging beam path in such a way that the first optical path of the light assigned to the first observation angle phi1 directly from the surface point X to be examined to the imaging optics 10 runs. This first optical path is in 4th with the reference number 48 designated. In contrast, the second optical path of the light assigned to the second observation angle phi2 runs indirectly via the light-directing element 44 from the surface point X to be examined to the imaging optics 10 . This second optical path is in 4th with the reference number 50 designated. In this way, simultaneous observation of the surface point X to be examined at the observation angles phi1 and phi2 is made possible.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Beobachtungswinkel phi1 und phi2 bezogen auf die Normale 40 symmetrisch, also gleich groß. Das erfindungsgemäße Grundprinzip einer gleichzeitigen Beobachtung unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln ist jedoch auch dann umsetzbar, wenn die Beobachtungswinkel phi1 und phi2 nicht symmetrisch, also nicht gleich groß sind.In the exemplary embodiment shown, the observation angles phi1 and phi2 are based on the normal 40 symmetrical, i.e. the same size. The basic principle according to the invention of simultaneous observation under at least two observation angles can, however, also be implemented if the observation angles phi1 and phi2 are not symmetrical, that is to say not of the same size.

In der weiter oben näher erläuterten Weise ist erfindungsgemäß die Abbildungsqualität gegenüber der bekannten Vorrichtung noch weiter verbessert.In the manner explained in more detail above, the imaging quality is improved even further in accordance with the invention compared to the known device.

Um die Ausleuchtung der Innenwandung der Bohrung im Bereich der zu untersuchenden Oberflächenstelle weiter zu verbessern, ist die Beleuchtungseinrichtung 24 für eine Beleuchtung der zu untersuchenden Oberflächenstelle x sowohl aus Richtung des proximalseitigen Endes, also des in 1 und 4 oberen Endes des Messkopfes 8, als auch aus Richtung des distalseitigen Endes, also des in 1 bzw. 4 unteren Endes des Messkopfes 8 ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsanordnung 24 hierzu ringförmig angeordnete bzw. abstrahlende Beleuchtungselemente auf, die beispielsweise durch Leuchtdioden gebildet sein können und von denen in 4 lediglich ein Beleuchtungselement mit dem Bezugszeichen 52 versehen ist.In order to further improve the illumination of the inner wall of the bore in the area of the surface point to be examined, the lighting device is 24 for an illumination of the surface point x to be examined both from the direction of the proximal end, i.e. the in 1 and 4th upper end of the measuring head 8th , as well as from the direction of the distal end, i.e. the in 1 or. 4th lower end of the measuring head 8th educated. In the illustrated embodiment, the lighting arrangement 24 for this purpose, annularly arranged or radiating lighting elements, which can be formed for example by light-emitting diodes and of which in 4th only one lighting element with the reference number 52 is provided.

Das Beleuchtungselement 52 strahlt einerseits direkt auf die Innenwandung der Bohrung 4 ab (Linien 54, 54' in 4, proximalseitige Beleuchtung). Andererseits strahlt das Beleuchtungselement auf ein zusätzliches lichtlenkendes bzw. lichtstreuendes Element ab (vgl. Linie 58 in 4), das bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Spiegel 56 gebildet ist, der an dem in Radialrichtung äußeren Rand des lichtlenkenden Elements 44 angeordnet ist. Der Spiegel 56 lenkt das Beleuchtungslicht auf die Innenwand der Bohrung 4 (Linien 60, 60 in 4, distalseitige Beleuchtung), so dass die Innenwand der Bohrung 4 im Bereich der zu untersuchenden Oberflächenstelle X, sowohl vom proximalseitigen Ende als auch vom distalseitigen Ende des Messkopfes 8 her beleuchtet wird. Bezogen auf ein vertikales Einführen des Messkopfes 8 in die Bohrung 4 wird die Oberflächenstelle X also sowohl von „oben“ (Linien 54, 54) als auch von „unten“ (Linien 60, 60) beleuchtet.The lighting element 52 On the one hand, it radiates directly onto the inner wall of the bore 4th from (lines 54 , 54 ' in 4th , proximal illumination). On the other hand, the lighting element radiates onto an additional light-directing or light-scattering element (cf. line 58 in 4th ), in this embodiment by a mirror 56 is formed on the outer edge in the radial direction of the light-directing element 44 is arranged. The mirror 56 directs the illuminating light onto the inner wall of the bore 4th (Lines 60 , 60 in 4th , distal side lighting) so that the inner wall of the bore 4th in the area of the surface point X to be examined, both from the proximal end and from the distal end of the measuring head 8th is illuminated. In relation to a vertical insertion of the measuring head 8th into the hole 4th the surface point X is thus illuminated both from “above” (lines 54, 54) and from “below” (lines 60, 60).

