DE102017111819A1

DE102017111819A1 - Hole inspection apparatus

Info

Publication number: DE102017111819A1
Application number: DE102017111819.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Schwarzer
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: DE102017111819B4

Abstract

Eine Bohrungsinspektionsvorrichtung 2 zum Inspizieren einer Innenwandung einer Bohrung 4 in einem Werkstück 6 weist einen als in die zu inspizierende Bohrung 4 einführbares und in unterschiedliche Positionen relativ zu der Bohrung 4 bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf 8 auf, der eine optische Abbildungsanordnung 9 mit einer Abbildungsoptik 10 mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung 4 aufweist. Die Abbildungsoptik 10 steht mit einem digitalen Bildaufnehmer 12 in Bildübertragungsverbindung, wobei ein Speicher 14 zur Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes 8 aufgenommenen Bilder vorgesehen ist und eine Auswertungseinrichtung 16 zur Auswertung der in dem Speicher abgespeicherten Bilder dient. Zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der Innenfläche der Bohrung 4 ist die Auswertungseinrichtung 16 für eine Auswertung von bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln der Abbildungsoptik 10 aufgenommenen Bildern mit einem 3D-Rekonstruktionsverfahren ausgebildet und eingerichtet ist. Erfindungsgemäß ist die optische Abbildungsanordnung 9 derart ausgebildet ist, dass eine zu untersuchende Oberflächstelle an der Innenwandung der Bohrung 4 gleichzeitig unter wenigstens zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln (phil, phi2) von der Abbildungsoptik (10) erfassbar ist oder erfasst wird.

A bore inspection device 2 for inspecting an inner wall of a bore 4 in a workpiece 6 has a measuring head 8 which can be inserted into the bore 4 to be inspected and which is movable relative to the bore 4 in different positions, comprising an optical imaging arrangement 9 with imaging optics 10 Has all-round view for imaging the inner surface of the bore 4. The imaging optics 10 is connected to a digital image sensor 12 in image transmission connection, a memory 14 being provided for storing the images recorded in different axial positions of the measuring head 8 and an evaluation device 16 for evaluating the images stored in the memory. For obtaining surface depth information of the inner surface of the bore 4, the evaluation device 16 is designed and set up for an evaluation of images recorded at different observation angles of the imaging optics 10 relative to the respective surface location using a 3D reconstruction method. According to the invention, the optical imaging arrangement 9 is designed such that a surface area to be examined on the inner wall of the bore 4 simultaneously under at least two different observation angles (phi, phi2) of the imaging optics (10) is detectable or is detected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrungsinspektionsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück.The invention relates to a bore inspection device referred to in the preamble of claim 1 for inspecting a bore in a workpiece.

Bohrungsinspektionsvorrichtungen, die auch als Innenprüfsensoren und nachfolgend auch kurz als Vorrichtungen bezeichnet werden, werden beispielsweise bei der Bohrungsinspektion in Kurbelgehäusen für Verbrennungsmotoren eingesetzt. Sie dienen dazu, die radiale Innenfläche der Bohrung abzubilden und anhand der Abbildung mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung daraufhin zu prüfen, ob sie vorbestimmten Anforderungen hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit genügt.Bore inspection devices, which are also referred to as Innenprüfsensoren and hereafter also referred to as devices, are used for example in the bore inspection in crankcases for internal combustion engines. They serve to image the radial inner surface of the bore and to check on the basis of the image with methods of image processing and pattern recognition whether it meets predetermined requirements with regard to the surface texture.

Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise durch WO 2009/003692 , DE 4416493 A1 , DE 4320845 C1 und DE 3232904 C2 bekannt.Corresponding devices are for example by WO 2009/003692 . DE 4416493 A1 . DE 4320845 C1 and DE 3232904 C2 known.

Durch US 2010/0048995 A1 ist ein Abbildungssystem zur dreidimensionalen Abbildung des Inneren eines Objektes bekannt, das beispielsweise bei endoskopbasierten medizinischen Untersuchungen eingesetzt werden kann. Durch US 2014/0055982 A1 ist ein medizinisches Endoskop bekannt.By US 2010/0048995 A1 An imaging system for the three-dimensional imaging of the interior of an object is known, which can be used, for example, in endoscope-based medical examinations. By US 2014/0055982 A1 is a medical endoscope known.

Durch DE 10 2004 045 808 A1 ist eine nach dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie arbeitende optische Messvorrichtung zur Vermessung von Flächen eines Messobjektes bekannt.By DE 10 2004 045 808 A1 is an operating according to the principle of white light interferometry optical measuring device for measuring surfaces of a measured object known.

Durch DE 10131780 A1 ist eine interferometrische Messvorrichtung zur Formvermessung einer Fläche bekannt.By DE 10131780 A1 For example, an interferometric measuring device for measuring the shape of a surface is known.

Durch DE 10 2009 019 459 B4 ist eine Bohrungsinspektionsvorrichtung zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück bekannt, die einen als die zu inspizierende Bohrung einführbares und in unterschiedliche axiale Positionen relativ zu der Bohrung bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf aufweist, der eine Abbildungsoptik mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung aufweist, wobei die Abbildungsoptik mit einem digitalen Bildaufnehmer in Bildübertragungsverbindung steht. Die aus der Druckschrift bekannte Vorrichtung weist ferner einen Speicher zum Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes aufgenommenen Bilder und eine Auswertungseinrichtung zur Auswertung der in dem Speicher abgespeicherten Bilder auf. Die aus der Druckschrift bekannte Inspektionsvorrichtung ermöglicht auf schnelle und genaue Weise die Inspektion von Bohrungen.By DE 10 2009 019 459 B4 a bore inspection apparatus is known for inspecting a bore in a workpiece having a probe head which is insertable as the bore to be inspected and movable into different axial positions relative to the bore, having an omnidirectional imaging optic for imaging the inner surface of the bore; Imaging optics with a digital image sensor in image transmission connection is. The device known from the publication further has a memory for storing the images recorded in different axial positions of the measuring head and an evaluation device for evaluating the images stored in the memory. The inspection device known from the document enables the inspection of bores in a quick and accurate manner.

Ähnliche Vorrichtungen sind auch durch DE 10 2007 031 358 A1 und DE 10 2008 009 975 A1 bekannt.Similar devices are also known DE 10 2007 031 358 A1 and DE 10 2008 009 975 A1 known.

