一種檢查空殼內壁的設備和方法與流程

2023-09-12 17:26:25

本發明如權利要求1，涉及一種檢查空殼內壁的檢查裝置，尤其是機殼內的缸膛。本發明根據權利要求12，進一步涉及一種檢查空殼內壁的檢查方法。

背景技術：

在機體，以及各種其他產品的生產中，腔壁的性能是非常重要的。這些壁可裝備有一種特殊的塗層。比如，塗層經常被塗覆通過，如線基或粉基熱噴塗至內燃機機體中缸膛的波狀表面或到工作缸的波狀表面上。通過塗覆合適的塗層，原則上，可以實現許多改善，包括：減少內燃機的耗油量，輕量建築材料的使用，減阻，改進熱量排出，更緊湊的構造形態和免於維護。為了達到這樣的目的，塗層必須符合預先確定的低公差內表面參數。汽缸缺陷，尤其汽缸內壁的不規則行為，以及材料的沉積應被避免。因此，缸套表面的可靠生產和檢查是非常重要的。

通常，本發明的應用領域不限於引擎組件，而是包括全部對象，其中可檢查工件/物品的內壁。

已知的檢查空殼內壁的檢查裝置及已知的檢查空殼內壁的檢查方法都需要一高度的手工活動。對被檢查的工件實施一個合適的測量和量化評估需要使用者具備相當高的知識儲備以及涉及大量的時間資源。此外，誤差率高。

通常，可提供一種內壁的目視檢查，其中人用肉眼來檢查內壁。然而，輕微的粗糙度，仍然產生幹擾，不能通過這個方法被檢測出。簡單的檢查裝置的加入，比如長度和距離的測量元件，使用者用其確定缸膛的直徑，然而涉及大量的時間資源。在層厚小的情況下，例如為300微米，達到控制測量可靠性的要求是尤其難以滿足的。

技術實現要素：

本發明的一個目標，為提出一種用於檢查一空殼內壁的檢查裝置和檢查方法，該方法可在短時間內可靠地確定表面性能或內壁上的瑕疵，尤其在生產流程的步驟中。

這個目標通過具備權利要求1的特徵的檢查裝置和具備權利要求12的特徵的檢查方法來實現。

依據本發明的方法的有利變體和依據本發明的檢查裝置的有利變體是從屬權利要求的主題，並且，在後續的說明書中，尤其結合附圖又另外被解釋。

根據本發明的一種檢查空殼內壁的檢查裝置，尤其在一機體內的缸膛，至少包括：

-用來支持空殼的支持工具，

-杆狀的攝像裝置，其被設計用於記錄一桿狀攝像裝置縱軸的橫斷方向的圖像，

-調整工具，用以移動攝像裝置進入和離開空殼，

-照明工具，用以照亮空殼的內壁，

-電子控制和評估工具，其被設計來控制攝像裝置，來記錄一圍繞杆狀攝像裝置縱軸四周的全景圖像及用來從攝像機記錄的圖像數據中確定內壁的表面性能，以及

-直徑測量工具，用來確定空殼的腔的內徑，

其中直徑的測量工具具有光源用以發出光束到腔的內壁上以及光學測量工具(傳感器)用以檢測來自腔的內壁的光，並且

其中控制和評估工具被設計用於從直徑測量工具測量的信息來確定腔的內徑。

攝像裝置和直徑測定工具可以同時或相繼地檢查，空殼的同一個腔或兩個不同的腔。因此，攝像裝置被移動進入的腔的上述內壁，以及通過直徑測量工具來測量的腔的所述內壁，可為同一或彼此不同的腔的內壁。在後一情況下，兩個腔可以相繼地被攝像裝置和直徑測量工具檢查。

