DE4322173C1 - Scanning system for scanning surface of cavity esp. bore using light beam - Google Patents

Scanning system for scanning surface of cavity esp. bore using light beam

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Abstract

The optical fibre (1) in its rest position is axially arranged with its longitudinal axis to the cone axis, and is connected with the system, so that at least the light outlet end with a micro-lens (8) is movable. A magnetic rotating field system (3, 6, 6') deflects the fibre from its rest position.The fibre is so deflected that the light beam (7) leaving the fibre end and impinging on the cone, describes at least a closed curve around the cone tip. A light beam (7) is produced rotating in the cavity, by the reflection at the cone outer surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtasten der Oberfläche eines Hohlraumes, ins­ besondere einer Bohrung, mit Hilfe eines Lichtstrahles, wobei die Vorrichtung in den Hohl­ raum einführbar ist und eine Lichtleitfaser aufweist, die mit Licht einer Lichtquelle beauf­ schlagt ist.The invention relates to a device for scanning the surface of a cavity, ins special a hole, with the help of a light beam, the device in the hollow Room is insertable and has an optical fiber that acts with light from a light source strikes.

Es ist allgemein bekannt, durch Streulichtmessungen die Güte von zum Beispiel durch Schleifen und Polieren feinbearbeiteten Hohlraumwandungen, beispielsweise bei Präzisions­ bohrungen, zu überprüfen. Dazu wird die Oberfläche der Wandung systematisch mit einem fokussierten Lichtstrahl abgetastet und das dabei reflektierte Licht von einem geeigneten optischen Sensor detektiert. Aus Intensität und räumlicher Verteilung des gemessenen Streulichtes können Rückschlüsse auf Art, Größe und Lage eines Oberflächendefektes ge­ zogen werden.It is generally known to measure the quality of, for example, by scattered light measurements Grinding and polishing finely machined cavity walls, for example for precision holes to check. To do this, the surface of the wall is systematically covered with a focused light beam scanned and the reflected light from a suitable optical sensor detected. From the intensity and spatial distribution of the measured Scattered light can be used to draw conclusions about the type, size and location of a surface defect be drawn.

Zum Abtasten von Hohlraumwandungen mittels Lichtstrahles sind Vorrichtungen bekannt, die in der Regel entlang der Mittelachse des Hohlraumes in diesen einführbar sind und die über eine im Inneren der Vorrichtung verlaufende Lichtzuführung sowie ein den Lichtstrahl ablenkendes Element, z. B. ein keilförmiges Prisma, verfügen. Die Lichtzuführung erfolgt da­ bei über eine Freiraum-Übertragungsstrecke oder über einen Lichtleiter.Devices are known for scanning cavity walls by means of a light beam, which are generally insertable into the cavity along the central axis thereof and which via a light supply running inside the device and a light beam distracting element, e.g. B. have a wedge-shaped prism. The light is supplied there in the case of a free space transmission link or an optical fiber.

So ist eine Sonde zum Prüfen von Oberflächen in Bohrungen mit Hilfe von Laserlicht be­ kannt, das linien- oder flächenförmig über die zu prüfende Oberfläche geführt wird (DE 32 32 904 A1). Die Sonde weist dabei einen zentralen, geradlinigen Kanal innerhalb eines Rohres auf, durch den der Laserstrahl geführt wird, bevor dieser dann mittels im Bereich des Rohrendes angeordneten Umlenkspiegels auf die zu prüfende Oberfläche gelenkt wird.So is a probe for testing surfaces in bores with the help of laser light knows that is guided in a line or area over the surface to be tested (DE 32 32 904 A1). The probe has a central, rectilinear channel  inside a tube through which the laser beam is guided before it is then by means of Deflecting mirror arranged in the area of the pipe end on the surface to be tested is directed.

Es ist auch eine Vorrichtung zur berührungslosen Innengewindemessung bekannt, bei der zur Beleuchtung des Gewindes eine faseroptische Anordnung verwendet wird, die in einem koaxial in die Gewindebohrung einführbaren zylindrischen Kunststoffkörper eingebettet ist (DE 34 22 772 C2). Die das Licht führende Faser ist hierbei so gekrümmt, daß das lichtaus­ trittsseitige Ende der Lichtleitfaser in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse radial aus dem zylindrischen Körper austritt und damit ein zusätzliches den Lichtstrahl ablenkendes Element entbehrlich ist.A device for non-contact internal thread measurement is also known, in which a fiber optic arrangement is used to illuminate the thread, which in one cylindrical plastic body which can be inserted coaxially into the threaded bore (DE 34 22 772 C2). The fiber guiding the light is so curved that the light exit side of the optical fiber radially in a plane perpendicular to the cylinder axis emerges from the cylindrical body and thus an additional deflecting the light beam Element is dispensable.