Durch DE 10 2015 010 225 A1 ist eine Bohrungsinspektionsvorrichtung der betreffenden Art zum Inspizieren einer Innenwandung einer Bohrung in einem Werkstück bekannt, die einen als die zu inspizierende Bohrung einführbares und in unterschiedliche Positionen relativ zu der Bohrung bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf aufweist, der eine optische Abbildungsanordnung mit einer Abbildungsoptik mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung aufweist. Die Abbildungsoptik steht mit einem digitalen Bildaufnehmer in Bildübertragungsverbindung. Ein Speicher dient zur Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes aufgenommenen Bilder, und zur Auswertung der in dem Speicher abgespeicherten Bilder ist eine Auswertungseinrichtung vorgesehen. Zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformationen der Innenfläche der Bohrung ist die Auswertungseinrichtung für eine Auswertung von bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln der Abbildungsoptik aufgenommenen Bildern mit dem Stereotriangulationsverfahren ausgebildet und eingerichtet.By DE 10 2015 010 225 A1 For example, there is known a bore inspection apparatus of the type in question for inspecting an inner wall of a bore in a workpiece having a measuring head insertable as the bore to be inspected and movable in different positions relative to the bore, comprising an optical imaging assembly having omnidirectional imaging optics having the inner surface of the bore. The imaging optics is in image communication with a digital image sensor. A memory is used to store the images recorded in different axial positions of the measuring head, and an evaluation device is provided for evaluating the images stored in the memory. In order to obtain surface depth information of the inner surface of the bore, the evaluation device is designed and set up for evaluating images recorded with different viewing angles of the imaging optics relative to the respective surface location using the stereotriangulation method.

Die aus der Druckschrift bekannte Vorrichtung ermöglicht es damit, bei der Inspektion einer Bohrung Oberflächentiefeninformationen zu gewinnen, so dass an der Innenfläche der Bohrung detektierte Anomalien nicht nur erkannt, sondern dahingehend klassifiziert werden können, ob es sich um Erhebungen oder Vertiefungen handelt.The device known from the document thus makes it possible to obtain surface depth information during the inspection of a bore, so that anomalies detected on the inner surface of the bore can not only be recognized, but can be classified as to whether they are elevations or depressions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die im Hinblick auf die Abbildungsqualität noch weiter verbessert ist.The invention has for its object to provide a device referred to in the preamble of claim 1, which is further improved in terms of imaging quality.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention defined in claim 1.

Erfindungsgemäß ist die optische Abbildungsanordnung derart ausgebildet, dass eine zu untersuchende Oberflächenstelle an der Innenwandung der Bohrung gleichzeitig unter wenigstens zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln der Abbildungsoptik erfassbar ist oder erfasst wird.According to the invention, the optical imaging arrangement is designed in such a way that a surface location to be examined on the inner wall of the bore can be detected or recorded simultaneously under at least two different observation angles of the imaging optics.

Während bei dem Verfahren gemäß DE 10 2015 010 225 A1 also Bilder derselben Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln (Betrachtungswinkeln) dadurch gewonnen werden, dass der Messkopf relativ zu der Bohrung bewegt wird, werden erfindungsgemäß Bilder der betreffenden Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln in derselben Position des Messkopfes gleichzeitig gewonnen. Erfindungsgemäß wird die zu untersuchende Oberflächenstelle also gleichzeitig unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln beobachtet. Zur Durchführung beispielsweise eines Stereotriangulationsverfahrens bezogen auf eine axiale Oberflächenstelle an der Innenwandung der Bohrung ist daher eine Bewegung des Messkopfes nicht erforderlich.While in the method according to DE 10 2015 010 225 A1 Thus, images of the same surface location at different observation angles (viewing angles) are obtained by moving the measuring head relative to the bore, images of the surface area in question are simultaneously obtained at different viewing angles in the same position of the measuring head. According to the invention, the surface site to be examined is thus observed simultaneously under at least two observation angles. For carrying out, for example, a stereotriangulation method with respect to an axial surface location on the inner wall of the bore, therefore, a movement of the measuring head is not required.

Im Sinne einer möglichst hohen Abbildungsqualität ist es wünschenswert, dass die zu untersuchende Oberflächenstelle möglichst homogen ausgeleuchtet wird. In diesem Sinne ist es vorteilhaft, dass die Erfassung der jeweils zu untersuchenden Oberflächenstelle erfindungsgemäß gleichzeitig unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln erfolgt. Helligkeitsunterschiede, wie sie bei einer Bewegung des Messkopfes relativ zu der zu untersuchenden Bohrung auftreten können, sind dadurch vermieden.In terms of the highest possible imaging quality, it is desirable that the surface area to be examined is illuminated as homogeneously as possible. In this sense, it is advantageous for the detection of the respective surface area to be examined to occur simultaneously under at least two observation angles according to the invention. Brightness differences, as they can occur during a movement of the measuring head relative to the bore to be examined, are thereby avoided.

Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, eine Auswertung nach dem Stereotriangulationsverfahren optimiert umzusetzen. Für die Optimierung sind insbesondere die Beobachtungswinkel (erster Beobachtungswinkel phi1 und zweiter Beobachtungswinkel phi2) von Bedeutung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Winkel symmetrisch sind, also der erste Beobachtungswinkel phi1 gleich oder annähernd gleich dem zweiten Beobachtungswinkel phi2 ist, und die Winkel bezogen auf die Normale zur Bohrungsinnenwand (und damit zur optischen Achse der Abbildungsoptik) unterschiedliche Vorzeichen haben. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Winkeldifferenz Δphi = phi2 - phi1 möglichst groß zu wählen. Beispielsweise und insbesondere kann die Winkeldifferenz wenigstens 5 Grad betragen.In particular, the invention makes it possible to optimally implement an evaluation according to the stereotriangulation method. For the optimization, the observation angles (first observation angle phi1 and second observation angle phi2) are of particular importance. It is advantageous if the angles are symmetrical, ie the first observation angle phi1 is equal to or approximately equal to the second observation angle phi2, and the angles relative to the normal to the bore inner wall (and thus to the optical axis of the imaging optics) have different signs. Furthermore, it is advantageous to select the angular difference Δphi = phi2-phi1 as large as possible. For example, and in particular, the angular difference may be at least 5 degrees.

Erfindungsgemäß ist es insbesondere auch möglich, eine Differenz zwischen einer ersten Weglänge, die das Licht unter dem ersten Beobachtungswinkel von der Innenwandung der Bohrung zu der Abbildungsoptik zurücklegt, und einer zweiten Weglänge, die das Licht von der Innenwandung der Bohrung zu der Abbildungsoptik zurücklegt, möglichst gering zu halten. Dadurch haben die beiden Stereobilder, also die unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln ausgenommenen Bilder, eine gleiche oder zumindest ähnliche Tiefenschärfe, was die Abbildungsqualität weiter verbessert und die Auswertung erleichtert.According to the invention, it is also possible, as far as possible, to make a difference between a first path length which traverses the light at the first viewing angle from the inner wall of the bore to the imaging optics and a second path length which travels the light from the inner wall of the bore to the imaging optics to keep low. As a result, the two stereo images, ie the images excluded under different viewing angles, have the same or at least similar depth of focus, which further improves the imaging quality and facilitates the evaluation.

Im Ergebnis verbessert die Erfindung die Auswertung von unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgenommenen Stereobildern, insbesondere nach dem Stereotriangulationsverfahren, auf geschickte und einfache Weise, wodurch die Abbildungsqualität gegenüber der bekannten Vorrichtung nochmals verbessert ist. Dies stellt bei der Bohrungsinspektion einen erheblichen Fortschritt dar.As a result, the invention improves the evaluation of stereo images taken at different viewing angles, in particular according to the stereotriangulation method, in a skilful and simple manner, whereby the imaging quality is further improved compared to the known device. This represents a significant advance in the bore inspection.

