孔檢驗系統及其檢驗方法
2023-04-25 15:59:36
專利名稱：孔檢驗系統及其檢驗方法
技術領域：
本發明主要涉及表面檢驗系統及其檢驗方法，尤其涉及用於檢驗孔的檢驗系統和方法。
背景技術：
具有環形內表面的生產部件，例如，汽車零件(如密封圈、墊圈或活塞)，在製造過程中通常需要檢驗，以確保內表面符合預定的規格。已知的檢驗系統和方法包括在製造過程中與零件直接接觸的測量系統，例如表面光度儀。這些系統通過觸針與零件的鄰接面之間的相對運動獲取數據。儘管這類檢驗系統可以提供精確的結果，但它會對被檢驗的表面造成損壞，並且該檢驗結果一般限於被檢驗表面的一小部分，而且非常耗時。除了損壞被檢驗的表面外，已知的檢驗系統一般限於檢驗相對較小的區域，因此，在許多情況下，無法對被檢驗的零件的整個表面進行檢驗。更近一步地，已知的孔檢驗系統通常比較複雜，需要多件相對彼此分別標定的設備，從而對於被檢驗的各個結構不同的零件來說，都需要大量的安裝時間。因此，已知的孔檢驗系統的使用通常很耗時，從而使其操作成本較高。
發明內容
本發明提供了一種用於檢驗界定了一個零部件的孔的內表面的成像系統。該系統包括一用於發射雷射束的雷射光源。進一步地，該系統還包括一用於拍攝從內表面反射的雷射束的攝像機。孔內設置有至少一面第一鏡子。該雷射光源用於直接發射相對於第一鏡子的入射中心軸基本平行的雷射束，並且該攝像機用於觀察從內表面反射的雷射束。根據本發明的另一方面，該系統包括一透光管，該透光管具有用於鄰接密封孔表面的外表面和用於在其中容納該鏡子的內表面。根據本發明的另一方面，該系統包括設置在密封孔內的第二鏡子。第一鏡子用於將入射雷射束反射在密封孔表面上，而第二鏡子用於向攝像機反射密封孔表面的影像。根據本發明的另一方面，提供了一種檢驗零件的孔表面的方法。該方法包括在孔內設置至少一面鏡子。進一步地，該方法還包括直射基本平行於孔的中心軸的雷射束，並由第一鏡子將該雷射束反射在內表面上，再由該內表面反射回所述至少一面鏡子上。然後通過攝像機從反射回該至少一面鏡子上的雷射束獲取內表面的影像。根據本發明的另一方面，該方法進一步包括將一玻璃管與孔表面鄰接設置，並在玻璃管的孔內設置該至少一面鏡子。根據本發明的另一方面，該方法進一步包括在被檢驗的孔內設置另一面鏡子，並由一面鏡子將入射雷射束反射在孔上，然後由該另一面鏡子將返回的雷射束反射至攝像機。根據本發明的又一方面，該方法進一步包括在孔內將這兩個鏡子定位在相對於彼此成復角(compound angle)的方向，以使得發射的雷射束與反射至攝像機的雷射束基本相互平行。
結合下文詳細描述的優選實施方案、最佳實施例、所附權利要求和附圖，根據本發明的一種孔檢驗系統及其檢驗方法的這些及其它方面、特性和優點將更加容易理解，其中圖I是根據本發明的一個方面構造的一種孔檢驗系統的立體圖； 圖2是根據本發明的另一個方面構造的一種孔檢驗系統的立體圖；圖3是孔檢驗系統的外殼的示意性正視圖，該孔檢驗系統示為具有設置在其中的密封件和設置在該密封件中的透明管。
具體實施例方式請參閱更詳細的附圖，圖I示出了根據本發明的一個方面構造的一種用於檢驗一密封件14的孔的內表面12的孔檢驗系統(以下稱為系統10)，除了密封件14，該系統10還可以檢驗任何組件的孔的內表面。該系統10包括雷射光源(也稱為雷射束髮射裝置16、成像裝置(例如攝像機18)以及至少一面第一鏡子20。雷射束髮射裝置16調整為以平行或基本平行於密封件14的水平中心軸24的扇形雷射束22 (在垂直或基本垂直的平面Pl上呈扇形)的形式將雷射束髮射在第一鏡子20上，該第一鏡子20與密封件14的孔的內表面12徑向排直。該扇形雷射束22從第一鏡子20垂直反射到目標密封表面26,該表面26橫跨孔12的寬度延伸，然後該雷射束22從表面26反射，該反射的雷射束22作為橫跨內表面12的整個寬度的入射線，再反射回鏡子20，然後被反射至攝像機18並通過攝像機18直接完全成像，而不需要通過額外的鏡子進一步被反射。因此，該一面鏡子或多面鏡子在孔內與密封件14的內表面12徑向排直。為了便於使密封孔內表面12的整個表面26成像，密封件14可以繞中心軸24旋轉，而鏡子20保持固定，其中，通過可運轉地固定至密封件14的轉盤28可以便於旋轉。在圖I所示的實施例中，密封件14固定安裝在載體——也稱為外殼32的孔30內。外殼32固定至轉盤28，從而在檢驗過程中使外殼32和密封件14根據需要以選定的旋轉速度與轉盤28結合在一起旋轉。