Auf ein solches zusätzliches den Lichtstrahl ablenkendes Element wird auch bei einer an­ deren bekannten Vorrichtung zur Inspektion von Bohrungen verzichtet, bei der der in die Bohrung einführbare als streifenförmige Platte ausgebildete Teil ein ganzes Bündel von zunächst nebeneinander und axial angeordneten Lichtleitern aufweist, die im hinteren Be­ reich der Platte in radiale Richtung gekrümmt und jeweils paarweise und im Abstand zuein­ ander an den gegenüberliegenden Rand der Platte geführt sind (EP 0511 122 A1).Such an additional element deflecting the light beam is also applied to one their known device for the inspection of holes dispensed with, in which the Bore insertable part designed as a strip-shaped plate a whole bundle of initially has side-by-side and axially arranged light guides, which in the rear loading richly curved in the radial direction and in pairs and at a distance from each other are guided to the opposite edge of the plate (EP 0511 122 A1).

Die abtastende Bewegung des Lichtstrahles wird in jedem dieser Fälle durch eine Relativbe­ wegung zwischen Untersuchungsobjekt und Vorrichtung erzeugt, und zwar indem das Un­ tersuchungsobjekt um die Hohlraumachse gedreht und entlang dieser Achse gehoben bzw. gesenkt wird, wobei die Vorrichtung ohne Eigenbeweglichkeit im Hohlraum plaziert ist, oder indem die Vorrichtung entlang oder parallel der Hohlraumachse eine axiale Bewegung aus­ führt, während das Untersuchungsobjekt um diese Achse gedreht wird, oder aber indem das Untersuchungsobjekt fixiert ist und die Vorrichtung sowohl die axiale als auch die Drehbe­ wegung im Hohlraum vollführt.The scanning movement of the light beam is in each of these cases by a Relativbe movement between the object to be examined and the device, namely by the Un test object is rotated about the cavity axis and lifted along this axis or is lowered, the device being placed in the cavity without its own mobility, or by axially moving the device along or parallel to the cavity axis leads while the examination object is rotated about this axis, or by the Examination object is fixed and the device, both the axial and the Drehbe movement in the cavity.

Abgesehen davon, daß ein Bewegen des Untersuchungsobjektes vor allem bei voluminösen und massereichen Objekten unvorteilhaft ist, erfordern alle diese Lösungen verhältnismäßig aufwendige Maßnahmen, die gewährleisten, daß das aus Untersuchungsobjekt und Vor­ richtung bestehende System insbesondere während der Abtastbewegung hinreichend zen­ triert bleibt. Apart from the fact that moving the object under examination is particularly important for voluminous ones and bulky objects are disadvantageous, all of these solutions require proportionate elaborate measures that ensure that the object under investigation and before zen existing system, especially during the scanning movement remains trated.  

Andererseits ist es bekannt, die Drehbewegung zu umgehen, indem der Lichtstrahl in der Vorrichtung durch eine Prismenanordnung derart aufgefächert wird, daß eine geschlossene ringförmige Abbildung auf der Oberfläche des Hohlraumes entsteht.On the other hand, it is known to circumvent the rotary movement by the light beam in the Device is fanned out by a prism arrangement such that a closed ring-shaped image is formed on the surface of the cavity.

Auf diese Art funktioniert auch eine bekannte Kamera zur Inspektion von allerdings in ihrem Durchmesser vergleichsweise verhältnismäßig großen Bohrlöchern (US 2,737,864). Bei die­ ser Kamera besteht die Umlenkvorrichtung für das Licht aus einem kegelförmigen Spiegel, der axial in einem mit einem ringförmigen Fenster versehenen rohrförmigen Gehäuse pla­ ziert ist, wobei die Lichtquelle aus einer ringförmigen und koaxial über dem Kegel angeord­ neten Blitzlichtröhre besteht.This is how a well-known camera works, however, for the inspection of yours Diameter of comparatively large boreholes (US 2,737,864). At the water camera, the deflection device for the light consists of a conical mirror, the axially in a tubular housing provided with an annular window pla is adorned, the light source being arranged from an annular and coaxial above the cone neten flash tube exists.

