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Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Prüfung einer Innenoberfläche eines Prüflings, wobei die Prüfvorrichtung eine Bilderfassungseinrichtung, aufweisend eine Sensorfläche, zum Erfassen von Bildern und eine optische Abbildungseinrichtung zum Abbilden eines Abschnitts der Innenoberfläche auf die Sensorfläche aufweist.
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Vorrichtungen zur Prüfung von Innenflächen werden beispielsweise zur Prüfung von Hohlkörpern eingesetzt. Insbesondere werden mit derartigen Vorrichtungen Oberflächen, insbesondere Innenoberflächen von als Hohlkörper ausgestalteten Behältern darauf geprüft, ob sie Produktionsfehler aufweisen. Mit derartigen Vorrichtungen prüfbare Behälter sind beispielsweise Flaschen oder Tuben, beispielsweise für Zahnpasta.
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Die Innenoberflächen werden beispielsweise optisch darauf überprüft, ob die Oberfläche Unregelmäßigkeiten, beispielsweise Kratzer oder Risse, aufweist.
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Zur optischen Überprüfung der Innenflächen wird Licht benötigt.
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Es ist bekannt, helle Lichtquellen außerhalb des zu überprüfenden Behälters anzuordnen und dessen Wände damit zu durchleuchten. Im Inneren des Behälters ist dann eine Kamera zur Aufnahme eines Bildes eines Abschnitts der Innenoberfläche angeordnet, die verschwenkbar und/oder verschiebbar angeordnet ist, so dass von unterschiedlichen Abschnitten der Oberfläche Bilder aufgenommen werden können.
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In anderen Ausführungsformen ist in dem Behälter ein Spiegel angeordnet, der Licht von einem Abschnitt der Oberfläche auf eine Kamera umlenkt, die innerhalb oder außerhalb des Behälters angeordnet ist.
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Die Aufnahmen der Kamera werden beispielsweise als digitale Bilder weiterverarbeitet und auf Unregelmäßigkeiten überprüft. Fehlerhafte Behälter können dann ausgesondert werden.
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Je besser die Beleuchtung und/oder Durchleuchtung, desto besser wird die Qualität der mit den Kameras erhaltenen Aufnahmen. Daher ist es je nach dem verwendeten Material für eine ausreichende Durchleuchtung des Behälters notwendig, sehr helle Lichtquellen außerhalb des Behälters vorzusehen. Bei Tuben, die oft aus Verbundwerkstoffen bestehen, kann es durch integrierte Schichten aus undurchsichtigem Material sogar unmöglich sein, eine ausreichende Durchleuchtung zu erreichen.
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Es ist bekannt, die Innenflächen durch gerichtete Lichtquellen anzustrahlen, die Licht durch eine Öffnung, durch die auch die Kamera und/oder der Spiegel einführbar sind, in den Behälter abstrahlen. Der ungünstige Lichteinfall von außerhalb des Behälters bewirkt allerdings, dass die Beleuchtung ungleichmäßig ist. Darüber hinaus werden von den in den Behälter eingeführten Einrichtungen Schatten und ungewollte Reflexionen erzeugt, wodurch die Qualität der erhaltenen Bilder weiter verschlechtert werden kann.
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Neben Seitenflächen des Behälters ist es, insbesondere bei Tuben, vorteilhaft, wenn auch Innenflächen in einem Schulterbereich, also in einem Bereich der Öffnung, durch die später ein Inhalt der Tube herausgedrückt wird, überprüfbar sind. Dazu ist es bekannt, in einem zusätzlichen Schritt eine weitere Kamera eine Aufnahme der Oberfläche erstellen zu lassen, die dann auf Fehler in der Oberfläche überprüft wird. Dies verlängert jedes Prüfverfahren oder erhöht die Komplexität der Prüfvorrichtung.
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Vor diesem Hintergrund hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Prüfung von Innenflächen der eingangs genannten Art weiterzubilden, so dass eine Geschwindigkeit der Prüfung verbessert ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Prüfvorrichtung zur Prüfung einer Innenoberfläche gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Prüfvorrichtung zur Prüfung einer Innenoberfläche eines Prüflings vorgeschlagen, die eine Bilderfassungseinrichtung, aufweisend eine Sensorfläche, zum Erfassen von Bildern und eine optische Abbildungseinrichtung zum Abbilden eines Abschnitts der Innenoberfläche auf die Sensorfläche aufweist. Der Prüfling weist einen zu prüfenden zweiten Abschnitt auf, wobei die optische Abbildungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Abschnitt und den zweiten Abschnitt jeweils auf separate Bereiche der Sensorfläche abzubilden.
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Dadurch, dass die beiden Abschnitte gleichzeitig auf die Sensorfläche abgebildet werden, werden zusätzliche Sensoreinrichtungen und/oder zusätzliche Bilderfassungsschritte bei der Erfassung der Abschnitte vermieden. Dadurch wird sowohl der Aufbau der Prüfvorrichtung vereinfacht als auch die Prüfgeschwindigkeit erhöht.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die optische Abbildungseinrichtung einen Körper, aufweisend eine Reflexionsfläche zum Abbilden des Abschnitts auf einen ersten Bereich der Sensorfläche und ein transparentes Fenster zum Abbilden des zweiten Abschnitts auf einen zweiten Bereich der Sensorfläche auf.
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In Prüfvorrichtungen, in denen der Körper gewöhnlich den zweiten Abschnitt für die Bilderfassungseinrichtung verdeckt, bietet das transparente Fenster die Möglichkeit, Licht von dem zweiten Abschnitt zur Abbildung durch den Körper auf die Bilderfassungseinrichtung zu leiten. Somit sind keine zusätzlichen Vorrichtungen zur Abbildung des zweiten Abschnitts notwendig, wodurch der Aufbau der Prüfvorrichtung vereinfacht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Fenster dadurch gebildet, dass der Körper transparent ausgebildet und zur Ausbildung der Reflexionsfläche teilweise verspiegelt ist, wobei der Körper im Bereich des Fensters wenigstens teilweise unverspiegelt ist.
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Bei einem derartigen Aufbau ist es nicht notwendig, wesentliche mechanische Veränderungen an der Prüfvorrichtung gegenüber einer Prüfvorrichtung ohne Fenster vorzunehmen. Diese Ausführungsform ist also gesondert günstig auszuführen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Körper rotationssymmetrisch oder prismatisch ausgebildet und weist eine Mantelfläche und zwei Seitenflächen auf, wobei die Reflexionsfläche durch wenigstens einen Abschnitt der Mantelfläche gebildet ist und wobei die Seitenflächen zur Bildung des Fensters wenigstens abschnittsweise unverspiegelt sind.
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Derartige Körper weisen sowohl eine gute mechanische Stabilität als auch zuverlässig erzielbare optische Eigenschaften für die Abbildung auf. Darüber hinaus sind die Seitenflächen parallel zueinander angeordnet, so dass optische Verzerrungen durch das Fenster weitgehend vermieden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Körper als Kegelstumpfabschnitt ausgebildet, wobei die Stumpfflächen die Seitenflächen bilden.
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Ein derartiger Körper bewirkt eine besonders vorteilhafte kreisförmige Abbildung der Abschnitte der Innenoberfläche sowie eine innerhalb der kreisförmigen Abbildung angeordnete Abbildung eines Schulterabschnitts des Prüflings.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Abbildungseinrichtung wenigstens eine Linseneinrichtung zum Fokussieren der Abbildung des Abschnitts und/oder des zweiten Abschnitts auf die Sensorfläche auf.
