KR20170023825A - 검사 장치 및 중공체의 내벽들을 검사하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 엔진 블록의 실린더 보어와 같은 중공체의 내벽들을 검사하기 위한 장치로, 중공체를 지지하는 지주 장치; 로드-형상 카메라 장치의 길이방향 축을 가로지르는 영상을 획득하도록 설계된 로드-형상 카메라 장치; 중공체의 안팎으로 카메라 장치를 이동시키기 위한 조정 장치; 중공체의 내벽들을 조명하기 위한 조명 장치; 로드-형상 카메라 장치의 길이 방향 축에 대하여 파노라마 영상을 획득하기 위해 카메라 장치를 제어하고, 카메라 장치에 의해 획득된 영상 데이터로부터 내벽들의 표면 특성들에 대해 판정하는 전자 제어 및 평가 수단; 중공체의 공동의 내지름을 판정하는 지름-판정 장치;를 구비하고, 지름-판정 장치는 공동의 내벽들 상으로 라이트 빔을 방출하기 위한 광원과 공동의 내벽들로부터 나오는 빛을 감지하기 위한 광학 측정 수단을 구비하고, 제어 및 평가 수단이 지름-측정 장치의 측정 정보로부터 공동의 내지름을 판정하도록 설계된 장치와 관계된다. 본 발명은 또한 대응하는 검사 방법과도 관계된다.
Description
본 발명은 청구항 1에 따른 중공체의 내벽들, 특히 엔진 블록의 실린더 보어를 검사하기 위한 검사 장치들과 관계 있다. 본 발명은 또한 청구항 12항에 따른 중공체의 내벽들을 검사하는 방법과 관계 있다.
엔진 블록뿐만 아니라 다양한 다른 제품들의 제조에서, 캐비티의 벽 물성들은 매우 중요하다. 예를 들어, 와이어식 또는 분말식 용사에 의해 내연 엔진의 엔진 볼록의 실린더 보어들의 활주면들에 또는 작동 실린더들의 활주면들에 코팅들이 자주 적용된다. 적합한 코팅들을 적용함으로써, 이론적으로는 막대한 개선이 이루어진다. 이것들은 내연 엔진들의 연료 소비의 감소, 경량 구조 물질의 사용, 마찰 감소, 열 제거에서의 개선, 더욱 컴팩트한 구조 형상들 및 유지 보수의 불필요를 포함한다. 이러한 목적들을 달성하기 위해, 코팅들은 작은 공차 내에서 기정의된 표면 파라미터를 준수해야만 한다. 실린더 결함들-특히 실린더 내벽들의 불균일성들-과 물질 퇴적들은 피해야만 한다. 신뢰성 있는 제조 및 실린더 표면들의 검사는 따라서 매우 중요하다.
일반적으로 본 발명이 적용되는 분야는 엔진 부품들에 한정되지 않으며, 대신 공작물/물품의 내벽들이 검사되어야 하는 모든 물체들을 포함한다.
중공체의 내벽들을 검사하기 위해 알려진 검사 장치들과 중공체의 내벽들을 검사하기 위해 알려진 방법들은 고도의 수동 조작을 요구한다. 검사되어야 할 공작물에 적합한 측정들을 수행하는 것과 측정값의 평가는 상대적으로 사용자에게 높은 지식이 요구되며, 막대한 시간 자원이 소요된다. 또한 오류율이 높다.
관례적으로, 사람이 나안으로 내벽들을 체크하는 내벽들의 외관 검사가 제공될 수 있다. 하지만 여전히 간섭을 일으킬 수 있는 미세한 거칠기는 이러한 방식으로는 탐지할 수 없다. 예를 들어 사용자가 실린더 보어의 지름을 판정할 수 있는 길이 및 거리 측정 요소와 같은 간단한 검사 장치들을 더하는 것은 그럼에도 불구하고 상대적으로 많은 시간 자원이 소요된다. 예를 들어 300㎛의 얇은 층 두께들의 경우 제어 장치들의 신뢰성에 관해 만족되어야 할 요구조건들은 특히 충족하기 어렵다.
표면 물성들 또는 내벽들 상의 결함을 짧은 시간내에 신뢰성 있게, 특히 제조 공정 내의 단계들에서 판정되는 중공체의 내벽들의 검사 장치 및 검사 방법을 보여주는 것이 본 발명의 목적으로 고려될 수 있다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징들을 가지는 검사 장치와 청구항 제12항의 특징들을 가지는 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 검사 장치의 유리한 변형들은 종속항의 특허 대상이며, 또한 특히 도면을 참조로하여 후술하는 설명에 설명되어 있다.