應該認識到的是，外殼32的孔30可以優選的具有任何適合的直徑和寬度，以便於在其中固定具有各種不同直徑和寬度的組件。雷射束髮射器16、攝像機18和鏡子20均彼此相對固定，且此處示為固定至公同的平臺34。雷射束髮射器16和攝像機18示為可分別沿滑軌36、38調節。平臺34沿基本水平的平面延伸，並具有寬度減小部分40，該部分40的尺寸適於留有空隙地容置於密封件14的孔內。當寬度減小部分40設置在孔內後，其不會幹涉或接觸孔的內表面12，其中，鏡子20固定至該寬度減小部分40，並且也不會幹涉或接觸該內表面12。當然，應該認識到的是，平臺34不需要設為一整體片材，但是如果平臺34形成為單片的片材，則有助於雷射束髮射器16、攝像機18和鏡子20的定位，並可以確保它們各自位於相對於彼此的期望的固定位置。如圖3的示意圖所示，根據本發明的另一方面，系統10可以包括一透明的圓柱管44，該圓柱管44具有用於鄰接密封孔內表面12的外表面46和用於在其中以間隙配合方式容納該鏡子20的內表面48。外表面46的尺寸與用於密封件14的轉軸的尺寸相同，因此，由攝像機18獲取的影像可以觀察到，如果在應用中使用圓柱管44，則在實際使用中密封表面26和轉軸的工作表面或磨損套筒之間會出現接觸斑塊。由於管44由透光材料(例如透明或基本透明的玻璃或聚合材料)製成，因此，雷射束22可以貫穿管44的壁厚，以使攝像機18能夠產生密封表面26的清晰和精確的影像。在圖I的實施例中，攝像機18周向或徑向偏移並沿軸42聚焦，該軸42與密封件14的水平中心軸24成斜角。從而，由於雷射束22沿平面Pl呈垂直的扇形，因此，只要密封件本體的寬度本身不阻擋第一鏡子20與攝像機18的鏡頭之間的觀察路徑，攝像機18就可 以觀察到雷射束22的入射線直接從第一鏡子20的平坦的反射平面全反射在內表面12上，而不需要藉助於額外的鏡子。第一鏡子20繞一垂直於雷射束22延伸的水平軸HA自水平中心軸24與一水平面傾斜大約45度，因此，雷射束22以大致向上呈90度將光線反射在內表面12上。如果孔內表面12的寬度足以導緻密封件14的本體至少部分地與來自第一鏡子20的入射雷射線的全景幹涉，那麼如圖2所示以及如下文所述，在密封孔內可以集成多面鏡子。在圖2中示出了系統110，其中，與上述相差100的相同的附圖標記，用於標示相似的特徵。與之前的系統10相比，系統110包含一對以與被檢驗的內表面112徑向排直的方式設置在孔內的鏡子120、120』，以便於對孔112進行檢驗和成像，與之前的內表面12的寬度相比，該孔112具有沿中心軸124延伸的增加的寬度。如上所述，系統110同樣用於對孔內表面112的表面126的全寬成像，然而，對可能被成像的孔112的寬度並無限制。一部分原因是由於可以使用和定位這兩面鏡子120、120』，進一步的原因是由於可以相對於密封件114的中心軸124調整雷射束髮射裝置116和攝像機118的位置。其中一面鏡子(也稱為第一鏡子120)同樣進行了定位調整，並因此從中心軸124繞垂直於雷射束122的水平軸HA傾斜45度角。然而，與之前的實施例不同的是，第一鏡子120的尺寸適於反射入射雷射束122，而該尺寸足夠窄以避免反射從密封表面126反射的雷射束122的入射線。因此，設置了另一面鏡子(也稱為第二鏡子120』)並使其尺寸適於反射從密封表面126反射的雷射束122』。為了便於檢驗較大的深孔或寬孔，第二鏡子120』具有反射平面，該反射平面相對於第一鏡子120的反射平面成復角，因此，第一和第二鏡子120、120』的反射表面彼此不平行。該復角的形成是通過定位第二鏡子120』使其如同第一鏡子120以相對中心軸124成相同的45度角在第一平面內延伸而得。這樣，與第一鏡子120類似，第二鏡子120』首先從中心軸124繞水平軸HA傾斜45度。然後，第二鏡子120』再繞垂直軸VA旋轉。第二鏡子120』繞垂直軸VA的旋轉超過足夠大的角度以使反射雷射束122』可以通過沿軸142設置的攝像機118完全成像，該軸142平行或基本平行於中心軸124。因此，入射雷射束122和反射雷射束122』彼此平行或基本平行。從而，攝像機118被定位在與雷射束髮射裝置116大致平行、朝向相同的方向，而不是像之前的實施例中被定位為相對於中心軸124傾斜。根據一種採用上文討論和說明的系統10、110檢驗孔的方法，該方法包括在被檢驗的內表面12、112的孔中設置至少一面鏡子20、120、120』。