ES2935357T3 - Método de determinación óptica de macrotorsión en piezas de trabajo cilíndricas mediante mediciones de luz difusa - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para la determinación óptica de macrotorceduras en piezas de trabajo cilíndricas utilizando mediciones de luz dispersa, en el que el problema de tener la macrotorsión en ejes determinada y evaluada de manera confiable y de proporcionar resultados de examen rápidos en condiciones cercanas a las de producción está esencialmente resuelto. porque la pieza de trabajo cilíndrica se ilumina de manera rasante con un haz de luz y las imágenes de refracción reflejadas, asignadas a un paso de ángulo de rotación predeterminable específico de la pieza de trabajo, son capturadas por una matriz CCD 2D y almacenadas, y luego todas las imágenes adyacentes individuales Las imágenes de luz dispersa obtenidas de esta manera se compilan en secuencia para formar una distribución de luz dispersa total de 360° en una forma panorámica fiel, en la que, en caso de que se presente un giro,se crea una imagen de refracción que comprende el eje que contiene toda la información de salida para la duración del período, el paso de giro, el ángulo de giro y la profundidad de giro. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de determinación óptica de macrotorsión en piezas de trabajo cilindricas mediante mediciones de luz difusa

[0001] Para garantizar la estanquidad de un eje giratorio sin fugas ni funcionamiento en seco, la superficie del árbol en la zona de estanquidad debe estar libre de torsiones. La torsión es una textura de la rugosidad superficial que, en el caso de la macrotorsión, se superpone como ondulación en la rugosidad de la superficie del árbol como una estructura de tornillo. Cuando el árbol gira, se transporta aceite. La macrotorsión es el defecto de mecanizado más común en el rectificado por penetración y el bruñido con rodillo de superficies de contacto de juntas y se produce cuando las condiciones de rectificado de la muela son deficientes o la eliminación de las marcas previas al mecanizado (por ejemplo, ranuras de torneado) es insuficiente. Para la comprobación de la calidad de la ausencia de torsión en tales superficies de árboles, el estado de la técnica incluye métodos que detectan la macrotorsión sólo si está distribuida uniformemente por la circunferencia del árbol con tiempos de medición elevados [cf. Mercedes Benz norma de trabajo MBN 31007-7; 2009-04. Oberflachenbeschaffenheit -Mess- und Auswerteverfahren zur Bewertung von drallreduzierten dynamischen Dichtflachen], que indican estructuras de macrotorsión sin posibilidad de determinar el ángulo de torsión [cf. Hertzsch,A., Kroger,K., Groftmann,M.: Schnelle optische Drallmessung. Tm 12/2013. p.429-434] o que están sujetas a condiciones de ensayo muy dispersas y a una multitud de normas de fábrica diferentes y, a menudo, solo conducen a una reproducibilidad limitada, como en el caso de los métodos conocidos de pasada del hilo.

[0002] El método de pasada de hilo es el más utilizado en la práctica. El árbol de ensayo se sujeta en un dispositivo giratorio en un mandril o entre centros de modo que el eje del eje esté alineado horizontalmente. Un hilo fino, por ejemplo, de algodón o nailon con un diámetro de hilo de aproximadamente 100|_im, se lastra con un peso y se cuelga sobre el asiento del árbol que se va a comprobar. El hilo debe ser lo suficientemente largo para cubrir al menos 200° de la circunferencia del eje. El árbol gira ahora uniformemente y se comprueba visualmente si el árbol giratorio transporta el hilo en dirección axial. A continuación, se repite el ensayo con el árbol girando en otra dirección. Si hay una estructura de torsión en la superficie del eje, el hilo se mueve hacia adelante y hacia atrás en la superficie del árbol en la dirección axial, dependiendo de la dirección de rotación. Cuanto mayor sea el desplazamiento, mayor será el ángulo de torsión de la estructura. Dependiendo de la norma de fábrica, el ensayo se realiza con una superficie de árbol seca o con una superficie humedecida con aceite. Los hilos de distintos materiales dan lugar a resultados de ensayo diferentes. Las condiciones del ensayo son difíciles de reproducir en la práctica. El método del hilo no permite sacar conclusiones sobre el tipo y las características de la torsión. No puede automatizarse.