특히 엔진 블록 내의 실린더 보어와 같은 중공체의 내벽들을 검사하는 장치로, 중공체를 지지하는 지주 수단, 로드-형상의 길이방향 축을 가로지르는 영상을 기록하도록 설계된 로드-형상 카메라 장치, 중공체 안팎으로 카메라 장치를 이동시키기 위한 조정 수단, 중공체의 내벽들을 조명하기 위한 조명 수단, 로드-형상 카메라 장치의 길이 방향을 축 둘레로 파노라마 영상을 기록하기 위해 카메라 장치를 제어하고 내벽들의 표면 특성을 카메라 장치에 의해 기록된 영상 데이터로부터 판정하는 전자 제어 및 평가 수단 및 중공체의 공동의 내지름을 판정하기 위한 지름 판정 수단을 포함하며, 지름 판정 수단은 라이트 빔을 공동의 내벽으로 방출하는 광원과 공동의 내벽으로부터 나오는 빛을 감지하는 광학 측정 수단(센서들)을 포함하고,제어 및 평가 수단은 지름 판정 수단의 측정 정보로부터 공동의 내지름을 판정하도록 설계된다.
카메라 장치 및 지름 판정 수단은 동일한 공동 또는 중공체의 두 개의 다른 공동들을 동시에 또는 순차로 검사할 수 있다. 앞서 언급한 그 내부로 카메라 장치가 이동되 공동의 내벽들과, 지름 판정 수단에 의해 측정되는 공동의 내벽들은 따라서 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 후자의 경우, 두 개의 공동들은 카메라 장치 및 지름 판정 수단에 의해 차례로 검사될 수 있다.
표면 특성은 예를 들어 거칠기, 스크래치의 존재, 부스러기들, 코팅의 불균일함, 내벽의 색상 및/또는 밝기를 포함한다.
카메라 장치는 하나의 영상 기록을 통해 파노라마 영상을 기록하도록 설계될 수도 있다. 대신에 또는 부가적으로, 제어 및 평가 수단이 순차로 복수 개의 영상을 기록하도록 제어하고, 파노라마 영상을 형성하기 위해 이들을 결합하도록 설계될 수도 있다. 이를 위해, 다른 영상 기록들 사이에서 카메라 장치를 길이방향 축을 따라 회전시키는 조정 수단이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 중공체의 내벽들을 검사하는 방법에서, 로드-형상 카메라로 내벽들을 검사하기 위해, 카메라 장치가 조정 수단에 의해 중공체 내로 이동되었을 동안 적어도 하나의 영상이 로드-형상 카메라 장치로 기록되도록 본 발명에 따른 검사 장치가 이용된다.
본 발명에 의해 공작물이 사용자에 의해 수행되어야 하는 측정이 없이도 고 정밀도 및 신뢰도를 가지고 검사될 수 있다는 중대한 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 검사 장치의 제1 실시예의 개략도를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 검사 장치의 제2 실시예의 개략도를 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 검사 장치의 제3 실시예의 개략도를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 검사 장치의 제2 실시예의 개략도를 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 검사 장치의 제3 실시예의 개략도를 보여준다.
제1 핵심 아이디어는 중공체를 위한 지주 수단을 관통하는 카메라의 움직임과 카메라 장치를 위한 조정 수단을 이용가능하게 하는 것으로 보여질 수 있으며, 카메라의 움직임은 검사되어야 할 중공체에 대해 정의된 방식으로 실현된다. 카메라 장치의 위치 결정 및 지름 판정 수단, 이는 측정 정밀도에 있어 중요하다, 은 정확하게 재현가능한 방식으로 수행될 수 있다.
단시간에 과도한 움직임 없이 내벽들을 검사하기 위해, 카메라 장치는 파노라마 이미지를 기록할 수 있다. 파노라마 이미지는 360° 이미지를 나타낼 수 있으며, 따라서 내벽들의 원주 방향으로 측정/검사되어야 하는 전체 면을 아우를 수 있다.
조명 수단은 반사광 장치 및/또는 그레이징 광 조명 장치를 포함할 수 있다. 반사광 조명으로서, 그 방출 광학 시스템이 카메라 장치의 수광 시스템 주변에 배치될 수 있다. 반사광 조명 장치의 주 발광 방향은 카메라 장치의 주 수신 방향과 거의 평행할 수 있으며, 예를 들어 각도가 20°보다 작아야 한다.
그레이징 광 조명 장치는 반면, 작동하는 동안 내벽들을 조명하는 그레이징 조명 장치의 방출 방향들이 수신 방향을 가로지르도록 배열되며, 이로부터 카메라장치는 조명되는 내벽들로부터 빛을 수신한다. 내벽들의 약간의 불균일 또는 불규칙함들이 따라서 쉽게 탐지될 수 있다. 이 실시예에서, 조명 수단의 방출 방향들은 카메라 장치의 수신 방향들과 실질적으로 평행하지 않다. 대신, 그레이징 광 조명 장치가 이용되고, 이것의 방출 방향들은 수신 방향들을 가로지르며, 이로부터 카메라 장치는 조명된 내벽들로부터 빛을 수신한다. 내벽들의 높이 변화가 있는 경우 드리워진 그림자가 이런 방식으로 더욱 효과적으로 보여질 수 있다.
"방출 방향들"은 빛이 그레이징 광 조명 장치의 상대적인 위치로부터 방출되는 모든 각도 범위를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 또는, "방출 방향들"은 측정이 이루어지는 동안 방출된 빛이 또한 실제로 내벽들에 영향을 주는 빛 방출 각도 범위로 이해될 수 있다.
