DE19506167A1 - Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der Innengeometrie eines Bauteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Innen­ geometrie eines Bauteiles, insbesondere einer Kammer, eines Rohres oder eines Drehteiles. Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zum Bestimmen der Innengeometrie eines sol­ chen Bauteiles.

Damit eine einwandfreie Funktionsweise eines hohlen Bautei­ les, das ein Medium aufnimmt, gewährleistet sein kann, ist es erforderlich, die Innengeometrie des Bauteiles zu bestimmen. Das gilt für Kammern, Behälter, insbesondere aber für Rohre mit unterschiedlichem Querschnitt, durch die ein Medium strö­ men soll. Veränderungen der Innengeometrie würden dort zu Be­ hinderungen der Strömung, beispielsweise zu Wirbeln, führen. Durch ein regelmäßiges Bestimmen der Innengeometrie werden Abweichungen von der ursprünglich gewünschten Geometrie er­ kannt. Bei großen Abweichungen können dann Abschnitte des Bauteils ausgetauscht werden. Das gilt besonders für Rohrlei­ tungsabschnitte.

Da insbesondere Verkleinerungen der Bauteilquerschnittsfläche zu Störungen führen könnten, wurde bisher ein starrer Körper, dessen Querschnitt dem Sollinnenquerschnitt des Bauteiles entspricht, in das Bauteil eingebracht. Ein zu kleiner Quer­ schnitt des Bauteiles wurde dann erkannt, wenn der starre Körper nicht weiter bewegt werden konnte.

Durch die rein mechanische Abtastung kann das bekannte Ver­ fahren zu Beschädigungen der Innenwand des Bauteiles führen. Insbesondere kann es durch Abrieb zu unerwünschten Verschmut­ zungen kommen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ei­ ne Einrichtung zum Bestimmen der Innengeometrie eines Bautei­ les anzugeben, mit denen die Innengeometrie ohne mechanische Berührung und damit ohne eine Gefahr der Beschädigung oder Verschmutzung des Bauteiles bestimmt werden kann.

Die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß auf der Innenoberfläche des Bauteils ein an einem Innenumfang des Bauteils umlaufendes in sich ge­ schlossenes Lichtband erzeugt wird, daß das Lichtband mit ei­ nem zuvor kalibrierten Abbildungssystem abgebildet wird und daß aus der Geometrie des Bildes des Lichtbandes die Geome­ trie des Innenumfangs des Bauteils bestimmt wird.

Die Kalibrierung des Abbildungssystems erfolgt dabei an einem Bauteil, dessen Innengeometrie bekannt ist. Man kann dann aus der Geometrie des Bildes, das vom Abbildungssystem erzeugt wird, sofort auf die Geometrie des abgebildeten Bauteiles schließen.

Durch das Erzeugen eines Lichtbandes wird ein Innenumfang des Bauteiles kenntlich gemacht, der dann in einfacher Weise vom Abbildungssystem abgebildet werden kann.

Um zu erkennen, ob die Innengeometrie des Bauteils einer Sollinnengeometrie entspricht, kann die bestimmte Innengeome­ trie mit der Sollinnengeometrie verglichen werden.

Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß keine mechanischen Berührungen erforderlich sind. Folglich kann es nicht zu einer Beschädigung des Bau­ teiles kommen. Es kann auch kein Abrieb entstehen, der eine Verschmutzung des Bauteils nach sich ziehen würde. Ein we­ sentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß die Innengeometrie des gesamten Bautei­ les, insbesondere eines Rohres, bestimmt werden kann, selbst dann, wenn eine Verengung des Bauteils vorliegen sollte. Der verengte Abschnitt stellt kein Hindernis für die Durchführung des Verfahrens dar, da nur solche Körper in das Bauteil ein­ gebracht werden, deren Querschnitt deutlich kleiner als der Sollquerschnitt des Bauteils sind.

Beispielsweise werden an voneinander beabstandeten Orten die Geometrien mehrerer Innenumfänge des Bauteiles bestimmt. Aus der Abfolge dieser Geometrien kann die räumliche Anordnung des Innenraumes des Bauteiles bestimmt werden. Man erhält dann auch unmittelbar Hinweise darauf, ob eine Torsion und/oder eine Durchbiegung des Bauteiles, insbesondere eines Rohres, vorliegt.