表面性質可以包含比如粗糙度，劃痕的存在，斑點，塗層的均勻性，內壁的顏色和/或亮度。

攝像裝置可被設計用於，通過一單一的圖像記錄來記錄一全景圖像。選擇地或附加地，控制和評估工具可被設計用來相繼地控制多個圖片的記錄，然後把這些圖片放在一起形成一全景圖像。為此，調整工具可被提供用於在不同的圖像記錄間圍繞縱軸旋轉攝像裝置。

在一如本發明的檢查空殼內壁的方法中，使用如本發明的一種檢查裝置及杆狀攝像機來檢查內壁，因此，當攝像裝置被調整工具移入空殼中時，杆狀攝像機可以記錄下至少一張圖片。

本發明取得的重大優勢在於，工件可被高精度和高可靠性地檢查而無需非得使用者的實施。

通過空殼的支持工具和攝像裝置的調整工具促進攝像機移動，可以看出一第一核心理念，就被檢查的空殼而言，攝像機的移動可以以一確定的方式來實現。攝像裝置和直徑測量工具的定位對測量精度是重要的，其可以以一準確和可複製的方式進行。

為了在短時間內檢查內壁而無需過多的移動，攝像裝置可能夠記錄一全景。全景可以代表一360°角度的圖像，因此其在內壁圓周方向中，覆蓋了所有的待測量/檢查區域。

照明工具可包含反射光裝置和/或掠射光照明裝置。作為反射光裝置，它的發光系統可被設置在攝像裝置的接收光系統旁邊。反射光裝置的主要發射方向可大體上平行於攝像裝置的主要接收方向，如於小於20°的角度。

另一面設置掠射光照明裝置，以使掠射光照明裝置在運行過程中照明內壁的發射方向，橫向於攝像裝置從被照明的內壁接收到光的接收方向，從中。內壁的輕微的不均勻性或其他不規則性能夠因此輕易地被檢測到。在此實施例中，照明工具的發射方向大體上不與攝像裝置的接收方向平行。相反地，使用了掠射光照明裝置，其發射方向橫向相對於攝像裝置從被照明的內壁接收光的接收方向。運用此方法，內壁高度變化的情況中的投影可以被更有效地發現。

「發射方向」可以被理解為整個角度範圍的意思，在整個角度範圍內光由掠射光照明裝置的一單獨的點發出。或者，「發射方向」可以被理解為光發射的角度範圍，在測量操作過程中，此範圍內發射的光實際上也照射在內壁上。

如果照亮內壁一確定的點的發射方向和接收方向，由該接收方向攝像裝置可測量來自同一點的光，之間的角度接近90°，則能夠特別好地檢測出不均勻性。

掠射光照明裝置的發射方向和攝像裝置的接收方向之間的角度可以在45°到135°之間，特別地在60°到120°之間，優選地在75°和105°之間。

此外，為了投射一個大的影子，在檢查中，相對於腔縱向的照明方向是關鍵的。較佳地，這些方向之間可幾乎彼此平行。例如，可提供的，由掠射光照明裝置發射至內壁上的光，以一小於25°的照射到內壁上，更佳地，小於15°或10°。

術語「內壁」可以被理解為被檢查的一空殼的腔的內殼層表面。原則上腔能夠在兩個端面被打開，該兩個端面橫臥在彼此對立面，或者只在這些面的一個被打開。

空殼原則上可為任何期望的工件，其具有至少一凹處或開口作為腔。可為例如一機體，其中產生多個缸膛作為腔。被檢查。

支持工具原則上可按照期望設計，條件是它能夠支持，比如支撐，被檢查的空殼。同時，它也能夠適合於運送空殼。支持工具可被設計以便相對於其他組件，被支持的空殼佔用一確定的位置，比如相對於攝像裝置。或者，然而，支持工具可被設計以便空殼可以佔用支持工具上不同的位置，通常就如把傳送帶作為支持工具一樣。在此情況下也是，為了確保攝像裝置可以沿著預定的移動路徑相對空殼移動，可存在位置檢測工具。這些決定了空殼在支持工具上的位置。隨後，依賴於空殼被檢測到的位置，用於移動攝像裝置的調整工具被控制，。攝像裝置本身也可以被用作一檢測定位工具或其零件。