내벽들의 어떤 지점을 조명할 수 있는 방출 방향들과 카메라 장치에 의해 동일한 지점으로부터 오는 빛이 측정되는 수신 방향들 사이의 각도가 90°에 가까울 때 특히 불균일이 잘 탐지될 수 있다.
그레이징 광 조명 장치의 방출 방향들과 카메라 장치의 수신 방향들 사이의 각도는 45°내지 135°사이일 수 있으며, 특히 60° 내지 120° 사이, 바람직하게는 75° 내지 105° 사이이다.
또한, 큰 그림자를 드리울 수 있도록 하기 위해, 검사 중인 공동의 길이 방향에 대한 조명 방향이 결정적이다. 이러한 방향들은 바람직하게는 거의 서로 평행하다. 예를 들어 그레이징 광 조명 장치에 의해 내벽들로 방출된 빛이 25°보다 작은 각도에서, 보다 바람직하게는 15° 또는 10°보다 작은 각도에서 그에 영향을 주도록 마련할 수 있다.
"내벽들"이라는 용어는 검사되어야 하는 중공체의 공동의 속 껍데기 표면들을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 공동은 이론적으로는 서로 반대 위치에 놓이거나 양 단면들이 개방되거나 이들 면 중 오직 한 면만이 개방될 수 있다.
중공체는 이론적으로 적어도 하나의 오목부 또는 개구를 공동으로 구비하는 원하는 어떠한 공작물이라도 될 수 있다. 예를 들어 내부에 복수 개의 실린더 보어들이 검사되어야 할 공동들로 제조되는 엔진 블록일 수 있다.
지주 수단들은 이론적으로는 원하는 대로 설계될 수 있으며, 검사되어야 할 중공체를 지탱, 다시 말해 지지하는 것으로 규정된다. 동시에 그것은 중공체를 운송하도록 응용될 수도 있다. 지주 수단은 지지되는 중공체가 검사 장치의 다른 구성요소들, 예를 들어 카메라 장치에 대해 상대적으로 정의된 위치를 점하도록 설계될 수 있다. 또는, 하지만, 지주 수단은 중공체가 지수 수단 상에서 다른 위치들을 점하도록 설계될 수 있으며, 예를 들어 지주 수단으로서 컨베이어 벨트가 사용되는 것과 같은 경우이다. 이 경우에는 또한, 카메라 장치가 중공체에 대해 기 정의된 이동 경로를 따라 움직일 수 있도록 보장하기 위해, 위치 감지 수단이 존재할 수 있다. 이들은 지주 수단 상의 중공체의 위치를 판정한다. 감지된 중공체의 위치에 의존하여 카메라 장치를 이동시키는 조정 수단이 이때 제어된다. 카메라 장치는 그 자체가 위치 감지 수단 또는 그 일부로서 이용될 수 있다.
카메라 장치의 로드 형상을 통해, 이것이 서로 다른 형태의 공동들에 쉽게 적용될 수 있다. 로드 형태로 이루어지는 것은 특히 길이가 단면의 치수들보다 명백히 큰 형태로 여겨질 수 있으며, 예를 들어 적어도 4배 또는 적어도 6배 큰 것이다. 영상 기록을 위해 요구되는 모든 수단이 로드 형태 내에 배치될 필요는 없다. 예를 들어, 로드 형태 내의 광학 요소들에 의해, 영상이 로드-형상 영역의 외부에 위치한 카메라 칩에서 생성될 수 있다.
로드-형상 카메라 장치는 내벽들의 영상을 촬영하기 위한 빛이 카메라 장치 내로 통할 수 있는 입광 영역을 포함하며, 입광 영역은, 특히 오로지, 로드-형상 카메라 장치의 하단에, 다시 말해 공동 내로 처음 이동되는 끝단에 위치한다. 입광 영역은 파노라마 영상을 기록하기 위해 로드 형상의 전체 원주(360°) 둘레로 연장될 수 있다.
카메라 장치는 조정 수단에 의해 중공체에 대해 상대적으로 이동된다. 그에 따라 카메라 장치는 또한 그레이징 광 조명 장치에 대해서도 또한 상대적으로 이동되도록 마련될 수 있다. 이것은 그레이징 광 조명 장치의 구조를 단순화하고, 특히 크기 제한들의 관점에서, 카메라 장치의 정밀한 움직임을 가능하게 한다. 또는, 하지만, 그레이징 광 조명 장치는 카메라 장치에 굳게 결합되고, 따라서 그것과 함께 조정되도록 마련될 수도 있다. 이는, 그 중에서도, 카메라 장치의 다른 위치들에 대해 각 경우 카메라 장치에 의해 기록되는 영역의 일관된 조명이 얻어질 수 있다는 이점을 제공한다.
