WO2003019266A1 - Stativ für videomikroskop zur prüfung von zylinderwänden - Google Patents

Stativ für videomikroskop zur prüfung von zylinderwänden Download PDF

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WO2003019266A1
WO2003019266A1 PCT/EP2002/008405 EP0208405W WO03019266A1 WO 2003019266 A1 WO2003019266 A1 WO 2003019266A1 EP 0208405 W EP0208405 W EP 0208405W WO 03019266 A1 WO03019266 A1 WO 03019266A1
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WO
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video microscope
microscope according
lens
foot
cylinder
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PCT/EP2002/008405
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English (en)
French (fr)
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Silko Thalheim
Reinhard Vogelsang
Udo Schlegel
Klaus KÖPPIG
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Olympus Europa SE and Co KG
Original Assignee
Olympus Europa SE and Co KG
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/241—Devices for focusing
    • G02B21/245—Devices for focusing using auxiliary sources, detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
    • G01B5/0004—Supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/003—Measuring of motor parts
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/26—Stages; Adjusting means therefor

Definitions

  • the invention relates to a video microscope of the type mentioned in the preamble of " Claim 1.
  • a video microscope In such a video microscope, a video camera is coupled to a microscope objective. Cameras of different resolutions in black and white or in color can be used. Different lenses can be used, i.e. lenses with different focal lengths or zoom lenses with adjustable focal lengths.
  • the video microscope can also be held in the hand at low magnifications, but is usually used in the generic equipment with a tripod. Such tripods are shown in the brochure cited. You hold the video microscope height-adjustable over a foot, which is equipped with a slide on the top of the known construction.
  • Video microscopes are connected on the camera side with a cable to a viewing device, which displays the image on a monitor.
  • Image processing devices, image storage devices and the like provided.
  • Such video microscopes can be used in a variety of ways, in particular for technical purposes.
  • the known video microscopes use the straight-looking lenses known from microscopy for viewing objects placed on the stand base. If you hold the video microscope in your hand or use special tripods, you can also observe surfaces on larger machine parts.
  • the known video microscopes are not suitable for the surface examination of the cylinder surfaces of piston internal combustion machines, in particular car engines.
  • the cylinders are arranged in parallel in a cylinder block and can be seen from the top surface of the block when the cylinder head is removed.
  • the known video microscopes have a length of more than 15 cm and a diameter of a few cm and can therefore be inserted into the cylinders of, for example, a car engine with a diameter of e.g. 6 cm can be introduced essentially only axially or with a slight inclination.
  • An examination of the cylinder wall would therefore only be possible at oblique angles, i.e. under very unfavorable conditions.
  • the known tripods are completely unsuitable for this purpose.
  • the object of the present invention is to provide a generic video microscope for vertical viewing of the cylinder surfaces of engines.
  • the video microscope has a side-looking lens, so it can be inserted into the cylinder parallel to the cylinder axis and endeavors to look at the cylinder surface perpendicular to the surface, i.e. at the usual viewing angle for analyzing a surface.
  • the base of the tripod is designed such that it can be set up on the top surface of the cylinder block with its mounting plane, which is formed by at least three mounting points or a surface, outside the opening of the cylinder.
  • a centering device is used for rotatable centering in the cylinder.
  • the video microscope can thus be rotated by rotating the foot on the head surface of the cylinder block, for a continuous inspection of the entire cylinder wall.
  • the result is a video microscope that is very easy to install by placing it on the top surface of the cylinder block, with which very precise optical investigations of the surface quality of the cylinder surfaces are possible using the magnifications of up to about 1,000,000 possible with generic video microscopes.
  • the centering device of the foot can be designed, for example, as a flange ring engaging in the cylinder.
  • the features of claim 2 are advantageously provided.
  • the rollers allow a very easy and damage-free running on the cylinder wall during the rotation adjustment, whereby the video microscope has the possibility to also look at the cylinder wall between the rollers, i.e. in the height range of the rollers.
  • the centering device can be adapted to different cylinder diameters of different engine types.
  • the features of claim 5 are advantageously provided. In this way, the video microscope can be adjusted in the axial direction of the cylinder, so that, together with the rotatability of the foot on the cylinder block, there is the possibility of approaching all points of the cylinder surface.
  • the features of claim 6 are advantageously provided.
  • the radial distance of the objective to the cylinder surface can be adjusted with the transverse drive. It can be used to focus when the lens does not have a focus adjustment.
  • the transverse actuator also advantageously offers the possibility of measuring height deviations of the surface, e.g. the distance between the edge and the bottom of a hole in the surface, for example in a blow hole. You can work with a strongly magnifying lens with very shallow depth of field. With the transverse actuator, the edge is first focused and then the bottom of the hole is focused. The depth of the hole results from the adjustment path of the transverse actuator, which can be read, for example, on a micrometer scale.
  • the rotation of the foot on the cylinder block can be adjusted by eye.
  • the features of claim 7 are advantageously provided.
  • a scale ring fixed to the foot and a scale ring adjusted to the cylinder block allow the video microscope to be precisely positioned at an angle in the cylinder for the reproducible setting of certain viewing locations on the cylinder wall.
  • the foot rotates on cylinders of different diameters around different points.