由於攝像裝置呈杆狀，它可以輕易地被引入不同形狀的腔內。「呈一桿狀」可以特別地被認為是一長度明顯大於其橫截面尺寸的形狀，例如至少大4倍或6倍。並非所有的圖像記錄工具需要設置在杆狀內。例如，通過杆狀內的光學元件，一圖像可被攝製於一位於杆狀區域外的攝像組件上。

杆狀攝像裝置包括一進光區，通過該區域用於記錄內壁圖像的光可以進入攝像裝置。所述進光區存在，特有地，於杆狀攝像裝置的下端，例如，於最先移入腔的終端。進光區可以圍繞整個杆狀外圍延伸，來記錄一全景圖像。

攝像裝置通過調整工具相對於空殼移動。由此可以提供的是攝像裝置也相對於掠射光照明裝置移動。這簡化了掠射光照明裝置的結構，尤其關於尺寸限制，以及促進攝像裝置的精確移動。或者，然而，也可提供掠射光照明裝置牢牢地結合於照相機裝置，因此，隨後被一起調整。這提供了，尤其對於攝像裝置的不同位置，實現在不同情況下被照相機裝置記錄的區域亮度一致的優勢。

通過調整工具調整攝像裝置的過程通常可被理解因為至少它的視野，如它的檢測設置，被調整了。例如當其他攝像裝置的其他組件保持被安裝在適當的位置，外部鏡比如攝像組件，可被置換。為了增加在嚴厲的生產環境中的安全性，然而，可優選地，為了光學部件可適應杆狀外殼，光學部件可通過調整工具移動。可在杆狀外殼中形成一附加壓力，且可提供一壓力吹洗前光學系統的方法，通過該方法，光可以進入或離開外殼。因此可提高灰塵防護效果。並且，本發明所描述的檢查裝置的所有測量和發射工具，均被設置在一承受附加壓力的氣候控制測量外殼中。

攝像裝置可以被設計以便其可在某一時間點記錄一全景圖像。或者，然而，可提供的，攝像裝置是可通過調整工具旋轉的，從而相繼地記錄下多個圖像，隨後通過電子控制和評估工具將該多個圖片放在一起來，形成一單一的全景圖像。

掠射光照明工具可形成一環形光源，相對於杆狀攝像裝置置中設置。環形區域因此垂直於杆狀攝像裝置的縱向方向。這改善了照明的均勻性。對於如環形光源的設計，掠射光照明裝置可包含多個光源，例如至少4或8個光源，被設置成大約一環形。

掠射光照明裝置是可以被設置，以便當攝像裝置已經被移入空殼時，它能夠位於空殼的外部。當進入攝像裝置時，掠射光照明裝置可被移動也可以保持不動。通過放置於空殼的外部，可實現來自一個方向的內壁的照明光大體上與腔的縱向方向平行，而無需擔心碰撞空殼。

控制和評估工具也可以被設計用以通過直徑測定工具的測量數據確定一內壁的高度輪廓或者粗糙度。

特別地，直徑測定工具可由至少一個三角測量傳感器形成。它也可包含多個三角測量傳感器，例如至少四個，其可優選地，呈一環形設置在杆狀攝像裝置的周圍。

一三角測量傳感器可以具有，例如，單獨的發射和接收光學系統，其中來自於一通過發射光學系統照亮的區域的光被接收光學系統引導，並依賴於該照亮區域與三角測量傳感器的距離，引導至不同光敏的傳感器或傳感器區域。