조정 수단을 통한 카메라 장치의 조정 프로세스는 일반적으로 적어도 시계, 다시 말해 감지 영역이 조정되는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어 카메라 칩과 같은 카메라 장치의 다른 구성부품들이 자리에 고정된 채 유지되는 동안, 외부 거울은 옮겨질 수 있다. 하지만 가혹한 제조 환경에서 향상된 안정성을 위해, 광학 부품들은 조정 수단에 의해 이동될 수 있는 로드-형상 하우징 내에 수용되는 것이 바람직하다. 과도한 압력이 로드-형상 하우징 내에 형성될 수 있으며, 그것을 통해 빛이 하우징을 출입할 수 있는 전면 광학 시스템들의 에어 플러싱을 위한 수단이 제공될 수 있다. 먼지에 대한 보호가 여기서 개선될 수 있다. 또한, 여기서 설명된 검사 장치의 모든 측정 및 방출 수단들은 과도한 압력을 인해 냉난방이 되는(climate-controlled) 측정 하우징 내에 배치될 수 있다.
카메라 장치는 일 시에 파노라마 영상을 기록할 수 있도록 설계될 수 있다. 또는, 하지만, 카메라 장치가 조정 수단에 의해 회전되어 여러 영상을 순차로 기록하고, 전자 제어 및 평가 수단에 의해 서로 합쳐 하나의 파노라마 영상을 제공하는 것으로 규정될 수도 있다.
그레이징 광 조명 장치는 로드-형상 카메라 장치에 대해 동심으로 배치되는 링 조명으로 형성될 수 있다. 링 영역은 그에 따라 로드-형상 카메라 장치의 길이 방향에 대해 수직이다. 링 조명으로서의 설계를 위해, 그레이징 광 조명 장치는 복수 개의 광원을 포함할 수 있으며, 예를 들어 적어도 4개 또는 8개의 광원, 이것들은 링 형상으로 배열된다.
그레이징 광 조명 장치는 카메라 장치가 중공체 내부로 이동되었을 때, 중공체의 외부에 위치하도록 배치될 수 있다. 카메라 장치 내에서 움직일 때, 그레이징 광 조명 장치는 함께 움직이거나 정지 상태로 머물 수 있다. 중공체의 외부에 위치함으로써, 공동의 길이 방향에 대해 거의 평행한 방향으로부터의 내벽들의 조명이 중공체와의 충돌에 대한 걱정 없이 달성될 수 있다.
제어 및 평가 수단은 내벽들의 높이 프로파일 또는 거칠기를 지름 판정 수단의 측정 데이터로부터 판정하도록 설계될 수 있다.
지름 판정 수단은 특히 적어도 하나의 삼각 센서에 의해 형성될 수 있다. 그것은 또한 복수 개의 삼각 센서들을 포함할 수 있으며, 에를 들어 네 개, 이것들은 특히 로드-형상 카메라 장치의 주위로 링 형상으로 배치될 수 있다.
삼각 센서는, 예를 들어, 분리된 방출 및 수신 광학 시스템들을 구비할 수 있고, 방출 광학 시스템을 통해 조명된 영역으로부터 나온 빛은 수신 광학 시스템에 의해, 삼각 센서로부터의 영역의 거리에 의존하여, 다른 광-민감도의 센서들 또는 센서 영역들로 안내된다.
적어도 하나의 삼각 센서는 또한 동시에 카메라 장치에 의해 검사되는 내벽들의 영역을 검사하도록 지향될 수 있다.
복수 개의 공동을 구비하는 작업물들이 종종 검사된다. 이러한 경우, 카메라 장치 및 지름 판정 수단은 또한 동시에 다른 공동들을 검사할 수 있다. 컴팩트한 구조 형태를 위한 요구조건들은 이런 방식으로 감소될 수 있고, 검사는 그럼에도 불구하고 단 시간에 행해질 수 있다. 이런 실시예에서, 카메라 장치 및 지름 판정 수단은 바람직하게는 서로에 대해 중공체의 공동들의 거리로 조정되는 조정가능한 거리만큼 서로 떨어져 있는 것이 바람직하다.
만약 지름 판정 수단이 카메라 장치에 대해 그들이 모두 동시에 다른 공동들로 이동될 수 있도록 배치된다면, 지름 판정 수단은 구동 수단과 결합된다. 지름 판정 수단은 검사 될 공동의 길이방향 축을 따라 움직이도록 배치치된다. 이것은 내벽에 대한 거리 측정들의 정밀도를 향상시킨다.
또는 지름 판정 수단 및 카메라 장치는 동시에 같은 공동을 검사하도록 배치될 수도 있다.
지름 판정 수단은 카메라 장치에 단단히 결합되는 것이 바람직할 수 있다. 이 둘은 따라서 조정 수단에 의해 중공체에 대한 높이가 조정되고, 차례로 중공체의 다른 높이의 영역들을 검사할 수 있다.
지름 판정 수단은 바람직하게는 공초점 센서로서 형성된다. 이 경우, 결합 광학 요소가 광원의 빛을 내벽들로 방출하고, 내벽들로부터 광학 측정 수단으로 빛을 안내하기 위해 제공된다. 공초점 센서의 경우, 조명된 초점 거리는 선명한 영상의 측정 영역에 정밀하게 일치한다.