Der erfinderische Grundgedanke, die optische Abbildungsanordnung derart zu gestalten bzw. ihren Abbildungsstrahlengang derart zu wählen, dass eine zu untersuchende Oberfläche an der Innenwandung der Bohrung gleichzeitig unter wenigstens zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln von der Abbildungsoptik erfassbar ist oder erfasst wird, kann auf verschiedene Weise umgesetzt werden. Um den erfindungsgemäßen Grundgedanken mit besonders geringem Hardwareaufwand umzusetzen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die optische Abbildungsanordnung wenigstens ein lichtlenkendes optisches Element aufweist, das derart im Abbildungsstrahlengang angeordnet ist, dass eine zu untersuchende Oberflächenstelle an der Innenwandung der Bohrung gleichzeitig unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln (phil, phi2) von der Abbildungsoptik erfassbar ist oder erfasst wird.The inventive idea of designing the optical imaging arrangement or selecting its imaging beam path in such a way that a surface to be examined on the inner wall of the bore can be detected or detected simultaneously by the imaging optics under at least two different observation angles can be implemented in different ways. In order to implement the basic idea according to the invention with particularly low hardware expenditure, an advantageous development of the invention provides that the optical imaging arrangement has at least one light-directing optical element which is arranged in the imaging beam path such that a surface point to be examined on the inner wall of the bore simultaneously under at least two Observation angles (phil, phi2) can be detected or detected by the imaging optics.

Dabei ist zweckmäßigerweise wenigstens ein lichtlenkendes optisches Element derart in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet, dass der einem ersten Beobachtungswinkel phi1 zugeordnete erste optische Weg des Lichts direkt von der zu untersuchenden Oberflächenstelle zu der Abbildungsoptik und der einem zweiten Beobachtungswinkel phi2 zugeordnete zweite optische Weg des Lichts indirekt über das lichtlenkende Element von der zu untersuchenden Oberflächenstelle zu der Abbildungsoptik verläuft. Auf diese Weise kann eine Differenz zwischen den Weglängen des ersten optischen Wegs und des zweiten optischen Wegs verringert werden. Dadurch ist erreicht, dass die aufgenommenen Stereobilder eine gleiche oder zumindest ähnliche Tiefenschärfe haben.In this case, at least one light-directing optical element is expediently arranged in the imaging beam path such that the first optical path of the light, which is assigned to a first observation angle phi1, directly from the surface to be examined to the imaging optics and the second optical path of the light associated with a second observation angle phi2 indirectly via the light-guiding element extends from the surface to be examined to the imaging optics. In this way, a difference between the path lengths of the first optical path and the second optical path can be reduced. This ensures that the recorded stereo images have the same or at least similar depth of field.

Um die Abbildungsqualität weiter zu verbessern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass wenigstens ein lichtlenkendes Element derart in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet ist, dass der erste Beobachtungswinkel phi1 gleich oder annähernd gleich dem zweiten Beobachtungswinkel phi2 ist.In order to further improve the imaging quality, an advantageous development of the invention provides that at least one light-directing element is arranged in the imaging beam path such that the first observation angle phi1 is equal to or approximately equal to the second observation angle phi2.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung haben der erste Beobachtungswinkel phi1 und der zweite Beobachtungswinkel phi2 bezogen auf eine Normale auf die optische Achse vorzugsweise unterschiedliche Vorzeichen, so dass die zu erfassende Oberflächenstelle bezogen auf eine vertikale Anordnung des Messkopfes in der Bohrung während der Messung einmal von „oben“ und einmal von „unten“ betrachtet bzw. beobachtet wird.According to another advantageous development of the invention, the first observation angle phi1 and the second observation angle phi2 with respect to a normal to the optical axis preferably have different signs, so that the surface location to be detected with respect to a vertical arrangement of the measuring head in the bore during the measurement once from "Above" and once viewed from "below" or observed.

Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich auch ausreichend, wenn ein einzelnes lichtlenkendes Element verwendet wird. Um die Weglängendifferenz zwischen dem ersten optischen Weg und dem zweiten optischen Weg weiter zu verringern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass zwei in Axialrichtung der optischen Achse der Abbildungsoptik zueinander beabstandete lichtlenkende optische Elemente vorgesehen sind, von denen eines dem ersten Beobachtungswinkel und das andere dem zweiten Beobachtungswinkel zugeordnet ist, derart, dass der dem ersten Beobachtungswinkel phi1 zugeordnete erste Weg des Lichts von der zu untersuchenden Oberflächenstelle indirekt über eines der lichtlenkenden Elemente zu der Abbildungsoptik und der dem zweiten Beobachtungswinkel phi2 zugeordnete zweite Weg des Lichts indirekt über das andere lichtlenkende Element von der zu untersuchenden Oberflächenstelle zu der Abbildungsoptik verläuft.In principle, according to the invention, it is also sufficient if a single light-directing element is used. In order to further reduce the path-length difference between the first optical path and the second optical path, an advantageous development of the invention provides for two to be spaced from each other in the axial direction of the optical axis of the imaging optics light directing optical elements are provided, one of which is associated with the first observation angle and the other the second observation angle, such that the first observation angle phi1 associated first path of the light from the surface to be examined indirectly via one of the light directing elements to the imaging optics and the second observation angle phi2 associated second path of the light extends indirectly via the other light-directing element of the surface to be examined to the imaging optics.

Bei den Ausführungsformen mit dem lichtlenkenden Element kann dieses an beliebiger geeigneter Stelle in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet und auf beliebige geeignete Weise an dem Messkopf angeordnet bzw. befestigt sein. Im Sinne eines einfachen und kompakten Aufbaus sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass wenigstens ein lichtlenkendes Element an der Abbildungsoptik angeordnet bzw. befestigt ist.In embodiments with the light directing element, it may be located at any suitable location in the imaging beam path and mounted or attached to the measuring head in any suitable manner. In terms of a simple and compact construction, an advantageous development of the invention provides that at least one light-directing element is arranged or attached to the imaging optics.

Bei der vorgenannten Ausführungsform kann wenigstens ein lichtlenkendes optisches Element an einer Frontlinse der Abbildungsoptik befestigt sein, wie dies für sich genommen aus EP 2 589 953 A2 bekannt ist.In the aforementioned embodiment, at least one light directing optical element may be attached to a front lens of the imaging optics, as such EP 2 589 953 A2 is known.

Erfindungsgemäß können beliebige lichtlenkende Elemente verwendet werden, die geeignet sind, im Sinne des Grundgedankens der Erfindung eine gleichzeitige Beobachtung der zu untersuchenden Oberflächenstelle unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln zu ermöglichen. Beispielsweise können als lichtlenkende Elemente Linsen verwendet werden. Um das lichtlenkende Element besonders einfach zu gestalten, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass wenigstens ein lichtlenkendes Element ein Spiegel ist.According to the invention, it is possible to use any light-directing elements which are suitable for allowing simultaneous observation of the surface area to be examined under at least two observation angles in accordance with the basic concept of the invention. For example, lenses may be used as light-directing elements. In order to make the light-directing element particularly simple, an advantageous development of the invention provides that at least one light-directing element is a mirror.