Die Torsion oder die Durchbiegung können mit dem Verfahren nach der Erfindung vorteilhafterweise erstmals bestimmt wer­ den.

Die Aufgabe, eine Einrichtung zum Bestimmen der Innengeome­ trie eines Bauteiles anzugeben, wird nach der Erfindung da­ durch gelöst, daß mit einem Endoskop, dessen Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Bauteils ist, ein Abbil­ dungssystem verbunden ist, daß dem Endoskop eine Lichtquelle zum Erzeugen eines auf der Innenoberfläche des Bauteiles an einem Innenumfang des Bauteiles umlaufenden Lichtbandes zuge­ ordnet ist und daß das Abbildungssystem kalibriert ist zum Bestimmen der Geometrie des Innenumfangs des Bauteils aus der Geometrie des Bildes des Lichtbandes.

Dabei erzeugt die Lichtquelle ein Lichtband auf dem Innenum­ fang des Bauteiles. Dieses Lichtband wird über das Endoskop einem Abbildungssystem zugeführt, das außerhalb des Bauteiles angeordnet sein kann. Durch die Verwendung des Endoskops muß das Abbildungssystem nicht in das Bauteil eingeführt werden. Das Abbildungssystem muß also in seiner Größe nicht einge­ schränkt sein.

Damit aus der Geometrie des erzeugten Bildes die Geometrie des Bauteils ermittelt werden kann, muß das Abbildungssystem an einem Bauteil mit bekannter Geometrie kalibriert sein.

Mit der Einrichtung nach der Erfindung wird der Vorteil er­ zielt, daß selbst in engen Bauteilen, wie z. B. in Rohren mit kleinem Durchmesser, die Innengeometrie in einfacher Weise bestimmt werden kann. Dabei kommt es nicht zu mechanischen Berührungen, die Beschädigungen oder Verschmutzungen des Bau­ teiles bewirken könnten.

Darüber hinaus wird der Vorteil erzielt, daß das Endoskop selbst durch eine Verengung des Bauteiles nicht behindert wird und somit die Innengeometrie auch hinter einer solchen Verengung bestimmt werden kann. Folglich ist es möglich, stets das gesamte Bauteil zu untersuchen.

Das Abbildungssystem umfaßt beispielsweise eine Videokamera, die mit dem Endoskop verbunden ist.

Das Endoskop ist beispielsweise starr. Es kann dadurch leicht in das Bauteil eingeführt werden. Es ist jedoch auch der Ein­ satz eines flexiblen Endoskops möglich.

Beispielsweise wird die Lichtquelle separat gehalten. Sie ist dazu z. B. an einem Haltestab befestigt, der durch eine andere Öffnung als das Endoskop in das Bauteil eingeführt wird. Es ist jedoch erforderlich, daß die Lichtquelle dem im Bauteil befindlichen Ende des Endoskops so zugeordnet ist, daß das erzeugte Lichtband vom Abbildungssystem erfaßt werden kann. Dabei ist der Öffnungswinkel des Endoskops zu beachten.

Die Lichtquelle kann nach einem anderen Beispiel am Endoskop befestigt sein. Dazu kann eine Halterungsvorrichtung dienen, die die Lichtquelle im gewünschten festen Abstand vor dem aufnehmenden Ende des Endoskops hält.

Nach einem anderen Beispiel ist die Lichtquelle unmittelbar am Endoskop befestigt und ist in Richtung auf das aufnehmende Ende des Endoskops ausgerichtet. Die Lichtquelle hat dabei einen Öffnungswinkel, unter dem sie Licht abstrahlt, der kleiner als der Öffnungswinkel des Endoskops ist. Damit wird der Vorteil erzielt, daß für die Lichtquelle keine aufwendige Halterungsvorrichtung erforderlich ist. Durch das Abstrahlen des Lichtes unter dem genannten Winkel wird gewährleistet, daß das erzeugte Lichtband stets im Blickfeld des Endoskops liegt.