지름 측정 장치는 방출된 빛 및/또는 감지되어야 할 빛을 안내하는 광학 도파관을 포함한다. 광원 및 광학 측정 수단은 그에 의해 측정 과정에서 검사가 이루어지고 있는 공동의 외부에 위치될 수 있다. 광학 도파관은 로드-형상 카메라 장치의 길이 방향 축에 평행하게 연장될 수 있다.
구동 수단이 지름 측정 수단을 회전시키기 위해 존재할 수 있다. 내벽들의 다른 영역들은 그에 의해 차례로 검사될 수 있다. 구동 수단은 또한 조정 수단의 일부일 수 있고, 지름 측정 수단과 함께, 카메라 장치를 회전시킬 수도 있다.
카메라 장치에 추가로, 중공체의 내벽의 색상을 판정하기 위한 적어도 하나의 색상 센서가 포함될 수 있다. 전자 제어 및 평가 수단은 색상 센서에 의해 감지된 내벽들의 색상들을 기정의된 값과 비교하고, 비교에 근거하여 내벽들을 위한 품질 지표를 출력하도록 응용될 수 있다. 기정의된 값들은 예를 들어 색조들 또는 공차값들일 수 있으며, 이에 의해 측정된/센싱된 색상들이 차례로 서로 편차가 생길 수 있다.
전자 제어 및 평가 수단은 기록된 측정값들에 근거하여, 다시 말해 카메라 장치 및 선택적으로 지름 판정 수단 및 선택적으로 색상 센서의 측정 데이터에 근거하여, 검사중인 중공체의 품질이 충분한 지 불충분한 지에 대한 결론에 도달할 수 있도록 응용될 수 있다. 검사 장치는 바람직하게는 또한 분류 장치를 포함한다. 이것은 검사된 중공체를 선택적으로 적어도 두 개의 경로들 중 어느 한 곳으로 운송할 수 있도록 설계될 수 있다. 그에 따라 경로는 중공체의 품질이 충분한 지 불충분한 지에 따라 선택된다.
색상 센서는 지름 판정 수단에 단단히 결합될 수 있고, 따라서 그와 함께, 높이가 조정되고 회전될 수 있다. 이 경우 회전 축은 바람직하게는 그 시각 검사되는 공동에 대해 중심이다. 지름 판정 수단은 지지된 중공체 내부로 중심으로 또는 중심이 아닌 곳으로 움직이도록 배치될 수 있다.
색상 센서의 색상 구별은 카메라 장치의 그것보다 유용성면에서 훨씬 양호할 수 있다.
조명 수단은 그와 함께 이동하는 로드-형상 카메라 장치 상에 제공될 수 있으며, 카메라 장치에 의해 탐지되는 내벽들의 영역을 조명할 수 있도록 배치된다. 조명 수단은 조명 장치의 일부일 수 있다. 이것과 그레이징 광 조명 장치는 순차로 연결되고, 카메라 장치는 각 경우 적어도 하나의 영상을 기록할 수 있도록 마련될 수 있다. 그레이징 광 조명 장치가, 그 배치 때문에, 내벽들의 불균일함을 특히 잘 강조하며, 조명 장치는 바람직하게는 균일한 조명을 제공할 수 있다. 또한 그레이징 광 조명 장치 및 조명 장치는 다른 파장대의 빛을 방출할 수 있으며, 그에 의해 내벽들 상의 다른 정보가 획득될 수 있다. 균일한 조명을 위해, 조명 장치의 방출 방향들은 카메라 장치의 수신 방향들에 대해 작은 각도를 이루며, 예를 들어 30°보다 작거나 15°보다 작은 각도이다.
검사에 요구되는 시간을 더욱 감소시키기 위해, 길이 방향으로 오프셋 된 복수 개의 파노라마 영상을 기록할 수 있도록 로드-형상 카메라 장치는 복수 개의 입광 영역을 구비하고, 그 길이 방향으로 오프셋할 수 있다. 이들 각 입광 영역들을 위해, 관련된 카메라, 다시 말해 카메라 칩이 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 검사 장치는 또한 복수 개의 카메라 장치 및 복수 개의 지름 판정 수단들을 구비할 수 있다. 이들은 공유하는 조정 수단에 의해 이동되거나 적어도 동시적으로 제어될 수 있다. 중공체의 복수 개의 공동은 이러한 방법으로 동시에 검사될 수 있다. 이것은 예를 들어, 내연 엔진의 실린더들에 매우 유용하다. 복수 개의 카메라 장치들과 복수 개의 지름 판정 수단들은 서로에 대해 조정 가능한 거리로 배치되어, 이러한 거리가 검사되는 공동들 사이의 거리에 맞춰질 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 로드-형상 카메라 장치를 이용해 내벽들의 다른 높이 영역들을 검사하기 위해, 카메라 장치가 조정 수단에 의해 중공체 내로 및/또는 중공체로부터 외부로 이동되는 동안 복수 개의 영상이 순차로 기록된다. 이로써 단시간에 검사되어야 할 내벽들의 전체 높이 영역을 기록하는 것이 가능해진다. 만약 영상들이 내측 이동 또는 외측 이동 동안에만 기록된다면, 영상 기록이 전혀 이루어지지 않는 내측 또는 외측 이동은 특히 빠르게 이루어질 수 있으며, 다시 말해 내측 또는 외측 이동 중 어느 한 경우는 다른 경우에 비해 더 빠르게 이루어진다. 또는, 영상들은 내측 이동 및 외측 이동 동안 모두 기록될 수 있고, 그에 따라 데이터 중복 및/또는 더 큰 측정 확실성이 얻어질 수 있다.