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Dadurch wird die Abbildungsqualität weiter erhöht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in oder an dem Körper eine zweite Bilderfassungseinrichtung zur Erfassung eines weiteren Abschnitts der Innenoberfläche angeordnet.
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Dadurch können gegebenenfalls Abschnitte der Innenoberfläche erfasst werden, die von dem Körper relativ zu der (ersten) Bilderfassungeinrichung verdeckt werden. Des Weiteren kann eine derartige zweite Bilderfassungseinrichtung derart angeordnet sein, dass sie detaillierte Bilder von besonders relevanten Abschnitten der Innenoberfläche aufnehmen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Prüfvorrichtung eine Verarbeitungs- und Steuereinrichtung auf, die zur Steuerung der Bilderfassungseinrichtung, der Lichtquelle und einer Positionierungseinrichtung eingerichtet und mit diesen verbunden ist.
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Die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung eröffnet weitere Möglichkeiten der Zusammenwirkung der Einzelteile der Prüfvorrichtung.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung zur Erfassung mehrere Abschnitte in einem von der Bilderfassungseinrichtung erfassten Bild eingerichtet.
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Dadurch können die beiden Abbildungen der beiden Abschnitte wieder getrennt und separat geprüft werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Prüfvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung auf, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Trägereinrichtung zum Tragen und/oder Positionieren der optischen Abbildungseinrichtung aufweist, wobei die Trägereinrichtung transparent ausgebildet ist und wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle aufweist, die zum Einspeisen von Licht in die Trägereinrichtung angeordnet ist, wobei die optische Trägereinrichtung derart an der Abbildungseinrichtung angeordnet ist, dass das in die Trägereinrichtung eingespeiste Licht auf den Abschnitt und oder den zweiten Abschnitt zu umgelenkt wird.
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Dadurch wird die Beleuchtung der zu prüfenden Oberflächen verbessert und sowohl die Qualität der erhaltenen Bilder als auch die Geschwindigkeit der Prüfung verbessert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung zur Erfassung mehrere Abschnitte mittels einem von der Erfassungseinrichtung erfassten Bild eingerichtet.
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Dadurch, dass mehrere Abschnitte mit einer Aufnahme erfasst werden, kann der Scanvorgang und somit auch der Prüfvorgang deutlich beschleunigt werden.
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Weitere Merkmale und Varianten der Erfindung sind aus den beigefügten Figuren ersichtlich, die Erfindungsformen der Erfindung lediglich schematisch und als Beispiele zeigen. Es zeigen im Einzelnen:
- 1 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
- 2 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform;
- 3 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform;
- 4 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 5 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 6 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 7 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 8 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 9 einen schematischen Schnitt durch einen nicht erfindungsgemäßen Körper einer optischen Abbildungseinrichtung;
- 10 einen schematischen Schnitt durch einen Körper einer optischen Abbildungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 11 einen schematischen Schnitt durch einen Körper einer optischen Abbildungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 12 einen schematischen Schnitt durch einen Körper einer optischen Abbildungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 13 einen schematischen Schnitt durch eine Prüfvorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 14 einen schematischen Schnitt durch eine Trägereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 15 einen schematischen Schnitt durch eine Trägereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 16 einen schematischen Schnitt durch eine Trägereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 17 einen schematischen Schnitt durch eine Trägereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 18 eine schematische Blockansicht einer Prüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 19 eine schematische Darstellung eines von der Kamera erhältlichen Bildes;
- 20 eine schematische Darstellung eines von der Kamera erfindungsgemäß erhältlichen Bildes und
- 21 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Datenstruktur.
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Die in 1 gezeigte bekannte Prüfvorrichtung 10 ist zur optischen Prüfung einer Innenoberfläche 12 eines Prüflings 14 ausgebildet. Prüflinge 14, die mittels der Prüfvorrichtung 10 prüfbar sind, weisen beispielsweise eine im Wesentlichen rotationssymmetrische, beispielsweise hohlzylindrische oder tubenartige Form auf.
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Eine tubenartige Form ist beispielsweise die Form einer noch nicht befüllten Zahnpastatube. Ein im wesentlichen zylindrischer Tubenkörper 44 einer Tube 14, die als Prüfling geprüft wird, weist beispielsweise eine Achse auf und ist an einem ersten, distalen Ende 50 beispielsweise von einer Schulter 46 und einer Öffnung 48 abgeschlossen. Dem distalen Ende 50 liegt entlang der Achse ein proximales Ende 52 des Tubenkörpers 44 gegenüber, das zur Prüfung offen ist. Das proximale Ende 52 des Tubenkörpers 44 dient somit als Zugang zum Einführen der Prüfvorrichtung 10. Das proximale Ende 52 ist nach einer Befüllung der Tube 14 verschließbar.
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Zur optischen Prüfung der Innenoberfläche 12 weist die Prüfvorrichtung 10 eine optische Erfassungseinrichtung, beispielsweise eine digitale Kamera 24, auf. Die Kamera 24 weist eine Sensorfläche 26 auf, die beispielsweise als CCD- oder CMOS-Sensor ausgebildet sein kann. Die Sensorfläche 26 weist beispielsweise eine Vielzahl von lichtempfindlichen Einzelsensoren auf, die beispielsweise in einem Raster angeordnet sind.
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Gewöhnlich haben Kameras 24 ein beschränktes Sichtfeld, in dem sie Bilder erfassen können. Darüber hinaus können Kameras 24 oft effizient nur mit einer Mindestgröße hergestellt werden. Um den Aufbau der Prüfvorrichtung 10 möglichst einfach zu gestalten, weist die Prüfvorrichtung 10 daher eine optische Abbildungseinrichtung 18 zur Abbildung eines umlaufenden Abschnitts 16 der Innenoberfläche 12 auf die Sensorfläche 26 auf. Die optische Abbildungseinrichtung 18 ist dazu angeordnet und ausgebildet, Licht von dem umlaufenden Abschnitt 16 so umzulenken, dass es auf eine vorbestimmte und bekannte Art und Weise auf die Sensorfläche 26 auftritt. Dazu weist die optische Abbildungseinrichtung 18 einen Körper 20 auf, der beispielsweise wenigstens einen kegelstumpfartigen Abschnitt mit einer Mantelfläche 22 aufweist. Die Mantelfläche 22 ist im Bereich des sichtbaren Lichts reflektierend ausgebildet und beispielsweise derart angeordnet, dass der Abschnitt 16 auf die Sensorfläche 26 der Kamera 24 abgebildet wird. Die Kamera 24 ist dann beispielsweise auf die optische Abbildungseinrichtung 18 gerichtet und erstellt Aufnahmen von dieser. Der Abschnitt 16 wird aufgrund der Form der Mantelfläche 22, die sich beispielsweise durch eine Kegelstumpfform des Körpers 20 ergibt, beispielsweise auf einen kreisförmigen Abschnitt der Sensorfläche 26 projiziert. Der Weg dieses Lichtes ist in den Figuren als Lichtstrahl oder Sehstrahl 30 dargestellt.
