孔成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 总体上讲，本申请一般涉及孔检查系统，更具体地，涉及孔成像系统。
【背景技术】
[0002] 人们所熟悉的各种孔成像系统使用了一种用于对孔的内部（例如，对引擎的缸 膛）进行成像的孔表面成像装置。专利号为4, 849, 626 ('626专利）、7, 636, 204 (204专利）、 8, 334, 971 (' 971专利）、8, 570, 505 (' 505专利）的美国专利以及申请号为2013/0112881 的美国专利申请中公开了示范性的孔检查系统，特将所有这些专利与专利申请的全部内容 并入此处，以作参考。可以把这样的孔成像系统配置为提供孔内部的360度的视图（也将 其称为全景视图与/或图像），以检查形状误差或者表面缺陷。某些这样的系统使用了高分 辨率的光学部件。在任何情况下，这样的系统都可以使用把图像像素信号或者检测器元件 信号映像于孔的内部坐标的信号处理。在某些这样的系统中，可以把孔的近似环形部分的 全景图像按相应于环形部分的形状的圆形图案投射在二维（2-D)矩形成像阵列上。于是， 圆形或者环形图像像素可以跨越相当大的像素集合（例如，所述矩形成像阵列的大部分）， 而实际上仅成像于所述像素集合的一个相当小的部分上（例如，矩形成像阵列中的环形图 像图案）。典型的成像阵列必须读出圆或者环所跨越的每个像素，尽管在环形图像图案的内 部或者外部的像素与孔的检查无关。连续地读出无关的像素耗费时间，这限制了使用这样 的孔成像系统检查孔的速度。某些系统（例如，'626专利中所公开的）使用了纤维光成像 路径，并且把每条纤维路由至相应的光检测器。然而，这样的系统的配置也对速度以及成像 进行了限制，从而，就可以使用某一给定系统进行检查的所述孔大小而言，限制了分辨率与 /或通用性。
[0003] 希望获得一种能够解决以上概要描述的问题的无接触、高速度、高分辨率、度量级 别的孔成像系统。
【发明内容】
[0004] 公开了一种孔成像系统，所述孔成像系统包含：含有像素读出集合的光检测器， 以及其配置旨在把源于孔表面上的图像区的图像光传输给光检测器的孔表面成像装置，所 述图像区具有呈如下特征的形状：沿孔的轴向具有相对窄的图像维度，沿与孔的轴向横断 (transverse)的方向具相对延长的图像维度。孔表面成像装置包含图像几何变换纤维束， 所述图像几何变换纤维束包含具有输入端点和输出端点的多条光纤，以及沿光纤端点和孔 表面之间的光路径定位的透镜装置（其可以包含一或多个孔径）。按近似映像于图像区的 形状的输入形状，包括沿映像于轴向的第一方向的相对窄的输入维度和沿与第一方向横断 的第二方向的相对延长的输入维度，配置输入端点。把输入端点设置为接收源于图像区并 且透过透镜装置的图像光。在像素读出集合或者接近像素读出集合的共辄面中设置图像几 何变换纤维束的输出端点，以把图像光中继或者传输给像素读出集合，其中，把a)输出端 点或者b)像素读出集合至少之一配置为致使像素读出集合的至少25%接收所传输的图像 光。在各种实施例中，对于使用高分辨率对多个孔大小进行测量，这样的系统提供了有意义 的图像数据的高吞吐率以及通用的度量级别的成像配置。在各种实施例中，可以在不使用 定制的光检测器配置的情况下获得这些好处。在各种实施例中，相对延长的图像维度可以 环360度覆盖所述孔。在各种实施例中，此处所公开的特性允许沿所述孔、以空前的速率轴 向扫描图像区。
【附图说明】
[0005] 当与附图相结合时，通过参照以下的详细描述，上述各方面以及诸多伴随优点将 变得更加易于察觉，因为将能够对它们更好地加以理解，其中：
[0006] 图1为根据此处所公开原理的孔成像系统的实施例的示意图；
[0007] 图2A和图2B为可用于根据此处所公开原理的孔成像系统中透镜装置的第一实施 例的不意图；
[0008] 图3为可用于根据此处所公开原理的孔成像系统中透镜装置的第二实施例的示 意图；
[0009] 图4为根据此处所公开原理的孔成像系统的另一个实施例的示意图；
[0010] 图5A为针对根据此处所公开原理的孔成像系统的图像几何变换纤维束的输出端 点的第一实施例的示意图；以及
[0011] 图5B为针对根据此处所公开原理的孔成像系统的像素读出集合的第一实施例的 示意图。