조정 수단은 카메라 장치를 중공체의 공동의 중심축을 따라 이 중공체의 내부로 이동시키도록 제어될 수 있다. 중심축을 따른 이동을 통해, 후속 데이터 평가가 간단해진다. 중심축을 따라 안내하기 위해, 카메라 장치 및 중공체의 지주 수단은 서로 대응하도록 배치될 수 있다.
만약 서로 다른 지름들을 가지는 공동들이 색상 센서와 지름 판정 장치에 의해 정밀하게 검사될 수 있다면 유리하다. 이러한 목적에서, 구동 수단은 색상 센서 및/또는 지름 판정 수단이 공동의 길이 방향 축을 가로지르도록, 특히 수직하게 움직이도록 응용될 수 있다. 조정은 색상 센서 및/또는 지름 측정 장치로부터 공동의 벽까지의 거리를 측정한 다음 자동적으로 실행될 수 있다. 거리의 측정은 그에 의해 지름 측정 수단들에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 매우 다른 크기들의 공동들은 이러한 방식으로 하나의 동일한 검사 장치를 이용하여 측정될 수 있다.
기계적으로 간단한 구성을 위해, 카메라 장치 및 색상 센서 및/또는 지름 판정 수단은 검사되는 동일한 공동 내로 차례로 이동되도록 마련될 수 있다. 카메라 장치 및 색상 센서 또는 지름 측정 수단은 공동의 길이방향 축에 대해 수직한 평면에 서로 오프셋되게 배치될 수 있으며, 예를 들어 길이방향 축 둘레로 180°회전된 위치에 배치될 수 있다.
추가적인 장치의 특징으로 묘사된 본 발명의 특징은 또한 본 발명에 따른 방법의 실시예로도 여겨지며, 반대의 경우도 마찬가지이다.
본 발명의 추가적인 이점과 특징들은 첨부된 개략도를 참조로 하여 아래에서 설명될 것이다.
동일한 구성요소들 및 동일한 방식의 그들의 작용은 동일한 참조 기호에 의해 도면들 내에서 개괄적으로 식별된다.
도 1은 본 발명에 따른 검사 장치(100)의 예시적인 실시예이다. 이것은 중공체(1)의 내벽들(4)의 검사를 위해 쓰인다. 예를 들어, 엔진 블록(1)의 실린더 활주면(4)들을 검사하는데 이용될 수 있다.
중공체(1)는 하나 또는 복수 개의 공동(3)들을 구비할 수 있으며, 이것들은 검사되어야 하는 내벽(4)들을 각각 구비한다. 에를 들어, 내벽(4)들의 코팅들이 검사되어야만 할 수 있다.
검사 장치(100)는, 주요 부품으로서, 카메라 장치(10), 그레이징 광 조명 장치(20) 및 지름 판정 수단(3)을 포함한다.
또한, 검사 장치(100)는 중공체(1)가 원하는 알려진 위치에 지지되도록 하는 지주 수단(미도시)을 구비한다.
카메라 장치(10)은 로드-형상 하우징을 구비한다. 이것은 조정 수단(미도시)에 의해 공동(3) 내로 이동된다. 로드-형상 하우징 하단의 입광 영역(12)을 통해, 카메라 장치(10)는 주변의 영상을 기록할 수 있다. 카메라 장치(10)의 시계(15)는 가로놓이며, 특히 그 길이 방향에 대해 수직이며, 이것은 로드 형상에 의해 정의된다. 시계는 바람직하게는 파노라마 영상이 기록될 수 있도록 360°를 아우른다.
그레이징 광 조명 장치(20)는 내벽(4)들을 조명하기 위해 쓰인다. 그레이징 광 조명 장치(20)는 그 때문에 방출 방향(25)들이 카메라 장치(10)의 수신 방향(15)들, 다시 말해 시야 영역(15)을 가로지르도록 배치된다. 이것은 또한 암시야 조명으로도 묘사될 수 있다. 내벽(4)들의 불균일함은 그 때문에 상대적으로 강하게 드리워지는 그늘들을 일으키고, 이것들은 이때 카메라 장치(10)의 의해 판정될 수 있다.
그레이징 광 조명 장치(20)는 내벽(4)들의 환형 영역 전체를 동시에 조명하는 환형 조명을 제공할 수 있다.
카메라 장치(10)는 공동(3)으로 들어가거나 공동(3)으로부터 나오는 동안 복수 개의 영상들을 기록할 수 있다. 내벽(4)들의 다른 높이 영역들이 그에 따라 검사된다.