至少一個三角測量傳感器能夠被確定方位以便其檢查一同時也被攝像裝置檢查的內壁區域。

具有多個腔的工件經常被檢查。在這種情況中，攝像裝置和直徑測定工具也可以同時檢查不同的腔。通過這個方法，對於緊湊構造形態的要求被降低，然而檢查可以在短時間內實現。在此實施例中，攝像裝置和直徑測定工具優選地相互在一可調節的距離上，以此來適應空殼中的腔相對於彼此的距離。

如果直徑測定工具相對於攝像裝置設置以便他們可以同時被移動進入不同的腔，直徑測定構件可以具備相應的驅動工具。直徑測定工具可以被設置以便其沿著被檢查的腔的縱軸移動。這提高了相對於內壁的距離測量的精確度。

直徑測定工具及攝像裝置也可以被選擇性地設置以便他們同時檢查相同的腔。

優選地，將直徑測定工具和攝像裝置牢固地結合在一起。他們二者因此可以利用調節工具在高度上相對於空殼進行調節，因此他們二者可相繼地檢查不同高度的區域。

優選地，直徑測定工具形成一共焦的傳感器。其中，一聯合的光學組件被提供用於發射光源的光的至內壁和從內壁引導光到達光學測量工具。在共焦傳感器的情況中，一被照亮的焦距恰好與銳減成像的測量區一致。

直徑測定工具可包含光波導管，用來引導發射光和/或被檢測到的光。因此，光源和光學測量工具可以在測量過程中被設置在檢查中的腔的外部。光波導管可在與杆狀攝像裝置的縱軸相平行的方向上延長。

驅動工具可被設置用於旋轉直徑測定工具。因此，內壁的不同區域可相繼地被檢查。驅動工具也可作為調整工具的一部分，與直徑測定工具結合，也可以旋轉照相機裝置。

除攝像裝置以外，至少一個色彩傳感器被提供於測定空殼內壁的顏色。電子控制和評估工具可適合於比較顏色、由顏色傳感器檢測到的顏色，具有預設值的內壁的顏色以及根據上述比較為內壁輸出一質量指示。預設值可以例如是明暗度或公差值，由此，相繼被測量/感官到的顏色可以彼此偏離。

電子控制和評估工具可適合於，在所記錄的測量值的基礎上，例如攝像裝置、可選的直徑測定工具以及可選的顏色傳感器的測量數據，來對檢查下的空殼具有充分的或不充分的質量作出結論。檢查裝置優選地還包含一分類裝置。所述分類裝置可被設計於進一步運輸一檢查的空殼選擇性地進入至少兩條不同路徑中的一條。因此，路徑的選擇依賴於已被檢查的空殼是否具有一充分的或不充分的質量。

顏色傳感器可以牢固地結合於直徑測定工具上，隨其一起被調節高度及旋轉。此情況下，優選地，相對於即刻檢查的腔，旋轉的軸為其中心。直徑測定工具可被設置以便以集中或分散的方式移入所待檢查的腔體中。

顏色傳感器的顏色區分比攝像裝置的更有效。

照明工具可以被設置於杆狀攝像裝置上，從而其可以隨之一起移動，並且可被設置以便他們照亮由攝像裝置檢測的內壁區域。所述照明工具可為照明裝置的一部分。可被提供的是，所述照明裝置與掠射光照明裝置是相繼地連接的。其中，在每種情況中，攝像裝置可記錄至少一個圖像。然而掠射光照明裝置，由於其設置，能夠特別好地強調內壁的不均勻性。優選地，照明工具可以提供一特別均勻的照明度。此外，掠射光照明裝置和照明工具可發射不同波長範圍的光，由此可以獲得內壁上不同的信息。為了均勻的照明度，照明工具的發射方向可以相對於攝像裝置的接收方向呈一個小的角度，比如小於30°或小於15°。

為了進一步減少檢查所需的時間，杆狀攝像裝置可具備多個進光區，為了在偏移縱向的方向上記錄多個全景圖杆狀攝像裝置在其縱向方向上存在偏移。為這些進光區的每一個，可設置一相應的攝像裝置，如一攝像組件。