  • a scale ring fixed to the base could only be arranged concentrically with a cylinder diameter. With other cylinder diameters, it would be aligned eccentrically.
  • the features of claim 8 are therefore advantageously provided, according to which suitable rings of different eccentricity can be arranged on the foot for different cylinder diameters.
  • a zoom lens allows the magnification to be adjusted and thus the cylinder surface to be viewed at different magnifications, e.g. to determine an overview image and a high magnifying detail of an error.
  • the zoom adjusting device can be adjusted between fixed latching positions in order to be able to find the exact setting of a specific magnification with a handle, so that more precise conclusions about the size of an error location can be drawn from the image.
  • an adjustment aperture allows the exposure conditions to be adapted to the camera sensitivity in view of the small differences in brightness that a video camera can distinguish and also allows the depth of field to be set, e.g. to very small values for height measurement with the transverse actuator according to claim 6.
  • the objectives can be provided with a ring illumination device, in which is arranged around the line of sight of the objective Ring the ends of optical fibers are attached, which are guided on the video microscope and run from there to a distant light source.
  • This ring illumination provides a particularly precise illumination of the object lying in the axis of the ring.
  • the features of claim 12 are preferably provided in such a video microscope.
  • the ring with its axis is perpendicular to the longitudinal extent of the video microscope, so it is adapted to the side-looking direction of the lens and is at a short distance from the object, so that there is a very strong and uniform ring illumination of the object point to be viewed.
  • exit ends of the optical fibers in the ring are advantageously aligned in this case, that is to say obliquely inwards and thus directed precisely at the object point, which is thereby illuminated with high luminance.
  • the exit ends of the optical fibers are all at the same angle to the ring axis, that is, they are all aligned precisely with the object point on the cylinder surface, the light rays all meet there at the same angle to the surface.
  • the cylinder running surfaces are metallic or crystalline surfaces with high reflection and they have an uneven fine structure with different surface angles, certain uneven surfaces have certain grain surfaces that are at a favorable reflection angle very bright. Illuminated, unfavorably located grain areas but reproduced very darkly.
  • the features of claim 14 are therefore advantageously provided.
  • the fibers are aligned with their outlet ends at slightly different angles. Therefore, the surface area of the cylinder surface to be imaged is illuminated under different angles of incidence and grain surfaces lying in different angular positions can be reproduced with somewhat uniform illumination. As a result, much better images can be obtained with certain surface structures.
  • FIG. 1 a partial sectional illustration of a video microscope according to the invention, set up on a cylinder block,
  • FIG. 2 a reduced plan view of the arrangement in FIG. 1,
  • Figure 3 is an enlarged front view of the lighting ring according to the
  • FIG. 4 shows an enlarged section through the lighting ring according to line 4 - 4 in FIG. 3.
  • the video microscope shown has an objective 1, a camera 2 and a base 3.
  • the camera 2 for example a video color camera, is preferably attached to the lens 1 in a detachable manner and is connected with a video cable 4 to an image processing device, not shown, which can be provided for display with a monitor, as well as with image processing, image storage devices and the like.
  • the lens 1 has at its end opposite the camera 2 an outlook lens 5 which looks in the direction of the longitudinal extension of the elongated tubular lens 1.
  • the zoom ring 6 can be adjusted between fixed positions, ie fixed magnifications.
  • an aperture ring 8 is mounted on the lens 1, with which e.g. an iris diaphragm in the lens is adjustable.
  • the two adjusting rings 6 and 8 are formed with their knurls 7, 8 in the vicinity of the camera 2 on the lens 1, that is to say in an area in which they are easy to operate, even if the lens 1 has a larger part of its front length in the area the view optics 5 is not accessible.
  • an angle mirror 10 held with an arm 9 is arranged at 45 ° in front of the view optics 5 and deflects the viewing direction of the view optics 5 by 90 °, so that the lens 1 is designed to look sideways in the direction of the view axis 11.
  • another deflection device can also be used, for example a prism may be provided.
  • a lighting ring 12 is provided centrally to the viewing axis 11, in which, as shown in particular in FIGS. 3 and 4, the ends of optical fibers 13 are mounted, for example by gluing or casting. From the illumination ring 12, the optical fibers 13 run through the lens 1 and emerge from the lens 2 in a bundled manner in an optical cable. They run from there to a light source, not shown, to which they are connected. In cameras with an optical fiber connection, the optical fibers 13 can also be coupled to them. As FIG. 1 shows, the objective 1 shown regards an object point 14 on a surface. The lens 1 is fixed at this distance.
  • exit ends 13 ′ of the optical fibers 13 fixed in the lighting ring 12 are oriented obliquely to the viewing axis 11, that is to say the axis of the lighting ring, as shown by the two arrows in FIG. 1. They thus shine on object point 14.
  • FIG. 4 shows, different optical fibers (three different optical fibers in FIG. 4) are mounted radiating at slightly different angles.
  • resulting ring arrangement of the outlet ends 13 'of the optical fibers 13 can e.g. In each case, three adjacent outlet ends are arranged at the slightly different radiation angles shown in FIG. 4, and the next three outlet ends again at the same angles.
