WO2003067233A1

WO2003067233A1 - Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung

Info

Publication number: WO2003067233A1
Application number: PCT/EP2002/014736
Authority: WO
Inventors: Herbert Müller
Original assignee: Cooper Power Tools Gmbh & Co.
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2003-08-14
Also published as: DE20201933U1

Abstract

Eine Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung (1), insbesondere für in einem Motorblock (2) eingebaute Ventile (3), weist eine Lichtquelle (4) zur Oberflächenbestrahlung insbesondere im Bereich eines Bauteils auf, dessen Oberflächenkontur zu bestimmen ist, und ein Empfangssystem (6) zur Erfassung des von der Oberfläche reflektierten Lichts (7). Um eine solche Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass diese konstruktiv einfach und kostengünstig aufgebaut ist und gleichzeitig zuverlässige Aussagen bezüglich Einbauzustand, Art des Bauteils oder dergleichen getroffen werden können, ist der Lichtquelle ein Liniengenerator (8) zugeordnet, welcher unter einem Winkel (9) zur Oberflächennormalen (10) zur Schrägprojektion der Lichtlinie (11) auf die Oberfläche (5) angeordnet ist.

Description

OBERFLÄCHENKONTURERKENNUNGSVORRICHTUNG

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung, insbesondere für in einem Motorblock eingebaute Ventile, mit einer Lichtquelle zur Oberflächenbestrahlung insbesondere im Bereich eines Bauteils, dessen Oberflächenkontur zu bestimmen ist, und mit einem Empfangssystem zur Erfassung des von der Oberfläche reflektierten Lichts.

Eine solche Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung ist aus der Praxis bekannt und dient beispielsweise zur Bestimmung des Einbauzustands on Ventilen oder Teilen der Ventile, wie Ventilkeile oder dergleichen, in einem Motorblock. Es ist selbstverständlich, dass eine solche Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung auch zur Bestimmung des Einbauzustandes anderer Bauteile, zur Erkennung von Bauteilen an sich usw. einsetzbar ist.

Bei der bekannten Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung wird zur Erfassung des Einbauzustands beziehungsweise zur Identifizierung des Bauteils beispielsweise mittels Triangulation der Abstand der entsprechenden Oberfläche zum Empfangssystem beziehungsweise die relative Höhe der Oberfläche bezogen auf eine Referenzoberfiäche bestimmt. Durch die Erfassung der tatsächlichen Höhenwerte relativ zu einer Referenzoberfläche beziehungsweise der Referenzhöhe ist beispielsweise ein Einbauzustand eines Ventils, der Ventilkeile oder dergleichen erkennbar. Ebenso ist erkennbar, welches Bauteil mit welcher spezifischen Oberflächenstruktur eingebaut, an einer bestimmten Stelle angeordnet oder in bestimmter Weise ausgerichtet ist.

Nachteilig bei der aus der Praxis vorbekannten Oberflächenkonturerkennungsvorrich- tung ist, dass aufgrund des Triangulationsverfahrens relativ komplexe und teure Vorrichtungsteile, wie unter anderem eine Abschirmung für die Lichtquelle, notwendig sind. Außerdem ist ein relativ großer Zeitaufwand zur Auswertung der Abtastergebnisse notwendig, wobei ein hoher Aufwand zur Berechnung der einzelnen relativen Höhen als auch zur Auswertung der verschiedenen Höhenwerte zur Fehlererkennung notwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Oberflächenkonturerkennungsvor- richtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine Oberflä- chenkonturerkennungsvorrichtung konstruktiv einfach und kostengünstig aufgebaut ist und gleichzeitig zuverlässige Aussagen bezüglich Einbauzustand, Art des Bauteils oder dergleichen getroffen werden können.

Diese Aufgabe wird im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Lichtquelle ein Liniengenerator zugeordnet ist, welcher unter einem Winkel zur Oberflächennormalen zur Schrägprojektion der Lichtlinie auf die Oberfläche angeordnet ist.