[0003] Otro método de comprobación de la macrotorsión es la perfilometría bidimensional. Mediante dispositivos de ensayo de formas con cabezal de medición táctil u óptico, se miden escrituras de perfil de alta resolución en la dirección axial del árbol de ensayo. El árbol se gira alrededor del eje en pasos angulares definidos con una mesa goniométrica y se realiza una medición del perfil en la dirección axial para cada posición angular. Con ayuda de estas mediciones del perfil, se obtiene una topografía tridimensional de la superficie. Según una norma de uso frecuente [Mercedes Benz norma de trabajo ^m Bⁿ 31007-7; 2009-04. Oberflachenbeschaffenheit - Messund Auswerteverfahren zur Bewertung von drallreduzierten dynamischen Dichtflachen], las longitudes de los registros del perfil en la dirección axial son de 2 mm y el número de registros para una rotación completa es de 72. Para poder resolver mejor estructuras más pequeñas, esta medición de la torsión puede repetirse para un rango de ángulos circunferenciales de 36° en pasos de 0,5°. Los datos topográficos bidimensionales medidos de este modo se analizan en busca de ondulaciones dominantes y estructuras de surcos mediante un procedimiento de filtro normalizado. La dominante principal se filtra como estructura de torsión y se evalúa con respecto a la profundidad, el ángulo de textura y la extensión lateral (cf. DE 19740141 C1). Este método funciona con dos límites de resolución lateral muy diferentes. Si se mide una resolución lateral muy alta de 500 nm en la dirección axial, la resolución en la dirección circunferencial es inferior en un factor de 1000 a 10.000. Con este método, sólo pueden analizarse las estructuras de torsión de ondas muy largas que son pronunciadas en toda la circunferencia. Además, el tiempo de medición de aprox. 45 min es relativamente elevado, lo que hace imposible una medición en proceso con este método. Los intentos de acelerar el método (cf. EP 2383541A1) sólo son adecuados para estructuras de macrotorsión muy pronunciadas que se extienden por toda la circunferencia.

[0004] En los documentos DE10027439 B4 y DE 10050203 C1 se describe un método de ensayo óptico para el control de la macrotorsión en diámetros exteriores cilíndricos de árboles. El árbol se ilumina en la dirección circunferencial con luz coherente incidente rasante. Si existe una estructura periódica de onda larga en la superficie rugosa, se crea un patrón de difracción similar a la difracción de una rejilla unidimensional. Dado que la rejilla se ilumina de forma rasante en la dirección de las ranuras, los extremos de difracción se sitúan en un círculo perpendicular al plano de incidencia de la luz. Por eso hablamos en este caso de difracción cónica. Además, la superficie de árbol está curvada en la dirección del plano de incidencia, de modo que el haz de luz incidente colimado diverge en la dirección de incidencia. La luz reflejada en la superficie de la probeta forma ahora una línea de luz y, en presencia de una estructura de torsión, se crea un patrón de difracción en forma de tira. Debido a la incidencia rasante de la luz láser, los componentes periódicos de árbol largo de la superficie se estimulan cada vez más para la difracción, mientras que la dispersión de la luz en las estructuras de rugosidad se atenúa por los efectos de sombra y dispersión múltiple dentro de la distribución de la luz dispersa reflejada.

[0005] Con ayuda de patrón de difracción pueden calcularse además los parámetros de torsión profundidad de torsión y longitud de periodo de la estructura de torsión. Así se obtiene a partir de la distancia de las máximas de difracción entre sí por medio de la ecuación de red la longitud de periodo de la estructura de torsión (véase.

[0006] WO 0022377 A1, DE 10027439 B4). La profundidad de torsión se puede estimar por medio de las condiciones de intensidad de las máximas de difracción entre sí (WO 0022377 A1) o se puede calcular en difracción cónica (DE 10027439 B4). Un parámetro de torsión esencial, que es responsable para el efecto de transporte de aceite en caso de torsión, el ángulo de torsión, no puede ser probado sin embargo con este método.

