DE102007031358A1 - Device for imaging the inner surface of a preferably cylindrical cavity - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche (4) eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück 8, mit einer Optik 2 mit Rundumblick von vorzugsweise 360°, mit Mitteln zum Vorschub der Optik 2 senkrecht zur Ebene des Rundumblicks, mit einem digitalen Bildaufnehmer 10 mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, auf der das von der Optik 2 aufgenommene Rundumbild abgebildet wird, und mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen des Bildaufnehmers 10 ein karthesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung 40 der Innenfläche des Hohlraums ist. Der digitale Bildaufnehmer 10 weist ein digitales Auslesefenster 22 auf, das so programmiert ist, dass nur Ausgangssignale entsprechend einem ringförmigen Band auf der Innenfläche 4 des Hohlraums in einer Ebene im Wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden. Diese Ausgangssignale bilden den Bildinhalt des karthesischen Bildes. Durch das programmierte Ringfenster wird eine beträchtliche Verringerung der zu verarbeitenden Informationsmenge und so eine entpsrechende Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit der nachfolgenden Auswertemittel erreicht.Device for imaging the inner surface (4) of a preferably cylindrical cavity in a workpiece 8, with an all-round optical system 2 of preferably 360 °, with means for advancing the optical system 2 perpendicular to the plane of the all-round view, with a digital image recorder 10 with a flat image-receiving surface on which the all-around image taken by the optics 2 is imaged and with means which generate from the digital output signals of the image sensor 10 a Cartesian image which is a development 40 of the inner surface of the cavity. The digital imager 10 has a digital readout window 22 programmed to produce only output signals corresponding to an annular band on the inner surface 4 of the cavity in a plane substantially transverse to the direction of incremental advance of the optics. These output signals form the image content of the Cartesian image. The programmed ring window achieves a considerable reduction in the amount of information to be processed and thus a corresponding increase in the operating speed of the subsequent evaluation means.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abbildung der Innenflächeeines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einem Werkstück,mit einer Optik mit Rundumblick von vorzugsweise 360°,mit Mitteln zum schrittweisen Vorschub der Optik senkrecht zur Ebenedes Rundumblicks, mit einer digitalen Kamera mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, aufder das von der Optik aufgenommene Rundumbild abgebildet wird, undmit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalen der Kamera einkarthesisches Bild erzeugen, das eine Abwicklung der Innenflächedes Hohlraums ist.TheThe invention relates to a device for imaging the inner surfacea preferably cylindrical cavity in a workpiece,with a 360 ° view, preferably 360 °,with means for incrementally advancing the optics perpendicular to the planeof the all-round view, with a digital camera with a flat image-taking surfacethe image captured by the optics is imaged, andwith means coming from the digital output signals of the cameraCartesian image, which is a development of the inner surfaceof the cavity is.

Einederartige Vorrichtung ist durchDE 198 06 261 B4 bekannt. Dabei hat die Optikdie Form eines Endoskopes, das linear bewegt wird, wodurch Einzelbilderals Primärbilder zur Verfügung stehen. Diese werdendurch eine digitale Kamera aufgenommen und in digitaler Form zunächstgespeichert und dann durch eine Polarkoordinaten-Transformationzu einem rechteckigen Bild umgeformt, in dem die Primärbilderzu einem Gesamtbild der Innenfläche des Hohlraums zusammengefügtwerden. Der Verarbeitung und Transformation der Primärbilderliegt jeweils deren gesamter Informationsinhalt zugrunde, was zurFolge hat, daß die Zeit für die Verarbeitung derSignale verhältnismäßig groß ist.Such a device is through DE 198 06 261 B4 known. The optics have the shape of an endoscope, which is moved linearly, whereby individual images are available as primary images. These are captured by a digital camera and first stored in digital form and then converted to a rectangular image by a polar coordinate transformation, in which the primary images are combined to form an overall image of the interior surface of the cavity. The processing and transformation of the primary images is based on their entire information content, with the result that the time for processing the signals is relatively large.

DieAbbildung einer Innenfläche eines zylindri schen Hohlraumsin einem Werkstück dient dem Ziel, die Oberflächeauf Fehler zu untersuchen und fehlerhafte Bauteile auszuscheiden.Dies ist besonders in der Automobilindustrie von Bedeutung, wo funktionsrelevanteBohrungen seriengefertigt werden, beispielsweise bei Bremszylindern,Bremssätteln, Pleueln, Kolben, Motorzylindern, Zylinderlaufbuchsenoder Lagerbuchsen. Eine solche Prüfung erfolgte bisherdurch visuelle Inspektion und natürlich behaftet mit denEinschränkungen der Sichtkontrolle. Anzustreben ist jedocheine Stück-für-Stück-Prüfung beigleichzeitiger Automatisierung des Prüfvorganges. Einesolche Prüfung ist mit der genannten bekannten Vorrichtungnicht möglich.TheIllustration of an inner surface of a cylindri's cavityin a workpiece serves the target, the surfaceto investigate faults and eliminate defective components.This is particularly important in the automotive industry, where functionally relevantHoles are mass-produced, for example in brake cylinders,Brake calipers, connecting rods, pistons, engine cylinders, cylinder linersor bushings. Such a test has been done so farthrough visual inspection and of course afflicted with theLimitations of visual inspection. However, it is desirablea piece-by-piece check atSimultaneous automation of the inspection process. ASuch testing is with the known device mentionednot possible.

DerErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung derim Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei derdie Zeit für die Prüfung so gering ist, daß eine Stück-für-Stück-Prüfung,insbesondere eine automatische Prüfung erfolgen kann.Of theInvention is therefore based on the object, a device ofto create in the preamble of claim 1 mentioned type, in thethe time for the exam is so small that a piece-by-piece exam,In particular, an automatic check can be made.

Dieder Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichendes Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.TheThe problem underlying the invention is characterized by in the plateof claim 1 given teaching.

DerGrundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der digitaleBildaufnehmer, der das von der Optik aufgenommene Rundumbild aufnimmt,nur Ausgangssignale entsprechend einer ringförmigen Linieauf der Innenfläche des Hohlraumes erzeugt, derart, daß dasAusgangssignal nur Informationen über diese ringförmigeLinie enthält. Dadurch ergibt sich eine beträchtlicheReduktion des Informationsinhalts. Diese reduzierten Ausgangssignalebilden dann den Bildinhalt der Zeilen des karthesischen Bildes,das im Ergebnis erzeugt wird. Durch den schrittweisen Vorschub derOptik werden jeweils neue Zeilen aneinandergereiht, so daß dasGesamtbild ent steht.Of theThe basic idea of the invention is that the digitalImage pick-up that captures the all-around image captured by the optics,only output signals corresponding to an annular linegenerated on the inner surface of the cavity, such that theOutput signal only information about this annularContains line. This results in a considerableReduction of information content. These reduced output signalsthen form the image content of the lines of the Cartesian image,which is generated in the result. By the gradual advance of theOptics each new lines are strung together, so that theEntire picture is ent.

DieErfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß es inzwischendigitale Hochgeschwindigkeitsbildaufnehmer gibt, die in der Lagesind, 1.000 Bilder pro Sekunde aufzunehmen und entsprechende Bildsignalezu erzeugen. Dabei sind beliebige Auslesefenster programmierbar.Die Erfindung sieht nun vor, daß das Auslesefenster soprogrammiert ist, daß nur Ausgangssignale entsprechendeinem ringförmigen Band auf der Innenfläche desHohlraumes im wesentlichen quer zur Richtung des schrittweisen Vorschubsder Optik erzeugt werden, so daß eine Beschränkungder zu verarbeitenden Informationen bereits erfolgt mit der Folge,daß die nachfolgenden Verarbeitungseinheiten wesentlichschneller arbeiten können und somit in der Praxis eine Stück-für-Stück-Prüfungerfolgen kann.TheInvention takes advantage of the fact that it is nowDigital high-speed imagers are capable of thatare to take 1,000 frames per second and corresponding image signalsto create. Any read-out window can be programmed.The invention now provides that the readout window sois programmed that only output signals accordinglyan annular band on the inner surface of theCavity substantially transverse to the direction of the incremental feedthe optics are generated, so that a limitationthe information to be processed already occurs with the result thatthat the subsequent processing units essentialwork faster and thus in practice a piece-by-piece examinationcan be done.

Umdiese Stück-für-Stück-Prüfungtechnisch zu ermöglichen, sind gemäß einerWeiterbildung der Erfindung Mittel vorgesehen, die den Bildinhaltder Zeilen des karthesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignalenur bei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zuden Mitteln zur Erzeugung eines karthesischen Bildes durchlassen.In optischer Hinsicht werden somit nur die Oberflächenfehlerdargestellt, wobei durch die Einstellung des Grenzwertes die Oberflächenfehlerbestimmt werden können, die zur Darstellung gelangen sollen.Natürlich ist es dann auch ohne weiteres möglich,diese Fehlersignale auszuwerten und die fehlerhaften Werkstücke entsprechendauszuscheiden oder zu markieren.Aroundthis piece-by-piece examtechnically possible, are in accordance with aFurther development of the invention means provided, the image contentanalyze the lines of the Cartesian image and the output signalsonly if an adjustable limit value is exceededlet through the means of producing a Cartesian image.In optical terms, therefore, only the surface defectsrepresented by the setting of the limit, the surface errorcan be determined, which should arrive at the presentation.Of course, then it is easily possible,evaluate these error signals and the faulty workpieces accordinglycancel or mark.