Bei der vorgenannten Ausführungsform kann wenigstens ein Spiegel ein Planspiegel sein, wie es eine vorteilhafte Weiterbildung vorsieht. Entsprechende Planspiegel stehen als relativ einfache und kostengünstige Standardbauteile zur Verfügung und verteuern die Herstellung der erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung nicht in nennenswertem Maße.In the aforementioned embodiment, at least one mirror may be a plane mirror, as provided by an advantageous development. Corresponding plane mirrors are available as relatively simple and cost-effective standard components and do not make the production of the bore inspection device according to the invention appreciably more expensive.

Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswertungseinrichtung für eine Auswertung der bezogen auf eine Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln aufgenommenen Bilder mit dem Stereotriangulationsverfahren ausgebildet und eingerichtet ist, wie dies für sich genommen aus der DE 10 2015 010 225 A1 bekannt ist.An extraordinarily advantageous development of the invention provides that the evaluation device is designed and set up for the evaluation of the images taken with respect to a surface location under different observation angles using the stereotriangulation method, as taken in isolation from the US Pat DE 10 2015 010 225 A1 is known.

Um einen Vorschub in Axialrichtung der Rotationssymmetrieachse einer zu untersuchenden Bohrung und damit in Axialrichtung der optischen Achse der Abbildungsoptik zu bewirken, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass dem Messkopf eine durch eine Steuerungseinrichtung ansteuerbare Vorschubeinrichtung zugeordnet ist.In order to effect a feed in the axial direction of the rotational axis of symmetry of a bore to be examined and thus in the axial direction of the optical axis of the imaging optics, provides another advantageous development of the invention that the measuring head is assigned a controllable by a control device feed device.

Bei der vorgenannten Ausführungsform übermittelt die Steuerungseinrichtung zweckmäßigerweise der Auswertungseinrichtung die jeweilige axiale Position des Messkopfes repräsentierende Positionsdaten zur Zuordnung der jeweiligen axialen Position des Messkopfes zu den in dieser Position aufgenommenen Bildern.In the aforementioned embodiment, the control device expediently transmits to the evaluation device position data representing the respective axial position of the measuring head for associating the respective axial position of the measuring head with the images recorded in this position.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines an von der Abbildungsoptik erfassten Abbildungsbereiches an der Innenfläche der Bohrung in Hell- oder Dunkelfeldbeleuchtung vor. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann erfindungsgemäß in Hellfeldbeleuchtung oder Dunkelfeldbeleuchtung gearbeitet werden. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, zwischen einer Hellfeld- und einer Dunkelfeldbeleuchtung zu wechseln, wie dies aus der DE 10 2008 009 975 B4 bekannt ist.Another advantageous development of the invention provides an illumination device for illuminating an imaging region captured by the imaging optics on the inner surface of the bore in bright or dark field illumination. According to the respective requirements can be worked according to the invention in bright field illumination or dark field illumination. However, it is also possible according to the invention to switch between a bright field and a dark field illumination, as is known from US Pat DE 10 2008 009 975 B4 is known.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung zweckmäßigerweise für eine Beleuchtung der zu untersuchenden Oberflächenstelle sowohl aus Richtung des proximalseitigen Endes des Messkopfes als auch aus Richtung des distalseitigen Endes des Messkopfes ausgebildet, wie dies eine andere Weiterbildung vorsieht. Auf diese Weise ist die Homogenität der Beleuchtung verbessert. Unter dem distalseitigen Ende des Messkopfes wird das bezogen auf das Einführen des Messkopfes in eine Bohrung in Einführrichtung vordere Ende des Messkopfes verstanden, während unter dem proximalseitigen Ende das in Einführrichtung hintere Ende verstanden wird.In the aforementioned embodiment, the illumination device is expediently designed for illuminating the surface site to be examined, both from the direction of the proximal end of the measuring head and from the direction of the distal end of the measuring head, as provided by another development. In this way, the homogeneity of the lighting is improved. The distal end of the measuring head is understood as referring to the insertion of the measuring head into a bore in the insertion direction of the front end of the measuring head, while the proximal end is understood to mean the end in the insertion direction.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die Beleuchtungseinrichtung für eine Beleuchtung entlang eines von der Abbildungsoptik erfassten ringförmigen Bandes an der Innenfläche der Bohrung ausgebildet.According to another advantageous development, the illumination device is designed for illumination along an annular band detected by the imaging optics on the inner surface of the bore.

Sofern im Kontext der Erfindung von „einer“ zu untersuchenden Oberflächenstelle an der Innenwandung der Bohrung die Rede ist, so ist dies auf die Axialrichtung der Bohrung bezogen, und es versteht sich von selbst, dass der Abbildungsvorgang entsprechend dem Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens, gleichzeitig ein ringförmiges Band an der Innenwandung der Bohrung zu erfassen und abzubilden, gleichzeitig für eine Vielzahl von Oberflächenstellen entlang des in Umfangsrichtung der Bohrung verlaufenden ringförmigen Bandes stattfindet.If in the context of the invention of "one" to be examined surface site on the inner wall of the bore is mentioned, this is based on the axial direction of the bore, and it goes without saying that the imaging process according to the basic principle of the method, at the same time To detect and image annular band on the inner wall of the bore, at the same time for a variety of Surface locations along the circumferentially extending bore of the annular band takes place.

Unter einer Bohrung wird im Kontext der Erfindung jedwede rotationssymmetrische oder im Wesentlichen rotationssymmetrische Ausnehmung in einem Werkstück verstanden, unabhängig davon, auf welchem Wege die Ausnehmung in das Werkstück eingebracht worden ist, beispielsweise durch Bohren oder mittels eines anderen spanenden Bearbeitungsverfahrens oder durch Einformen oder dergleichen. Unter einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Ausnehmung wird im Kontext der Erfindung verstanden, dass die Grundform der Ausnehmung rotationssymmetrisch ist, diese jedoch beispielsweise Nuten oder dergleichen enthalten kann. Unter einer rotationssymmetrischen Ausnehmung im Sinne der Erfindung werden naturgemäß auch Ausnehmungen verstanden, deren Grundform aufgrund von Anomalien von der Rotationssymmetrie abweicht.In the context of the invention, a bore is understood to mean any rotationally symmetrical or essentially rotationally symmetrical recess in a workpiece, irrespective of the way in which the recess has been introduced into the workpiece, for example by drilling or by another machining method or by molding or the like. Under a substantially rotationally symmetrical recess is understood in the context of the invention that the basic shape of the recess is rotationally symmetrical, but this may for example contain grooves or the like. Naturally, a rotationally symmetrical recess in the sense of the invention also means recesses whose basic shape deviates from rotational symmetry due to anomalies.