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Die Position des Körpers 20 relativ zu dem Prüfling 14 ist veränderbar. Beispielsweise ist der Körper 20 entlang der Achse des Prüflings 14 verfahrbar. Dadurch wird, je nach Position des Körpers 20, ein anderer Abschnitt 16 auf die Sensorfläche 26 projiziert. Zu diesem Zweck ist der Körper 20 beispielsweise an einem distalen Ende 40 einer Trägereinrichtung 28 befestigt. Die Trägereinrichtung 28 kann alleine oder zusammen mit der Kamera 24 verfahrbar ausgestaltet sein.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist der Prüfling 14 beispielsweise verfahrbar und die Prüfvorrichtung 10 ist entweder stationär oder ebenfalls verfahrbar ausgestaltet.
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Wenn der Körper 20 entlang der Achse des Prüflings 14 verfahren wird, so wird von den verschiedenen Abschnitten 16 jeweils die kreisförmige Abbildung auf der Sensorfläche 26 von der Kamera 24 erfasst und beispielsweise als digitales Foto, also als digitale Daten, zur Verfügung gestellt und/oder gespeichert. Durch Zusammensetzen und Verarbeiten der digitalen Daten ist aus den erfassten Abschnitten 16 ein Bild der Innenoberfläche 12 berechenbar. Dieses Bild kann dann beispielsweise von einem menschlichen Prüfer oder einem automatisierten Algorithmus begutachtet werden.
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In weiteren Ausführungsformen weist die Erfassungseinrichtung beispielsweise einen Ringdetektor auf.
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In einer weiteren Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, ist die Trägereinrichtung 28 beispielsweise aus einem transparenten Material gebildet. Eine Lichtquelle 32 ist an dem proximalen Ende 42 angeordnet, um Licht in die Trägereinrichtung 28 einzuspeisen, das sich entlang eines Lichtwegs oder Lichtstrahls 34 in der Trägereinrichtung 28 ausbreitet, bis es auf die Mantelfläche 22 des Körpers 20 trifft. Die Mantelfläche 22 bildet einen Spiegel und reflektiert dadurch das Licht, so dass es auf die Innenoberfläche 12 des Prüflings 14 trifft.
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Dadurch wird der Abschnitt 16 und seine Umgebung beleuchtet, so dass die reflektierten Lichtstrahlen 30 ein klareres Bild von der Innenoberfläche 12 liefern. Dadurch, dass zusätzliches Licht in den Lichtstrahlen 30 transportiert wird und auf die Sensorfläche 26 trifft, wird beispielsweise bewirkt, dass sich die für die Gewinnung eines aussagekräftigen digitalen Fotos notwendige Zeit verkürzt. Dies ist beispielsweise dadurch bedingt, dass die einzelnen Sensoren der Sensorfläche 26 ein Grundrauschen aufweisen, das umso mehr ins Gewicht fällt, je kleiner das gemessene Signal, also je geringer die Stärke des einfallenden Lichtes ist. Dadurch, dass die Zeit für die Gewinnung der einzelnen Fotos der Abschnitte 16 verkürzt wird, wird weniger Zeit benötigt, um ein vollständiges Bild der Innenoberfläche 12 zu erhalten. Dadurch wird die insgesamt für die Prüfung eines einzelnen Prüflings 14 nötige Zeit verringert. So kann beispielsweise die Anzahl der Prüfungen pro Zeiteinheit vergrößert werden.
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Die größere Lichtmenge kann beispielsweise auch dazu führen, dass die digitalen Fotos mit einem höheren Dynamikumfang und/oder größerer Schärfe aufgenommen werden können, so dass auch kleinere Ungenauigkeiten oder Fehler erkannt werden können.
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Die Mantelfläche 22 ist beispielsweise so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass die Lichtstrahlen 34 im Wesentlichen senkrecht auf die Innenoberfläche 12 des Prüflings 14 treffen. Um den Aufbau zu vereinfachen ist hier vorgesehen, dass die Lichtstrahlen 34 und die Sehstrahlen 30 unterschiedliche Wege haben. Daher können die Lichtstrahlen 34 auch in einem von der Senkrechten abweichenden Winkel, beispielsweise zwischen 60 und 120°, zwischen 75° und 115°, zwischen 80° und 100°, zwischen 85° und 95° oder zwischen 87,5° und 92,5° auf die Innenoberfläche 12 fallen.
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Die Trägereinrichtung 28 kann, beispielsweise zur Verringerung des Gewichts, als Hohlzylinder ausgebildet sein.
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Die Trägereinrichtung 28 kann beispielsweise so angeordnet sein, dass die Lichtstrahlen 30 radial außerhalb der Trägereinrichtung 28 verlaufen.
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In einer weiteren Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, ist die Trägereinrichtung 28 ebenfalls aus einem durchsichtigen lichtdurchlässigen klaren Material gebildet. Die Trägereinrichtung 28 ist als Hohlzylinder ausgebildet, wobei die Trägereinrichtung 28 im Bereich einer Seitenfläche 36 an einem distalen Ende 40 der Trägereinrichtung 28 eine Aufnahme 38 für den Körper 20 aufweist.
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Beispielsweise kann die Seitenfläche 36 konisch abgeschrägt sein, so dass die Aufnahme 38 zur Aufnahme einer Mantelfläche 22 des konus- oder konusstumpfförmigen Körpers 20 geeignet ist. Die Seitenfläche 36 liegt in diesem Fall beispielsweise an der Mantelfläche 22 des Körpers 20 an.
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Der Körper 20 und die Trägereinrichtung 28 weisen jeweils eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Form auf. Um eine stabile Positionierung des Körpers 20 zu erreichen, ist die Trägereinrichtung 28 mit dem Körper 20 in einem radialen Außenbereich verbunden. Ein Außenradius der Trägereinrichtung 28 ist beispielsweise in etwa so groß wie ein Außenradius des Körpers 20 an seiner breitesten Stelle. Beispielsweise liegt der Außenradius der Trägereinrichtung 28 zwischen 150 % und 75 %, zwischen 125 % und 80 %, zwischen 110 % und 90 %, zwischen 120 % und 100 % oder zwischen 105 % und 95 % des Außenradius des Körpers 20.
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Das Material, aus dem die Trägereinrichtung 28 gebildet ist, lässt Lichtstrahlen mit möglichst geringer Streuung passieren. Aufgrund der Anordnung der Trägereinrichtung 28 treten die von dem umlaufenden Abschnitt 16 ausgehenden Lichtstrahlen 30 durch die Trägereinrichtung 28 hindurch und treffen auf die Mantelfläche 22 des Körpers 20. Dort werden sie auf die Sensorfläche 26 der Kamera 24 reflektiert.
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Ein Innenraum 54 der hohlzylindrischen Trägereinrichtung 28 ist beispielsweise mit Luft gefüllt und weist keine oder nur sehr wenig Beleuchtung aufgrund der Lichtstrahlen 34 auf, da diese in der Trägereinrichtung 28 geführt sind. Dadurch ergibt sich eine ungestörte optische Abbildung des Abschnitts 16 auf die Sensorfläche 26.
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Die Eigenschaft der Mantelfläche 22, sichtbares Licht zu reflektieren, kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Mantelfläche 22 eine reflektierende Schicht aufweist. Diese reflektierende Schicht kann beispielsweise an einer Oberfläche der Mantelfläche 22 beispielsweise in unmittelbarem Kontakt mit der Seitenfläche 36 angeordnet sein.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Eigenschaft der Mantelfläche 22, sichtbares Licht zu reflektieren, durch eine Wahl von Materialien erzeugt werden, die einen dafür geeigneten Brechungsindex aufweisen. Beispielsweise können der Brechungsindex des Körpers 20 und der Brechungsindex der Trägereinrichtung 28 so gewählt werden, dass sie an ihrem Kontakt zu einer Reflexion der Lichtstrahlen 34 führen.