Nach einem anderen Beispiel kann im Strahlengang des Endoskops ein Strahlenteiler angeordnet sein, dem die Licht­ quelle zugeordnet ist. Dieser Strahlenteiler befindet sich in der Regel außerhalb des zu untersuchenden Bauteiles. Hiermit wird der Vorteil erzielt, daß der in das Bauteil eingeführte Teil des Endoskops sowohl das Licht für das Lichtband in das Bauteil hineinleitet, als auch das Licht des Lichtbandes zum Abbildungssystem führt. Dabei ist die Lichtquelle vorteilhaf­ terweise stets zugänglich.

Beispielsweise umfaßt die Lichtquelle eine Blende, deren Form der inneren Querschnittsform des Bauteils entspricht. Die Blende kann folglich z. B. rund oder quadratisch sein. Damit wird der Vorteil erzielt, daß die Lichtquelle ein besonders gut sichtbares Lichtband erzeugen kann.

Mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß die Innengeometrie ei­ nes Bauteiles berührungslos erfaßt werden kann und daß sogar eine Torsion und/oder eine Durchbiegung des Bauteils bestimmt werden kann.

Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zum Bestimmen der Innengeometrie eines Bauteiles, bei der eine Lichtquelle mit einem Endoskop verbunden ist.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 1, bei der die Lichtquelle separat gehalten ist.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 1, bei der die Lichtquelle unmittelbar am Endoskop befestigt ist.

Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zum Bestimmen der Innengeometrie eines Bauteiles, bei der eine Lichtquelle über einen Strahlenteiler mit dem Endoskop in Verbindung steht.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen als Bauteil ein Rohr 1, dessen In­ nengeometrie bestimmt werden soll. Dazu ist ein Abbildungssystem 2 vorhanden, das mit einem Endoskop 3 ver­ bunden ist. Dieses Endoskop 3 kann in das Rohr 1 eingeführt werden, da sein Durchmesser deutlich kleiner als der Rohrin­ nendurchmesser ist. Damit die Innengeometrie des Rohres 1 er­ faßt werden kann, muß ein auf der Innenoberfläche des Rohres 1 an einem Innenumfang umlaufendes Lichtband 4 erzeugt wer­ den. Dieses Lichtband 4 wird mit Hilfe des Endoskops 3 im Ab­ bildungssystem 2 abgebildet. Da das Abbildungssystem 2 zuvor an einem Bauteil mit bekannter Innengeometrie kalibriert wor­ den ist, kann aus der Geometrie des Bildes im Abbildungssystem 2 unmittelbar auf die Geometrie des Licht­ bandes 4 und damit auf die Innengeometrie des Rohres 1 am Ort des Lichtbandes 4 geschlossen werden.

Falls die Innengeometrie des Rohres 1 nicht den Erfordernis­ sen entspricht, können Reparaturmaßnahmen eingeleitet werden.

Falls man in regelmäßigen räumlichen Abständen die Innengeo­ metrie des Rohres 1 bestimmt, erhält man einen Hinweis auf den räumlichen Verlauf des Rohres 1 und damit auf mögliche Torsionen oder Durchbiegungen des Rohres 1.

Nach Fig. 1 ist zum Erzeugen des Lichtbandes 4 eine Licht­ quelle 5a über eine Halterung 6 mit dem Endoskop 3 verbunden. Dabei ist die Lichtquelle 5a so weit vor dem aufnehmenden En­ de des Endoskopes 3 positioniert, daß das mit der Lichtquelle 5a erzeugte Lichtband 4 beim gegebenen Öffnungswinkel des En­ doskops 3 erfaßt werden kann.

Nach Fig. 2 ist eine Lichtquelle 5b mit einer Halterung 7 ausgestattet, mit der sie von dem Ende des Rohres 1, das dem Endoskop 3 gegenüber liegt, in das Rohr 1 eingeschoben werden kann. Die Lichtquelle 5b wird dann in einem ähnlichen Abstand wie bei Fig. 1 vom Ende des Endoskops 3 gehalten.