根據本發明的檢查裝置，也可具備多個攝像裝置以及多個直徑測定工具。這些可以由一共享的調整工具移動或者至少同時被控制。通過此方法，一空殼的多個腔可以同時被檢查。這對於如內燃機的汽缸是非常有用的。多個攝像裝置和多個直徑測定工具相對彼此可設置在一可調節的距離上，以便這個距離可以適合被檢查的腔之間的距離。

在根據本發明方法的一變體中，對於使用杆狀攝像裝置檢查內壁的不同高度區域的情況，隨著調整工具將照相機裝置移入/出空殼，多個圖像可被相繼地記錄。據此，在短時間內記錄下待檢查內壁的全部高度區域是有可能的。如果圖像僅是在向內移動或向外移動的過程中被記錄，沒有圖像被記錄下的向內或向外移動過程可特別快地進行。例如，如論如何都比另一個向內或向外的運動快。或者，向內移動和向外移動的過程中，均有圖像可都被記錄，由此可實現數據冗餘和/或更好的測量精度。

調整工具可被控制，以便其可將攝像裝置沿著空殼的一腔的中軸線移動進入該空殼。通過沿著中軸線移動，可以簡化隨後的數據評估。為了沿著中軸線引導，可以將攝像裝置與空殼的支持工具彼此相對應地設置。

可為有利的，如果不同直徑的腔可利用顏色傳感器和直徑測定工具精確地檢查。為了這個目的，驅動工具可適應於橫向移動顏色傳感器和/或直徑測定工具，尤其在垂直地相對於腔的縱軸方向上移動。該調整可以在測量由顏色傳感器和/或直徑測定工具到腔壁的距離後自動實現。因此，距離可由直徑測量工具測量。有利地，通過這個方法，可使用同一檢查裝置檢查尺寸迥然不同的腔。

對於一機械地簡單配置，可以提供的是，攝像裝置和顏色傳感器和/或直徑測定工具可以被相繼地移入待檢查的同一腔中。攝像裝置和顏色傳感器或直徑測定工具可以被置於一垂直於相對彼此偏移的各腔的縱軸的平面裡，例如繞縱軸旋轉180°。

本發明的特性，被稱為附加裝置特性，也被認為是根據本發明的方法的變體，反之亦然。

附圖說明

參照所附的原理圖，描述本發明的進一步優勢和特徵如下，其中：

圖1顯示一符合本發明的檢查裝置的第一典型實施例的示意圖

圖2顯示一符合本發明的檢查裝置的第二典型實施例的示意圖以及

圖3顯示一符合本發明的檢查裝置的第三典型實施例的示意圖

同樣的組件和那些以相同方式的動作，一般可以在圖中被識別為用相同的參考符號。

具體實施方式

圖1顯示一符合本發明的檢查設備100的典型實施例。其用於用於檢查空殼1的內壁4。例如，其可被用於檢查一機體1的汽缸的運轉表面4。

空殼1可具有一個或多個腔3，每一個腔都具有待檢查的內壁4。比如，內壁4的塗層可能要被檢查。

檢查裝置100的主要組件包括，攝像裝置10，掠射光掠射光照明裝置20以及直徑測定工具工具30。

此外，檢查裝置100還具有一支持工具工具(沒有在此顯示),利用其可將空殼1支撐在一預期的和已知的位置。

攝像裝置10具有一桿狀外殼。其由一調整工具工具(此處沒有顯示)移動進入腔3。通過杆狀外殼下端的進光區12，所述攝像裝置10可記錄環境的圖像。特別地,攝像裝置10的視野15是一垂直於其縱向方向的橫斷面，其由杆的形狀確定。優選地，所述視野覆蓋一360°角度以便記錄一全景圖像。