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In einer weiteren Ausführungsform erzeugt die Lichtquelle 32 eine Vielzahl von nicht parallelen Lichtstrahlen 34, so dass die Lichtstrahlen 34 von Außenflächen der Trägereinrichtung 28 geführt, beispielsweise reflektiert werden, so dass die Trägereinrichtung 28 einen Lichtleiter bildet. Die Lichtstrahlen 34 werden beim Auftreffen auf die Mantelfläche 22 reflektiert und treffen in unterschiedlichen Winkeln auf die Innenoberfläche 12 reflektiert. Dadurch wird ein größerer Bereich der Innenoberfläche 12 beleuchtet.
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Eigenschaften von transparenten Materialien, wie sie beispielsweise zur Bildung der Trägereinrichtung 28 verwendbar sind, umfassen insbesondere eine geringe Streuung von Lichtstrahlen an Grenzflächen, beispielsweise an einem Übergang eines Lichtstrahls von der umgebenden Luft in das transparente Material. Die geringe Streuung bewirkt, dass ein Bild, das durch ein transparentes Material von einer Oberfläche gemacht wird, beispielsweise mittels der Kamera 24, Details der Oberfläche weiterhin zeigt. Hierzu ist es meistens vorteilhaft, wenn die Oberflächen der Trägereinrichtung 28 wenigstens in den Bereichen, in denen die Lichtstrahlen 30 durch die Trägereinrichtung 28 laufen sollen, eine glatte Oberfläche aufweisen.
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Im Gegensatz dazu ist durch ein transluzentes Material zwar Licht sichtbar, jedoch wird dieses Licht so gestreut, dass von hinter dem Material liegenden Flächen keine Aufnahmen mehr gemacht werden können. Beispiele für transluzente Materialien sind Milchglas oder kristalline bzw. teilkristalline Polymere, die durch Lichtstreuung an ihrem Kristallgitter nicht transparent erscheinen, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen oder Polyphenylensulfid. Auch prinzipiell transparente Materialien können, beispielsweise durch Aufrauen ihrer Oberfläche, rein transluzent werden.
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Des Weiteren können transparente Materialien bevorzugt geringe Absorption aufweisen, so dass Licht, das durch die Trägereinrichtung 28 durchtritt, möglichst wenig Intensität verliert.
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In weiteren Ausführungsformen kann eine Außenfläche der Trägereinrichtung 28 in dem Bereich, in dem die Lichtstrahlen 34 aus ihr austreten, aufgeraute sein, so dass das austretende Licht gestreut wird und einen größeren Bereich der Innenoberfläche 12 beleuchtet.
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In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 4 gezeigt ist, weist der Körper 20 beispielsweise ein durchsichtiges Fenster 56 auf. Durch das Fenster 56 ist wenigstens ein Teil der Schulter 46, beispielsweise bis zur Öffnung 48, von der Kamera 24 aus sichtbar. Lichtstrahlen 58, die von der Innenoberfläche 12 im Bereich der Schulter 46 abgestrahlt werden, beispielsweise aufgrund von reflektiertem Licht, werden so von der Sensorfläche 26 erfassbar.
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Das Fenster 56 kann auf unterschiedliche Arten erstellt werden. Beispielsweise kann der Körper 20 aus einem durchsichtigen Material, beispielsweise Glas, gebildet sein. In diesem Fall kann der Körper 20 beispielsweise im Bereich des Fensters 56 jeweils eine plane Ein- und Austrittsfläche aufweisen. Vorteilhaft werden die Wege der Lichtstrahlen 58 beispielsweise so gewählt, dass sie im Wesentlichen senkrecht auf die Ein- und/oder Austrittsfläche auftreffen. Beispielsweise können der Ein- und Austrittswinkel so gewählt werden, dass sie größer sind als ein Winkel, unter dem Totalreflexion eintritt. In einer alternativen Ausführungsform weist der Körper 20 eine Ausnehmung auf, die das Fenster 56 bildet. Das Fenster 56 kann beispielsweise auch dadurch gebildet sein, dass in seinem Bereich eine Beschichtung des Körpers 20 weggelassen ist.
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Durch das Fenster 56 kann die Innenoberfläche 12 während ein und derselben Prüfung gleichzeitig im Bereich des Körpers 44 bzw. der umlaufenden Abschnitte 16 und im Bereich der Schulter 46 geprüft werden. Dies bewirkt eine Zeitersparnis dadurch, dass die Schulter 46 nicht mehr in einem separaten Prüfungsschritt überprüft werden muss.
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In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 5 gezeigt ist, sind die Ausführungsformen aus 3 und 4 im Wesentlichen kombiniert. Der Körper 20 weist ein Fenster 56 auf, durch das die Schulter 46 beobachtbar ist. Die Trägereinrichtung 28 ist durchsichtig, also transparent ausgebildet. Mittels einer Lichtquelle 32 werden Lichtstrahlen 34 zur Beleuchtung der Innenoberfläche 12 im Bereich des umlaufenden Abschnitts 16 durch die Trägereinrichtung 28 zu dem Körper 22 transportiert und dort an der Mantelfläche 22 in Richtung des umlaufenden Abschnitts 16 reflektiert.
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Das von der Lichtquelle 32 ausgesandte Licht wird an der Innenoberfläche 12 beispielsweise im Bereich des Abschnitts 16 gestreut und beleuchtet so zusätzlich die Innenoberfläche 12 im Bereich der Schulter 46.
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Diese Kombination bewirkt, dass die Prüfung schneller durchgeführt werden kann, weil die Abschnitte 16 besser ausgeleuchtet sind. Darüber hinaus muss keine separate Prüfung der Schulter 46 mehr erfolgen, was insgesamt deutlich beschleunigte und dabei trotzdem präzisere Prüfvorgänge ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 6 gezeigt ist, ist ein Radius der Trägereinrichtung 28 so gewählt, dass die Trägereinrichtung 28 in radialer Richtung über den Körper 20 herausragt. Die von der Lichtquelle 32 eingeleiteten Lichtstrahlen 34 treffen somit zum Teil auf die Mantelfläche 22 und werden dort in Richtung der Innenoberfläche 12 reflektiert. Zum Teil treten die eingeleiteten Lichtstrahlen 34 aber auch beispielsweise an dem distalen Ende 40 aus der Trägereinrichtung 28 aus. In diesem Bereich kann die Trägereinrichtung 28 beispielsweise eine aufgeraute Oberfläche aufweisen, so dass die Lichtstrahlen 34 beim Austritt aus der Trägereinrichtung 28 gestreut werden und die Innenoberfläche 12 im Bereich der Schulter 46 ausleuchten.
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In weiteren Ausführungsformen weist die Trägereinrichtung 28 beispielsweise dort, wo die Lichtstrahlen 34, die von der Lichtquelle 32 erzeugt werden, austreten, beispielsweise eine glatte, polierte oder aufgeraute Oberfläche auf.