Nachteilig ist hierbei, daß das integrale Überlagern der letztlich von einem optischen Sensor oder, wie bei der Kamera gemäß US 2,737,864, von einem Film aufgenommenen verschie­ denen Informationen örtlich benachbarter und zeitgleich angeregter Streulichtquellen eine vergleichsweise geringere Meßgenauigkeit zur Folge hat.The disadvantage here is that the integral overlay is ultimately an optical sensor or, as with the camera according to US 2,737,864, various films recorded which information from locally neighboring and simultaneously excited scattered light sources has comparatively lower measurement accuracy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem möglichst geringen Justier- bzw. Zentrieraufwand eine vorgebbare präzise Abtastbewegung gewährleistet. Insbesondere soll die Vorrichtung auch zur Inspek­ tion von Präzisionsbohrungen mit sehr kleinen Durchmessern brauchbar sein. The invention has for its object to a device of the type mentioned create a predetermined with the least possible adjustment or centering effort precise scanning movement guaranteed. In particular, the device is also intended for inspection tion of precision bores with very small diameters.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved according to the invention with a device having the features according to claim 1.

Vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 12.Preferred embodiments of the invention are the subject of dependent claims 2 to 12th

Da bei der erfindungsgemäßen Lösung für ein umlaufendes Abtasten der Hohlraumwan­ dung mit dem Lichtstrahl weder das Untersuchungsobjekt noch die gesamte in den Hohl­ raum eingeführte Vorrichtung gedreht werden muß, vielmehr lediglich die Lichtleitfaser bzw. das lichtaustrittsseitige Ende der Lichtleitfaser innerhalb der Vorrichtung bewegt wird, ist eine wesentlich genauere Fixierung/Zentrierung des aus Vorrichtung und Untersuchungsobjekt bestehenden Systems möglich, wodurch schließlich bei einer Streulichtmessung eine größere Auflösung und damit eine höhere Meßgenauigkeit erreichbar ist.Since in the solution according to the invention for a circumferential scanning of the cavity wall with the light beam, neither the object under examination nor the entire object in the cavity device inserted must be rotated, rather only the optical fiber or the light exit end of the optical fiber is moved within the device is one much more precise fixation / centering of the device and examination object existing system possible, which ultimately results in a scattered light measurement greater resolution and thus a higher measurement accuracy can be achieved.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Möglichkeit, auf ver­ gleichsweise einfache Art und Weise verschiedene "Abtastregime" einstellen zu können. So ist beispielsweise bei einer axialen Bewegung der Vorrichtung im Schrittbetrieb und einer kreisförmigen Taumelbewegung des Lichtleitfaserendes mit für jeden Umlauf verschiedenen festen Auslenkungsamplituden eine "Feinabtastung" durch mehrere vom Lichtstrahl auf die Hohlraumwandung gezeichnete Abtastringe bei jeweils einer Schrittstellung der Vorrichtung realisierbar. Es ist aber auch ein spiralförmiges Abtasten durch eine kontinuierliche axiale Bewegung der Vorrichtung bei gleichzeitiger Taumelbewegung des Lichtleitfaserendes mit fester Auslenkungsamplitude möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet aber auch ohne weiteres ein partielles Abtasten der Hohlraumwandung und zwar durch eine kon­ tinuierliche oder schrittweise axiale Bewegung der Vorrichtung und ein Vorwärts-/Rückwärts- Taumeln des Lichtleitfaserendes auf einem Kreisbahnsegment. Wird dabei zusätzlich die Auslenkungsamplitude gesteuert, so kann auch eine bestimmte vorgegebene Figur abgeta­ stet werden.Another advantage of the device according to the invention is the possibility of ver equally simple way to set different "sampling regimes". So is, for example, with an axial movement of the device in step mode and one circular wobble of the optical fiber end with different for each revolution fixed displacement amplitudes a "fine scan" by several from the light beam to the Cavity wall drawn sensing rings with one step position of the device realizable. But it is also a spiral scanning through a continuous axial Movement of the device with simultaneous wobble of the optical fiber end fixed deflection amplitude possible. However, the device according to the invention allows also easily a partial scanning of the cavity wall by a con continuous or incremental axial movement of the device and a forward / backward  Tumbling of the optical fiber end on a circular path segment. In addition, the Controlled deflection amplitude, a certain predetermined figure can also be detected be steady.