Soweit im Kontext der Erfindung die Begriffe „axial“ bzw. „Axialrichtung“ verwendet werden, ist damit die Axialrichtung der Bohrung gemeint, die mit der durch die optische Achse der Abbildungsoptik definierten Axialrichtung der optischen Achse der Abbildungsoptik zusammenfällt.Insofar as the terms "axial" or "axial direction" are used in the context of the invention, this refers to the axial direction of the bore which coincides with the axial direction of the optical axis of the imaging optics defined by the optical axis of the imaging optics.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der stark schematisiert Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Bohrungsinspektionsvorrichtung dargestellt ist. Dabei bilden alle in der Beschreibung beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung. Zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören auch Unterkombinationen des Anspruchs 1 und der Unteransprüche, bei denen einzelne oder mehrere Merkmale des jeweiligen Anspruchs weggelassen oder durch andere Merkmale ersetzt sind.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, in which highly schematic embodiments of a bore inspection device according to the invention is shown. All the features described in the description, illustrated in the drawing and claimed in the claims taken alone and in any suitable combination with each other form the subject of the invention, regardless of their summary in the claims and their dependency and regardless of their description or representation in the drawing. The disclosure content of the present application also includes sub-combinations of claim 1 and the subclaims, in which individual or more features of the respective claim are omitted or replaced by other features.

Es zeigt:

1 stark schematisiert als Illustrationsbeispiel eine Bohrungsinspektionsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik
2 stark schematisiert eine Umsetzung eines mittels eines digitalen Bildaufnehmers der Vorrichtung gemäß 1 aufgenommenen Bildes in ein kartesisches Bild,
3 eine Prinzipdarstellung zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips eines Stereotriangulationsverfahrens,
4 in zu 1 ähnlicher Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
5 in gleicher Darstellung wie 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

It shows:

1 highly schematic as an illustration example, a bore inspection device according to the prior art
2 very schematically a conversion of a means of a digital image sensor of the device according to 1 taken picture into a Cartesian picture,
3 a schematic representation to illustrate the principle of operation of a stereotriangulation method,
4 in to 1 similar representation of a first embodiment of a device according to the invention and
5 in the same representation as 4 A second embodiment of a device according to the invention.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung und den verschiedenen Illustrations- und Ausführungsbeispielen sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Soweit in den Figuren der Zeichnung aus Darstellungs- bzw. Veranschaulichungsgründen Bauteile weggelassen sind, sind die betreffenden Bauteile jeweils in anderen Figuren sinnentsprechend zu ergänzen.In the various figures of the drawing and the various Illustrations- and embodiments, the same or corresponding components are provided with the same reference numerals. As far as components are omitted in the figures of the drawing for reasons of illustration or illustration, the relevant components are to be complemented in each case correspondingly in other figures.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass sowohl die Merkmale des Illustrationsbeispiels mit den Merkmalen der Ausführungsbeispiele als auch die Merkmale der Ausführungsbeispiele austauschbar bzw. kombinierbar sind, also die in Bezug auf ein Ausführungs- oder Illustrationsbeispiel offenbarten Merkmale identisch oder sinnentsprechend auch bei den anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein können. Es ist für den Fachmann ferner ersichtlich, dass die zu den Ausführungsbeispielen jeweils offenbarten einzelnen Merkmale die Erfindung jeweils für sich genommen weiterbilden, also unabhängig von den weiteren Merkmalen des jeweiligen Ausführungsbeispiels.It will be apparent to those skilled in the art that both the features of the illustration example with the features of the embodiments and the features of the embodiments are interchangeable, that is, the features disclosed in relation to an embodiment or illustration example identical or similar in the other embodiments can be provided. It will also be apparent to those skilled in the art that the individual features disclosed in each of the exemplary embodiments further develop the invention individually, that is to say independently of the further features of the respective exemplary embodiment.

In 1 ist eine Bohrungsinspektionsvorrichtung 2 gemäß dem Stand der Technik ( DE 10 2015 010 225 A1 ) zum Inspizieren einer Bohrung in einem Werkstück 6 dargestellt, die einen als in die zu inspizierende Bohrung 4 einführbares und in unterschiedliche axiale Positionen relativ zu der Bohrung 4 bewegbares Endoskop ausgebildeten Messkopf 8 aufweist, der eine optische Abbildungsanordnung 9 mit einer Abbildungsoptik 10 mit Rundumsicht zum Abbilden der Innenfläche der Bohrung 4 aufweist. Die Abbildungsoptik steht mit einem digitalen Bildaufnehmer 12 in Bildübertragungsverbindung.In 1 is a bore inspection device 2 according to the prior art ( DE 10 2015 010 225 A1 ) for inspecting a hole in a workpiece 6 shown as one in the bore to be inspected 4 insertable and in different axial positions relative to the bore 4 movable endoscope trained measuring head 8th comprising an optical imaging arrangement 9 with an imaging optics 10 with all-round view for imaging the inner surface of the bore 4 having. The imaging optics is available with a digital image recorder 12 in image transmission connection.

Die Vorrichtung 2 weist ferner einen Speicher 14 zur Abspeicherung der in unterschiedlichen axialen Positionen des Messkopfes 8 aufgenommenen Bilder auf, wobei der Speicher 14 mit dem digitalen Bildaufnehmer 12 in Bildübertragungsverbindung steht.The device 2 also has a memory 14 for storing in different axial positions of the measuring head 8th taken pictures, the memory 14 with the digital image recorder 12 is in picture transmission connection.

Zur Auswertung der in dem Speicher 14 gespeicherten Bilder ist eine Auswertungseinrichtung 16 vorgesehen.For evaluation in the memory 14 stored images is an evaluation device 16 intended.

Um den Messkopf 8 in Axialrichtung der Bohrung 4 relativ zu derselben zu bewegen und den Messkopf 8 damit axial zu positionieren (Doppelpfeil 18), ist dem Messkopf 8 eine durch Steuerungseinrichtung 20 ansteuerbare Vorschubeinrichtung 22 vorgesehen.Around the measuring head 8th in the axial direction of the bore 4 relative to the same move and the measuring head 8th to position it axially (double arrow 18 ), is the measuring head 8th one through control device 20 controllable feed device 22 intended.

Die Steuerungseinrichtung 20 steht mit der Auswertungseinrichtung 16 in Datenübertragungsverbindung und übermittelt der Auswertungseinrichtung 16 die jeweilige axiale Position des Messkopfes 8 zur Zuordnung der jeweiligen axialen Position des Messkopfes 8 zu einem in dieser Position aufgenommenen Bild.The control device 20 stands with the evaluation device 16 in data transmission connection and transmitted to the evaluation device 16 the respective axial position of the measuring head 8th for the assignment of the respective axial position of the measuring head 8th to a picture taken in this position.

Zur Beleuchtung eines von der Abbildungsoptik 10 erfassten Abbildungsbereiches an der Innenfläche der Bohrung 4 in Hell- und/oder Dunkelfeldbeleuchtung ist eine Beleuchtungseinrichtung 24 vorgesehen, die bei dem Ausführungsbeispiel eine ringförmige Lichtquelle, beispielsweise mit einer Mehrzahl von LEDs, aufweist. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung wird auf die DE 10 2008 009 975 A1 und die DE 10 2009 019 459 A1 Bezug genommen, die hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen werden.To illuminate one of the imaging optics 10 recorded imaging area on the inner surface of the bore 4 in bright and / or dark field illumination is a lighting device 24 provided, which in the embodiment an annular light source, for example with a plurality of LEDs has. With regard to the design of the lighting device is on the DE 10 2008 009 975 A1 and the DE 10 2009 019 459 A1 Reference is hereby made to the entire contents of the present application by reference.