[0007] Del documento 10027449 A1 se conoce un método para la determinación de macrotorsión óptica en piezas de trabajo cilíndricas con ayuda de mediciones de luz difusa, donde la pieza de trabajo se ilumina en una zona de la superficie prefijable perpendicular al eje de rotación de forma rasante con un rayo de luz. Sin embargo, con ayuda de esta propuesta solo se pueden determinar declaraciones sobre la longitud de periodo de la estructura de torsión. Tampoco se pueden determinar con esta propuesta declaraciones sobre la dirección del paso y el ángulo de torsión.

[0008] Además, las estructuras de torsión pueden variar mucho en la circunferencia de los ejes rectificados. La dependencia espacial se debe a las diferentes características de la rugosidad y la ondulación. La periodicidad continua de las estructuras de torsión se altera y distorsiona, por ejemplo, si aparecen marcas de vibración adicionales en la superficie del eje (lo que se entiende como formación de facetas en la dirección circunferencial). La microestructura de las ranuras de rectificado puede cambiar periódicamente en la dirección circunferencial. A pesar de la estructura de torsión globalmente alterada, las zonas localmente no alteradas de la torsión pueden provocar fugas. En función de la relación señal/ruido, la distribución de la luz difusa reflejada de la superficie de la onda se caracteriza entonces en mayor medida por efectos de moteado o por fenómenos de difracción. Especialmente si la profundidad de torsión es pequeña y/o la longitud del periodo de la estructura de torsión es grande, las franjas de difracción pueden quedar casi anuladas por los efectos de moteado superpuestos. En tales casos, es muy difícil hacer una afirmación clara sobre la ausencia de torsión en la superficie de la onda basándose en imágenes individuales de luz difusa. Sin embargo, es posible estabilizar el resultado de la prueba óptica, como se describe en "Hertzsch,A., Kroger,K., Groftmann,M.: Schnelle optische Drallmessung. Tm 12/2013. p.429-434". Si el eje gira durante la inspección óptica con incidencia de luz láser rasante, todos los fenómenos estocásticos de dispersión se promedian. En función de la rugosidad local de la superficie, cambian la ubicación y la intensidad del patrón de interferencia. La suma de varias de estas distribuciones de moteado da lugar a una distribución de luz de bajo contraste y baja frecuencia. Por otra parte, los máximos y mínimos de difracción de la estructura de torsión alterada siempre entran dentro de los mismos rangos de ángulo sólido. Al superponer varios patrones de difracción alterados de una estructura de torsión, aumentan la nitidez de las líneas y el contraste de las franjas de difracción. Este sencillo proceso de filtrado óptico se muestra esquemáticamente en la figura 1. Una superficie de onda de superficie (véase la Fig. 2) se ilumina de forma rasante en la dirección circunferencial (por ejemplo, con un ángulo de incidencia ©i=80°) con un láser. Una cámara 5 detecta la luz dispersa reflejada por la superficie en un rango de ángulo sólido pequeño con un ángulo de apertura de aproximadamente ±2° en la dirección azimutal j y en la dirección del ángulo de dispersión ©s alrededor de la reflexión directa. La distribución de la luz difusa está dominada por patrones de moteado en forma de rayas que varían localmente, como se esboza en la Fig. 1 a la izquierda. Las franjas de difracción no pueden identificarse claramente. En la parte derecha de la Fig. 1, se muestra una imagen de luz difusa promediada que resulta de la superposición de muchas imágenes individuales tomadas con un eje giratorio en un sector angular de, por ejemplo, 36°. Las franjas de difracción caracterizan ahora esta distribución de luz dispersa. Además de la línea de reflexión de alta intensidad a j=0°, a ambos lados de la línea de reflexión se disponen líneas de difracción simétricas y casi equidistantes. El patrón de moteado se reduce considerablemente. A partir de la imagen de luz difusa promediada, si existen estructuras periódicas de torsión, se pueden trazar claramente franjas de difracción con mayor intensidad incluso en superficies fuertemente dependientes de la localización y, por tanto, se puede detectar la torsión en la superficie de la onda. Para determinar los parámetros de torsión global en toda la circunferencia del eje, es necesario dejar que el eje gire una revolución completa durante la prueba de torsión óptica. Los mejores resultados se obtienen cuando el árbol se sujeta en un mandril de garras o entre centros y una mesa giratoria motorizada realiza una rotación precisa y estable del árbol. La dependencia de la posición de las imágenes de luz difusa se registra con una cámara de medición a un tamaño de paso angular fijo para una revolución del árbol. La superposición de las imágenes medidas permite detectar estructuras de torsión localmente muy alteradas o muy poco pronunciadas. Sin embargo, este método no puede utilizarse para determinar el aumento de la estructura de torsión, entendiendo por tal el ángulo de torsión

