孔检查装置的制作方法

本发明涉及一种用于对位于工件中的孔进行检查的孔检查装置。

背景技术：

这类孔检查装置(也被称作内部检查传感器)并且随后也被简称为装置，它们例如被应用于内燃机曲轴箱中的孔检查中。它们用于使孔的径向内表面成像并且根据成像利用图像处理和图案识别方法检查它是否满足在表面特征方面的预定要求。

相应的装置例如已由WO 2009/003692、DE 4416493A1、DE 4320845 C1和DE 3232904 C2公开了。

US 2010/0048995A1公开了一种用于使一个物体的内部三维成像的成像系统，该成像系统例如可以被应用在基于内窥镜的医疗检查中。

US 2014/0055982A1公开了一种医疗内窥镜。

DE 10 2004 045 808 A1公开了按照白光干涉测量的原理进行工作的用于对测量物体的表面进行测量的光学测量装置。

DE 10131780 A1公开了一种用于对表面进行形状测量的干涉测量装置。

DE 10 2009 019 459 B4公开了一种相关类型的用于对位于工件中的孔进行检查的孔检查装置，该孔检查装置具有测量头，该测量头被设计成能够被插入到待检查的孔中且能够相对于孔被移动到不同轴向位置中，该测量头具有用于使孔的内表面成像且具有全景视角的成像光学装置，其中，该成像光学装置与数字图像传感器处于图像传送连接。该已知的装置还具有用于对在测量头的不同轴向位置上拍摄的图像进行储存的储存器和用于对储存在储存器中的图像进行分析的分析装置。由该文献公开的检查装置以快速且精确的方式实现了对孔的检查。

DE 10 2007 031 358 A1和DE 10 2008 009 975 A1也公开了类似装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种装置，该装置在对在孔的内壁上的表面缺陷探测方面得到改进。

该目的通过包括以下技术特征的发明得以解决：一种孔检查装置，用于对位于工件中的孔进行检查，该孔检查装置具有测量头，该测量头被设计成能够被插入待检查的所述孔中并且能够相对于所述孔被移动到不同轴向位置中的内窥镜，所述测量头具有用于使所述孔的内表面成像且具有全景视角的成像光学装置，所述成像光学装置与数字图像传感器处于图像传送连接；具有用于对在所述测量头的不同轴向位置上拍摄的图像进行储存的储存器以及具有用于对储存在所述储存器中的图像进行分析的分析装置，为了获得所述孔的内表面的表面深度信息，所述分析装置被设计并设置成用于利用3D重建方法对关于相应的表面位置在成像光学装置的不同观察角度下拍摄的图像进行分析。

本发明的基本构思在于，对已知装置进行改进，使得它适合于获得孔的内表面的表面深度信息。获得表面深度信息之所以在根据本发明的上下文中是有意义的，是因为在内表面的图像中被记录且由此被探测到的表面异常可能是凹陷或者是凸起。如果是凹陷，那么很可能存在使孔所在的工件不能使用的表面缺陷。相反地，如果异常是凸起，那么这可能归因于附着在否则无缺陷的表面上的污物，该污物可以被除去。因此，表面深度信息在通过孔检查装置进行检查的工件归类和检查中是重要的信息。

在孔的检查中，将根据本发明的装置的测量头插入到孔中并且相对于所述孔移动到不同轴向位置中。在测量头的不同轴向位置中拍摄图像，对这些图像进行储存并且在分析装置进行分析。通过使用具有全景视角的成像光学装置，也就是在360度的角度上沿周向使孔的内表面成像，根据本发明可以在测量头的任何轴向位置上将与在孔的内表面上的封闭的环绕的母线对应的图像成像到数字图像传感器上。沿轴向，该母线可以是线状的，也就是说例如只有图像传感器的一个像素这么宽或者更宽一点。

因此，在测量头穿过孔的整个移动期间，使孔的整个内表面成像，其中，将在测量头的不同轴向位置上拍摄的图像储存在储存器中并且通过分析装置进行分析。在这里，可以将图像传感器的数字输出信号特别是转换成笛卡尔图，该笛卡尔图是孔的内表面的展开图。关于这一点可参考DE10 2007 031 358 A1。然后可以通过已知的图像处理和图案识别方法对得到的笛卡尔图进行检查，以探测在孔的内表面上的异常。

基于此，本发明利用以下规定：根据在测量头的轴向移动期间对于相应成像光学装置有效的观察角度范围，在不同观察角度下对给定的表面位置进行拍摄。换句话说，内壁的每个表面位置被成像为多个图像，而且与测量头的相应轴向位置对应地在不同观察角度下被成像。

基于此，本发明规定，分析装置被设计并设置成利用3D重建方法对关于一个表面位置在成像光学装置的不同观察角度下拍摄的图像进行分析，以便以这种方式获得关于相应表面位置的表面深度信息。