Die Funktionsweise der Vorrichtung 2 ist wie folgt:The operation of the device 2 is as follows:

Zur Inspektion der Bohrung 4 wird der Messkopf 8 mit der Abbildungsoptik 10 in die Bohrung 4 eingeführt, wobei der Messkopf 8 mittels der Vorschubeinrichtung 22 in Richtung des Doppelpfeiles 18 axial positioniert wird.For inspection of the bore 4 becomes the measuring head 8th with the imaging optics 10 into the hole 4 introduced, with the measuring head 8th by means of the feed device 22 in the direction of the double arrow 18 is positioned axially.

Umlaufende Mantellinien an der Innenwandung der Bohrung 4 werden durch die Abbildungsoptik 10 mit Rundumsicht als Kreis auf den Bildaufnehmer 12 abgebildet.Circumferential generatrices on the inner wall of the bore 4 be through the imaging optics 10 with panoramic view as a circle on the image sensor 12 displayed.

In 2 ist die Sensorfläche symbolisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet. Mantellinien an unterschiedlichen Orten in z-Richtung des Bildaufnehmers 10 werden dabei unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln φ1 (phil) und φ2 (phi2) abgebildet.In 2 the sensor surface is shown symbolically and by the reference numeral 26 designated. Generel lines at different locations in the z-direction of the image sensor 10 are doing so under different viewing angles φ1 (phil) and φ2 (phi2) shown.

In 1 sind symbolisch zwei Mantellinien mit den Bezugszeichen 28 und 30 bezeichnet. Den Betrachtungswinkelbereich (Beobachtungswinkelbereich) der Abbildungsoptik 10 begrenzende Randstrahlen sind in 1 mit den Bezugszeichen 32, 34 bezeichnet.In 1 are symbolically two generatrices with the reference numerals 28 and 30 designated. The viewing angle range (observation angle range) of the imaging optics 10 limiting edge rays are in 1 with the reference numerals 32 . 34 designated.

In 1 ist oben rechts dargestellt, dass in der dargestellten Stellung des Messkopfes 8 die Mantellinie 28 unter dem Betrachtungswinkel φ1 und die Mantellinie 30 unter dem Betrachtungswinkel φ2 betrachtet wird.In 1 is shown at the top right, that in the illustrated position of the measuring head 8th the generatrix 28 under the viewing angle φ1 and the generatrix 30 under the viewing angle φ2 is looked at.

Um ein komplettes Bild der Innenfläche der Bohrung 4 zu erhalten, wird der Messkopf 8 relativ zu der Bohrung 4 axial bewegt, wobei in bestimmten Abständen Bilder aufgenommen werden. Das Kamerabild wird jeweils kreisförmig ausgelesen und durch Polarkoordinatentransformation zeilenweise in ein kartesisches Bild überführt, wobei die so aufgenommenen Bilder in dem Speicher 14 abgespeichert werden.To get a complete picture of the inner surface of the hole 4 to get the measuring head 8th relative to the bore 4 moved axially, with images taken at certain intervals. The camera image is in each case read circularly and transferred by polar coordinate transformation line by line in a Cartesian image, wherein the images thus recorded in the memory 14 be stored.

In 2 ist symbolisch dargestellt, wie auf die Sensorfläche 26 des Bildaufnehmers 12 abgebildete Mantellinien 32, 34 in kartesische Bilder 36, 38 umgesetzt werden.In 2 is symbolically represented as on the sensor surface 26 of the image recorder 12 illustrated generatrices 32 . 34 in Cartesian pictures 36 . 38 be implemented.

Nachdem der Messkopf 8 in Axialrichtung soweit in die Bohrung 4 eingeführt worden ist, dass diese in ihrer gesamten axialen Tiefe erfasst ist, stellen die in dem Speicher 14 gespeicherten Bilder die Innenfläche der Bohrung 4 in ihrer Gesamtheit dar.After the measuring head 8th in the axial direction far into the hole 4 has been introduced that this is detected in its entire axial depth, put in the memory 14 stored images the inner surface of the bore 4 in their entirety.

Es ist ersichtlich, dass während der axialen Bewegung des Messkopfes 8 jede Oberflächenstelle der Innenwandung der Bohrung 4 zeitlich aufeinanderfolgend und entsprechend der jeweiligen axialen Position des Messkopfes 8 unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln betrachtet und abgebildet wird. Zur Gewinnung von Oberflächentiefeninformation werden die bezogen auf die jeweilige Oberflächenstelle unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgenommenen Bilder nach dem Stereotriangulationsverfahren ausgewertet.It can be seen that during the axial movement of the measuring head 8th any surface location of the inner wall of the bore 4 temporally successive and corresponding to the respective axial position of the measuring head 8th viewed and imaged under different viewing angles. To obtain surface depth information, the images recorded at different viewing angles relative to the respective surface location are evaluated by the stereotriangulation method.

Falls anhand der aufgenommenen Bilder eine Anomalie an der Innenwandung der Bohrung 4 festgestellt wird, so kann mittels der Oberflächentiefeninformation festgestellt werden, ob es sich um eine Vertiefung und damit um einen Oberflächenfehler oder aber um eine Erhebung handelt, die möglicherweise auf eine Verschmutzung einer ansonsten einwandfreien Oberfläche zurückzuführen ist.If, based on the images taken, an anomaly on the inner wall of the hole 4 is determined, it can be determined by means of the surface depth information, whether it is a depression and thus a surface defect or a survey, which may be due to contamination of an otherwise flawless surface.

Die Vorrichtung 2 ermöglicht es daher, Anomalien nicht nur zu detektieren, sondern auch zu klassifizieren.The device 2 Therefore it is not only possible to detect anomalies, but also to classify them.

Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung 2 besteht darin, dass die Oberflächentiefeninformation aus den während eines Inspektionsdurchlaufes ohnehin aufgenommenen Bildern ermittelt wird. Die Gewinnung der Oberflächentiefeninformation erfordert daher keine Verlängerung der Inspektionsdauer.A particular advantage of the device 2 is that the surface depth information is determined from the images taken during an inspection run anyway. Obtaining the surface depth information therefore does not require an extension of the inspection period.

3 dient zur erweiterten Erläuterung der grundsätzlichen Funktionsweise eines StereoTriangulationsverfahrens. Eine zu untersuchenden Oberflächenstelle X wird von zwei unterschiedlichen Positionen O und O’ aus beobachtet. 3 serves for the extended explanation of the basic functionality of a stereo triangulation method. A surface site X to be examined is observed from two different positions O and O '.