기록된 영상들은 다음 전자 제어 및 평가 수단(미도시)에 의해 평가된다. 기 정의된 기준에 의해, 제어 및 평가 수단은 검사된 내벽(4)들이 결함들을 가지고 있는지 아닌지에 대한 결론에 도달한다. 결론에 의거하여, 중공체(1)는 추가적으로 다른 생산 스테이션으로 이송될 수 있다.
본 발명의 실질적인 개념으로서, 공동(3)의 지름이 추가적인 광학 측정 장치에 의해 탐지된다. 내벽(4)들의 코팅 두께 또는 코팅의 불규칙함이 지름으로부터 판단될 수 있다. 이러한 측정들은 적어도 하나의 광원(32)과 광학 측정수단(35)을 구비하는 지름 판정 수단(30)에 의해 실현된다.
도시된 예에서는, 이것은 카메라 장치(10)가 공동(3) 내부로 이동된 때 내벽(4)들의 다른 지점들을 향하도록 배치된 복수 개의 삼각 센서(31)들을 포함한다. 삼각 센서(31)들은 카메라 장치(10)와 함께 이동될 수 있다. 내벽(4)들의 다른 높이 영역들이 또한 삼각 센서(31)에 의해 검사될 수 있다.
지름 판정 수단(30)의 측정 결과들은 또한 내벽(4)들이 결함을 가지는지 아닌지에 대한 결론에 도달하기 위해 제어 및 평가 수단에 의해 고려된다.
도 2의 실시에에서, 각각 검사되어야 하는 내벽(4, 6)들을 구비하는 복수 개의 공동(3, 5)들을 구비하는 중공체(1)가 검사된다. 여기서, 검사 장치(100)는 카메라 장치(10), 그레이징 광 조명 장치(20) 및 지름 판정 수단(30)을 차례로 구비한다.
지름 판정 수단(30)은 하지만 여기서는 삼각 센서들로 형성되지는 않는다. 대신, 광학 거리 측정 요소/센서(30)가 이용되며, 이는 바람직하게는 공초점 센서(39)로 구성된다. 그것은 도파관(37)을 포함하며, 도파관(37)을 통해 측정 빔(34)이 내벽(6)들로 안내된다. 반사광 역시 도파관(37)을 통해 안내된다.
또한, 색상 센서(40)가 여기 위치하며, 이것은 내벽(6)들의 색상-민감 측정을 수행한다. 색상 센서(40)는 또한 도파관을 구비할 수 있고, 거리 측정 요소(30)와 결합될 수 있다. 이 둘은 그에 따라 동시에 공동(5) 내로 이동될 수 있다. 또한 그들은 모두 함께 공동(5)의 중심축 둘레로 회전될 수 있으며, 그에 의해 내벽(6)들은 원주 방향으로 스캔될 수 있다. 색상의 판정은 내벽들 상의 결함점들 및/또는 층 두께들을 감지하는 것을 도울 수 있다.
도 2의 실시예에서는, 지름 판정 수단(30) 및 카메라 장치(10)는 동시에 다른 공동(3, 5)들 내로 도입될 수 있다. 이들 구성요소들은 그 치수들이 매우 크더라도 서로 간섭을 일으키지 않는다. 또한, 둘 다 각 공동(5)의 중심축을 따라 이동될 수 있으며, 이에 따라 이것은 측정값들을 구하기 용이하게 한다.
도 3의 실시예에서, 검사 장치(100)는 카메라 장치(10) 및 도 1 또는 2에 도시된 것과 같이 설계된 그레이징 광 조명 장치(20)를 포함한다. 지름 판정 수단(30) 및 색상 센서(40)는 도 2의 실시예에서와 같이 구성된다. 하지만, 그들은 도 3에서는 카메라 장치(10)에 결합된다. 그들은 따라서 카메라 장치(10)와 함께 동일한 공동(3) 내로 이동된다. 지름 판정 수단(30)은 카메라(10)의 시계(15) 바깥에 배치될 수 있으며, 따라서 측정들은 상호간에 간섭하지 않는다. 그레이징 광 조명 장치(20) 및 지름 판정 수단(30)의 광원은 차례로 제어될 수 있으며, 결국 상호 간섭이 회피된다는 의미이다.
측정 구성 요소(10, 30, 40)들 및 선택적으로 그레이징 광 조명 장치(20)를 회전시킴으로써, 내벽(4)들의 다른 원주 부분들이 차례로 검사될 수 있다. 따라서, 측정 구성 요소(30, 40)들을 위해, 회전이 어쨌든 필요하며, 여기서 파노라마 영상의 기록을 위한 카메라 장치(10)의 설계가 필수적으로 요구되지 않는다. 대신, 동일한 높이에서 차례로 기록된 카메라 장치(10)의 영상들은 파노라마 영상을 형성하기 위해 합쳐질 수도 있다.
본 발명에 따른 검사 장치(100)를 통해, 중공체는 특히 빠르고 신뢰성 있게 검사될 수 있다. 결함이 있는 중공체는 따라서 사용자에 의해 이루어져야 하는 요구 과정들 없이도 걸러져 나올 수 있다.