Gemäß derErfindung ist im Bereich der Optik eine Beleuchtungsquelle zur Rundumbeleuchtung festangeordnet. Dadurch erübrigt sich die Beleuchtung übereine von der Optik entfernt angeordnete Lichtquelle, deren Lichtbeispielsweise durch einen Lichtleiter geleitet wird. Vorzugsweiseist die Beleuchtungsquelle eine LED-Lichtquelle. Zweckmäßigerweiseist sie auch eine Laserdiode.According to theInvention is fixed in the field of optics, a lighting source for all-round lightingarranged. As a result, the lighting is unnecessary overa remote from the optic light source whose lightFor example, passed through a light guide. Preferablythe illumination source is an LED light source. Conveniently,she is also a laser diode.

Anhandder Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispielnäher erläutert werden.Basedthe drawing, the invention of an embodimentbe explained in more detail.

1 zeigteine Vorrichtung gemäß der Erfindung zusammenmit einem Werkstück, 1 shows a device according to the invention together with a workpiece,

2 isteine vergrößerte, komprimierte Darstellung gemäß1, 2 is an enlarged, compressed Representation according to 1 .

3 verdeutlichtschematisch die Aufnahmefläche eines Bildaufnehmers, 3 schematically illustrates the receiving surface of an image sensor,

4 zeigtschematisch die Speicherung eines von dem Bildaufnehmer aufgenommenenKreisrings, 4 schematically shows the storage of a received by the image sensor annulus,

5 verdeutlichtdie Bildung eines karthesischen Bildes und 5 illustrates the formation of a Cartesian image and

6 zeigtschematisch die Abwicklung der Innenfläche der Bohrung. 6 shows schematically the settlement of the inner surface of the bore.

DieVorrichtung gemäß1 weist eineOptik2 mit Rundumblick von 360° auf, so daß sieeine zylindrische Innenfläche4 einer Bohrung6 ineinem Werkstück8 auf einem Bildaufnehmer10 abbildet. DieOptik2 befindet sich an einem Stab12, der durch einenVorschubantrieb14 bewegt wird, um so die Optik2 inAxialrichtung durch die Bohrung6 zu bewegen. Die Beleuchtungder zylindrischen Innenfläche4 erfolgt durcheine Lichtquelle16, bei der es sich um eine Leuchtdiodeoder eine Hochleistungslaserdiode handelt, die kontinuierlich odergepulst Licht abgeben. Das Ausgangssignal des Bildaufnehmers10 gelangt übereine Leitung18 in einen Auswerterechner20, dessenFunktion nachfolgend erläutert wird.The device according to 1 has an optic 2 with 360 ° 360 ° view so that it has a cylindrical inner surface 4 a hole 6 in a workpiece 8th on a picture recorder 10 maps. The optics 2 is located on a staff 12 that by a feed drive 14 is moved, so the optics 2 in the axial direction through the hole 6 to move. The illumination of the cylindrical inner surface 4 done by a light source 16 , which is a light-emitting diode or a high-power laser diode that emit light continuously or pulsed. The output signal of the image recorder 10 passes over a line 18 in an evaluation computer 20 whose function is explained below.

3 zeigtzunächst die Aufnahmefläche des Bildaufnehmers10,die so programmiert ist, daß ein Ringfenster22 zwischeneinem äußeren Kreisring24 und eineminneren Kreisring26 geöffnet ist, so daß nurim Bereich dieses Ringfensters22 Bildsignale von dem Bildaufnehmer10 erzeugtwerden. 3 first shows the receiving surface of the image sensor 10 which is programmed to have a ring window 22 between an outer annulus 24 and an inner annulus 26 is open, so that only in the area of this ring window 22 Image signals from the imager 10 be generated.

4 verdeutlicht,wie der Auswerterechner20 über den Umfang derzylindrischen Innenfläche4 von 0° bis360° Zeilenstreifen28 bildet, die in Abhängigkeitvon dem Vorschubantrieb14 in der Zeichnung in vertikalerRichtung nacheinander gespeichert werden, so daß innerhalbeiner in5 dargestellten karthesischen Bildfläche30 mitEckpunkten32,34,36 und38 Bildsignaleerzeugt werden, die zur Darstellung einer Abwicklung40 dienen,wie das schematisch in6 gezeigt ist. 4 clarifies how the evaluation calculator 20 over the circumference of the cylindrical inner surface 4 from 0 ° to 360 ° line strips 28 forms, depending on the feed drive 14 be stored in the drawing in the vertical direction one after the other, so that within a in 5 shown Cartesian image surface 30 with vertices 32 . 34 . 36 and 38 Image signals are generated, which represent a settlement 40 serve as the schematic in 6 is shown.