  • the lower end arrangement of the objective 1 shown in FIG. 1 with the illumination ring 12 and the angle mirror 10 can be clad in a manner not shown by the housing of the objective 1 for better protection of the components.
  • the lens looks through the center of the illumination ring 12, which e.g. can be closed with a viewing window for protection and which can also be closed in another way e.g. can be designed as a housing plate.
  • the lens 1 is held with a microscope holder in the form of a retaining ring 15 on an arm 16, which is held transversely adjustable on an arm 19 with a transverse actuator 17 with adjusting wheel 18 in the direction of the double arrow.
  • the arm 19 is adjustable in height in the direction of the double arrow on a column 22, which is fastened perpendicularly to the foot 3, via a height adjustment drive 20 with a setting wheel 21.
  • the foot 3 is designed as a rectangular plate (FIG. 2) and has an opening 23 through which the lens 1, as can be seen in FIG. 1, projects through the foot 3.
  • the opening 23 is dimensioned such that it allows the transverse adjustment with the transverse actuator 17.
  • the foot With its flat lower surface 24, which forms the mounting plane of the foot 3, the foot, as shown in FIGS. 1 and 2, is on the top surface 25 of a cylinder block
  • the cylinder block of a 4-cylinder car engine with four cylinders with cylinder surfaces 27 arranged in series.
  • the cylinder axis is designated by A.
  • the foot 3 lies, as already mentioned, with its lower surface 24 on the head surface 25 of the cylinder block 26.
  • the objective 1 projects with its lower end piece, which projects the opening 23 in the foot 3, into one of the cylinders and, as shown in FIG. an object point 14 on its cylindrical surface 27.
  • the viewing position of the objective 1 can be adjusted by moving and rotating the foot 3 with its flat lower surface 24 on the flat head surface 25 of the cylinder block 26.
  • the foot 3 is designed with a centering device with which it rests on the cylinder surface
  • Another movable roller 29 is at a distance from the two fixed rollers 28 in the direction of this movable with a guide rod 30 in bearing blocks 31 mounted on the foot 3 and pressed against the cylinder wall 27 with a spring 32.
  • a rotational guide for the foot 3 centered on the cylinder wall 27 about the cylinder axis A results.
  • the lens 1, as shown in FIG. 2 is in the vicinity of the fixed rollers 28 and arranged between them in such a way that its viewing axis 11 is directed towards the cylinder wall 27 at a distance between the fixed rollers 28.
  • the height adjustment of the objective 1 in the direction of the cylinder axis A can be carried out with the height adjustment drive 20.
  • the entire cylinder surface 27 can therefore be viewed.
  • the height adjustment drive 20 can be provided with a reading scale for the reproducible approach to certain surface points of the cylinder surface 27.
  • a reading scale is also provided for the rotation of the foot 3, namely on an inner scale ring 33, which, as shown in FIG. 2, is non-rotatably adjusted with a rectangular cutout on the foot 3.
  • the inner scale ring 33 runs in an outer scale ring 34 which at one point carries a pointer 35 for reading the scale on the inner scale ring 33.
  • the outer scale ring 34 rests on the top surface 25 of the cylinder block 26, is centered on the inner scale ring 33 and can be moved with a pin 36 in a bore hole passing through the top surface 25 of the cylinder block 26, e.g. a threaded hole for a cylinder head screw, be secured in a certain rotary position.
  • the two scale rings 33 and 34 can be designed with different eccentricity to the foot 3, depending on the diameter of the cylinder surface 27. This results from the fact that when the centering device (rollers 28, 29) is adjusted to different cylinder diameters, the foot 3 is always around rotates a slightly different center. Consequently, for different cylinder diameters the cutout of the inner scale ring 33 that fits the rectangular edge of the foot 3 in the exemplary embodiment has different eccentricities for different cylinder diameters. This ensures that the scale rings 33, 34 are aligned centrally to the cylinder axis A in the case of different cylinder diameters.
  • color video camera 2 which is preferably used, other cameras, preferably with a change-over connection, can also be used, e.g. Still cameras.
  • adjusting rings 7 and 8 can be provided, which allow an actuating attack very high above the base 3 by means of suitable gears, i.e. in a height range that is still good even when the objective 1 is immersed very deeply in the cylinder is accessible.

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Abstract

Ein Videomikroskop mit einem Objektiv (1) und einer Kamera (2), sowie mit einem das Objektiv haltenden, einen Fuss (3) aufweisenden Stativ ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fuss (3) zur drehgleitbaren Aufstellung wenigstens ausserhalb eines Kreises (27) in seiner Aufstellebene (24) ausgebildet ist und unterhalb der Aufstellebene eine Zentriereinrichtung (28, 29) aufweist zu seiner drehbaren Zentrierung an der Innenwand (27) eines auf dem Kreis unterhalb der Aufstellebene und senkrecht zu dieser stehenden Zylinders, wobei das Objektiv (I) mit seiner Längserstreckung senkrecht zur Aufstellebene gehalten und unterhalb der Aufstellebene parallel zu dieser blickend ausgebildet ist.

Description

STATIV FÜR VIDEOMIKROSKOP ZUR PRÜFUNG VON ZYLINDERWÄNDEN
Die Erfindung betrifft ein Videomikroskop der im Oberbegriff des "Anspruch 1 genannten Art.