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In weiteren Ausführungsformen ragt die Trägereinrichtung 28 in Richtung der Schulter 46 über den Körper 20 hinaus. In derartigen Ausführungsformen ist der Körper 20 beispielsweise innerhalb der Trägereinrichtung 28 angeordnet. Dies bewirkt sowohl eine noch bessere Ausleuchtung der Innenoberfläche 12 im Bereich der Schulter 46 als auch eine verbesserte und präzisere Positionierung des Körpers 20
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In weiteren Ausführungsformen, von denen zum Beispiel eine in 7 gezeigt ist, sind optische Strahlformungseinrichtungen, beispielsweise eine optische Linse 60, in dem Weg der Lichtstrahlen 30, 58 angeordnet. Dies kann beispielsweise nötig sein, um die Qualität der Abbildung des Abschnitts 16 und/oder der Schulter 46 und/oder allgemein der Innenoberfläche 12 auf die Sensorfläche 26 der Kamera 24 zu verbessern. Mittels der Strahlformungseinrichtungen kann das Bild der Kamera 24 beispielsweise scharf gestellt werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Linse 60 an einer anderen Stelle, beispielsweise in dem Fenster 56 oder beispielsweise in oder an der Kamera 24 angeordnet sein. Darüber hinaus können beispielsweise mehrere Linsen 60 vorgesehen sein. Darüber hinaus können die Linsen 60 beispielsweise verschieblich, insbesondere gegeneinander verschieblich, angeordnet sein, um beispielsweise das von der Bilderfassungseinrichtung 24 erfasste Bild scharfzustellen.
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In weiteren Ausführungsformen sind unterschiedliche Sensoren zur Erfassung der Lichtstrahlen 30 von der Innenoberfläche 12 im Bereich des Abschnitts oder der Abschnitte 16 und zur Erfassung der Lichtstrahlen 58 aus dem Bereich der Schulter 46 vorgesehen. Die Sensoren können beispielsweise an die zu beobachtenden Fehler der Oberfläche angepasst sein. Beispielsweise können die Sensoren Licht in unterschiedlichen Wellenlängen im sichtbaren und/oder nicht sichtbaren Bereich oder allgemein elektromagnetische Strahlung verschiedener Frequenzen erfassen, soweit die Wellenlänge klein genug ist, um die Erfassung von Fehlern zu erlauben.
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In weiteren Ausführungsformen sind für die Erfassung der Innenoberfläche 12 im Bereich des Abschnitts 16 beispielsweise schwarz-weiß-Sensoren und für die Erfassung der Schulter 46 Sensoren zur Erfassung unterschiedlicher Farben vorgesehen.
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In einer weiteren Ausführungsform, die zum Beispiel in 8 gezeigt ist, ist der Körper 20 ebenfalls mit einem Fenster 56 versehen. Die Kamera 24 ist zur Erfassung des je nach Position des Körpers 20 abgebildeten Abschnitts 16 vorgesehen. Die Kamera 24 ist als schwarz-weiß Kamera ausgebildet. Lichtstrahlen 58 aus dem Bereich der Schulter 46 werden mittels einer optischen Ausleiteinrichtung, die durch einen Spiegel 62 gebildet ist, auf eine zweite Kamera 64 umgelenkt. Dadurch ist es möglich, jeweils für die Schulter und den Abschnitt 16 Kameras 24, 64 mit für den jeweiligen Bereich angepasste Auflösung und/oder angepassten optischen Eigenschaften vorzusehen.
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Die Lichtstrahlen 30 und die Lichtstrahlen 58 bilden somit zwei konzentrische Strahlengänge, die in weiteren Ausführungsformen beispielsweise mittels eines Strahlteilers und/oder anderer weiterer Spiegel auf zwei oder mehr separate Sensoren, beispielsweise Kameras 24, 64, zur Erfassung gerichtet werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Spiegel 62 beispielsweise halbdurchlässig ausgebildet, so dass eine vollständige Abbildung sowohl des Abschnitts 16 als auch der Schulter 46 auf beide Kameras 24, 64 erfolgt.
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In einer weiteren Ausführungsform sind in der Kamera 24 beispielsweise auf derselben Sensorfläche 26 Sensoren unterschiedlichen Typs vorgesehen. In dem Bereich der Sensorfläche 26, auf den der Abschnitt 16 abgebildet wird, sind beispielsweise schwarz-weiß-Sensoren angeordnet. In dem Bereich der Sensorfläche 26, auf den die Schulter 46 abgebildet wird, sind beispielsweise Sensoren angeordnet, die unterschiedliche Wellenlängenbereiche, beispielsweise Lichtfarben, unterscheiden können.
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In einer weiteren Ausführungsform kann eine derartige Sensorfläche 26 beispielsweise dadurch erzeugt sein, dass auf ihr eine Vielzahl von Sensorelementen für sichtbares Licht ohne Farbdifferenzierung vorgesehen ist, wobei in den Bereichen, in denen eine Differenzierung nach Wellenlängen des empfangenen Lichts relevant ist, Farbfilter an den Sensorelementen angeordnet sind, beispielsweise in einem rot-grün-blau-Muster, beispielsweise in Form einer Bayer-Matrix. Andere mögliche Farbfilter können beispielsweise darauf ausgelegt sein, für vorbestimmte Bereiche des Infrarot- oder Ultraviolettspektrums durchlässig zu sein und in anderen Bereichen zu sperren.
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In weiteren Ausführungsformen weist die Prüfvorrichtung 10 beispielsweise zur Inspektion der Innenoberfläche 12 eine schwarz-weiß-Kamera 24, die beispielsweise Grauwertbilder erzeugt, und, beispielsweise zur Inspektion einer Verschlusskappe, die auf die Schulter 46 aufgesetzt ist, eine Farbkamera 64 auf.
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In weiteren Ausführungsformen werden unterschiedliche Bereiche der Innenoberfläche 12 mit Kameras 24, 64 unterschiedlicher Auflösung und/oder Geschwindigkeit aufgenommen. Beispielsweise können unterschiedliche Kameras 24, 64 für den Bereich der Schulter 46 und die restliche Innenoberfläche 12 vorgesehen sein.
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In weiteren Ausführungsformen kann der Körper 20 eine andere Form, beispielsweise eine beliebige rotationssymmetrische Form, mit der eine Mantelfläche 22 gebildet werden kann, aufweisen. Beispielsweise kann der Körper 20 eine Kegelform aufweisen. Wenn die Mantelfläche 22 wenigstens abschnittsweise die Form einer Mantelfläche eines Konus oder Kegels oder eines Kegelstumpfes oder Konusstumpfes aufweist, dann hat dies den Vorteil, dass der Weg der Lichtstrahlen 30 nach ihrer Reflexion an der Mantelfläche 22 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen kann. Dies bewirkt, dass eine Verzerrung eines durch die Lichtstrahlen 30 auf der Sensorfläche 26 erzeugten Abbilds des Abschnitts 16 von einer Entfernung der Sensorfläche 26 von der Mantelfläche 22 und auch von einer Entfernung der Mantelfläche 22 von der Innenoberfläche 12 unabhängig ist.
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Eine Grundform des Körpers 20 ist in 9 im Querschnitt schematisch gezeigt. Der Körper 20 ist kegelförmig, beispielsweise als gerader Kreiskegel, ausgebildet, wobei der Körper 20 eine Mantelfläche 22 und eine Grundfläche 66 aufweist. Die Mantelfläche 22 und die Grundfläche 66 schließen dort, wo sie sich berühren, jeweils einen Winkel 68 ein, beispielsweise einen Winkel von 45°.