掠射光照明裝置20用於內壁4的照明。掠射光照明裝置20被設置以便其發射方向25橫向相對於攝像裝置10的接收方向15，例如，相對於視野15的區域、攝像裝置10。其也可被描述為暗視野照明。由於內壁4的粗糙度而導致的陰影被相對強烈地投射，並隨後可被攝像裝置10測定。

掠射光照明裝置20可提供一環形照明，其可同時照亮內壁4的一完整環形區域。

當攝像裝置10被移入和移出腔體3時，其可記錄多個圖像。由此，內壁4的不同高度區域可以被檢查。

隨後電子控制和評估工具工具(未顯示)對被記錄下的圖像進行評估。藉助於預先確定的標準，控制和評估工具工具對所檢查的內壁4是否具有缺陷作出結論。根據該結論，空殼1可進一步地被運送到不同的產品站。

作為本發明一實質性概念，採用一進一步的光學測量裝置來檢測腔3的直徑。內壁4的塗層厚度或者塗層的不平整性也可從所述直徑中總結得出。這些測量值由直徑測定工具30來實現，其包含至少一光源32及光學測量工具工具35。

在所示的實例中，包括多個三角測量傳感器31，其被設置以便，當攝像裝置10已經被移入腔3時，其可被引導至內壁4的不同點上。三角測量傳感器31可以與攝像裝置10一起移動。三角測量傳感器31也可以檢查內壁4的不同高度區域。

直徑測定工具工具30的測量結果也會被電子控制和評估工具工具所考慮，以作出內壁4是否具有缺陷的結論。

在圖2的實施例中，被檢查的空殼1中含有多個腔3和5，其中每個腔均含有待檢查的內壁4和6。本實施例中，檢查裝置100依次包括一攝像裝置10，一掠射光照明裝置20及一直徑測定工具工具30。

然而，本實施例中直徑測定工具工具30並非由三角測量傳感器形成。而是，優選地，使用了一光學距離測量元件/傳感器30配置成一共焦傳感器39。其包括一波導37，通過波導37一測量光束34被引導至內壁6上。被反射回的光也被波導37所引導。

此外，本實施例中還包括一色彩傳感器40，其對內壁6進行色敏測量。所述色彩傳感器40還可具有一波導，且可與距離測量元件30結合。因此，二者可同時地被移入腔5中。此外，他們可同時圍繞腔5的中軸旋轉，由此，內壁6能夠在圓周方向內被掃描。顏色的測定有助於檢測內壁上的缺陷點和/或層厚。

在圖2的實施例中，直徑測定工具工具30和攝像裝置10可以同時被引入不同的腔3和5中。即使他們的尺寸相當大，這些組件也不會互相干擾。此外，他們都可以沿著各個腔5的中軸被移動，有助於對測量值的評估。

在圖3的實施例中，檢查裝置100包括一攝像裝置10和一掠射光照明裝置20，其可被設置如圖1或圖2中所描述。與圖2中的實施例一樣，本實施例中安裝了直徑測定工具工具30和色彩傳感器40。然而，在圖3的實施例中，他們結合在攝像裝置10上。因此，他們與攝像裝置10一起被移入了相同的腔3中。直徑測定工具工具30可以被設置在攝像裝置10的視野15的外部，以便測量值不會被互相干擾。本實施例中，掠射光照明裝置20和直徑測定工具工具30的光源可相繼地被控制，反過來意味著避免了互相干擾。

通過旋轉測量組件10，30，40以及選擇性地旋轉掠射光照明裝置20，內壁4中不同的圓周部分可相繼被檢查。因為無論如何測量組件30，40是必須旋轉的，所以為記錄全景圖而設置的攝像裝置10在本實施例中並非是必須的。相反，也可將攝像裝置10在相同高度下相繼記錄下的圖像放在一起形成一全景圖像。

通過本發明的檢查裝置100，有助於快速和可靠地檢查空殼。因此，無需必要由使用者操作的步驟，即可濾出存在缺陷的空殼。