Gattungsgemäße Videomikroskope sind z.B. aus dem
Prospekt "Video Microscope PV 10" der Anmelderin aus dem Jahre 1996
bekannt. In einem solchen Videomikroskop ist eine Videokamera mit einem Mikroskopobjektiv gekoppelt. Es lassen sich Kameras unterschiedlicher Auflösung in schwarz/weiß oder in Farbe verwenden. Es können unterschiedliche Objektive verwendet werden, also Objektive unterschiedlicher Brennweite oder auch Zoomobjektive einstellbarer Brennweite. Das Videomikroskop läßt sich bei niedrigen Vergrößerungen auch in der Hand halten, wird üblicherweise aber in der gattungsgemäßen Ausrüstung mit einem Stativ verwendet. Solche Stative sind in dem zitierten Prospekt abgebildet. Sie halten das Videomikroskop höhenverstellbar über einem Fuß, der bei der bekannten Konstruktion auf seiner Oberseite mit einem Objektträger ausgerüstet ist.
Videomikroskope werden kameraseitig mit einem Kabel an eine Betrachtungseinrichtung angeschlossen, die das Bild auf einem Monitor darstellt. Üblicherweise sind dabei auch Bildbearbeitungseinrichtungen, Bildspeichereinrichtungen und dergleichen vorgesehen. Insbesondere für technische Zwecke lassen sich solche Videomikroskope vielseitig anwenden.
Die bekannten Videomikroskope verwenden die aus der Mikroskopie bekannten geradeausblickenden Objektive zur Betrachtung von auf den Stativfuß aufgelegten Objekten. Hält man das Videomikroskop in der Hand oder verwendet man Sonderstative, so kann man auch Oberflächen an größeren Maschinenteilen beobachten.
Die bekannten Videomikroskope sind jedoch nicht geeignet zur Oberflächenuntersuchung der Zylinderflächen von Kolbenbrennlcraftmaschinen, insbesondere von Pkw-Motoren. Dort sind die Zylinder zu mehreren parallel in einem Zylinderblock angeordnet und sind bei abgenommenem Zylinderkopf von der Kopffläche des Blockes her einsehbar. Die bekannten Videomikroskope weisen eine Länge von mehr als 15 cm auf und einen Durchmesser von wenigen cm und können daher in die Zylinder zum Beispiel eines Pkw-Motors mit einem Durchmesser von z.B. 6 cm im wesentlichen nur axial oder mit leichter Schrägstellung eingeführt werden. Eine Betrachtung der Zylinderwand wäre daher nur unter Schrägwinkeln, also unter sehr ungünstigen Voraussetzungen möglich. Die bekannten Stative sind für diesen Zweck völlig ungeeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Videomikroskop zur senkrechten Betrachtung der Zylinderflächen von Motoren zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß besitzt das Videomikroskop ein seitlich blickendes Objektiv, kann also parallel zur Zylinderachse in den Zylinder eingeführt werden und be- trachtet dabei die Zylinderoberfläche mit Blickrichtung senkrecht zur Oberfläche, also unter dem üblichen Betrachtungswinkel zur Analyse einer Oberfläche. Der Fuß des Stativs ist dabei derart ausgebildet, daß er mit seiner Aufstellebene, die durch wenigstens drei Aufstellpunkte oder eine Fläche gebildet ist, außerhalb der Öffnung des Zylinders auf der Kopffläche des Zylinderblockes aufstellbar ist. Eine Zentriereinrichtung dient dabei zur drehbaren Zentrierung im Zylinder. Es kann also durch Drehverschiebung des Fußes auf der Kopffläche des Zylinderblockes das Videomikroskop gedreht werden, zur umlaufenden Betrachtung der gesamten Zylinderwand. Es ergibt sich eine durch Aufstellen auf der Kopffläche des Zylinderblockes sehr einfach installierbares Videomikroskop, mit dem unter Verwendung der bei gattungsgemäßen Videomikroskopen möglichen Vergrößerungen bis etwa l.OOOx sehr genaue optische Untersuchungen der Oberflächenqualität der Zylinderflächen möglich sind.
Die Zentriereinrichtung des Fußes kann zum Beispiel als in den Zylinder eingreifender Flanschring ausgebildet sein. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Die Rollen erlauben ein sehr leichtes und beschädigungsfreies Ablaufen auf der Zylinderwand bei der Drehverstellung, wobei das Videomikroskop die Möglichkeit hat, auch zwischen den Rollen, also im Höhenbereich der Rollen die Zylinderwand zu betrachten.
Sind die Rollen am Fuß fest plaziert, dann passen sie nur in einen Zylinderdurchmesser. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich die Zentriereinrichtung unterschiedlichen Zylinderdurchmessern unterschiedlicher Motortypen anpassen.