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In weiteren Ausführungsformen kann der Winkel 68 beispielsweise zwischen 10° und 80°, zwischen 30° und 60° oder zwischen 40° und 50° betragen.
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Je nach Ausführungsform kann die Mantelfläche 22 unabhängig von ihrer Form und/oder der Form des Körpers 20 unterschiedlich ausgestaltet sein. In einer Ausführungsform kann die Mantelfläche 22 beispielsweise spiegelnd ausgestaltet sein. Dazu kann die Mantelfläche 22 beispielsweise verspiegelt sein.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Mantelfläche 22 beispielsweise wenigstens abschnittsweise eine Streufläche bilden oder wenigstens abschnittsweise mit einer streuenden Beschichtung versehen sein, an der darauf auftreffendes Licht gestreut wird. Der Abstrahlwinkel des gestreuten Lichts kann dabei beliebig gewählt werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Mantelfläche 22 beispielsweise wenigstens abschnittsweise eine Fluoreszenzfläche bilden oder wenigstens abschnittsweise mit einer fluoreszierenden Beschichtung versehen sein. Wird eine derart ausgestaltete Mantelfläche 22 beispielsweise mit UV-Licht angestrahlt, beginnt sie zu fluoreszieren.
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In einer weiteren Ausführungsform, wie sie beispielhaft in 10 gezeigt ist, ist der Körper 20 als Kegelstumpf ausgebildet, so dass er zusätzlich zu der Grundfläche 66 eine dieser gegenüberliegende und beispielsweise zu dieser parallele Stumpffläche 70 aufweist. Die Grundfläche 66 und die Stumpffläche 70 sind Seitenflächen des prismatischen Körpers 20. Ausführungsformen, die eine derartige Stumpffläche 70 aufweisen, sind besonders dafür geeignet, zusätzlich mit einem Fenster 56 ausgestattet zu werden.
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In diversen Ausführungsformen können, wie durch die gestrichelt ausgeführten Seitenflächen angedeutet, die Grundfläche 66 und/oder die Stumpffläche 70 durchsichtig ausgeführt sein, so dass sie ein durchsichtiges Fenster 56 bilden.
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In weiteren Ausführungsformen, von denen eine beispielhaft in 11 dargestellt ist, weist der Körper 20 beispielsweise einen ersten Kegelstumpfabschnitt 72, einen zweiten Kegelstumpfabschnitt 74 und einen den ersten Kegelstumpfabschnitt 72 und den zweiten Kegelstumpfabschnitt 74 verbindenden Abschnitt 76 auf. Der Abschnitt 76 kann beispielsweise zylindrisch oder prismatisch ausgestaltet sein. Bei derartigen Ausführungsformen weist die Mantelfläche 22 mehrere Teilflächen auf. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform weist die Mantelfläche 22 eine Beleuchtungsfläche 78, eine Positionierungsfläche 80 und eine Abbildungsfläche 82 auf. Die Beleuchtungsfläche 78 ist dazu ausgestaltet, Licht von der Lichtquelle 32 beispielsweise zu reflektieren, zu streuen und/oder aufgrund des auftreffenden Lichts zu fluoreszieren. Die Positionierungsfläche 80 ist beispielsweise so ausgestaltet, dass sie in die Aufnahme 38 einsetzbar ist und eine Position des Körpers 20 an der Trägereinrichtung 28 festlegt. Die Abbildungsfläche 82 ist beispielsweise so ausgestaltet, dass sie, wenn der Körper 20 in dem Prüfling 14 angeordnet ist, Licht von Abschnitten 16 des Prüflings 14 auf die Kamera 24 zu reflektiert.
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In weiteren Ausführungsformen, von denen eine beispielhaft in 12 dargestellt ist, ist beispielsweise die Beleuchtungsfläche 78 in mehrere Teilflächen unterteilt, die jeweils einen unterschiedlichen Winkel 68, 84 aufweisen.
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In weiteren Ausführungsformen können die Beleuchtungsfläche 78 und/oder die Abbildungsfläche 82 jeweils eine oder mehrere Teilflächen aufweisen, wobei die Flächen im Querschnitt konkav oder konvex sein können. In weiteren Ausführungsformen können die Mantelfläche 22, die Beleuchtungsfläche 78 und/oder die Abbildungsfläche 82 auch andere Oberflächenformen aufweisen.
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In weiteren Ausführungsformen, von denen eine beispielhaft in 13 dargestellt ist, weist die Prüfvorrichtung 10 eine Kalibrierungseinrichtung 86 auf, die beispielsweise in Verlängerung des Prüflings 14 angeordnet ist. Die Kalibrierungseinrichtung 86 weist beispielsweise einen Teflonring 88 auf, der eine bekannte und vorbestimmte Farbe und/oder Reflexionscharakteristik aufweist. Wenn die Kamera 24, 64 ein Bild der Kalibrierungseinrichtung 86 aufnimmt, beispielsweise, wenn der Körper 20 an der Kalibrierungseinrichtung 86 vorbeigefahren wird, dann kann mittels des erhaltenen Bildes eine Kalibrierung von Farbe und/oder Helligkeit der Kamera 24, 64 durchgeführt werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Kalibrierungseinrichtung 86 auch an anderer für die Kamera 24, 64 sichtbarer Stelle, beispielsweise an oder auf dem Körper 20 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Kalibrierungseinrichtung auch in der Stumpffläche 70 angeordnet sein.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Kalibrierungseinrichtung 86 auch an einer anderen Stelle der Prüfvorrichtung 10 angeordnet sein.
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In weiteren Ausführungsformen weist der Körper 20 beispielsweise Edelstahl, Kunststoff oder Glas auf.
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Die Trägereinrichtung 28 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen unterschiedlich ausgestaltet sein. Die in 14 gezeigte Trägereinrichtung 28 weist beispielsweise lediglich einen zylindrischen Abschnitt auf, der dazu ausgestaltet ist, den Körper 20 zu tragen und das Licht der Lichtquelle 32 auf den Körper 20 zuzuleiten.
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In weiteren Ausführungsformen, von denen eine beispielhaft in 15 dargestellt ist, weist die Trägereinrichtung 28 einen ersten Träger 90 und einen zweiten Träger 92 auf. Die Träger 90 und 92 sind jeweils zylindrisch ausgestaltet und koaxial angeordnet. In weiteren Ausgestaltungen kann die Lichtquelle 32 beispielsweise Licht in beide Träger 90, 92 einspeisen oder es kann für jeden der Träger 90, 92 eine separate Lichtquelle 32 vorgesehen sein.
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In weiteren Ausführungsformen, von denen eine beispielhaft in 16 dargestellt ist, weist die Trägereinrichtung 28 zusätzlich eine beispielsweise lichtleitende Mittenachse 94 auf.
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In weiteren Ausführungsformen, von denen eine beispielhaft in 17 dargestellt ist, weist die Trägereinrichtung 28 keine rotationssymmetrische Grundform auf. Stattdessen weist der Träger 90 eine hohlprismatische Form, beispielsweise basierend auf einem Quadrat als Grundform, auf. In weiteren Ausführungsformen können andere Grundformen, beispielsweise Ellipsen oder Polygone für die Trägereinrichtung 28 verwendet werden. In weiteren Ausführungsformen können verschiedene Grundformen miteinander kombiniert sein. Durch die Verwendung unterschiedlicher Grundformen kann die Trägereinrichtung 28, insbesondere ihre Beleuchtungseigenschaften, an verschiedene geometrische Formen von Prüflingen 14 angepasst werden.