[0009] Es tarea de la presente invención proporcionar un método que permita detectar y evaluar de forma fiable la macrotorsión en árboles y proporcione resultados rápidos de las pruebas en condiciones próximas a la producción, obteniéndose con este método todos los parámetros de torsión relevantes.

[0010] La tarea se resuelve mediante las características de la reivindicación 1. Las realizaciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

[0011] La invención se debe explicar a continuación por medio de ejemplos de realización especiales. Se muestran:

Fig. 1 figuras de difracción ejemplares según el estado de la técnica conocido;

Fig. 2 una disposición ejemplar de un procedimiento de medición de luz difusa según el estado de la técnica conocido;

Fig. 3 esquemáticamente la obtención de imágenes de luz dispersa individuales según la invención actual;

Fig. 4 el tipo de la formación de un campo de superposición de dos imágenes de luz dispersa contiguas según la invención actual;

Fig. 5 sobre el lado izquierdo una distribución de luz dispersa total formada con una rotación de árbol de 360° según la Fig. 4 con una modulación de intensidad del ±1. Órdenes de difracción de número de árbol 22 y, en el lado derecho, la distribución de intensidad media asociada en dirección angular azimutal j , que se obtiene promediando la distribución total de luz dispersa en dirección angular rotacional a;

La Fig. 6 muestra esquemáticamente en el lado izquierdo una sección de árbol con una estructura de torsión de 5 entradas y en el lado derecho una sección correspondiente de la superficie del cilindro desenrollado;

Fig. 6a una distribución total de luz difusa resultante de la medición de luz difusa del árbol según la Fig. 6 y Fig. 7 muestra esquemáticamente cuatro transformaciones de Fourier de diferentes distribuciones totales de luz difusa, que representan texturas características en diferentes procesos de mecanizado a) rectificado por penetración, b) rectificado pasante, c) rectificado pendular y d) rectificado con cepillo y

Fig. 8 muestra como un diagrama de valor de gris inverso el curso de una línea de reflectividad ejemplar para una distribución de luz difusa total compuesta cuando el árbol se tambalea durante la medición.

[0012] Basándose en el método conocido de medición óptica de luz difusa según las figuras 1 y 2 con incidencia de luz láser rasante, se describe a continuación el método según la invención, que permite determinar todos los parámetros esenciales de macrotorsión en un tiempo de medición corto (<1 min) utilizando imágenes de luz difusa.

[0013] Para ello, las imágenes de difracción se miden primero según el método de luz difusa descrito anteriormente (técnica anterior) para la circunferencia total de la muestra de ensayo. Un láser 1 ilumina la pieza cilíndrica 3 con un haz de luz coherente 2 de forma rasante en la dirección circunferencial (véase la figura 2) con un ángulo de incidencia ©i. La luz reflejada y dispersa 4 se registra en el rango de ángulos sólidos de la reflexión directa con resolución angular mediante una cámara bidimensional o matriz CCD 5. La cámara se alinea ventajosamente de tal manera que el vector de dirección de la reflexión directa 4 (©s=©i) ilumina la superficie del sensor de la cámara 5 centralmente y el plano de incidencia (abarcado por el vector de dirección del haz de luz de iluminación y la normal de la superficie de la pieza cilíndrica en el lugar de iluminación) se alinea paralelamente a un eje de la matriz c Cd . El rango de ángulos sólidos medido se describe así en la dirección axial z perpendicular al plano de incidencia por el ángulo de apertura ±$ y dentro del plano de incidencia por el rango de ángulos de dispersión ©s=©i±A©s. Los valores absolutos de j y A©s son de 2° a 4° en el ejemplo. Si existe una estructura de macrotorsión en la pieza cilíndrica 3, se forma un patrón de difracción 4.2 en forma de tira en el plano de imagen 5 de la cámara. La distancia de un orden de difracción 4.1 se detecta mediante el ángulo j .