Dabei sind vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Auf diese Weise blickt auch bei unterschiedlichen Zylinderdurchmessern das Videomikroskop stets aus demselben Abstand auf die Zylinderoberfläche, so daß bei ausrei- chendem Schärfentiefebereich eine Fokusverstellung des Objektives nicht erforderlich ist bzw. ein einfaches Festfokusobjektiv verwendbar ist.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich das Videomikroskop in Achsrichtung des Zylinders verstellen, so daß sich zusammen mit der Drehverstellbarkeit des Fußes auf dem Zylinderblock die Möglichkeit ergibt, sämtliche Punkte der Zylinderfläche betrachtend anzufahren.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 6 vorgesehen. Mit dem Querantrieb läßt sich der radiale Abstand des Objektives zur Zylinderoberfläche verstellen. Damit kann eine Scharfstellung erfolgen, wenn das Objektiv nicht über eine Fokusverstellung verfügt. Es ergibt sich mit dem Querstellantrieb vorteilhaft auch die Möglichkeit, Höhenabweichungen der Oberfläche zu vermessen, z.B. den Abstand zwischen dem Rand und dem Grund eines Loches in der Oberfläche, zum Beispiel bei einem Lunker. Dabei kann mit einem stark vergrößerndem Objektiv sehr geringer Tiefenschärfe gearbeitet werden. Mit dem Querstellantrieb wird zunächst der Rand scharf eingestellt und sodann der Boden des Loches scharf eingestellt. Aus dem dazwischen zurückgelegten Verstellweg des Querstellantriebes, der beispielsweise über eine Mikrometerskala ablesbar sein kann, ergibt sich die Tiefe des Loches.
Die Dreheinstellung des Fußes auf dem Zylinderblock kann nach Augenmaß ausgerichtet werden. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 7 vorgesehen. Ein am Fuß fixierter Skalenring und ein am Zylinderblock justierter Skalenring erlauben eine winkelgenaue Drehpositionierung des Videomikroskopes im Zylinder zur reproduzierbaren Einstellung bestimmter Betrachtungsorte auf der Zylinderwand. In Ausbildung der Zentriereinrichtung des Fußes gemäß Anspruch 3 mit zwei festen und einer abstandsverstellbaren Rolle dreht sich der Fuß auf Zylindern unterschiedlichen Durchmessers um unterschiedliche Punkte. Ein fest am Fuß angeordneter Skalenring könnte nur bei einem Zylinderdurchmesser konzentrisch angeordnet sein. Bei anderen Zylinderdurchmessern wäre er exzentrisch ausgerichtet. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 8 vorgesehen, nach denen für unterschiedliche Zylinderdurchmesser passende Ringe unterschiedlicher Exzentrizität am Fuß angeordnet werden können.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 9 vorgesehen. Ein Zoomobjektiv erlaubt die Verstellung der Vergrößerung und somit die Betrachtung der Zylinderoberfläche mit unterschiedlicher Vergrößerung z.B. zur Ermittlung eines Übersichtsbildes und einer hoch vergrößernden Detailaufnahme eines Fehlers. Vorteilhaft läßt sich dabei gemäß Anspruch 10 die Zoom-Stelleinrichtung zwischen festen Rastpositionen verstellen, um mit einem Griff die genaue Einstellung einer bestimmten Vergrößerung wiederfinden zu können, so daß aus dem Bild genauere Rückschlüsse auf die Größe einer Fehlerstelle möglich sind.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 11 vorgesehen. Eine Verstellblende erlaubt bei den hier zu betrachtenden kritischen Metalloberflächen, die hohe Reflektionswerte liefern, in Anbetracht der geringen Helligkeitsunterschiede, die eine Videokamera unterscheiden kann, eine Anpassung der Belichtungsverhältnisse an die Kameraempfindlichkeit und erlaubt außerdem die Einstellung des Schärfentiefebereiches, z.B. auf sehr kleine Werte zur Höhenvermessung mit dem Quer Stellantrieb gemäß Anspruch 6.
Wie der eingangs genannte Prospekt zeigt, lassen sich bei den bekannten gattungsgemäßen Videomikroskopen die Objektive mit einer Ringbeleuchtungseinrichtung versehen, in der in einem um die Blickachse des Objektivs angeordneten Ring die Enden von Lichtleitfasern befestigt sind, welche am Videomikroskop verlaufend geführt sind und von dort zu einer entfernten Lichtquelle verlaufen. Diese Ringbeleuchtung ergibt eine besonders präzise Ausleuchtung des in der Achse des Ringes liegenden Objektes. Vorzugsweise sind bei einem solchen Videomikroskop die Merkmale des Anspruches 12 vorgesehen. Hierbei steht der Ring mit seiner Achse senkrecht zur Längserstreckung des Videomikroskopes, ist also der seitlich blickenden Blickrichtung des Objektives angepaßt und liegt in geringem Abstand zum Objekt, so daß sich eine sehr starke und gleichmäßige Ringausleuchtung des zu betrachtenden Objektpunktes ergibt.
Vorteilhaft sind dabei die Austrittsenden der Lichtleitfasern in dem Ring gemäß Anspruch 13 ausgerichtet, also schräg nach innen und somit genau auf den Objektpunkt gerichtet, der dadurch mit hoher Leuchtdichte ausgeleuchtet wird.