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In weiteren Ausführungsformen ist die Form des Körpers 20 an die Form der Trägereinrichtung 28 bzw. der Träger 90, 92 angepasst. Basiert die Form der Träger 90, 92 beispielsweise auf einem Quadrat, so ist auch der Körper 20 nicht rotationssymmetrisch sondern auf Basis einer Pyramide bzw. eines Pyramidenstumpfes ausgebildet.
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Die Prüfvorrichtung 10 zur Prüfung des Prüflings 14, wie sie in 18 gezeigt ist, weist die Abbildungseinrichtung 18, die Trägereinrichtung 28, die Lichtquelle 32 und die Kamera 24 auf. Darüber hinaus weist die Prüfvorrichtung 10 eine lineare Positionierungseinrichtung 96 auf, mittels der wenigstens die Trägereinrichtung 28 in einer Axialrichtung 98 verfahrbar ist. Die Prüfvorrichtung 10 weist des Weiteren eine Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 auf, die zur Steuerung der Positionierungseinrichtung 96, der Lichtquelle 32 und der Kamera 24 eingerichtet und mit diesen verbunden ist.
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Die Prüfvorrichtung 10 ist beispielsweise mit einer Anzeigeeinrichtung 102 zur Anzeige von Informationen verbindbar. Darüber hinaus ist die Prüfvorrichtung 10 beispielsweise mittels eines Netzwerks mit einem Computer 104 verbindbar, auf dem Informationen anzeigbar, an den Informationen übermittelbar und von dem Anweisungen für die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 empfangbar sind.
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Die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 ist beispielsweise zum Empfang von digitalen Bildern von der Kamera 24 eingerichtet. Zur Kalibrierung der Kamera 24 weist die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 die Kamera 24 in einem ersten Schritt dazu an, ein Bild von der Kalibrierungseinrichtung 86 zu erfassen. Die Farbwerte der Pixel des Bildes, auf denen die Kalibrierungseinrichtung 86 wiedergegeben ist, werden dann in einem zweiten Schritt mit Referenzwerten verglichen, um Farbkorrekturwerte für die Kamera 24 zu ermitteln. In einem dritten Schritt weist die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 die Kamera 24 an, die Farbkorrekturwerte für alle weiteren Bildaufnahmen zu verwenden.
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Die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 kann beispielsweise zur Erfassung von Bildern der Innenoberfläche 12 derart eingerichtet sein, dass sie in mehreren Scanvorgängen jeweils ein Teilbild erfasst und in einem Verarbeitungsschritt die erfassten Teilbilder zu einem Bild der Innenoberfläche 12 zusammenfügt. Die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 kann beispielsweise so eingerichtet sein, dass sie Verfahren der Bildverarbeitung zum Zusammensetzen der Teilbilder verwendet. In einer weiteren Ausführungsform kann die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 zur Erfassung eines ersten Teilbildes und eines zweiten Teilbildes in einem ersten Scanvorgang und einem zweiten Scanvorgang ausgebildet sein.
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Zur Prüfung eines Prüflings 14 wird die Positionierungseinrichtung 96 auf Anweisung der Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 während des ersten Scanvorgangs in den Prüfling 14 hineingefahren und während des zweiten Scanvorgangs aus dem Prüfling 14 herausgefahren. Eine Positionserfassungseinrichtung ist dazu eingerichtet, kontinuierlich oder auf Anforderung die jeweils aktuelle Position der Positionierungseinrichtung 96 zu erfassen und an die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 zu übermitteln. Die Positionierungseinrichtung 96 kann beispielsweise auch positionsgenau steuerbare Motoren, beispielsweise Schrittmotoren, aufweisen. Die Positionserfassungseinrichtung könnte in diesem Fall beispielsweise einen Zähler aufweisen, der die durch den Schrittmotor durchgeführten Schritte zählt, wobei die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 aus der Zahl der Schritte die Position errechnen kann.
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An vorbestimmten Positionen der Positionierungseinrichtung 96 wird die Kamera 24 veranlasst, ein Bild von der Abbildungseinrichtung 18, also ein Bild und/oder Teilbild der von der Abbildungseinrichtung 18 abgelenkten Lichtstrahlen, zu erfassen und an die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 zu übermitteln. In einem Verarbeitungsschritt entnimmt die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 den einzelnen Bildern und/oder Teilbildern die Bildinformationen, die einem Abschnitt 16 zugeordnet sind und setzt diese Bildinformationen anhand der zu jedem Bild erfassten Position zu einem Gesamtbild der Innenoberfläche 12 zusammen.
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Sofern die Abbildungseinrichtung 18 ein entsprechendes Fenster 56 aufweist, kann das Gesamtbild durch ein Bild der Schulter 46 ergänzt werden.
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In weiteren Ausführungsformen ist die Lichtfarbe der Lichtquelle 32 steuerbar. An jeder Position, also von jedem Abschnitt 16 werden in kurzer Folge hintereinander Bilder erfasst, die mit unterschiedlichen Farben belichtet wurden (Zeitmultiplex). So ist es beispielsweise mit einem hochauflösenden Graustufen-Bildsensor möglich, durch Beleuchtung des Abschnitts 16 in schneller Folge mit den Farben rot, grün und blau und der Erfassung dreier Teilbilder, je eines für rot, grün und blau, ein Farbbild zu errechnen.
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In weiteren Ausführungsformen wird für den ersten Scanvorgang eine andere Lichtfarbe verwendet als für den zweiten Scanvorgang (Wellenlängenmultiplex).
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In weiteren Ausführungsformen ist die Trägereinrichtung 28 im Bereich des Abschnitts 16 derart ausgebildet, dass die Lichtstrahlen 34 in Form eines Streifenmusters auf die Innenoberfläche 12 projiziert werden, mittels dessen eine dreidimensionale Form der Innenoberfläche 12 erfassbar ist.
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In weiteren Ausführungsformen weist die Trägereinrichtung 28 im Bereich des Abschnitts 16 verschiedene Lichtaustrittsabschnitte auf, die zur Beleuchtung des Abschnitts 16 unter einem Winkel von weniger als 80° angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, Erhebungen und Vertiefungen in der Innenoberfläche 12 leichter und präzise zu erfassen als mit Licht, das in einem Winkel von nahezu 90° auf die Innenoberfläche 12 auftrifft.
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In weiteren Ausführungsformen wird als Teilbild jeweils beispielsweise das erfasste Bild einer Zeile von Sensoren der Sensorfläche 26 oder einer Zeilengruppe von Sensoren der Sensorfläche 26 verwendet. In weiteren Ausführungsformen weisen die Sensoren der Sensorfläche 26 wie oben beschrieben unterschiedliche Filter auf.
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Beispielhaft ist ein von der Kamera 24 erfasstes Bild 106 in 19 gezeigt. In dem Bild 106 ist eine kreisförmige Abbildung auf einen ersten Bereich 108 der Sensorfläche 26 zu sehen, die einem Abschnitt 16 der Innenoberfläche 12 entspricht. Die in dem ersten Bereich 108 liegenden Pixel des Bildes 106 werden jeweils von der Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 gesammelt und auf ein Bild der Innenoberfläche 12 abgebildet.