Claims (13)
- 특히 엔진 블록 내의 실린더 보어와 같은 중공체(1)의 내벽(4, 6)들을 검사하는 장치로,
중공체(1)를 지지하는 지주 수단,
로드-형상의 길이방향 축을 가로지르는 영상을 기록하도록 설계된 로드-형상 카메라 장치(10),
중공체(1) 안팎으로 카메라 장치(10)를 이동시키기 위한 조정 수단,
중공체(1)의 내벽(4, 6)들을 조명하기 위한 조명 수단(20),
로드-형상 카메라 장치(10)의 길이 방향을 축 둘레로 파노라마 영상을 기록하기 위해 카메라 장치(10)를 제어하고내벽(4, 6)들의 표면 특성을 카메라 장치(10)에 의해 기록된 영상 데이터로부터 판정하는 전자 제어 및 평가 수단, 및
중공체(1)의 공동(3, 5)의 내지름을 판정하기 위한 지름 판정 수단(30)을 포함하며,
제어 및 측정 수단은 지름 판정 수단(30)의 측정 정보로부터 공동(3, 5)의 내지름을 판정하도록 설계되고,
지름 판정 수단(30)은 조명 장치(20) 외에 추가로 공동(3, 5)의 내벽(4, 6) 상에 라이트 빔(34)을 방출하기 위해 제공되는 광원(32)을 구비하고, 카메라 장치(10) 외에 추가로 공동(3, 5)의 내벽(4, 6)들로부터 나오는 빛을 감지하기 위해 제공되는 광학 측정 수단(35)을 또한 구비하며,
조명 장치(20)는 작동하는 동안 내벽(4, 6)들을 조명하는 그레이징 조명 장치(20)의 방출 방향(25)들이 조명된 내벽(4, 6)들로부터 카메라 장치(10)가 빛을 수신하는 수신 방향(15)들을 가로지르도록 배치되며, 방출 방향(25)들과 수신 방향(15)들 사이의 각도는 45°와 135°도 사이인 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항에 있어서,
그레이징 광 조명 장치(20)에 의해 내벽(4, 6)들로 방출된 빛은 25°보다 작게, 바람직하게는 10°보다 작은 각도로 내벽들로 안내되는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
로드-형상 카메라 장치(10)는 그 하단에 입광 영역(12)을 구비하고, 이를 통해 입광 영역(12)이 중공체(1)의 공동(3, 5) 내부로 처음으로 이동되며, 빛은 내벽(4, 6)들의 영상을 기록하기 위해 입광 영역(12)을 통해 들어가는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
조명 장치(20)는 로드-형상 카메라 장치(10)를 중심으로 하도록 배치된 링 조명으로 형성되는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
그레이징 광 조명 장치(20)는 카메라 장치(10)가 중공체(1) 내로 이동되었을 때에는 중공체(1)의 외부에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
지름 판정 수단(30)은 적어도 하나의 삼각 센서(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
지름 판정 수단(30)은 공초점 센서(39)를 포함하고, 공유되는 광학 요소는 광원의 빛을 내벽(4, 6)들로 방출하고, 내벽(4, 6)들로부터 광학 측정 수단(3, 5)으로 안내하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
지름 판정 수단(30)은 카메라 장치(10)에 대해 둘이 동시에 다른 공동(3, 5)들로 이동될 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
추가적으로 색상 센서(40)가 중공체(1)의 내벽(4, 6)들의 색상을 판정하기 위해 구비되고,
전자 제어 및 평가 수단이 감지된 내벽의 색상들과 기정의된 값을 비교하고, 비교에 의해 내벽(4, 6)의 품질 지수를 출력하도록 설계된 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
조명 장치(20)는 그와 함께 움직이는 로드-형상 카메라 장치(10) 상에 조명 수단을 포함하고, 이것은 작동하는 동안 그들이 카메라 장치(10)에 의해 감지되는 내벽(4, 6)들의 영역을 조명하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
전자 제어 및 평가 수단은 기록된 측정 값들에 근거하여, 검사된 중공체(1)의 품질이 충분한지 아닌지 결론에 도달하도록 설계되고,
검사된 중공체(1)를 중공체(10)의 품질이 충분한지 불충분한지 결정된 기준에 따라 뷴류하는 분류 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 검사 장치에 의해 중공체(1)의 내벽(4, 6)들을 검사하는 방법으로,
로드-형상 카메라 장치(10)로 내벽(4, 6)들을 검사하기 위해, 카메라 장치(10)가 조정 수단에 의해 중공체(1) 내로 이동되었을 동안 적어도 하나의 영상이 기록되고,
광원(32)이 라이트 빔(34)을 공동(3, 5)의 내벽(4, 6)들로 방출하고, 광학 측정 수단(35)이 공동(3, 5)의 내벽(4, 6)들로부터 나오는 빛을 감지하는 것을 특징으로 하는 중공체의 내벽들을 검사하는 방법. - 제12항에 있어서,
카메라 장치(10)는 중공체(1)의 공동(3, 5)의 중심축을 따라 중공체(1) 내로 이동되는 것을 특징으로 하는 중공체(1)의 내벽(4, 6)들을 검사하는 방법.
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