Durch die Schrägprojektion der Lichtlinie zeigt diese entlang ihres Verlaufs je nach Kontur des entsprechend bestrahlten Oberflächenbereichs einen gekrümmten, unterbrochenen und/oder relativ zueinander versetzten Verlauf. Durch Auswertungen des Verlaufs der Lichtlinie lässt sich erkennen, wo beispielsweise Höhensprünge auf der Oberfläche sind, in welcher Weise die Oberfläche gekrümmt verläuft und dergleichen. Dadurch lässt sich feststellen, ob beispielsweise bei Ventilen die entsprechenden Ventilkeile an sich eingesetzt sind oder fehlen, ob ein Ventilkeil in einer falschen Ventilrille eingerastet ist, ob beide Ventilkeile in der falschen Ventilrinne eingerastet sind oder ob ein falscher Ventilkeil verwendet wurde. Es sei allerdings nochmals darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Erkennung von Ventilkeilen und deren Sitz relativ zu einem Ventil beschränkt ist, sondern ebenfalls zur Identifizierung anderer Bauteile an sich oder zur Erkennung ihres Einbauzustands dient, wobei die Erfindung ebenso wenig auf den Motorenbau oder die Fahrzeugherstellung beschränkt ist.

Um eine Lichtquelle ausreichender Intensität und mit geringer Divergenz zu verwenden, kann die Lichtquelle eine Laserlichtquelle sein.

Um die auf der Oberfläche des Bauteils abgebildete Lichtlinie beziehungsweise Laser^¬ lichtlinie in einfacherweise zu erfassen, kann das Empfangssystem ein Kamerasystem sein. Um die schräg projizierte Lichtlinie beziehungsweise Laserlichtlinie bestmöglichst auswerten zu können, kann das Kamerasystem im Wesentlichen vertikal oberhalb der proji- zierten Lichtlinie angeordnet sein. Bei dieser Anordnung sind etwaige Änderungen im Verlauf der Lichtlinie durch deren Projektion auf die Oberfläche gut erkennbar.

Je nach Länge der (Laser)-Lichtlinie wird ein bestimmter Bereich der Oberfläche des Bauteils, oder der Oberfläche eines Gegenstands in dem Bereich bestrahlt, wo das entsprechende Bauteil eingebaut ist. Sollen beispielsweise mehrere Bauteile an sich oder in ihrem eingebauten Zustand gleichzeitig erfasst werden, kann die (Laser)-Lichtlinie eine mehrere entlang einer Bauteilreihe angeordnete Bauteile überdeckende Länge aufweisen. Dies bedeutet beispielsweise bei einer Überprüfung des Sitzes von Ventilkeilen, dass alle Ventile einer Ventilreihe gleichzeitig bestrahlt und deren Einbauzustand beziehungsweise der Einbauzustand der Ventilkeile erfasst wird.

Um eine entsprechende (Laser)-Lichtlinie zu erzeugen, sind mehrere Möglichkeiten gegeben.

Beispielsweise kann der Liniengenerator wenigstens eine Laserdiodenreihe aufweisen, durch die direkt mit beispielsweise nachgeordneter Optik eine Laserlichtlinie erzeugt wird.

Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass Laserlicht und Laserlichtlinie durch getrennte Einrichtungen erzeugt werden, indem beispielsweise der Liniengenerator über Lichtwellenleiter mit der Laserlichtquelle verbunden ist. Der Liniengenerator weist dabei in der Regel eine entsprechende Kollimatoroptik und eine Linse zur Erzeugung der Laserlichtlinie auf. Eine solche Linse kann beispielsweise eine Zylinderlinse sein. Damit allerdings die Intensität des Laserlichts über die gesamte Strichlänge gleich ist, kann auch eine Powell-Linse zusammen mit der entsprechenden Kollimatoroptik verwendet werden. Durch Variation der Brennweiten von Kollimatoroptik und Powell-Linse sind unterschiedliche Strichbreiten und Divergenzwinkel möglich, wobei die Divergenzwinkel in entsprechender Relation zur Laserlichtlinienlänge stehen. Auch für das Kamerasystem sind verschiedene Ausführungen denkbar. Eine Möglichkeit ist beispielsweise ein CCD-Zeilen- oder Matrixkamerasystem, durch das die Laserfichtlinie direkt mit entsprechend hoher Auflösung erfassbar ist.