Anhandder Abwicklung40 gemäß6 ist einevisuelle Beurteilung der zylindrischen Innenfläche4 derBohrung6 möglich. Durch eine nicht dargestellteVorrichtung können die Bildsignale gemäß5 mitvoreingestellten Grenzwerten verglichen und so nur solche Signalezur Erzeugung der Abwicklung40 gemäß6 durchgelassenwerden, die Fehlstellen entsprechender Qualität entsprechen. Einesolche von einem Hintergrund befreite Darstellung vereinfacht einevisuelle Prüfung. Es ist aber auch möglich, elektronischdie den Fehlstellen entsprechenden Signale auszuwerten, um so fehlerhafteWerkstücke automatisch auszuscheiden.Based on the settlement 40 according to 6 is a visual assessment of the cylindrical inner surface 4 the bore 6 possible. By a device, not shown, the image signals according to 5 compared with preset limits and so only such signals to generate the settlement 40 according to 6 be passed through, the defects corresponding quality. Such background-free presentation simplifies a visual examination. However, it is also possible to electronically evaluate the signals corresponding to the defects, so as to eliminate defective workpieces automatically.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - DE 19806261B4[0002]- DE 19806261 B4[0002]

Claims (6)

Translated fromGerman

Vorrichtung zur Abbildung der Innenfläche(4) eines vorzugsweise zylindrischen Hohlraums in einemWerkstück (8), – mit einer Optik(2) mit Rundumblick von vorzugsweise 360°, – mitMitteln zum Vorschub der Optik (2) senkrecht zur Ebenedes Rundumblicks, – mit einen digitalen Bildaufnehmer(10) mit einer ebenen Bildaufnahmefläche, aufder das von der Optik (2) aufgenommene Rundumbild abgebildetwird, – und mit Mitteln, die aus den digitalen Ausgangssignalender Kamera (10) ein karthesisches Bild erzeugen, das eineAbwicklung (40) der Innenfläche des Hohlraumsist,dadurch gekennzeichnet, – daß derdigitale Bildaufnehmer (10) eine matrixförmigeBildpunktanordnung sowie ein digitales Auslesefenster (22)aufweist, das so programmiert ist, daß nur Ausgangssignaleentsprechend eines ringförmigen Bandes auf der Innenfläche(4) des Hohlraums in einer Ebene im wesentlichen quer zurRichtung des schrittweisen Vorschubs der Optik erzeugt werden, und – daß dieseAusgangssignale den Bildinhalt der Zeilen des karthesischen Bildesbilden.Device for imaging the inner surface ( 4 ) of a preferably cylindrical cavity in a workpiece ( 8th ), - with an optic ( 2 ) with all-round view of preferably 360 °, - with means for advancing the optics ( 2 ) perpendicular to the plane of the panoramic view, - with a digital image sensor ( 10 ) with a flat image-receiving surface on which the of the optics ( 2 ), and with means which are obtained from the digital output signals of the camera ( 10 ) create a Cartesian image which is a transaction ( 40 ) of the inner surface of the cavity,characterized in that - the digital image sensor ( 10 ) a matrix-shaped pixel arrangement and a digital read-out window ( 22 ) which is programmed so that only output signals corresponding to an annular band on the inner surface ( 4 ) of the cavity in a plane substantially transverse to the direction of incremental advancement of the optics, and that these outputs form the image content of the lines of the Cartesian image.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß Mittel vorgesehen sind, die den Bildinhalt der Zeilendes karthesischen Bildes analysieren und die Ausgangssignale nurbei Überschreiten eines einstellbaren Grenzwertes zu denMitteln zur Erzeugung eines karthesischen Bildes durchlassen.Device according to claim 1, characterized in thatin that means are provided which control the image content of the linesof the Cartesian image and the output signals onlywhen an adjustable limit value is exceededPass through means for creating a Cartesian image.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß im Bereich der Optik (2) eine Lichtquelle(16) zur Rundumbeleuchtung in Blickrichtung der Optik (2)fest angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that in the field of optics ( 2 ) a light source ( 16 ) for all-round lighting in the direction of the optics ( 2 ) is fixed.Vorrichtung nach Anspruch 3, daß die Lichtquelle(16) eine LED-Lichtquelle ist.Device according to claim 3, characterized in that the light source ( 16 ) is an LED light source.Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß die Lichtquelle (16) eine Laserdiode ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the light source ( 16 ) is a laser diode.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das ringförmige Band aus einem einzelnen Ringbesteht, der in der karthesischen Darstellung zu einer einzelnenZeile führt.Device according to claim 1, characterized in thatthat the annular band of a single ringwhich in the Cartesian representation is a single oneLine leads.