Schließlich bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil einer starken Miniaturisierung. So sind Vorrichtungen zur Inspektion von Präzisionsbohrungen mit 4 mm Durchmesser durchaus realisierbar.Finally, the solution according to the invention offers the advantage of strong miniaturization. These are devices for the inspection of precision bores with a diameter of 4 mm quite feasible.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Beispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden.The invention will be described below using an example and an associated drawing are explained in more detail.

In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtasten der Oberfläche eines Hohlraumes mit Hilfe eines Lichtstrahles, Fig. 1 in a sectional view an embodiment of the inventive apparatus for scanning the surface of a cavity using a light beam,

Fig. 2 ein Detail der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Draufsicht und Fig. 2 shows a detail of the device of FIG. 1 in plan view and

Fig. 3 das in Fig. 2 dargestellte Detail im Zusammenwirken mit einer weiteren Ein­ zelheit der Vorrichtung. Fig. 3 shows the detail shown in Fig. 2 in cooperation with a further one of the device.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Lichtleitfaser 1 auf, die in einem vorgege­ benen Abstand von ihrem lichtaustrittsseitigen Ende mit Hilfe einer Fasereinspannung 2 fest mit der Vorrichtung verbunden und an ihrem lichtaustrittsseitigen Ende bewegbar ist. Der vorzusehende Abstand zwischen Faserende und Einspannung 2 hängt dabei von der vom Fasertyp bestimmten Federkonstanten ab. Im bewegbaren Teil trägt die Lichtleitfaser 1 eine Scheibe 3 aus diamagnetischem Material. Die Scheibe 3 ist koaxial an der Lichtleitfaser 1 befestigt. Das lichtaustrittsseitige Ende der Lichtleitfaser 1 ragt durch eine kreisförmige Öff­ nung einer diamagnetischen Trägersubstrat-Scheibe 4, die ihrerseits fest mit der Vorrichtung verbunden ist. Um die kreisförmige Öffnung sind auf der Oberseite der Trägersubstrat- Scheibe 4 - wie in Fig. 2 verdeutlicht - drei, jeweils mit einem Steuerstrom beaufschlagbare Flachspulen 5 im 120°-Winkel-Abstand ringförmig angeordnet. (Es ist auch möglich, in ei­ nem entsprechend kleineren Winkelabstand mehr als drei Flachspulen anzuordnen, wobei eine ungerade Anzahl der Spulen vorteilhaft ist.) Im Inneren der nierenförmig ausgebildeten und beispielsweise durch Mikroelektronik-Dünnschichttechnologie und nachfolgende Feingalvanik in - dicken - Lackmasken hergestellten Flachspulen 5 befinden sich Spulen­ kern-Flächen 6 aus galvanisch verstärktem Nickel, die gleichfalls eine Nierenform aufweisen. Die diamagnetische Scheibe 3, die auf ihrer der Oberseite der Trägersubstrat-Scheibe 4 zu­ gewandten Unterseite konisch ausgebildet ist, trägt auf dieser Seite eine der Spulenzahl ent­ sprechende Zahl ferromagnetische Flächen 6′. Diese gleichfalls aus galvanisch verstärktem Nickel bestehenden und im 120°-Winkelabstand ringförmig angeordneten Flächen 6′ haben die gleiche Form und Größe wie die Spulenkern-Flächen 6, sind jedoch mit einem ver­ gleichsweise kleineren Ringdurchmesser plaziert. Im Ruhezustand, d. h. wenn keine der Flachspulen 5 von einem Steuerstrom durchflossen wird, liegen die Scheiben 3 und 4 in parallelen Ebenen, wobei die Mittelachsen der Scheiben 3 und 4 zusammenfallen. Wird in diesem Zustand in die Lichtleitfaser 1 Licht einer in der Zeichnung nicht dargestellten Licht­ quelle eingekoppelt, so trifft ein am Faserende austretender Lichtstrahl 7, der mittels am Fa­ serende angeordneter