[0014] Para una medición completa, el eje de prueba se gira alrededor de su propio eje con el ángulo a = 360°. Aquí es donde interviene la presente invención, ya que las imágenes de luz difusa determinadas para cada paso del ángulo de rotación no se superponen, a diferencia del estado de la técnica conocido hasta ese momento, sino que se combinan de forma panorámica, fiel al ángulo, para formar una distribución total de luz difusa de 360°.

[0015] La figura 3 muestra esquemáticamente que dicha distribución total de luz difusa de 360° se compone de un número definido de imágenes individuales que representan la luz difusa de una sección axial iluminada cerrada de la pieza de trabajo cilíndrica sin huecos en la dirección circunferencial. Para ello, las imágenes individuales se alinean sin fisuras o con una zona de solapamiento (cf. Fig. 4) para formar la distribución total de luz difusa de 360° de forma panorámica con un ajuste angular Aa adecuado. Si la onda de prueba se gira el ángulo Aa, la imagen de la luz dispersa se desplaza 2Aa según la ley de la reflexión. Un requisito previo para la creación de una distribución total de luz difusa de 360° es que el incremento del ángulo de rotación Aa sea inferior/igual a la mitad de la abertura de la cámara y que la superficie iluminada colinde directamente o se superponga a la superficie iluminada anterior tras la rotación del ángulo Aa. Este procedimiento garantiza que las imágenes medidas de la cámara también capten la dispersión de la luz de la superficie circunferencial cerrada durante una rotación completa de la pieza de ensayo.

[0016] Para ondas con radios muy grandes ( R>L/(2cos(0i)tan(A0s/2)), donde L es el diámetro puntual del haz de iluminación 4 sobre la superficie de la onda 3 (cf. Fig.2), el tamaño de paso angular necesario viene dado por la superficie iluminada y es Aa<atan(L/(R cos(0i))). También para este caso, hay que asegurarse de que el tamaño de paso angular Aa se elija de tal manera que la información de imagen en imágenes vecinas colinde directamente o se superponga en un área de imagen y se haga posible una composición de imagen cerrada en la dirección de rotación como la descrita anteriormente.

[0017] Si el tamaño de paso angular Aa conduce a áreas de imagen superpuestas cuando se forma una distribución de luz dispersa total de 360°, entonces según la invención se forma una imagen de luz dispersa media a partir de las dos informaciones de imagen dentro de cada una de estas áreas superpuestas con el fin de asegurar una transición continua de intensidad y patrón de imagen a imagen (cf. Fig. 4). Para una mejor ilustración, las dos imágenes adyacentes de la Fig. 4 se muestran ligeramente desplazadas en altura con el fin de identificar áreas de imagen idénticas en la región de solapamiento.

[0018] La distribución total de luz difusa obtenida según la invención, por ejemplo, para un eje de engranaje, se muestra a modo de ejemplo en la Fig. 5 (parte izquierda) como un gráfico de valor de gris inverso. Las zonas negras de la imagen representan intensidades de dispersión elevadas. En este ejemplo concreto, la imagen se compone de 500 imágenes individuales que se han combinado de forma panorámica como se ha descrito anteriormente. La línea de reflexión de alta intensidad (o línea de difracción de orden 0) y dos líneas de difracción de primer orden son claramente visibles. Las líneas de difracción de segundo orden también pueden detectarse débilmente. Actualmente se utilizan algoritmos sencillos de procesamiento de imágenes para el reconocimiento automático de patrones de difracción. Para ello, la suma de líneas, que es la suma de las intensidades de luz dispersa sobre el ángulo de rotación a, se forma sobre la distribución total de luz dispersa de 360°. En la Fig. 5, la anchura de las líneas representa la intensidad de la luz dispersa. La formación subsiguiente de la suma de filas horizontales de la imagen de luz dispersa total conduce a un perfil de intensidad que representa exclusivamente la distribución de luz en la dirección axial (dirección $) (cf. Fig. 5, curva derecha). Esta distribución resumida de la intensidad se utiliza para comprobar si en la superficie puede detectarse un patrón de difracción y, por tanto, una estructura de macrotorsión. La posición y la expresión de los máximos locales dentro de la curva son los criterios de decisión para ello. Si la curva se caracteriza por máximos de intensidad simétricos y casi uniformemente espaciados (como puede verse en la Fig. 5 a la altura de los órdenes de difracción), se trata de una estructura de torsión. Los ángulos asociados jm de estos máximos de intensidad describen entonces la posición de los máximos de difracción m según la ecuación de difracción cónica [como se describe, por ejemplo, en "Y. Fan: Light scattering from periodic surfaces and turned surface roughness measurement. Ph.D. dissertation, University of Windsor, Windsor, 1992". La longitud del período DP en la dirección axial de la estructura de remolino para la superficie lateral iluminada de la pieza cilíndrica se calcula como sigue:

donde m es el orden de difracción, A es la longitud de onda de la luz incidente y 0i es el ángulo de incidencia. Según la ecuación (1), queda claro que la distribución de la luz dispersa en la dirección axial traza una distribución de frecuencias. Cuanto menor sea el ángulo de dispersión acimutal jm, mayor será la longitud del periodo DP.

[0019] Si se conocen los ángulos j m de los órdenes de difracción m mediante el reconocimiento del patrón de difracción, se pueden asignar líneas de imagen horizontales definidas a estos ángulos j m en la distribución total de luz difusa de 360°. La modulación de la intensidad de estas líneas a través del ángulo de rotación a forma el número de entradas de la estructura de torsión de la superficie. La distribución total de la luz dispersa en la dirección circunferencial a sigue esencialmente el modelo geométrico-óptico debido a la gran expansión de la iluminación y a la estructura de rugosidad de mayor longitud de onda en la dirección circunferencial. Así, en la Fig. 5, la línea discontinua ilustra esquemáticamente que las líneas de difracción de los 1° órdenes se caracterizan por una periodicidad con número de onda 22. El origen de esta periodicidad se discute con referencia a las Figs. 6 y 6a. Si el eje 3 tiene una estructura de remolino de varios arranques (véanse en la fig. 6 las cinco trayectorias 6.1...6.5), una trayectoria de medición circular 7 cruza cada trayectoria de remolino individual una vez para una rotación completa de a=360°. De este modo, la trayectoria de medición registra la estructura de torsión como una ondulación unidimensional. Esta ondulación modula la intensidad de la luz dispersa en el caso de incidencia rasante de la luz según la Fig. 2 cuando el eje 3 gira a según la ley de reflexión. El número de periodos de ondulación para una revolución, que se denomina número de entradas o número de espiras G, depende de la elevación Dw y de la longitud de periodo DP de la estructura de torsión 6.1...6.5.. En el ejemplo de la Fig. 6, la trayectoria de medición circular cruza la estructura de torsión en cinco puntos. Las intensidades de los primeros órdenes de difracción para la distribución total de luz dispersa determinada según la invención están moduladas sinusoidalmente con cinco períodos para el ejemplo, que indican así el número de entradas de la estructura de torsión G=5 (cf. Fig. 6a). Si se conoce el diámetro de la onda 3 y la longitud del periodo de la estructura de remolino DP a partir de la posición angular de las franjas de difracción (determinadas según la ecuación (1)), el ángulo de torsión DW puede calcularse a partir del número de entradas G de la siguiente manera:

_{DW = a tan} r D P *G 'S

^{K D*7T}

Si se forman las transformad ,as de Fourier para las distribuciones de intensidad de los primeros órdenes de difracción en función del ángulo de rotación a, entonces estas dos transformadas de Fourier se caracterizan cada una por un máximo en el caso de modulación periódica, cuya posición indica el número de onda en la dirección circunferencial y, por tanto, el número de entradas de la estructura de torsión. Con la ayuda de una búsqueda máxima con estas transformadas de Fourier, se puede calcular automáticamente el número de entradas y a partir de ahí el ángulo de torsión según la ecuación (2).