【具体实施方式】
[0012] 图1为根据此处所公开原理的孔成像系统100的一个实施例的示意图。孔成像系 统100包含光检测器110、孔表面成像装置120以及检测器处理部分195。根据柱面坐标Z、 R以及〇设置图1，在这一实例中，把柱面坐标Z、R以及审与圆柱状孔对准。光检测器110 包含像素读出集合111，如以下更详细地加以描述的。孔表面成像装置120包含图像几何变 换纤维束130,图像几何变换纤维束130包含具有多输入端点132 (例如，132n)和输出端点 133 (例如，133n)的多条光纤131 (例如，131n)，以及沿输入端点132n和孔表面160之间的 光路径定位的透镜装置190。在某些实施例中，几何变换纤维束130可以包含大约5, 000条 光纤131。图1中所示的孔表面成像装置120的实施例还包含可选的示意性说明的中继透 镜配置125,中继透镜配置125沿输出光路径把输出端点133成像在像素读出集合111上。 在各种实施例中，如果希望的话，中继透镜配置125可以提供所希望的放大倍数与缩小倍 数、或者可变的放大倍数。在某些实施例中，可以省略中继透镜配置125,而且可以把光检测 器110定位在输出端点133的附近或者邻接输出端点133,从而可使输出端点133和像素读 出集合111之间的输出光路径不包含透镜。
[0013] 在操作中，把孔表面成像装置120配置为把源于孔表面160上的图像区150的图 像光140传输给光检测器110,具体地，传输给像素读出集合111。图像区150具有呈如下 特征的形状：沿孔的轴向Z具有相对窄的图像维度S Z，沿与孔的轴向Z横断的方向具相对 延长的图像维度8qp。在图1中所示的实施例中，图像维度8:中跨越孔表面160的整个周边。 按近似映像于图像区150的形状的输入形状配置输入端点132n，包括沿映像于轴向Z的第 一方向具有相对窄的输入维度，沿与第一方向横断的第二方向（即，沿图像区150的孔周边 方向映像的）具相对延长的输入维度。在所说明的这一实例中，输入形状为透镜装置190 所成像的圆柱体或者圆环。在图1中所示的实施例中，第一方向近似沿轴向Z，第二方向近 似沿相应于平坐标轴的方向。把输入端点132n设置为接收源于图像区150、并且穿过透镜 装置190的图像光140。把输出端点133n设置为沿输出光路径把图像光170传输给像素读 出集合111，例如，使用中继透镜配置125或者近端检测器，如以上简要描述的。在各种实施 例中，为了提供高图像数据吞吐量，把a)输出端点133n或者b)像素读出集合111至少之 一配置为致使像素读出集合的至少25%接收所传输的图像光170。在某些实施例中，把像 素读出集合111配置为致使像素读出集合111的至少50%接收所传输的图像光170。在某 些实施例中，把像素读出集合111配置为致使像素读出集合的至少75%接收所传输的图像 光 170〇
[0014] 应该意识到，像素读出集合111可以为光检测器110的成像阵列的全部像素的子 集。例如，可以把某些能够买到的光检测器阵列控制为或者配置为读出像素的所选择的或 者可寻址的子集，这一子集少于阵列的所有像素。一种这样的设备是来自纽约Rochester 的Truesense Imaging公司的按高帧率部分扫描操作模式操作的Kodak KAI-0340图像传 感器，等。按短于读出整个阵列所需时间间隔的时间间隔读出像素的子集。在某些实施例 中，像素读出集合111可以少于成像阵列的像素的一半。在某些实施例中，像素读出集合 111可以少于成像阵列的像素的25%。在某些实施例中，像素读出集合111可以少于成像阵 列的像素的10%。在某些设备中，希望所选择的或者可寻址的子集为一组连续的像素（例 如，由于设备操作约束或者由于为了提供针对特定数目像素的最短读出时间）。在这样的情 况下，最好按近似符合像素的读出子集的形状的输出形状0S，或者按为把输出端点133成 像于像素读出集合的所希望的部分所选择的输出形状0S，设置输出端点133,以根据此处 所公开的原理，针对有意义的图像数据有效地使用读出时间。
[0015] 通常，典型的光纤的输入端点具有高数值孔径。例如，玻璃纤维可以具有0. 11和 0. 65之间的数值孔径。因此，如果基于纤维的成像系统的输入端点不与孔表面相接触或者 极紧密接触，则相邻光纤之间可能