Mikrolinse 8 fokussiert ist, auf die Spitze eines Kegels 9. Der Kegel 9 ist von einem bezüglich der Kegelachse konzentrisch angeordneten Hohlzylinder 10 umge­ ben, wobei der Hohlzylinder seinerseits konzentrisch an der Unterseite der Trägersubstrat- Scheibe 4 befestigt ist und der Kegel 9 mit seiner Grundfläche auf einer den Hohlzylinder 10 abschließenden Bodenfläche 11 aufsitzt. Der Hohlzylinder 10 besteht aus einem optisch transparenten Material und weist vorzugsweise entspiegelte Wandungsflächen auf. Die Trä­ gersubstrat-Scheibe 4 und die Fasereinspannung 2 sind an einem in der Zeichnung mit 12 bezeichneten Gehäuse fixiert, welches die Lichtleitfaser 1 mit der Scheibe 3 im Bereich zwi­ schen Fasereinspannung 2 und Trägersubstrat-Scheibe 4 umgibt.The device shown in FIG. 1 has an optical fiber 1 which is fixedly connected to the device at a predetermined distance from its light exit end by means of a fiber clamping 2 and is movable at its light exit end. The distance to be provided between fiber end and clamping 2 depends on the spring constant determined by the fiber type. In the movable part, the optical fiber 1 carries a disc 3 made of diamagnetic material. The disc 3 is coaxially attached to the optical fiber 1 . The light exit end of the optical fiber 1 protrudes through a circular opening of a diamagnetic carrier substrate disc 4 , which in turn is firmly connected to the device. Around the circular opening, three flat coils 5 , each of which can be acted upon by a control current, are arranged in a ring at a 120 ° angle spacing on the upper side of the carrier substrate disk 4 , as illustrated in FIG. 2. (It is also possible to arrange more than three flat coils at a correspondingly smaller angular spacing, an odd number of coils being advantageous.) Inside the flat coils 5, which are kidney-shaped and are produced, for example, by microelectronic thin-film technology and subsequent fine electroplating in - thick - paint masks are coil core surfaces 6 made of galvanically reinforced nickel, which also have a kidney shape. The diamagnetic disk 3 , which is conical on its upper side of the carrier substrate disk 4 to the underside facing, carries on this side one of the number of coils speaking number of ferromagnetic surfaces 6 '. These also made of galvanically reinforced nickel and arranged at 120 ° angular distance in a ring arranged surfaces 6 'have the same shape and size as the coil core surfaces 6 , but are placed with a comparatively smaller ring diameter. In the idle state, ie when no control coils flow through any of the flat coils 5 , the disks 3 and 4 lie in parallel planes, the central axes of the disks 3 and 4 coinciding. If, in this state, light is coupled into the optical fiber 1 from a light source not shown in the drawing, then a light beam 7 emerging at the fiber end, which is focused by means of a microlens 8 arranged at the fiber end, hits the tip of a cone 9 . The cone 9 is from a concentrically arranged with respect to the cone axis hollow cylinder 10 ben, the hollow cylinder in turn is concentrically attached to the underside of the carrier substrate disk 4 and the cone 9 rests with its base on a bottom surface 11 closing the hollow cylinder 10 . The hollow cylinder 10 consists of an optically transparent material and preferably has anti-reflective wall surfaces. The carrier substrate disk 4 and the fiber mounting 2 are fixed to a housing designated in the drawing by 12 , which surrounds the optical fiber 1 with the disk 3 in the area between fiber mounting 2 and carrier substrate disk 4 .