例如且特别地，立体三角测量方法被用作3D重建方法。

在立体三角测量方法的基本形式中，通过以下方式获得关于一个测量位置的表面深度信息：利用两个摄像机在不同观察角度下使该测量位置成像。然后，从拍摄到的图像，根据立体三角测量方法可以执行3D重建，也就是说可以获得就本发明的上下文而言的表面深度信息。

根据本发明的装置使用单个数字图像传感器和单个成像光学装置，而不是两个摄像机，但是有利地利用以下规定：例如在测量头的轴向移动期间，成像光学装置的观察角度关于一个确定的表面位置发生改变。例如在测量头的不同轴向位置并且借此关于一个表面位置在不同观察角度下拍摄到的图像(这些图像本来就被储存在储存器中)然后可以被相应地利用，以对该表面位置进行3D重建，也就是说以获得在该表面位置上的表面深度信息。

因此，根据本发明的装置不仅使得能够使孔的表面成像以探测异常，而且还能够通过对由3D重建获得的表面深度信息对探测到的异常进行如下归类：是凹陷还是凸起。因此，相对于已知的装置，检查结果的信息含量以与实践特别相关的方式得到了扩大。

根据本发明的装置的一个特别的优点在于，从在测量头的轴向移动期间本来就要拍摄的图像中可获得表面深度信息，也就是说表面深度信息的获得无需额外的时间。就在孔的检查中的短的周期时间而言，这是特别有利的。根据本发明的装置的另一优点在于，可以相对简单地就3D重建而言对在相关类型的装置中本来就存在的分析装置进行扩展。

根据本发明，可以使用任意适合的3D重建方法，这些方法是基于对在不同观察角度下拍摄的图像进行的分析。本发明的一种特别有利的设计方案就这一点而言规定，分析装置被设计并设置成用于根据立体三角测量方法对关于一个表面位置在不同观察角度下拍摄的图像进行分析。立体三角测量方法以快速且相对简单的方式实现了对拍摄的图像进行分析。该方法本身对于本领域技术人员来说是众所周知的。对此，例如可以参见Olvier Schreer：“Stereoanalyse und Bildsynthese”，Springer-Verlag 2005，ISBN 3-540-43439-X。另一有利的改进方案规定，测量头配有能够由控制装置控制的进给装置，以设定不同轴向位置并且借此设定成像光学装置的优选关于内壁的一个表面位置的不同观察角度。

前面提到的实施方式的一种有利的改进方案规定，控制装置向分析装置传送代表测量头的相应轴向位置的位置数据，以将测量头的相应轴向位置与在该位置上拍摄的图像相关联。在该实施方式中，特别简单地实现了测量头的轴向位置进而是成像光学装置的关于一个表面位置由此产生的观察角度与在轴向位置上拍摄的图像的关联。

本发明的另一有利改进方案提供用于以明场和/或暗场照明对在孔的内表面上的由成像光学装置捕获的成像区域进行照亮的照明装置。关于照明装置的设计方案和在采用明场以及暗场照明的照亮方面产生的可能方案可参见DE 10 2008 009 975 A1和DE 2009 019 459 B4。

根据本发明的用于对位于工件中的孔进行检查的孔检查方法包括使用被设计成内窥镜的测量头，该测量头具有用于使所述孔的内表面成像且具有全景视角的成像光学装置，其中，将所述测量头插入所述孔中并且移动到不同轴向位置中；在所述测量头的不同轴向位置上通过所述数字图像传感器对所述内表面进行拍摄；将在所述测量头的不同轴向位置上拍摄的图像储存在储存器中以及通过分析装置对储存在所述储存器中的图像进行分析。该方法的特征在于，通过3D重建方法对关于内壁的一个表面位置在成像光学装置的不同观察角度下拍摄的图像进行分析，以获得相应表面位置的表面深度信息，其中，可以有利地使用立体三角测量方法作为3D重建方法。类似地产生与在根据本发明的装置中相同的优点。根据本发明的孔检查方法的有利和适宜的改进方案在从属权利要求中给出。

术语“孔”在本发明的上下文中是指在工件中的那个旋转对称或者基本上呈旋转对称的凹部，而与以什么样的方式在工件中加工出该凹部无关，例如通过钻孔或者借助于另一切削加工方法或者通过模制或者类似方法。术语“基本上呈旋转对称的凹部”，在本发明的上下文中是指该凹部的基本形状是旋转对称的，但是该基本形状例如可能包括凹槽或者类似结构。在本发明的意义下，术语“旋转对称的凹部”当然也指其基本形状由于异常而不呈旋转对称的凹部。