Die Beobachtung aus den unterschiedlichen Positionen O und O’ kann dabei grundsätzlich dadurch erfolgen, dass der Messkopf 8 bewegt wird, wie dies beim Gegenstand der DE 10 2015 010 225 A1 der Fall ist. Die Beobachtung aus den unterschiedlichen Positionen O, O’ jedoch erfindungsgemäß gleichzeitig, wie dies nachfolgend näher erläutert wird.The observation from the different positions O and O 'can in principle take place in that the measuring head 8th is moved, like this in the subject matter of DE 10 2015 010 225 A1 the case is. The observation from the different positions O, O 'according to the invention, however, simultaneously, as will be explained in more detail below.

Korrespondierende Punkte der Oberflächenstelle X erscheinen unter x bzw. x’ im Fokus f. Mit dem Abstand B (Baseline/Basis) der Beobachtungspositionen lässt sich nun die Tiefe Z zu $Z = B * \frac{f}{x - x^{r}}$

berechnen. Dabei steigt die Tiefenauflösung mit Vergrößerung der Baseline an.Corresponding points of the surface point X appear under x or x 'in focus f. With the distance B (baseline / base) of the observation positions, the depth Z can now be assigned

Z = B * \frac{f}{x - x^{r}}

to calculate. The depth resolution increases as the baseline increases.

Wie aus 3 ersichtlich ist, lassen sich die Stereo-Eigenschaften der durchgeführten Abbildung auch unter Verwendung der Beobachtungswinkel phi1 und phi2 beschreiben. Die Beobachtungswinkel phi1 und phi2 sind auf eine Normale 40 zur in 3 durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Innenwandung 4 der Bohrung bezogen, die einer Normalen zur optischen Achse 42 der Abbildungsoptik 10 (vgl. 1) entspricht.How out 3 can be seen, the stereo properties of the performed mapping can also be described using the observation angles phi1 and phi2. The observation angles phi1 and phi2 are on a normal 40 to in 3 indicated by a dashed line inner wall 4 the bore, which is a normal to the optical axis 42 the imaging optics 10 (see. 1 ) corresponds.

Mit zunehmender Winkeldifferenz $Δ phi = phi2 - phi1$

steigt die Tiefenauflösung, und es können mehr Details an der Oberfläche der Innenwandung 4 erkannt werden.With increasing angle difference

Δ phi = phi 2 - phi1

the depth resolution increases, and there may be more details on the surface of the inner wall 4 be recognized.

Im Sinne einer Optimierung des erläuterten Stereoprinzips ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächenstelle X gleichzeitig von beiden Positionen O und O’ beobachtet wird, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist. Im Sinne der Optimierung ist es weiter vorteilhaft, wenn die Winkel phi1 und phi2 symmetrisch sind und unterschiedliche Vorzeichen haben und die Winkeldifferenz Δphi möglichst groß ist. Beispielsweise kann von einer Winkeldifferenz von mindestens 5 Grad ausgegangen werden.In the sense of optimizing the stereo principle explained, it is advantageous if the surface point X is observed simultaneously from both positions O and O ', as is provided according to the invention. In terms of optimization, it is also advantageous if the angles phi1 and phi2 are symmetrical and have different signs and the angular difference Δphi is as large as possible. For example, it can be assumed that an angle difference of at least 5 degrees.

Eine weiter Optimierung der Abbildungsqualität ist ferner dadurch möglich, dass die Innenwandung 4 im Bereich der Oberflächenstelle X möglichst homogen ausgeleuchtet wird, so dass die aufgenommenen Stereobilder zumindest annähernd gleich hell sind.Further optimization of the imaging quality is also possible because the inner wall 4 is illuminated as homogeneously as possible in the area of the surface location X, so that the recorded stereo images are at least approximately the same brightness.

Im Sinne einer Optimierung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die aus den Beobachtungspositionen aufgenommenen Stereobilder eine gleiche oder zumindest ähnliche Tiefenschärfe haben.In terms of optimization, it is furthermore advantageous if the stereo images recorded from the observation positions have the same or at least similar depth of field.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß den 4 und 5 unterscheiden sich von dem Illustrationsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass erfindungsgemäß jede zu untersuchende axiale Oberflächenstelle gleichzeitig unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln erfasst und abgebildet wird. Die Auswertung der aufgenommenen Stereobilder erfolgt, wie bei dem Illustrationsbeispiel gemäß 1 und in der DE 10 2015 010 225 A1 beschrieben, mittels des Stereotriangulationsverfahrens.The embodiments of the invention according to the 4 and 5 differ from the illustrative example according to 1 in that, according to the invention, each axial surface area to be examined is simultaneously recorded and imaged under at least two observation angles. The evaluation of the recorded stereo images takes place, as in the illustration example according to 1 and in the DE 10 2015 010 225 A1 described by the stereotriangulation method.

In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, bei der erfindungsgemäß die optische Abbildungsanordnung 9 derart ausgebildet ist, dass eine zu untersuchende Oberflächenstelle X an der Innenwandung 4 der Bohrung gleichzeitig unter wenigstens zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln phi1, phi2 von der Abbildungsoptik 10 erfasst wird.In 4 is a first embodiment of a device according to the invention 2 shown in accordance with the invention, the optical imaging arrangement 9 is formed such that a surface point X to be examined on the inner wall 4 the bore simultaneously under at least two different observation angles phi1, phi2 of the imaging optics 10 is detected.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die optische Abbildungsanordnung 9 ein zu der optischen Achse 42 der Abbildungsoptik 10 rotationssymmetrisches lichtlenkendes optisches Element 44 auf, das bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Planspiegel gebildet ist, der an einer Frontlinse 46 der Abbildungsoptik 8 befestigt ist, wie dies für sich genommen aus der EP 2 589 953 A2 bekannt ist.At the in 4 illustrated embodiment, the optical imaging arrangement 9 one to the optical axis 42 the imaging optics 10 rotationally symmetrical light-directing optical element 44 on, which is formed in this embodiment by a plane mirror, on a front lens 46 the imaging optics 8th attached, as taken by itself from the EP 2 589 953 A2 is known.

Das lichtlenkende optische Element 44 ist derart in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet, dass der dem ersten Beobachtungswinkel phi1 zugeordnete erste optische Weg des Lichts direkt von der zu untersuchenden Oberflächenstelle X zu der Abbildungsoptik 10 verläuft. Dieser erste optische Weg ist in 4 mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet. Demgegenüber verläuft der dem zweiten Beobachtungswinkel phi2 zugeordnete zweite optische Weg des Lichts indirekt über das lichtlenkende Element 44 von der zu untersuchenden Oberflächenstelle X zu der Abbildungsoptik 10. Dieser zweite optische Weg ist in 4 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Auf diese Weise ist eine zeitgleiche Beobachtung der zu untersuchenden Oberflächenstelle X unter den Beobachtungswinkeln phi1 und phi2 ermöglicht.The light directing optical element 44 is arranged in the imaging beam path such that the first optical path of the light associated with the first observation angle phi1 directly from the surface point X to be examined to the imaging optics 10 runs. This first optical path is in 4 with the reference number 48 designated. In contrast, the second optical path of the light associated with the second observation angle phi2 extends indirectly via the light-directing element 44 from the surface point X to be examined to the imaging optics 10 , This second optical path is in 4 with the reference number 50 designated. In this way, a simultaneous observation of the surface point X to be examined under the observation angles phi1 and phi2 is made possible.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Beobachtungswinkel phi1 und phi2 bezogen auf die Normale 40 symmetrisch, also gleich groß. Das erfindungsgemäße Grundprinzip einer gleichzeitigen Beobachtung unter wenigstens zwei Beobachtungswinkeln ist jedoch auch dann umsetzbar, wenn die Beobachtungswinkel phi1 und phi2 nicht symmetrisch, also nicht gleich groß sind.In the illustrated embodiment, the observation angles are phi1 and phi2 with respect to the normal 40 symmetrical, that is the same size. However, the basic principle according to the invention of a simultaneous observation under at least two observation angles can also be implemented if the observation angles phi1 and phi2 are not symmetrical, that is, not the same.