然後，由至少一面鏡子20、120將雷射束22、122反射在孔表面26、126上。進一步地，通過攝像機18、118捕捉從至少一面鏡子20、120』反射的雷射束22、122』，而不需要藉助於除設置在孔12、112內的鏡子20、120』之外的額外的鏡子。當在孔12、112內使用多面鏡子120、120』時，該方法進一步包括將密封孔內表面112內的鏡子120、120』調整為相互成復角的形式，並且使入射雷射束122和反射雷射束122』沿基本平行的軸124、142傳播。本方法進一步包括設置一鄰接孔表面26的玻璃管44，以及在玻璃管44的孔內設置至少一面鏡子20、120、120』。
顯然，根據上述教導，對本發明的許多修改和變化都是可能的。因此，可以理解為，除了如具體描述的以外，本發明可以在所附權利要求的範圍內實施。
權利要求
1.一種成像系統，其用於檢驗界定了一個組件孔的內表面，其特徵在於，該系統包括 用於發射雷射束的雷射光源； 用於拍攝從該內表面反射的雷射束的攝像機； 設置在該孔內的至少一面第一鏡子；以及 其中，該雷射光源被構造為直射與所述第一鏡子的入射中心軸平行的雷射束，並且該攝像機構造為觀察從該內表面反射的雷射束。
2.根據權利要求1所述的成像系統，其特徵在於，所述第一鏡子具有相對於該孔的中心軸傾斜45度的反射平面。
3.根據權利要求2所述的成像系統，其特徵在於，該系統進一步包括設置在該孔內的第二鏡子，所述第二鏡子具有反射平面。
4.根據權利要求3所述的成像系統，其特徵在於，所述第一鏡子和第二鏡子的所述反射平面不平行。
5.根據權利要求3所述的成像系統，其特徵在於，所述第二鏡子的所述反射平面沿第一平面相對於該中心軸傾斜45度角。
6.根據權利要求5所述的成像系統，其特徵在於，所述第二鏡子的所述反射平面相對於所述中心軸成復角定位。
7.根據權利要求3所述的成像系統，其特徵在於，所述第二鏡子的所述反射平面以沿平行於所述中心軸的路徑向所述攝像機反射該雷射束而定位。
8.根據權利要求1所述的成像系統，其特徵在於，該系統進一步包括固定至該組件的載體，所述載體用於繞該中心軸旋轉。
9.根據權利要求1所述的成像系統，其特徵在於，所述攝像機沿相對於該中心軸傾斜的路徑聚焦。
10.根據權利要求1所述的成像系統，其特徵在於，所述攝像機被經構造為直接觀察由所述第一鏡子反射的雷射束。
11.一種檢驗界定零件孔的內表面的方法，其特徵在於，該方法包括下列步驟 在該孔內設置至少一面鏡子； 直射平行於該孔的中心軸的雷射束，並由該第一鏡子將該雷射束反射在內表面上再反射回所述至少一面鏡子上；以及 通過攝像機從反射回該至少一面鏡子上的雷射束獲取內表面的影像。
12.根據權利要求11所述的檢驗界定零件孔的內表面的方法，其特徵在於，該方法進一步包括在獲取該影像時，繞該中心軸旋轉該零件。
13.根據權利要求11所述的檢驗界定零件孔的內表面的方法，其特徵在於，該方法進一步包括將攝像機的視角定位在相對於該中心軸傾斜的方向。
14.根據權利要求11所述的檢驗界定零件孔的內表面的方法，其特徵在於，該方法進一步包括在該孔內設置一對鏡子，且該對鏡子中的第一面鏡子被構造為其上具有直接從雷射器入射的雷射束，該對鏡子中的第二面鏡子被構造為從該內表面將雷射束反射至該攝像機。
15.根據權利要求14所述的檢驗界定零件孔的內表面的方法，其特徵在於，該方法進一步包括將該第二鏡子的反射平面以相對於中心軸成復角而定位。
16.根據權利要求14所述的檢驗界定零件孔的內表面的方法，其特徵在於，該方法進一步包括將該對鏡子的反射平面以彼此不平行而定位。
17.根據權利要求14所述的檢驗界定零件孔的內表面的方法，其特徵在於，該方法進一步包括將該第二鏡子以沿平行於中心軸的路徑將雷射束反射回攝像機而定位。
全文摘要
本發明提供了一種用於檢驗界定了組件孔的內表面(12)的成像系統(10)及其檢驗方法。該系統包括一用於發射雷射束(22)的雷射光源。進一步地，該系統還包括一用於拍攝從內表面反射的雷射束的攝像機(18)。孔內設置有至少一面第一鏡子(20)。該雷射光源用於直接發射相對於第一鏡子的入射中心軸基本平行的雷射束，並且該攝像機用於觀察從內表面反射的雷射束。
文檔編號G01N21/954GK102884421SQ201180022195
公開日2013年1月16日 申請日期2011年3月9日 優先權日2010年3月9日
發明者保羅·S·沙特爾沃思 申請人:費德羅-莫格爾公司