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die Längendifferenz zwischen dem ersten optischen Weg 48 und dem zweiten optischen Weg 50 bereits relativ gering.In the embodiment according to 4th is the difference in length between the first optical path 48 and the second optical path 50 already relatively low.

Um die Weglängendifferenz weiter zu verringern, kann ein zusätzliches lichtlenkendes Element verwendet werden.In order to further reduce the path length difference, an additional light-directing element can be used.

5 zeigt eine entsprechende Anordnung, bei der zusätzlich zu dem lichtlenkenden optischen Element 44 ein weiteres lichtlenkendes optisches Element 60 vorgesehen ist, das an einer Fassung 62 der Abbildungsoptik 10 befestigt und als zu der optischen Achse rotationssymmetrischer Planspiegel ausgebildet ist. Wie aus 5 ersichtlich ist, sind die Planspiegel 44, 60 zueinander parallel sowie in Axialrichtung der optischen Achse 42 zueinander beabstandet angeordnet. 5 shows a corresponding arrangement in which, in addition to the light-directing optical element 44, a further light-directing optical element 60 is provided, which is on a mount 62 the imaging optics 10 attached and designed as a plane mirror rotationally symmetrical to the optical axis. How out 5 can be seen are the plane mirrors 44 , 60 parallel to each other and in the axial direction of the optical axis 42 arranged spaced from one another.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist die Weglängendifferenz zwischen dem ersten optischen Weg 48 und dem zweiten optischen Weg 50 weiter verringert, so dass auf diese Weise die Abbildungseigenschaften in der oben bereits näher erläuterten Weise weiter verbessert sind.In the embodiment according to 5 is the path length difference between the first optical path 48 and the second optical path 50 further reduced, so that in this way the imaging properties are further improved in the manner already explained in more detail above.

Es versteht sich von selbst, dass im Sinne der Untersuchung einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bohrung die in den 1, 4 und 5 dargestellten Anordnungen rotationssymmetrisch sind.It goes without saying that in the sense of the investigation of an essentially rotationally symmetrical bore, the holes in the 1 , 4th and 5 The arrangements shown are rotationally symmetrical.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die lichtlenkenden Elemente 44, 60 sowie das lichtlenkende Element 56 als optische Bauteile mit Planflächen dargestellt. Erfindungsgemäß sind jedoch auch beliebige andere (konkave oder konvexe) Freiformen denkbar.In the illustrated embodiments, the light-directing elements 44, 60 and the light-directing element 56 are shown as optical components with flat surfaces. According to the invention, however, any other (concave or convex) free forms are also conceivable.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 4 oder 5 sind die lichtlenkenden Elemente 44 bzw. 60 an der Abbildungsoptik 10 angeordnet. Andere Anordnungen, insbesondere an anderer Stelle des Messkopfes sowie unabhängig von dem Messkopf, sind erfindungsgemäß jedoch ebenfalls möglich.In the embodiments according to 4th or 5 are the light-directing elements 44 and 60 on the imaging optics 10 arranged. However, according to the invention, other arrangements, in particular elsewhere on the measuring head and independently of the measuring head, are also possible.

Die Erfindung bietet gegenüber dem Stand der Technik weiter verbesserte Abbildungseigenschaften bei nur geringfügig höheren Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine hohe Messgenauigkeit und ist auch für messtechnisch schwierige Oberflächen besser geeignet. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine Verbesserung der Beleuchtungseigenschaften.Compared to the prior art, the invention offers further improved imaging properties with only slightly higher production costs for the device according to the invention. The device according to the invention enables high measurement accuracy and is also better suited for surfaces that are difficult to measure. In addition, the invention enables the lighting properties to be improved.