[0020] La profundidad de la estructura de torsión Dt se determina a partir de la distribución de intensidad de la luz dispersa en la dirección j (véase la Fig. 5, lado derecho). Para cada ángulo de rotación an se puede extraer una distribución de luz dispersa asociada I(j) a partir de la distribución total de luz dispersa. La distribución de intensidad para un determinado ángulo an describe ahora la profundidad de la torsión para esta zona circunferencial iluminada del eje. Para esta distribución local de luz dispersa I(an, j) , se determinan los valores de intensidad en las ubicaciones de los órdenes de difracción (cf. Fig. 5) y se ajustan con un modelo de difracción. El remolino, aproximado como una rejilla unidimensional, proporciona la profundidad de remolino correspondiente mediante esta simulación de difracción. El procedimiento detallado se describe en [Hertzsch,A., Kroger,K., Groftmann,M.: Schnelle optische Drallmessung. Tm 12/2013. p.429-434]. Basándose en este procedimiento, se pueden calcular las profundidades de torsión en función del ángulo de rotación a.

[0021] Todos los algoritmos de evaluación de imágenes y cálculos de parámetros descritos se realizan con un ordenador después de tomar la imagen de la cámara. Los resultados pueden documentarse en un protocolo. Con este procedimiento, se puede realizar por primera vez un macrocontrol de giro rápido y automático, incluso en la producción.

[0022] Otra ventaja de la presente invención es la siguiente: Mediante la distribución total de la luz difusa en 360°, también es posible comprobar qué proceso de mecanizado se utilizó para producir la superficie. Para ello, se calculan las transformadas de Fourier unidimensionales de todas las líneas de imagen de la distribución total de luz difusa de 360° y se almacenan en una imagen bidimensional de distribución de frecuencias. Al igual que en la determinación del número de entradas de los órdenes de difracción, ahora se muestran las modulaciones de la distribución total de la luz dispersa. Para cada ángulo de dispersión j de la distribución total de luz dispersa de 360°, se calcula el espectro de ondulación y se traza mediante la transformación de Fourier. El resultado es una distribución de frecuencias bidimensional que muestra las distribuciones de números de onda características de la fabricación en el plano. Para una superficie producida por rectificado por penetración, se forman bandas de frecuencia en la dirección circunferencial. Para una superficie rectificada en alimentación o torneada, se forman preferentemente bandas de frecuencia axiales. Una superficie de suelo oscilante o péndulo muestra bandas de frecuencia inclinadas que forman un patrón trapezoidal. Un proceso fuertemente estocástico, como el esmerilado o el acabado de los cepillos, conduce a una disposición igualmente estocástica de los componentes de Fourier. La figura 7 ilustra esquemáticamente la disposición de los componentes de Fourier dominantes de una distribución total de luz difusa obtenida según la invención tras una transformación de Fourier unidimensional en la dirección circunferencial para a) esmerilado por inmersión, b) esmerilado por avance, c) esmerilado pendular y d) cepillado. Así, con ayuda del método según la invención, es posible comprobar el proceso de fabricación de la superficie rectificada además de la determinación de la macrotextura e indicar los procesos que conducen automáticamente a una estructura de torsión (rectificado de avance y rectificado pendular). De este modo, el mecanizado conforme a la norma de las superficies de contacto de las juntas puede comprobarse de forma muy rápida y sencilla para una inspección de entrada.