Wenn die Austrittsenden der Lichtleitfasern alle unter demselben Winkel zur Ringachse stehen, also alle genau auf den Objektpunkt auf der Zylinderfläche ausgerichtet sind, treffen dort die Lichtstrahlen alle unter demselben Winkel zur Oberfläche auf. Da es sich bei den Zylinderlaufflächen um metallische oder kristalline Oberflächen mit hoher Reflexion handelt, und diese eine unebene Feinstruktur mit unterschiedlichen Oberflächenwinkeln aufweisen, werden bei solchen unebenen Oberflächen bestimmte Kornflächen, die in günstigem Reflekti- onswinkel liegen sehr hell . ausgeleuchtet, ungünstig liegende Kornflächen aber sehr dunkel wiedergegeben. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 14 vorgesehen. Die Fasern sind dabei mit ihren Austrittsenden unter leicht unterschiedlichen Winkeln ausgerichtet. Daher wird der abzubildende Oberflächenbereich der Zylinderoberfläche unter unterschiedlichen Einstrahlwinkeln beleuchtet und es können in unterschiedlicher Winkelstellung liegende Kornoberflächen mit einigermaßen gleichmäßiger Ausleuchtung wiedergegeben werden. Dadurch las- sen sich bei bestimmten Oberflächenstrukturen wesentlich bessere Bilder erreichen.
In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt, es zeigen:
Figur 1 : in Teilschnittdarstellung ein erfmdungsgemäßes Videomikroskop in Aufstellung auf einem Zylinderblock,
Figur 2: eine verkleinerte Draufsicht auf die Anordnung der Figur 1 ,
Figur 3: eine vergrößerte Frontansicht des Beleuchtungsringes gemäß dem
Schnitt nach Linie 3 - 3 in Figur 1 und
Figur 4: einen vergrößerten Schnitt durch den Beleuchtungsring nach Linie 4 - 4 in Figur 3.
Gemäß Figur 1 weist das dargestellte Videomikroskop ein Objektiv 1, eine Kamera 2 und einen Fuß 3 auf.
Die Kamera 2, beispielsweise eine Videofarbkamera, ist am Objektiv 1 vorzugsweise abnehmbar befestigt und mit einem Videokabel 4 an eine nicht dargestellte Bildverarbeitungseinrichtung angeschlossen, die zur Anzeige mit einem Monitor, sowie mit Bildbearbeitungs-, Bildspeichereimichtungen und dergleichen versehen sein kann.
Das Objektiv 1 weist an seinem der Kamera 2 gegenüberliegendem Ende eine Ausblickoptik 5 auf, die in Richtung der Längserstreckung des langgestreckten rohrförmig ausgebildeten Objektives 1 blickt. Auf dem Objektiv 1 ist ein Zoom- ring 6 mit Rändelung 7 im oberen Endbereich des Objektives 1, also in der Nähe der Kamera 2 gelagert, mit dem die Vergrößerung des Objektivs 1 einstellbar ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Zoomring 6 zwischen Raststellungen also festen Vergrößerungen verstellbar.
Des weiteren ist auf dem Objektiv 1 ein Blendenstellring 8 gelagert, mit dem z.B. eine Irisblende im Objektiv verstellbar ist. Die beiden Stellringe 6 und 8 sind mit ihren Rändelungen 7, 8 in der Nähe der Kamera 2 am Objektiv 1 ausgebildet, also in einem Bereich, in dem sie gut bedienbar sind, selbst wenn das Objektiv 1 mit einem größeren Teil seiner vorderen Länge im Bereich der Ausblickoptik 5 nicht erreichbar ist.
Am ausblickseitigen Ende des Objektivs 1 ist vor der Ausblickoptik 5 ein mit einem Arm 9 gehaltener Winkelspiegel 10 unter 45° angeordnet und lenkt die Blickrichtung der Ausblickoptik 5 um 90° um, so daß das Objektiv 1 seitlich blickend ausgebildet ist mit Blickrichtung in Richtung der Blickachse 11. Anstelle des Winkelspiegels 10 kann auch eine andere Umlenkeinrichtung z.B. ein Prisma vorgesehen sein.
In Blicl ichtung jenseits des Winkelspiegels 10 gelegen ist zentrisch zur Blickachse 11 ein Beleuchtungsring 12 vorgesehen, in dem, wie insbesondere auch die Figuren 3 und 4 zeigen, die Enden von Lichtleitfasern 13 z.B. durch Verkleben oder Vergießen gelagert sind. Vom Beleuchtungsring 12 aus verlaufen die Lichtleitfasern 13 durch das Objektiv 1 und treten benachbart zur Kamera 2 aus diesem in einem Lichtleitkabel gebündelt aus. Sie verlaufen von dort zu einer nicht dargestellten Lichtquelle, an die sie angeschlossen sind. Bei Kameras mit Lichtleiteranschluß können die Lichtleitfasern 13 auch an diesen gekuppelt sein. Wie Figur 1 zeigt, betrachtet das dargestellte Objektiv 1 einen Objektpunkt 14 auf einer Oberfläche. Das Objektiv 1 ist auf diesen Abstand fest eingestellt. Die im Beleuchtungsring 12 festgelegten Austrittsenden 13' der Lichtleitfasern 13 sind schräg zur Blickachse 11, also der Achse des Beleuchtungsringes nach innen ausgerichtet, wie die beiden Pfeile in Figur 1 zeigen. Sie leuchten somit auf den Objektpunkt 14.
