DE202008008725U1

DE202008008725U1 - Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraumes in einem Werkstück

Info

Publication number: DE202008008725U1
Application number: DE202008008725U
Authority: DE
Original assignee: Hommel Etamic GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: WO2009003692A1; DE102007031358B4; DE102007031358A1; EP2165186A1

Abstract

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück (8),
mit einer Optik (2) mit Rundumblick von vorzugsweise 360°,
mit Mitteln zum Vorschub der Optik (2) senkrecht zur Ebene des Rundumblicks,
mit einem digitalen Bildaufnehmer (10) mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik (2) aufgenommene Rundumbild abgebildet wird, und
mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen des Bildaufnehmers (10) ein kartesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung (40) der Innenfläche des Hohlraums ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der digitale Bildaufnehmer (10) derart ausgebildet ist, daß nur Ausgangssignale entsprechend einem ringförmigen Band auf der Innenfläche (4) des Hohlraums in einer Ebene im wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden, und daß diese Ausgangssignale den Bildinhalt der Zeilen eines kartesischen Gesamtbildes bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Abbildung der Innenfläche eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück.
Eine derartige Vorrichtung ist durch DE 198 06 261 B4 bekannt. Dabei hat die Optik die Form eines Endoskopes, das linear bewegt wird, wodurch Einzelbilder als Primärbilder zur Verfügung stehen. Diese werden durch eine digitale Kamera aufgenommen und in digitaler Form zunächst gespeichert und dann durch eine Polarkoordinaten-Transformation zu einem rechteckigen Bild umgeformt, in dem die Primärbilder zu einem Gesamtbild der Innenfläche des Hohlraums zusammengefügt werden. Der Verarbeitung und Transformation der Primärbilder liegt jeweils deren gesamter Informationsinhalt zugrunde, was zur Folge hat, daß die Zeit für die Verarbeitung der Signale verhältnismäßig groß ist.
Die Abbildung einer Innenfläche eines zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück dient dem Ziel, die Oberfläche auf Fehler zu untersuchen und fehlerhafte Bauteile auszuscheiden. Dies ist besonders in der Automobilindustrie von Bedeutung, wo funktionsrelevante Bohrungen seriengefertigt werden, beispielsweise bei Bremszylindern, Bremssätteln, Pleueln, Kolben, Motor zylindern, Zylinderlaufbuchsen oder Lagerbuchsen. Eine solche Prüfung erfolgte bisher durch visuelle Inspektion und natürlich behaftet mit den Einschränkungen der Sichtkontrolle. Anzustreben ist jedoch eine Stück-für-Stück-Prüfung bei gleichzeitiger Automatisierung des Prüfvorganges. Eine solche Prüfung ist mit der genannten bekannten Vorrichtung bei kurzen Taktzeiten nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der die Zeit für die Prüfung so gering ist, daß eine Stück-für-Stück-Prüfung, insbesondere eine automatische Prüfung, erfolgen kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der digitale Bildaufnehmer, der das von der Optik aufgenommene Rundumbild aufnimmt, nur Ausgangssignale entsprechend einem ringförmigen Band auf der Innenfläche des Hohlraumes erzeugt, derart, daß das Ausgangssignal nur Informationen über dieses ringförmige Band enthält. Dadurch ergibt sich eine beträchtliche Reduktion des Informationsinhalts. Diese reduzierten Ausgangssignale bilden dann den Bildinhalt der Zeilen eines kartesischen Gesamtbildes, das im Ergebnis erzeugt wird. Durch den schrittweisen Vorschub der Optik werden jeweils neue Zeilen aneinandergereiht, so daß das Gesamtbild entsteht.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß digitale Hochgeschwindigkeitsbildaufnehmer zur Verfügung stehen, die in der Lage sind, 1.000 Bilder pro Sekunde aufzunehmen und entsprechende Bildsignale zu erzeugen.
Um gemäß dem Grundgedanken der Erfindung nur Ausgangssignale entsprechend einem ringförmigen Band auf der Innenfläche des Hohlraumes zu erzeugen, sieht eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre vor, daß der digitale Bildaufnehmer eine matrixförmige Bildpunktanordnung sowie ein digitales Auslesefenster aufweist, das so programmiert ist, daß nur Ausgangssignale entsprechend dem ringförmigen Band auf der Innenfläche des Hohlraumes erzeugt werden. Da bei dieser Ausführungsform ein Bildaufnehmer mit matrixförmiger Bildpunktanordnung verwendet werden kann, ist auf diese Weise eine Verwirklichung des Grundgedankens der Erfindung mit einer relativ einfachen und kostengünstigen Standardhardware ermöglicht.
Eine andere außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht jedoch vor, daß der Bildaufnehmer einen Ringsensor aufweist, bei dem die Bildpunkte auf einer ringförmigen Fläche angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform erfaßt der Ringsensor von vornherein nur den für die Auswertung erforderlichen Bereich. Derartige Ringsensoren stehen zur Verfügung und weisen beispielsweise auf einer ringförmigen Fläche mit einem Außendurchmesser von 10 mm 2048 Pixel auf.