[0023] Otra ventaja del método propuesto es que los ejes de prueba no tienen que cumplir los requisitos de alta precisión con respecto a su centrado y nivelación, como es necesario para una medición perfilométrica. Una excentricidad radial de <50|_im así como excentricidades de hasta 100|_im pueden ser compensadas por software según el método de la invención. Si el eje de ensayo tiene un ángulo de inclinación con respecto al eje de rotación debido a errores de sujeción, la distribución total de la luz dispersa se ve perturbada por un periodo de desviación sinusoidal de la luz en la dirección j durante una rotación cerrada a =360°. Esta desviación es más fácil de detectar en el curso de la línea de reflexión de alta intensidad. La figura 8 muestra el curso de la línea de reflectancia como un gráfico de valor de gris inverso para una distribución de luz difusa total compuesta con bamboleo (parte izquierda de la imagen). Si se determina la localización del máximo j de la reflexión en función de a, se obtiene la curva que se muestra en la figura 8 a la derecha. A partir de ahí, se calculan la amplitud de deflexión y la posición de fase en función del ángulo de rotación a. Según la invención, esta curva permite recortar la distribución total de la luz dispersa utilizando la curva (parte izquierda de la figura 8) como trayectoria de interpolación. Todos los valores de intensidad situados en esta curva corresponden a un ángulo fijo j . Al desplazar la curva en la dirección j , la distribución total de la luz difusa se convierte para cada valor j , con lo que la curva especifica los puntos de interpolación para la interpolación bidimensional de la distribución total de la luz difusa. A diferencia del método de superposición de imágenes de luz difusa, se obtiene una rectificación de la imagen con un contraste nítido que tiene en cuenta el comportamiento de onda larga de la curva de bamboleo (interpolación de subpíxeles).

Listado de referencias

[0024]

1 Láser

2 Haz de luz

3 Pieza cilíndrica/árbol

4 Luz difusa reflejada

4.1,4.2 Orden de difracción

5 Matriz CCD/ Cámara

6.1-6.5 Entradas

7 Pista de medición

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Método para la determinación de macrotorsión óptica en piezas de trabajo cilindricas con ayuda de mediciones de luz difusa, donde la pieza de trabajo (3) se ilumina de forma rasante en una zona de la superficie prefijable perpendicular al eje de rotación con un rayo de luz (2) y las fotografías de difracción reflectadas, se asocian a un paso de ángulo de rotación prefijable (Aa) de la pieza de trabajo, se guardan y detectan por una matriz CCD (5) bidimensional, caracterizado por el hecho de que a continuación todas las imágenes de luz difusa individuales, adyacentes, obtenidas de esta manera se alinean para formar una imagen de distribución de luz difusa en forma de panorama de 360° a modo de patrón, donde al existir una torsión resulta una imagen de difracción que comprende la onda, donde la imagen comprende todas las informaciones de salida para longitud de periodo, número de entradas de la torsión, ángulo de torsión y profundidad de torsión, que para su determinación se elaboran y evalúan de tal manera que a partir de las intensidades que resultan de la adición de todos los elementos de línea de las imágenes individuales, se determinan los máximos de intensidad y a partir de su distancia por medio de la ecuación de difracción

se determina la longitud de periodo (DP) de la estructura de torsión, donde A representa la longitud de onda de la luz incidente, ©i el ángulo de incidencia, m el orden de difracción y jm el ángulo azimutal de las máximas de difracción, que se pueden asignar a líneas de imagen definidas de la distribución total de luz difusa en forma de panorama y a continuación se determina la periodicidad de la distribución de intensidad en el primer orden de difracción, que proporcionan una medida directa para el número de entradas (G) de la estructura de torsión y con este número y la longitud de periodo determinada (DP) según

se calcula el ángulo de torsión (DW) con D como el diámetro de la pieza cilindrica de trabajo (3).

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el número de entradas (G) se determina de tal manera que, para las distribuciones de intensidad de los primeros órdenes de difracción, en función del ángulo de rotación a, se forman las transformadas de Fourier que, en caso de modulación periódica, tienen cada una un máximo, cuya posición indica el número de onda en la dirección circunferencial y, por tanto, el número de entradas de la estructura de torsión.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las imágenes de luz difusa adyacentes dentro de la distribución total de luz difusa de 360° se colocan superpuestas entre sí y se almacenan de tal manera que los patrones de luz difusa idénticos presentes en áreas de imagen superpuestas en ambas imágenes se colocan de forma congruente uno encima del otro.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que el posicionamiento definido de las áreas adyacentes de imagen de luz difusa se realiza en dos planos si la pieza de trabajo cilíndrica se tambalea durante la captura en 360°.

5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la anchura de paso del ángulo de rotación Aa para la detección de una sola imagen de luz dispersa se selecciona para que sea menor/igual que la mitad de la abertura de la cámara, o de la abertura de la matriz CCD, y la superficie iluminada colinda directamente o se solapa con la superficie iluminada precedente después de una rotación angular adicional de Aa.