只要在本发明的上下文中使用概念“轴向”或者“轴向方向”，那么这指的是孔的轴向方向，该轴向方向与由成像光学装置的光轴限定的成像光学装置的轴向方向重合。

下面参照附图对本发明进行详细说明，在附图中极度简化地示出了根据本发明的孔检查装置的一种实施例。在这里，所有在说明书中描述的、在附图中所示的以及在权利要求书中要求的特征单独地或者以任何适当的相互组合方式构成本发明的内容，这不依赖于它们在权利要求书及其引用关系中的概括以及不依赖于它们的描述以及在附图中的图示。其中权利要求1的单个或者多个特征被省去或者由其它特征代替的权利要求1的次组合也属于本申请的公开内容。

附图说明

图1A-图1B极度简化地示出了根据本发明的一个实施例的孔检查装置；以及

图2极度简化地示出了通过数字图像传感器拍摄的图像到笛卡尔图的转换。

具体实施方式

在图1A-图1B中示出了根据本发明的一个实施例的用于对位于工件6中的孔进行检查的孔检查装置2，该孔检查装置具有测量头8，该测量头被设计成能够被插入到待检查的孔4中并且能够相对于孔4被移动到不同轴向位置中的内窥镜，该内窥镜具有用于使孔4的内表面成像且具有全景视角的成像光学装置10。该成像光学装置与数字图像传感器12处于图像传送连接。

装置2还具有用于对在测量头8的不同轴向位置上拍摄的图像进行储存的储存器14，其中，储存器14与数字图像传感器12处于图像传送连接。

为了对储存在储存器14中的图像进行分析设有分析装置16。

为了使测量头8沿孔4的轴向方向相对于该孔移动以及借此使测量头8沿轴向定位(双箭头18)，测量头8配有能够由控制装置20控制的进给装置22。

控制装置20与分析装置16处于数据传送连接并且向分析装置16传送测量头8的相应的轴向位置，以将测量头8的相应轴向位置与在该位置上拍摄的图像相关联。

为了用明场和/或暗场照明对在孔4的内表面上的由成像光学装置10捕获的成像区域进行照亮，设有照明装置24，该照明装置在该实施例中具有例如带有多个LED的环形光源。关于照明装置的设计方案，可参见DE 10 2008 009 975 A1和DE 10 2009 019 459 A1，因此这两篇文献通过引用的方式全部被包含到本申请中。

根据本发明的装置2和根据本发明的方法的作用方式如下：

为了对孔4进行检查，将带有成像光学装置10的测量头8插入到孔4中，其中，通过进给装置22沿着双箭头18的方向使测量头8沿轴向定位。

通过具有全景视角的成像光学装置10将在孔4的内壁上的环绕的母线作为圆成像到图像传感器12上。

在图2中象征性地示出传感器表面并且用附图标记26标出。使在沿图像传感器10的z方向的不同位置上的母线在这里在不同观察角度和下成像。

在图1A-图1B中象征性地示出了用附图标记28和30表示的两条母线。限定成像光学装置10的观察角度范围的边缘射线在图1A中用附图标记32、34标出。

在图1B示出了在测量头8的所示位置上在观察角度下观察母线28以及在观察角度下观察母线30。

为了获得孔的内表面的完整图像，使测量头8相对于孔4沿轴向移动，其中，每隔一定距离拍摄图像。摄像机图像分别被读取为圆形并且通过极坐标转换逐行地转换成笛卡尔图，其中，将这样拍摄到的图像储存在储存器14中。

在图2中象征性地示出了如何将成像到图像传感器12的传感器表面26上的母线32、34转换成笛卡尔图36、38。

在已将测量头8沿着轴向方向插入到孔4中使得已在孔4的整个轴向深度上对它进行捕获之后，储存在储存器14中的图像描绘了孔4的整个内表面。

可见，在测量头的轴向移动期间，在时间上相继地且根据测量头8的相应轴向位置在不同观察角度下对孔4的内壁的每个表面位置进行观察并且使之成像。为了获得表面深度信息，根据立体三角测量方法对关于相应的表面位置在不同观察角度下拍摄到的图像进行分析。

如果根据拍摄到的图像确定在孔4的内壁上存在异常，那么可以通过表面深度信息确定，是凹陷进而是表面缺陷，还是凸起，该凸起可能归因于否则无缺陷的表面的污物。

因此，根据本发明的装置2和根据本发明的方法使得不仅能够探测异常，而且可以进行归类。

根据本发明的装置和根据本发明的方法的一个特别的优点在于，由本来就要在检查过程期间拍摄的图像中确定表面深度信息。因此，表面深度信息的获得不需要延长检查持续时间。

在附图的各图和各个实施例中，相同或者相应部件具有相同的附图标记，只要在附图的各图中由于图示或者说明原因省去了部件，那么相关部件就会分别在其它图中得到相应补充。对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，各个实施例的特征也能够在实施例中进行互换，也就是说关于一个实施例公开的特征也可以在其它实施例中以相同或者相似的方式被提供。对于本领域普通技术人员来说也是显而易见的是针对各个实施例公开的特征分别单独地对本发明进行改进，也就是说不依赖于相应实施例的其它特征。