Darüber hinaus können erfindungsgemäß auch beliebige andere Bildaufnehmeranordnungen verwendet werden, mittels derer ein ringförmiges Band auf der Innenfläche des Hohlraumes abgebildet werden kann. Beispielsweise kann hierzu erfindungsgemäß ein Matrixsensor mit wahlfreiem Pixelzugriff verwendet werden, bei dem ausschließlich auf diejenigen Pixel zugegriffen wird, auf die das ringförmige Band abgebildet wird. Da die übrigen Pixel nicht ausgewertet werden, ist auch bei einer solchen Ausführungsform der Informationsgehalt entspre chend der erfindungsgemäßen Lehre reduziert. Darüber hinaus können erfindungsgemäß auch beliebige andere Techniken verwendet werden, mittels derer eine ringförmige Zone abgetastet werden kann, beispielsweise dadurch, daß ein feststehender Bildaufnehmer verwendet wird, und das Bild über eine Prismenanordnung rotiert. In diesem Zusammenhang können beispielsweise und insbesondere ein Mikrospiegel-Array oder ein DLP ("digital light processor") verwendet werden. Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß auch möglich, das für die Auswertung vorgesehene ringförmige Band unter Verwendung von Glasfaserbündeln zu erzeugen, über deren eingangsseitige Enden das ringförmige Band erfaßt wird und die so geordnet sind, daß ihre ausgangsseitigen Enden das ringförmige Band in eine Zeile eines kartesischen Bildes abbilden. Erfindungsgemäß wird also stets das ringförmige Band auf der Innenfläche des Hohlraumes erfaßt und in eine Zeile eines kartesischen Gesamtbildes umgesetzt. Beim axialen Vorschub der Optik werden dem kartesischen Bild somit nacheinander Zeilen hinzugefügt, so daß sich nach Beendigung der axialen Vorschubbewegung das kartesische Gesamtbild ergibt, das auf schnelle und einfache Weise ausgewertet werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die den Bildinhalt der Zeilen des karthesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines kartesischen Bildes durchlassen. In optischer Hinsicht werden somit nur die Oberflächenfehler dargestellt, wobei durch die Einstellung des Grenzwertes die Oberflächenfehler bestimmt werden können, die zur Darstellung gelangen sollen. Natürlich ist es dann auch ohne weiteres möglich, diese Fehlersignale auszuwerten und die fehlerhaften Werk stücke entsprechend auszuscheiden oder zu markieren.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich der Optik eine Beleuchtungsquelle zur Rundumbeleuchtung fest angeordnet. Dadurch erübrigt sich die Beleuchtung über eine von der Optik entfernt angeordnete Lichtquelle, deren Licht beispielsweise durch einen Lichtleiter geleitet wird. Vorzugsweise ist die Beleuchtungsquelle eine LED-Lichtquelle. Zweckmäßigerweise ist sie auch eine Laserdiode.
Anhand der stark schematisierten Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen sowie deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einem Werkstück,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 schematisch die Aufnahmefläche eines Bildaufnehmers,
4 schematisch die Speicherung eines von dem Bildaufnehmer aufgenommenen Kreisrings,
5 die Bildung eines kartesischen Bildes und
6 schematisch die Abwicklung der Innen fläche der Bohrung.
Die Vorrichtung gemäß 1 weist eine Optik 2 mit Rundumblick von 360°, beispielsweise eine Fisheye-Optik, auf, so daß sie eine zylindrische Innenfläche 4 einer Bohrung 6 in einem Werkstück 8 auf einem bei diesem Ausführungsbeispiel digitalen Bildaufnehmer 10 abbildet. Die Optik 2 ist nach Art einer endoskopischen Optik ausgebildet, die an einer Halterung 12 angeordnet ist und durch einen elektromotorischen Vorschubantrieb 14 bewegt wird, um so die Optik 2 in Axialrichtung durch die Bohrung 6 zu bewegen. Die Beleuchtung der zylindrischen Innenfläche 4 erfolgt durch eine Lichtquelle 16, bei der es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um eine Leuchtdiode oder eine Hochleistungslaserdiode handelt, die kontinuierlich oder gepulst Licht abgibt. Das Ausgangssignal des Bildaufnehmers 10 gelangt über eine Leitung 18 in einen Auswerterechner 20, dessen Funktion nachfolgend anhand der 3 bis 6 erläutert wird.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 für eine Verwendung in größeren Bohrungen geeignet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bildaufnehmer 10 in der Halterung 12 aufgenommen, so daß die Halterung 12 mit dem Bildaufnehmer 10 bei einem axialen Vorschub der Vorrichtung in die Bohrung 6 eintaucht. Als Lichtquelle 16 dient bei diesem Ausführungsbeispiel ein Ringlicht, das beispielsweise durch ein LED-Array gebildet sein kann.