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20 zeigt ein Bild 106, wie es beispielsweise mittels einer Trägereinrichtung 28 mit zwei Trägern 90, 92 und einem Fenster 56 erhältlich ist. In der Mitte des Bildes ist in einem zweiten Bereich 112 eine zweite Abbildung der Schulter zu sehen. Zusätzlich zu der ersten Abbildung im ersten Bereich 108 ist eine dritte Abbildung in einem dritten Bereich 110 zu sehen. Dadurch, dass die Verarbeitungs- und Steuereinrichtung 100 in diesem Fall mehrere , , gleichzeitig verarbeiten kann, können der Scanvorgang oder die Scanvorgänge schneller durchgeführt werden.
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Damit die Prüfvorrichtung 10 an unterschiedliche Geometrie von Prüflingen 14 anpassbar ist, kann ein Referenzprüfling in einem Kalibrierungsschritt gescannt und dadurch die Position der , , in dem Bild 106 ermittelt werden. Die jeweiligen Pixel des Bildes 106 werden in diesem Kalibrierungsschritt einem umlaufenden Winkel und einer , , beispielsweise im weitesten Sinne einer Scanzeile, zugeordnet. Diese Zuordnung wird in einer Datenstruktur gespeichert, beispielsweise in einer Tabelle 114, wie sie in 21 gezeigt ist. Zu verschiedenen Punkten (X, Y) des aufgenommenen Bildes 106 ist dort eine Zuordnung abgespeichert, auf welchen Winkel phi in welchem Abschnitt bzw. in welcher Abbildung oder Scanzeile dieser Punkt abzubilden ist.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Lichtquelle 32 zusammen mit der Trägereinrichtung 28 mittels der linearen Positionierungseinrichtung 96 verfahrbar sein.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Lichtquelle 32 Licht in einem Wellenlängenbereich erzeugen, in dem bestimmte Stoffe, die an der Innenoberfläche 12 angeordnet sind, zur Fluoreszenz angeregt werden. Dadurch ist beispielsweise eine Erkennung von Schichtdicken eines aufgetragenen Lacks möglich.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Beleuchtungseinrichtung zusätzlich zu der Lichtquelle 32 eine oder mehrere weitere Lichtquellen aufweisen. Beispielsweise kann eine zweite Lichtquelle derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass ihre Lichtstrahlen im Innenraum 54 verlaufen.
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In weiteren Ausführungsformen kann zusätzlich zu der Trägereinrichtung 28 beispielsweise wenigstens eine weitere, zu der Trägereinrichtung 28 konzentrisch angeordnete, Lichtleitereinrichtungen angeordnet sein. Diese können jeweils eigene Lichtquellen aufweisen, die beispielsweise Licht unterschiedlicher Wellenlängen abstrahlen. Die Lichtstrahlen verlaufen dann durch die Lichtleitereinrichtungen und werden an der Mantelfläche 22 reflektiert bzw. von der optischen Abbildungseinrichtung 18 oder anderen Einrichtungen auf die Innenoberfläche 12 zu abgelenkt. In weiteren Ausführungsformen können mehrere Lichtquellen in dieselbe Lichtleitereinrichtung und/oder die Trägereinrichtung 28 Licht einstrahlen. Dadurch können beispielsweise durch Wellenlängenmultiplex und/oder die Verwendung von Filtern unterschiedliche Beleuchtungsprofile zur Erkennung unterschiedlicher Defektarten erzeugt werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann der Körper 20 beispielsweise mit oder ohne Fenster 56 gebildet sein.
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In weiteren Ausführungsformen kann der Körper 20 beispielsweise einen Linsenabschnitt, beispielsweise zum Bündeln und/oder Auffächern von Lichtstrahlen und/oder zum Fokussieren eines Bilds der Schulter 46 aufweisen. Dieser Linsenabschnitt kann beispielsweise durch Ausgestaltung der Seitenflächen 66, 70 gebildet sein.
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In weiteren Ausführungsformen ist beispielsweise in oder an dem Körper 20 eine zweite Bilderfassungseinrichtung zur Erfassung eines weiteren Abschnitts der Innenoberfläche 12 angeordnet. Die zweite Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise Abschnitte der Innenoberfläche 12 erfassen und davon Bilder erstellen, die gegenüber der (ersten) Bilderfassungseinrichtung 24 beispielsweise durch den Körper 20 verdeckt sind, oder Abschnitte, die besonders detailliert erfasst werden sollen.
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In den Ausführungsbeispielen sind Wege, auf denen sich Licht ausbreitet, beispielsweise als Lichtstrahlen und/oder Sehstrahlen 30, 34 dargestellt. Diese Darstellungsweise ist im Sinne der Strahlenoptik lediglich als Hilfsmittel zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen.
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Dabei kann, je nach den Eigenschaften der zu überprüfenden Oberflächen, Licht verschiedener Wellenlängen, sowohl für das menschliche Auge sichtbar als auch unsichtbar, verwendet werden.
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Die hier genannten Merkmale können innerhalb des Erfindungsgedankens auf vielfältige andere vorteilhafte Art und Weise kombiniert werden.
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Die vorliegende Erfindung verbessert so die Präzision und Geschwindigkeit der Prüfung von Innenoberfläche 12 von Prüflingen 14 auf vorteilhafte und einfache Art und Weise.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Prüfvorrichtung
- 12
- Innenoberfläche
- 14
- Tube (Prüfling)
- 16
- (umlaufender) Abschnitt
- 18
- Abbildungseinrichtung
- 20
- Körper
- 22
- Mantelfläche
- 24
- Kamera
- 26
- Sensorfläche
- 28
- Trägereinrichtung
- 30
- Lichtstrahl/Sehstrahl
- 32
- Lichtquelle
- 34
- Lichtstrahl (der Lichtquelle)
- 36
- Seitenfläche
- 38
- Aufnahme (für den Körper)
- 40
- distales Ende (der Trägereinrichtung)
- 42
- proximales Ende (der Trägereinrichtung)
- 44
- Körper (des Prüflings)
- 46
- Schulter (zweiter Abschnitt)
- 48
- Öffnung
- 50
- distales Ende (des Prüflings)
- 52
- proximales Ende (des Prüflings)
- 54
- Innenraum
- 56
- Fenster
- 58
- Lichtstrahl/Sehstrahl
- 60
- Linse
- 62
- Spiegel
- 64
- Zweite Kamera
- 66
- Grundfläche (Seitenfläche)
- 68
- Winkel
- 70
- Stumpffläche (Seitenfläche)
- 72
- erster Kegelstumpfabschnitt
- 74
- zweiter Kegelstumpfabschnitt
- 76
- Abschnitt
- 78
- Beleuchtungsfläche
- 80
- Positionierungsfläche
- 82
- Abbildungsfläche
- 84
- Winkel
- 86
- Kalibrierungseinrichtung
- 88
- Teflonring
- 90
- (erster) Träger
- 92
- (zweiter) Träger
- 94
- Mittenachse
- 96
- Positionierungseinrichtung
- 98
- Axialrichtung
- 100
- Verarbeitungs- und Steuereinrichtung
- 102
- Anzeigeeinrichtung
- 104
- Computer
- 106
- Bild
- 108
- (erste) Abbildung/Bereich
- 110
- (dritte) Abbildung/Bereich
- 112
- (zweite) Abbildung/Bereich
- 114
- Tabelle