Die beschriebene Vorrichtung funktioniert wie folgt:
Wird eine der Flachspulen 5 mit einem Steuerstrom beaufschlagt, so bewirkt das sich to­ rusförmig um diese Flachspule 5 ausbildende und im Bereich der zugehörigen Spulenkern­ fläche 6 konzentrierte Magnetfeld ein Kippen der Scheibe 3 in Richtung dieser stromdurch­ flossenen Flachspule 5, da die entsprechende auf der Scheibe 3 angeordnete benachbarte ferromagnetische Fläche 6′ bestrebt ist, die energetisch günstigste Lage einzunehmen, d. h. eine Lage, die durch eine geringere Deformation der Magnetfeldlinien gekennzeichnet ist (Fig. 3). Mit dem Kippen der Scheibe 3 (die in Fig. 1 im 120°-Schnitt dargestellt ist) wird die Lichtleitfaser 1 im Bereich zwischen der Fasereinspannung 2 und der Scheibe 3 ge­ krümmt und damit das durch die Öffnung der Trägersubstrat-Scheibe 4 ragende Ende der Lichtleitfaser 1 aus seiner Ruhelage ausgelenkt. Die Auslenkung des Lichtleitfaserendes bewirkt, daß der aus­ tretende und mittels Mikrolinse 8 fokussierte Lichtstrahl 7 nun nicht mehr auf die Spitze des Kegels 9, sondern auf dessen Mantelfläche trifft (Fig. 1). Da die Mantelfläche des Kegels 9 verspiegelt ist, wird der Lichtstrahl 7 an derselben reflektiert. Der an der Kegelmantelfläche reflektierte Lichtstrahl 7 tritt sodann durch den optisch transparenten Hohlzylinder 10 und trifft schließlich auf die Wandung des zu untersuchenden, in der Zeichnung nicht dargestell­ ten Hohlraumes, in den die Vorrichtung zuvor eingeführt wurde.The described device works as follows:
If one of the flat coils 5 is acted upon by a control current, the magnetic field which is formed in a rus shape around this flat coil 5 and is concentrated in the area of the associated coil core 6 causes the disk 3 to tilt in the direction of this flat coil 5 through which current flows, since the corresponding one on the disk 3 arranged adjacent ferromagnetic surface 6 'strives to occupy the most energetically favorable position, ie a position which is characterized by less deformation of the magnetic field lines ( Fig. 3). With the tilting of the disc 3 (which is shown in Fig. 1 in a 120 ° section), the optical fiber 1 is curved in the area between the fiber clamping 2 and the disc 3 ge and thus the protruding through the opening of the carrier substrate disc 4 end of Optical fiber 1 deflected from its rest position. The deflection of the optical fiber end causes the outgoing and focused by means of microlens 8 light beam 7 now no longer hits the tip of the cone 9 , but on its outer surface ( Fig. 1). Since the outer surface of the cone 9 is mirrored, the light beam 7 is reflected thereon. The reflected on the conical surface light beam 7 then passes through the optically transparent hollow cylinder 10 and finally strikes the wall of the cavity to be examined, not shown in the drawing, into which the device was previously introduced.

Die freie Ansteuerbarkeit der Flachspulen 5 ermöglicht eine beliebige Auslenkung des Lichtleitfaserendes und damit des austretenden fokussierten Lichtstrahles innerhalb eines Kreises, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser der Öffnung in der Trägersubstrat- Scheibe 4 abzüglich des Faserdurchmessers vorgegeben ist. Bei entsprechender Ansteue­ rung der Flachspulen 5 kann ein magnetisches Drehfeld erzeugt werden, so daß die Scheibe 3 mit dem Faserende eine Art Taumelbewegung ausführt und der austretende Lichtstrahl in­ nerhalb dieses Kreises eine beliebig geschlossene Kurve auf der Mantelfläche des Kegels 9 zu zeichnen vermag, was nach Reflexion am Kegelmantel zu bestimmten Abtastfiguren auf der zu untersuchenden Wandungsfläche des Hohlraumes führt. Beschreibt der Lichtstrahl auf der Kegelmantelfläche eine geschlossene Kurve um die Kegelspitze, so wird ein um 360° im Hohlraum des Untersuchungsobjektes umlaufender Lichtstrahl 7 erzeugt. Eine Auf- und Abbewegung des Lichtstrahles 7 auf der Hohlraumwandung, z. B. in einer Bohrung, wird durch eine Bewegung der Vorrichtung entlang der Mittelachse des Hohlraumes und/oder dadurch erreicht, daß die Auslenkungsamplitude des Lichtleitfaserendes durch Änderung der Größe der Steuerströme an den Flachspulen 5 verändert wird.The free controllability of the flat coils 5 enables any deflection of the optical fiber end and thus the emerging focused light beam within a circle, the diameter of which is predetermined by the diameter of the opening in the carrier substrate disk 4 minus the fiber diameter. With appropriate control of the flat coils 5 , a magnetic rotating field can be generated, so that the disc 3 performs a kind of wobble with the fiber end and the emerging light beam within this circle can draw an arbitrarily closed curve on the lateral surface of the cone 9 , which after Reflection on the conical surface leads to certain scanning figures on the wall surface of the cavity to be examined. If the light beam on the surface of the cone describes a closed curve around the cone tip, a light beam 7 rotating around 360 ° in the cavity of the examination object is generated. An up and down movement of the light beam 7 on the cavity wall, for. B. in a bore is achieved by moving the device along the central axis of the cavity and / or in that the deflection amplitude of the optical fiber end is changed by changing the size of the control currents on the flat coils 5 .