Wie Figur 4 zeigt, sind dabei unterschiedliche Lichtleitfasern (in Figur 4 drei unterschiedliche Lichtleitfasern) unter etwas unterschiedlichen Winkeln abstrahlend gelagert. Bei der in Frontansicht auf den Beleuchtungsring 12 gem. Figur 3 sich ergebenden Ringanordnung der Austrittsenden 13' der Lichtleitfasern 13 können z.B. je drei benachbarte Austrittsenden unter den in Figur 4 dargestellten leicht unterschiedlichen Abstrahlwinkeln angeordnet sein und die nächst folgenden drei Austrittsenden wieder unter denselben Winkeln.
Die in Figur 1 dargestellte untere Endanordnung des Objektives 1 mit Beleuchtungsring 12 und Winkelspiegel 10 kann in nicht dargestellter Weise vom Gehäuse des Objektivs 1 zum besseren Schutz der Komponenten verkleidet sein. Dabei blickt das Objektiv durch die Mitte des Beleuchtungsringes 12, der z.B. zum Schutz mit einem Ausblickfenster verschlossen sein kann und der auch auf andere Weise z.B. als Gehäuseplatte ausgebildet sein kann.
Das Objektiv 1 ist mit einer Mikroskophalterung in Form eines Halteringes 15 an einem Arm 16 gehalten, der mit einem Querstellantrieb 17 mit Stellrad 18 in Richtung des Doppelpfeiles quer verstellbar an einem Arm 19 gehalten ist. Der Arm 19 ist über einen Höhenstellantrieb 20 mit Stellrad 21 in Richtung des Doppelpfeiles auf einer Säule 22 höhenverstellbar, welche lotrecht zum Fuß 3 auf diesem befestigt ist. Der Fuß 3 ist im Ausführungsbeispiel als rechteckige Platte ausgebildet (Figur 2) und weist eine Öffnung 23 auf, durch die das Objektiv 1, wie in Figur 1 ersichtlich, den Fuß 3 durchragt. Die Öffnung 23 ist derartig dimensioniert, daß sie die Querverstellung mit dem Querstellantrieb 17 zuläßt.
Mit seiner ebenen Unterfläche 24, die die Aufstellebene des Fußes 3 bildet, ist der Fuß, wie Figur 1 und 2 zeigen, auf der Kopffläche 25 eines Zylinderblockes
26 aufgestellt. Es handelt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um den Zylinderblock eines 4-zylindrigen Pkw-Motors mit vier in Reihe angeordneten Zylindern mit Zylinderflächen 27. Die Zylinderachse ist mit A bezeichnet.
Der Fuß 3 liegt, wie bereits erwähnt, mit seiner Unterfiäche 24 auf der Kopffläche 25 des Zylinderblockes 26. Das Objektiv 1 ragt mit seinem unteren, die Öffnung 23 im Fuß 3 ragenden Endstück in einen der Zylinder hinein und betrachtet, wie Figur 1 zeigt, einen Objektpunkt 14 auf dessen Zylinderfläche 27.
Durch Verschieben und Drehen des Fußes 3 mit seiner ebenen Unterfläche 24 auf der ebenen Kopffläche 25 des Zylinderblockes 26 kann die Betrachtungsposition des Objektives 1 verstellt werden.
Zur reproduzierbaren Einstellung eines gewünschten Objektpunktes 14 ist der Fuß 3 mit einer Zentriereinrjchtung ausgebildet, mit der er an der Zylinderfläche
27 zentrierbar ist. Diese weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei auf senkrecht stehend am Fuß 3 nach unten ragend gelagerten Achsen gelagerte feste Rollen 28 auf, von denen in Figur 1 nur eine zu erkennen ist. In Figur 2 sind beide Rollen 28 dargestellt.
Eine weitere bewegliche Rolle 29 ist im Abstand zu den beiden festen Rollen 28 in Richtung auf diese zu beweglich mit einer Führungsstange 30 in Lagerböcken 31 am Fuß 3 gelagert und mit einer Feder 32 gegen die Zylinderwand 27 gedrückt. Es ergibt sich bei Anlage aller drei Rollen, wie in Figur 2 dargestellt, eine an der Zylinderwand 27 um die Zylinderachse A zentrierte Drehführung für den Fuß 3. Dabei ist das Objektiv 1, wie Figur 2 zeigt, in der Nähe der festen Rollen 28 und zwischen diesen derart angeordnet, daß seine Blickachse 11 im Abstand zwischen den festen Rollen 28 auf die Zylinderwand 27 gerichtet ist. Durch zentriertes Drehen des Fußes 3 läßt sich somit die Zylinderfläche 27 mit konstantem Betrachtungsabstand um die Achse A umlaufend abfahren. Die Höhenverstellung des Objektives 1 in Richtung der Zylinderachse A kann mit dem Höhenstellantrieb 20 vorgenommen werden. Es kann also die gesamte Zylinderfläche 27 betrachtet werden.