Nach Fig. 3 ist eine Lichtquelle 8 unmittelbar am Endoskop 3 befestigt. Dabei ist die Lichtquelle 8 jedoch so ausgestat­ tet, daß sie Licht unter einem Winkel zur Achse des Endoskops 3 abstrahlt, der kleiner als der Öffnungswinkel des Endoskops 3 ist. Dadurch wird gewährleistet, daß das Lichtband 4, das von der Lichtquelle 8 erzeugt wird, stets vom Endoskop 3 er­ faßt werden kann.

Nach Fig. 4 ist das Endoskop 3 durch einen Strahlenteiler 9 unterbrochen. Diesem Strahlenteiler 9 ist eine Lichtquelle 10 zugeordnet. Von der Lichtquelle 10 gelangt Licht über den Strahlenteiler 9 in den im Rohr 1 befindlichen Abschnitt des Endoskops 3. Das Licht tritt dort aus dem Endoskop 3 aus und erzeugt das gewünschte Lichtband 4 auf der Innenoberfläche des Rohres 1. Von diesem Lichtband 4 aus gelangt andererseits Licht über das Endoskop 3 durch den Strahlenteiler 9 hindurch in das Abbildungssystem 2. Damit das Lichtband 4 der inneren Querschnittsform des Rohres 1 angepaßt werden kann, kann zwi­ schen der Lichtquelle 10 und dem Strahlenteiler 9 eine Halte­ rung 11 für Blenden 12a, 12b angeordnet sein. Dabei ist die Blende 12a eine Rechteckblende und die Blende 12b eine Kreis­ blende. Zwischen der Halterung 11 und dem Strahlenteiler 9 kann eine Linse 13 angeordnet sein.

Mit den Varianten der Fig. 1 bis 4 kann die Innengeometrie eines Rohres 1 oder eines anderen Bauteils berührungslos be­ stimmt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Bestimmen der Innengeometrie eines Bautei­ les, insbesondere einer Kammer, eines Rohres (1) oder eines Drehteiles, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenoberfläche des Bauteiles ein an einem Innenumfang des Bauteiles umlaufendes, in sich geschlossenes Lichtband (4) erzeugt wird, daß das Lichtband (4) mit einem zuvor kali­ brierten Abbildungssystem (2) abgebildet wird und daß aus der Geometrie des Bildes des Lichtbandes (4) die Geometrie des Innenumfangs des Bauteils bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an voneinander beabstandeten Orten die Geometrien mehrerer In­ nenumfänge des Bauteils bestimmt werden und daß aus deren Ab­ folge eine Torsion und/oder eine Durchbiegung des Bauteils bestimmt werden.

3. Einrichtung zum Bestimmen der Innengeometrie eines Bautei­ les, insbesondere einer Kammer, eines Rohres (1) oder eines Drehteiles, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Endoskop (3), dessen Durchmesser kleiner als der Innen­ durchmesser des Bauteils ist, ein Abbildungssystem (2) ver­ bunden ist, daß dem Endoskop (3) eine Lichtquelle (5a, 5b, 8, 10) zum Erzeugen eines auf der Innenoberfläche des Bauteils an einem Innenumfang des Bauteils umlaufenden Lichtbandes (4) zugeordnet ist und daß das Abbildungssystem (2) kalibriert ist zum Bestimmen der Geometrie des Innenumfanges des Bauteils aus der Geometrie des Bildes des Lichtbandes (4).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem (2) eine Videokamera umfaßt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop (3) ein starres Endoskop ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (5b) separat gehalten ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (5a, 8) am Endoskop (3) befestigt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (8) unmittelbar am Endoskop (3) in Richtung auf das aufnehmende Ende des Endoskops (3) ausgerichtet befestigt ist und einen Öffnungswinkel aufweist, der kleiner als der Öffnungswinkel des Endoskops (3) ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des Endoskops (3) ein Strahlenteiler (9) ange­ ordnet ist, dem die Lichtquelle (10) zugeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) eine Blende (12a, 12b) umfaßt, deren Form der inneren Querschnittsform des Bauteils entspricht.