Selbstverständlich ist es auch denkbar, die Bewegung des Lichtleitfaserendes über dem Ke­ gel 9 mit anderen Mitteln als mit Hilfe eines magnetischen Drehfeldes zu erzeugen, z. B. in­ dem die Lichtleitfaser 1 über eine bezüglich ihrer Längsachse (Z-Richtung) in radialer Rich­ tung (X-Y-Richtung) bewegliche Fasereinspannung mit der Vorrichtung verbunden und zur Bewegung ein an der Lichtleitfaser 1 angreifendes mechanisches Stellglied vorgesehen ist. Als ein solches Stellglied kann beispielsweise ein X-Y-Piezo-Steller dienen.Of course, it is also conceivable to generate the movement of the optical fiber end over the Ke gel 9 with other means than with the aid of a magnetic rotating field, for. B. in which the optical fiber 1 via a with respect to its longitudinal axis (Z direction) in the radial direction Rich (XY direction) movable fiber clamping connected to the device and a mechanical actuator acting on the optical fiber 1 is provided for movement. An XY piezo actuator, for example, can serve as such an actuator.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Abtasten der Oberfläche eines Hohlraumes, insbesondere einer Bohrung mit Hilfe eines Lichtstrahles, wobei die Vorrichtung in den Hohlraum ein­ führbar ist und eine Lichtleitfaser (1) aufweist, die mit Licht einer Lichtquelle beaufschlagt ist, mit den Merkmalen, daß die Vorrichtung über einen Kegel (9) mit reflektierender Mantelfläche verfügt, der mit der Vorrichtung fest verbunden ist, und daß die Lichtleitfaser (1) in ihrer Ruhelage mit ihrer Längsachse zur Kegelachse axial angeordnet und so mit der Vorrichtung verbunden ist, daß zumindest das lichtaustrittsseitige Ende der Lichtleitfaser (1) be­ wegbar ist, und daß Mittel vorgesehen sind, die eine Auslenkung der Lichtleitfaser (1) aus ihrer Ruhelage bewirken, derart, daß der aus der Lichtleitfaser (1) austretende und auf den Kegelmantel auftreffende Lichtstrahl zumindest eine geschlossene Kurve um die Kegelspitze zu beschreiben vermag und durch Reflexion am Kegelmantel ein im Hohlraum umlaufender Lichtstrahl (7) erzeugbar ist.1. Device for scanning the surface of a cavity, in particular a bore with the aid of a light beam, the device being feasible in the cavity and having an optical fiber ( 1 ) which is acted upon by light from a light source, with the features that the device has a cone ( 9 ) with a reflecting surface, which is firmly connected to the device, and that the optical fiber ( 1 ) is in its rest position with its longitudinal axis axially arranged to the cone axis and connected to the device so that at least the light exit end of the Optical fiber ( 1 ) be movable, and that means are provided which deflect the optical fiber ( 1 ) from their rest position, such that the light beam emerging from the optical fiber ( 1 ) and incident on the cone jacket at least one closed curve around the It is able to describe the tip of the cone and is reflected in the cavity by reflection on the cone shell he light beam ( 7 ) can be generated. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtaustrittsseitige Ende der Lichtleitfaser (1) mit einer Mikrolinse (8) verse­ hen ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the light exit end of the optical fiber ( 1 ) with a microlens ( 8 ) is hen. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegel (9) von einem bezüglich der Kegelachse konzentrisch angeordneten, aus einem optisch transparenten Material bestehenden und mit entspiegelten Wan­ dungsflächen versehenen Hohlzylinder (10) umgeben ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the cone ( 9 ) is surrounded by a concentrically arranged with respect to the cone axis, consisting of an optically transparent material and provided with anti-reflective Wan extension surfaces hollow cylinder ( 10 ). 4. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1) in einem vorgegebenen Abstand von ihrem lichtaustrittssei­ tigen Ende fest mit der Vorrichtung verbunden und das lichtaustrittsseitige Ende der Lichtleitfaser (1) bewegbar ist und daß die Bewegung des Lichtleitfaserendes durch ein magnetisches Drehfeld erzeugt ist, in dessen Wirkungsbereich sich das beweg­ bare Ende der Lichtleitfaser (1) befindet, welches in diesem Bereich zumindest teil­ weise mit einem ferromagnetischen Material beschichtet oder mit einem zumindest teilweise ferromagnetischen Körper verbunden ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical fiber ( 1 ) at a predetermined distance from its light end term end firmly connected to the device and the light exit end of the optical fiber ( 1 ) is movable and that the movement of the optical fiber end is generated by a rotating magnetic field, in the effective area of which the movable end of the optical fiber ( 1 ) is located, which in this area is at least partially coated with a ferromagnetic material or is connected to an at least partially ferromagnetic body. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Drehfeld mit Hilfe von auf einer diamagnetischen Trägersub­ strat-Scheibe (4) ringförmig angeordneten, jeweils mit einem Steuerstrom beauf­ schlagbaren Flachspulen (5) erzeugt ist, wobei die Trägersubstrat-Scheibe (4) fest mit der Vorrichtung verbunden ist und in ihrer Mitte eine Öffnung aufweist, durch wel­ che das lichtaustrittsseitige Ende der Lichtleitfaser (1) ragt, und daß der teilweise fer­ romagnetische Körper aus einer an der Lichtleitfaser (1) koaxial befestigten diamagnetischen Scheibe (3) besteht, die auf ihrer der Trägersubstrat-Scheibe (4) zugewandten Seite konisch ausgebildet ist und auf dieser Seite eine der Spulenzahl entsprechende Zahl ferromagnetischer Flächen (6′) trägt, die gleichfalls ringförmig, jedoch mit einem kleineren Ringdurchmesser, plaziert sind.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the magnetic rotating field with the aid of strat disc ( 4 ) arranged in a ring on a diamagnetic carrier substrate, each with a control current beatable flat coils ( 5 ) is generated, the carrier substrate disc ( 4th ) is firmly connected to the device and has an opening in its center through which the light exit end of the optical fiber ( 1 ) protrudes, and that the partially ferromagnetic body consists of a diamagnetic disk ( 3 ) coaxially attached to the optical fiber ( 1 ) exists, which is conical on its side facing the carrier substrate disc ( 4 ) and carries on this side a number of coils corresponding to the number of ferromagnetic surfaces ( 6 '), which are also placed in a ring, but with a smaller ring diameter. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspulen (5) nierenförmig ausgebildet sind.6. The device according to claim 5, characterized in that the flat coils ( 5 ) are kidney-shaped. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspulen (5) nierenförmig ausgebildete Spulenkern-Flächen (6) aufwei­ sen.7. The device according to claim 6, characterized in that the flat coils ( 5 ) kidney-shaped coil core surfaces ( 6 ) aufwei sen. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenkern-Flächen (6) aus Nickel bestehen.8. The device according to claim 7, characterized in that the coil core surfaces ( 6 ) consist of nickel. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Scheibe (3) angeordneten ferromagnetischen Flächen (6′) nierenför­ mig ausgebildet sind. 9. The device according to claim 5, characterized in that the arranged on the disc ( 3 ) ferromagnetic surfaces ( 6 ') are formed kidney-shaped. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Flächen (6′) aus Nickel bestehen.10. The device according to claim 9, characterized in that the ferromagnetic surfaces ( 6 ') consist of nickel. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1) über eine bezüglich ihrer Längsachse (Z-Richtung) in radi­ aler Richtung (X-Y-Richtung) bewegliche Fasereinspannung mit der Vorrichtung ver­ bunden ist und zur Bewegung der Lichtleitfaser (1) ein an der Lichtleitfaser (1) an­ greifendes mechanisches Stellglied vorgesehen ist.11. The device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical fiber ( 1 ) via a with respect to its longitudinal axis (Z direction) in the radial direction (XY direction) movable fiber clamping ver connected to the device and for movement the optical fiber ( 1 ) is provided on the optical fiber ( 1 ) engaging mechanical actuator. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein X-Y-Piezo-Steller ist.12. The device according to claim 11, characterized, that the actuator is an X-Y piezo actuator.
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