Zum reproduzierbaren Anfahren bestimmter Oberflächenpunkte der Zylinderfläche 27 kann der Höhenstellantrieb 20 mit einer Ableseskala versehen sein. Auch für die Drehung des Fußes 3 ist eine Ableseskala vorgesehen, und zwar auf einem inneren Skalenring 33, der wie Figur 2 zeigt, mit einem Rechteckausschnitt formschlüssig am Fuß 3 drehfest justiert ist. Der innere Skalenring 33 läuft in einem äußeren Skalenring 34 der an einer Stelle einen Zeiger 35 zum Ablesen der Skala auf dem inneren Skalenring 33 trägt. Der äußere Skalenring 34 liegt auf der Kopffläche 25 des Zylinderblockes 26 auf, ist am inneren Skalenring 33 zentriert und kann mit einem Stift 36 in einer die Kopffläche 25 des Zylinderblockes 26 durchsetzenden Bohrungen, z.B. einer Gewindebohrung für eine Zylinderkopfschraube, in bestimmter Drehstelluήg gesichert sein.
Die beiden Skalenringe 33 und 34 können in unterschiedlicher Exzentrizität zum Fuß 3 ausgebildet sein, je nach Durchmesser der Zylinderfläche 27. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß bei Verstellung der Zentriereinrichtung (Rollen 28, 29) auf unterschiedliche Zylinderdurchmesser, der Fuß 3 immer um einen etwas anderen Mittelpunkt dreht. Folglich muß für unterschiedliche Zylinderdurchmesser der auf den im Ausführungsbeispiel rechteckigen Rand des Fußes 3 passende Ausschnitt des inneren Skalenringes 33 für verschiedene Zylinderdurchmesser andere Exzentrizitäten aufweisen. Damit wird sichergestellt, daß bei unterschiedlichen Zylinderdurchmessern die Skalenringe 33, 34 zentrisch zur Zylinderachse A ausgerichtet sind.
Anstelle der vorzugsweise verwendeten Farbvideokamera 2 können auch andere Kameras, vorzugsweise mit Wechselanschluß verwendet werden z.B. Standbildkameras.
Anstelle der dargestellten Stellringe 7 und 8 können andere Stelleinrichtungen für Zoom und Blende vorgesehen sein, die über geeignete Getriebe einen Stellangriff sehr hoch oberhalb des Fußes 3 erlauben, also in einem Höhenbereich, der auch bei sehr tiefem Eintauchen des Objektives 1 in den Zylinder noch gut zugänglich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Videomikroskop mit einem Objektiv (1) und einer Kamera (2), sowie mit einem das Objektiv haltenden, einen Fuß (3) aufweisenden Stativ, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (3) zur drehgleitbaren Aufstellung wenigstens außerhalb eines Kreises (27) in seiner Aufstellebene (24) ausgebildet ist und unterhalb der Aufstellebene eine Zentriereinrichtung (28, 29) aufweist zu seiner drehbaren Zentrierung an der Innenwand (27) eines auf dem Kreis unterhalb der Aufstellebene und senkrecht zu dieser stehenden Zylinders, wobei das Objektiv (1) mit seiner Längserstreckung senkrecht zur Aufstellebene gehalten und unterhalb der Aufstellebene parallel zu dieser blik- kend ausgebildet ist.
2. Videomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung wenigstens drei beabstandet am Fuß (3) auf senkrecht zur Aufstellebene (24) stehenden Achsen gelagerte Rollen (28, 29) aufweist.
3. Videomikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rollen (28) am Fuß (3) feststehend gelagert sind, und eine bewegliche Rolle (29) gegenüber den anderen Rollen (28) abstandsverstellbar gelagert ist.
4. Videomikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (1) durch den Abstand der beiden festen Rollen (28) blickend angeordnet ist.
5. Videomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Höhenstellantrieb (20) zur Verstellung des Objektives (1) gegenüber dem Fuß (3) senkrecht zur Aufstellebene (24) vorgesehen ist.
6. Videomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querstellantrieb (17) zur Feinverstellung des Objektives (1) radial zur Zylinderachse (A) vorgesehen ist.
7. Videomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Fuß (3) konzentrisch zur Zylinderachse (A) fixierbarer innerer Skalenring (33) vorgesehen ist, der in einem gegenüber dem Zylinder fixierbaren äußeren Skalenring (34) drehbar ist.
8. Videomikroskop nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (33, 34) in unterschiedlicher Exzentrizität zum Fuß (3) auswechselbar vorgesehen sind.
9. Videomikroskop nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (1) als Zoomobjektiv (1) mit einer Steileinrichtung (7) am kamerasei- tigen Endbereich des Objektives ausgebildet ist.
10. Videomikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zoomstelleinrichtung (6, 7) Rastpositionen aufweist.
11. Videomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (1) mit einer Verstellblende mit Stelleinrichtung (8) am kameraseiti- gen Endbereich des Objektives (1) ausgebildet ist.
12. Videomikroskop nach Anspruch 1, mit Objektbeleuchtung über Lichtleitfasern (13), deren Austrittsenden (13') ringförmig um die Blickrichtung (11) des Objektivs (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsenden (13') in einem mit seiner Achse senkrecht zur Längserstreckung des Objektivs (1) angeordneten Beleuchtungsring (12) gehalten sind.
13. Videomikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittenden (13') schräg nach innen zur Ringachse (11) geneigt ausgerichtet sind.
14. Videomikroskop nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsenden (13') abwechselnd mit unterschiedlichen Winkeln (Figur 4) ausgerichtet sind.
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