Um im Prinzip vor Ort direkt die (Laser)-Lichtlinie auswerten zu können, kann dem Kamerasystem eine Auswerteeinrichtung zugeordnet sein.

Erfindungsgemäß ist es in diesem Zusammenhang nicht mehr notwendig, dass tatsächliche Höhenwerte für die Oberfläche ermittelt werden. Statt dessen kann die Auswerteeinrichtung eine Konturlinienvergleichseinrichtung zum Vergleich einer aktuell erfassten Konturlinie mit wenigstens einer abgespeicherten Konturlinie aufweisen. Die aktuell er- fasste Konturlinie entspricht dabei der vom Kamerasystem aufgezeichneten schräg pro- jizierten (Laser)-Lichtlinie, deren Verlauf durch Höhenunterschiede oder den Konturverlauf der Oberfläche bestimmt ist. Soll beispielsweise ein bestimmtes Bauteil an sich oder in seinem Einbauzustand erkannt werden, so kann die aktuell erfasste Konturlinie mit einer diesem Bauteil an sich oder seinem Einbauzustand entsprechender Konturlinie verglichen werden. Eine Bauteilunterscheidung und gegebenenfalls Identifizierung kann in diesem Zusammenhang dadurch erfolgen, dass die aktuell erfasste Höhenlinie mit mehreren abgespeicherten Konturlinien verglichen wird und bei Übereinstimmung von aktuell erfasster Konturlinie mit einer abgespeicherten Konturlinie das Bauteil identifiziert ist.

Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Oberflächenkontur- erkennungsvorrichtung;

Figur 2 eine Erläuterungsskizze für ein Ventil mit Ventilkeilen;

Figur 3 eine Laserlichtlinie beziehungsweise Konturlinie für korrekt eingebaute Ventilkeiie, und Figur 4 eine Laserlichtlinie beziehungsweise Konturlinie nach Figur 3 für falsch eingebaute Ventilkeile.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberflächenkonturerken- nungsvorrichtung 1 mit einem Kamerasystem 6 mit Auswerteeinheit 12 und einer Laserlichtquelle 4 mit Liniengenerator 8. Der Liniengenerator 8 ist Teil der Laserlichtquelle 4 oder dieser nachgeordnet. Durch den Liniengenerator 8 wird Laserlicht 7 so abgegeben, dass auf einer Oberfläche 5 eines Bauteils 3, hier beispielsweise ein Ventil, eine Laserlichtlinie 11 abgebildet wird, siehe Figuren 3 und 4. Die Laserlichtlinie 11 wird auf der Oberfläche 5 abgebildet und von dem Kamerasystem 6 erfasst und dort mittels beispielsweise eines CCD-Zeilen- oder Matrixkamerasystems nachgewiesen. Der Laser_¬ lichtgenerator 8 ist unter einem insbesondere spitzen Winkel 9 zu einer Oberflächennormalen 10 angeordnet. Dadurch wird die Laserlichtlinie 11 schräg auf die Oberfläche 5 projiziert und Höhenunterschiede der Oberfläche zeigen sich im Verlauf der Laserlichtlinie als Konturlinie.