3 zeigt zunächst die Aufnahmefläche des Bildaufnehmers 10, bei dem ein Auswertefenster so programmiert ist, daß ein Ringfenster 22 zwischen einem äuße ren Kreisring 24 und einem inneren Kreisring 26 geöffnet ist, so daß nur aus dem Bereich dieses Ringfensters 22 Bildsignale von dem Bildaufnehmer 10 übertragen werden.
4 verdeutlicht, wie der Auswerterechner 20 über den Umfang der zylindrischen Innenfläche 4 von 0° bis 360° Zeilenstreifen 28 bildet, die in Abhängigkeit von der durch den Vorschubantrieb 14 vorgesehenen axialen Position der Optik 2 in der Zeichnung in vertikaler Richtung nacheinander gespeichert werden, so daß innerhalb einer in 5 dargestellten kartesischen Bildfläche 30 mit Eckpunkten 32, 34, 36 und 38 Bildsignale erzeugt werden, die zur Darstellung einer Abwicklung 40 dienen, wie das schematisch in 6 gezeigt ist.
Anhand der Abwicklung 40 gemäß 6 ist eine visuelle Beurteilung der zylindrischen Innenfläche 4 der Bohrung 6 möglich. Durch eine nicht dargestellte Auswertungseinrichtung können die Bildsignale gemäß 5 auch automatisch ausgewertet werden, um so fehlerhafte Werkstücke automatisch auszuscheiden.
Entsprechend der axialen Position der Optik 2 werden in Axialrichtung zueinander beabstandete ringförmige Bänder auf der Innenfläche 4 der Bohrung 6 abgebildet und in der oben beschriebenen Weise in Zeilen eines kartesischen Bildes umgewandelt. Durch Aneinanderreihung der aus der Abbildung des jeweiligen ringförmigen Bandes gewonnenen kartesischen Einzelbilder wird ein kartesisches Gesamtbild erzeugt, das die gesamte zu untersuchende Oberfläche der Bohrung 6 darstellt. Der axiale Vorschub der Optik 2 kann beispielsweise schrittweise erfolgen, wobei die axiale Schrittweite insbesondere so gewählt sein kann, daß die jeweils aufgenommenen ringförmigen Bänder auf der Innenfläche der Bohrung 6 in Axialrichtung nahtlos und überlappungsfrei aneinanderanschließen. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, daß sich die in Axialrichtung aufeinanderfolgenden ringförmigen Bänder in Axialrichtung überlappen, soweit dies bei der Auswertung kompensierend berücksichtigt wird. Um den axialen Vorschub der Optik 2 und die Aufnahme von Bildsignalen zu synchronisieren, stehen der Vorschubantrieb 14 und der Auswerterechner 20 in Datenübertragungsverbindung, wie in 1 durch das Bezugszeichen 42 angedeutet.
Anstelle eines Bildaufnehmers mit matrixförmiger Bildpunktanordnung gemäß 6 kann erfindungsgemäß insbesondere auch ein Ringsensor verwendet werden, bei dem die Bildpunkte auf einer ringförmigen Fläche angeordnet sind. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, daß ausschließlich Ausgangssignale entsprechend jeweils einem ringförmigen Band auf der Innenfläche 4 des Hohlraumes aufgenommen werden, so daß eine Selektion der aufgenommenen Ausgangssignale, beispielsweise über ein programmiertes Auslesefenster, nicht erforderlich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19806261 B4 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück (8), mit einer Optik (2) mit Rundumblick von vorzugsweise 360°, mit Mitteln zum Vorschub der Optik (2) senkrecht zur Ebene des Rundumblicks, mit einem digitalen Bildaufnehmer (10) mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik (2) aufgenommene Rundumbild abgebildet wird, und mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen des Bildaufnehmers (10) ein kartesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung (40) der Innenfläche des Hohlraums ist, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Bildaufnehmer (10) derart ausgebildet ist, daß nur Ausgangssignale entsprechend einem ringförmigen Band auf der Innenfläche (4) des Hohlraums in einer Ebene im wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden, und daß diese Ausgangssignale den Bildinhalt der Zeilen eines kartesischen Gesamtbildes bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Bildaufnehmer (10) eine matrixförmige Bildpunktanordnung sowie ein digitales Auslesefenster (22) aufweist, das so programmiert ist, daß nur Ausgangssignale entsprechend dem ringförmigen Band auf der Innenfläche (4) des Hohlraums erzeugt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Bildaufnehmer einen Ringsensor aufweist, bei dem die Bildpunkte auf einer ringförmigen Fläche angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Bildinhalt der Zeilen des kartesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu den Mitteln zur Erzeugung eines kartesischen Bildes durchlassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Optik (2) eine Lichtquelle (16) zur Rundumbeleuchtung in Blickrichtung der Optik (2) fest angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (16) eine LED-Lichtquelle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (16) eine Laserdiode ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Band aus einem einzelnen Ring besteht, der in dem kartesischen Gesamtbild zu einer einzelnen Zeile führt.