Claims

Bore inspection device (2) for inspecting an inner wall of a bore (4) in a workpiece (6), with an endoscope designed as an endoscope (8) which can be introduced into the bore (4) to be inspected and moved into different positions relative to the bore (4) which has an optical imaging arrangement (9) with imaging optics (10) with all-round visibility for imaging the inner surface of the bore (4), the imaging optics (10) being in image transmission connection with a digital image recorder (12), with a memory (14) for storing the images recorded in different axial positions of the measuring head (8) and with an evaluation device (16) for evaluating the images stored in the memory, the evaluation device (16) for an evaluation in order to obtain surface depth information on the inner surface of the bore (4) of related to the respective surface point under different observation angles of the Fig ldungsoptik (10) recorded images with a 3D Reconstruction method is designed and set up, characterized in that the optical imaging arrangement (9) is designed in such a way that a surface point (X) to be examined on the inner wall of the bore (4) from the imaging optics simultaneously under at least two different observation angles (phi1, phi2) (10) can be detected or is detected.

Borehole inspection device according to Claim 1 , characterized in that the optical imaging arrangement (9) has at least one light-directing optical element (44) which is arranged in the imaging beam path of the optical imaging arrangement (9) that a surface point to be examined (X) on the inner wall of the bore (4) can be or is detected simultaneously by the imaging optics (10) under at least two different observation angles (phi1, phi2).

Borehole inspection device according to Claim 2 , characterized in that at least one light-directing optical element (44) is arranged in the imaging beam path in such a way that the first optical path (48) of the light assigned to a first observation angle (phi1) directly from the surface point (X) to be examined to the imaging optics ( 10) and the second optical path (50) of the light assigned to a second observation angle (phi2) runs indirectly via the light-directing element (44) from the surface point (X) to be examined to the imaging optics (10).

Borehole inspection device according to Claim 2 or 3 , characterized in that at least one light-directing element (44) is arranged in the imaging beam path such that the path lengths of the first optical path (48) and the second optical path (50) are the same or approximately the same.

Borehole inspection device according to one of the Claims 2 until 4th , characterized in that at least one light-directing element (44) is arranged in the imaging beam path in such a way that the first viewing angle (phi1) is equal to or approximately equal to the second viewing angle (phi2).

Borehole inspection device according to one of the Claims 2 until 5 , characterized in that two light-directing optical elements (44, 60) spaced apart from one another in the axial direction of the optical axis (42) of the imaging optics (10) are provided, of which a first (44) corresponds to the first observation angle (phi1) and a second (60 ) is assigned to the second observation angle (phi2) in such a way that the first optical path (48) assigned to the first observation angle (phi1) of the light from the surface point (X) to be examined indirectly via one of the light-directing optical elements (60) to the imaging optics (10) and the second optical path (50) of the light assigned to the second observation angle (phi2) runs indirectly via the other light-directing optical element (60) from the surface point (X) to be examined to the imaging optics (10).

Borehole inspection device according to one of the Claims 2 until 6th , characterized in that at least one light-directing element (44, 60) is attached to the imaging optics (10).

Borehole inspection device according to one of the Claims 2 until 7th , characterized in that at least one light-directing element (44) is attached to a front lens (46) of the imaging optics (10).

Borehole inspection device according to one of the Claims 2 until 7th , characterized in that at least one light-directing element (44, 60) is a mirror.

Borehole inspection device according to Claim 9 , characterized in that at least one mirror is a plane mirror.

Borehole inspection device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device (16) is designed and set up for evaluating the images recorded in relation to a surface location at different observation angles (phi1, phi2) using the stereo triangulation method.

Borehole inspection device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring head (8) is assigned a feed device (22) which can be controlled by a control device (20).

Borehole inspection device according to Claim 12 , characterized in that the control device (20) of the evaluation device (16) transmits position data representing the respective axial position of the measuring head (8) in order to assign the respective axial position of the measuring head (8) to an image recorded in this position.

Borehole inspection device according to one of the preceding claims, characterized by a lighting device (24) for illuminating an imaging area on the inner surface of the borehole (4) detected by the imaging optics (10) in bright or dark field illumination.

Borehole inspection device according to Claim 14 , characterized in that the lighting device is designed to illuminate the surface point to be examined both from the direction of the proximal end of the measuring head (8) and from the direction of the distal end of the measuring head (8).

Borehole inspection device according to Claim 14 or 15th , characterized in that the lighting device is designed for lighting along an annular band detected by the imaging optics on the inner surface of the bore (4).