Das Bauteil 3 ist bei dem dargestellten Beispiel ein Ventil, siehe Erläuterungsskizze nach Figur 2, das in einem Motorblock 2 eingesetzt ist. Ein solches Ventil 3 ist mit meh_¬ reren anderen Ventilen entlang einer Ventilreihe angeordnet, wobei eine entsprechende Länge der Laserlichtlinie 11 so groß sein kann, dass alle Ventile einer Ventilreihe überdeckt sind. Insbesondere wird bei dem Anwendungsbeispiel nach Figuren 1 bis 4 der Sitz von Ventilkeilen 14, 15 überprüft. In Figur 2 ist der Ventilkeil 15 korrekt in einer Keil_¬ nut 16 eingesetzt, während der andere Ventilkeil 14 noch nicht eingebaut ist.

Figuren 3 und 4 zeigen zwei Beispiele für eine einer Konturlinie 13 im Wesentlichen entsprechenden Laserlichtlinie 11 , die vom Liniengenerator 8 auf die Oberfläche 5 im Bereich eines Ventils 3 mit Ventilkeilen 14 und 15 schräg projiziert wird.

Bei Figur 3 sind beide Ventilkeile korrekt verbaut und in der Keilnut 16, siehe Figur 2, eingerastet. In Figur 4 ist ein Ventilkeil falsch eingebaut, so dass sich im Verlauf der Konturlinie 13 eine weitere Sprungstelle 17 im Unterschied zum Verlauf der Konturiinie 13 nach Figur 3 ergibt.

Die entsprechenden Verläufe der Konturlinien 13 beziehungsweise Laserlichtlinien 11 werden durch das Kamerasystem 6 erfasst und in der zugeordneten Auswerteeinheit 12 beispielsweise durch einen Vergleich einer aktuell aufgezeichneten Konturlinie mit einer abgespeicherten Konturlinie erfasst.

Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Oberflächenkonturerkennungsabtastung nach den Figuren 1 bis 4 nur beispielhaft an Ventilkeilen im Zusammenhang mit einem Ventil bei einem Motorblock erfolgt. Es ist ebenfalls möglich, Oberflächen anderer Bau_¬ teile zur Identifizierung der Bauteile an sich oder zur Überprüfung eines Einbauzustan_¬ des der Bauteile, wie hier im Zusammenhang mit den Ventilkeileπ beschrieben, zu be_¬ strahlen und zu überprüfen.

Claims

A N S P R Ü C H E

1. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung (1), insbesondere für in einem Motorblock (2) eingebaute Ventile (3), mit einer Lichtquelle (4) zur Oberflächenbestrahlung insbesondere im Bereich eines Bauteils, dessen Oberflächenkontur zu bestimmen ist, und mit einem Empfangssystem (6) zur Erfassung des von der Oberfläche reflektierten Lichts (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (4) ein Liniengenerator (8) zugeordnet ist, welcher unter einem Winkel (9) zur Oberflächennormalen (10) zur Schrägprojektion der Lichtlinie (11) auf die Oberfläche (5) angeordnet ist.

2. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4) eine Laserlichtquelle ist.

3. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssystem ein Kamerasystem (6) ist.

4. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (6) im Wesentlichen vertikal oberhalb der projizierten Lichtlinie (11) angeordnet ist.

5. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtlinie (11) eine mehrere entlang einer Bauteilreihe angeordnete Bauteile (3) überdeckende Länge aufweist.

6. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Liniengenerator (8) wenigstens eine Laserdiodenreihe aufweist.

7. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Liniengenerator (8) über Lichtwellenleiter mit einer Laserlichtquelle (4) verbunden ist und zumindest eine Kollimatoroptik und insbesondere eine Powell-Linse aufweist.

8. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (6) ein CCD-Zeilen- oder Matrixkamerasystem ist.

9. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kamerasystem (6) eine Auswerteeinrichtung (12) zugeordnet ist.

10. Oberflächenkonturerkennungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (12) eine Konturlinienvergleichseinrichtung zum Vergleich einer aktuell erfassten Konturlinie (13) mit wenigstens einer abgespeicherten Konturlinie aufweist.