In der weiter oben näher erläuterten Weise ist erfindungsgemäß die Abbildungsqualität gegenüber der bekannten Vorrichtung noch weiter verbessert.In the manner explained in more detail above, according to the invention, the imaging quality is further improved compared to the known device.

Um die Ausleuchtung der Innenwandung der Bohrung im Bereich der zu untersuchenden Oberflächenstelle weiter zu verbessern, ist die Beleuchtungseinrichtung 24 für eine Beleuchtung der zu untersuchenden Oberflächenstelle x sowohl aus Richtung des proximalseitigen Endes, also des in 1 und 4 oberen Endes des Messkopfes 8, als auch aus Richtung des distalseitigen Endes, also des in 1 bzw. 4 unteren Endes des Messkopfes 8 ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsanordnung 24 hierzu ringförmig angeordnete bzw. abstrahlende Beleuchtungselemente auf, die beispielsweise durch Leuchtdioden gebildet sein können und von denen in 4 lediglich ein Beleuchtungselement mit dem Bezugszeichen 52 versehen ist. In order to further improve the illumination of the inner wall of the bore in the area of the surface to be examined, the illumination device 24 for illumination of the surface site x to be examined both from the direction of the proximal end, that is to say in FIG 1 and 4 upper end of the measuring head 8th , as well as from the direction of the distal end, so in 1 respectively. 4 lower end of the measuring head 8th educated. In the illustrated embodiment, the illumination assembly 24 for this purpose arranged annular or radiating illumination elements, which may be formed for example by light emitting diodes and of which in 4 only an illumination element with the reference numeral 52 is provided.

Das Beleuchtungselement 52 strahlt einerseits direkt auf die Innenwandung der Bohrung 4 ab (Linien 54, 54' in 4, proximalseitige Beleuchtung). Andererseits strahlt das Beleuchtungselement auf ein zusätzliches lichtlenkendes bzw. lichtstreuendes Element ab (vgl. Linie 58 in 4), das bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Spiegel 56 gebildet ist, der an dem in Radialrichtung äußeren Rand des lichtlenkenden Elements 44 angeordnet ist. Der Spiegel 56 lenkt das Beleuchtungslicht auf die Innenwand der Bohrung 4 (Linien 60, 60 in 4, distalseitige Beleuchtung), so dass die Innenwand der Bohrung 4 im Bereich der zu untersuchenden Oberflächenstelle X, sowohl vom proximalseitigen Ende als auch vom distalseitigen Ende des Messkopfes 8 her beleuchtet wird. Bezogen auf ein vertikales Einführen des Messkopfes 8 in die Bohrung 4 wird die Oberflächenstelle X also sowohl von „oben“ (Linien 54, 54) als auch von „unten“ (Linien 60, 60) beleuchtet.The lighting element 52 on the one hand radiates directly onto the inner wall of the bore 4 off (lines 54 . 54 ' in 4 , proximal illumination). On the other hand, the illumination element radiates onto an additional light-directing or light-scattering element (compare line 58 in 4 ), which in this embodiment by a mirror 56 formed on the radially outer edge of the light-directing element 44 is arranged. The mirror 56 directs the illumination light on the inner wall of the hole 4 (lines 60 . 60 in 4 , distal illumination), leaving the inner wall of the bore 4 in the area of the surface X to be examined, both from the proximal end and from the distal end of the measuring head 8th is illuminated. Relative to a vertical insertion of the measuring head 8th into the hole 4 Thus, the surface location X will be from both "top" (lines 54 . 54 ) as well as from "below" (lines 60 . 60 ) illuminated.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die Längendifferenz zwischen dem ersten optischen Weg 48 und dem zweiten optischen Weg 50 bereits relativ gering.In the embodiment according to 4 is the length difference between the first optical path 48 and the second optical path 50 already relatively low.

Um die Weglängendifferenz weiter zu verringern, kann ein zusätzliches lichtlenkendes Element verwendet werden.To further reduce the path length difference, an additional light directing element may be used.

5 zeigt eine entsprechende Anordnung, bei der zusätzlich zu dem lichtlenkenden optischen Element 44 ein weiteres lichtlenkendes optisches Element 60 vorgesehen ist, das an einer Fassung 62 der Abbildungsoptik 8 befestigt und als zu der optischen Achse rotationssymmetrischer Planspiegel ausgebildet ist. Wie aus 5 ersichtlich ist, sind die Planspiegel 44, 60 zueinander parallel sowie in Axialrichtung der optischen Achse 42 zueinander beabstandet angeordnet. 5 shows a corresponding arrangement, in addition to the light-directing optical element 44 another light directing optical element 60 is provided, that s.einer version 62 the imaging optics 8th fixed and is formed as to the optical axis rotationally symmetrical plane mirror. How out 5 it can be seen, are the plane mirror 44 . 60 parallel to each other and in the axial direction of the optical axis 42 spaced apart.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist die Weglängendifferenz zwischen dem ersten optischen Weg 48 und dem zweiten optischen Weg 50 weiter verringert, so dass auf diese Weise die Abbildungseigenschaften in der oben bereits näher erläuterten Weise weiter verbessert sind.In the embodiment according to 5 is the path length difference between the first optical path 48 and the second optical path 50 further reduced, so that in this way the imaging properties are further improved in the manner already explained in more detail above.

Es versteht sich von selbst, dass im Sinne der Untersuchung einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bohrung die in den 1, 4 und 5 dargestellten Anordnungen rotationssymmetrisch sind.It goes without saying that in the sense of the investigation of a substantially rotationally symmetrical bore in the 1 . 4 and 5 arrangements shown are rotationally symmetric.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die lichtlenkenden Elemente 44, 60 sowie das lichtlenkende Element 56 als optische Bauteile mit Planflächen dargestellt. Erfindungsgemäß sind jedoch auch beliebige andere (konkave oder konvexe) Freiformen denkbar.In the illustrated embodiments, the light directing elements 44 . 60 as well as the light directing element 56 shown as optical components with flat surfaces. According to the invention, however, any other (concave or convex) freeforms are conceivable.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 4 oder 5 sind die lichtlenkenden Elemente 44 bzw. 60 an der Abbildungsoptik 10 angeordnet. Andere Anordnungen, insbesondere an anderer Stelle des Messkopfes sowie unabhängig von dem Messkopf, sind erfindungsgemäß jedoch ebenfalls möglich.In the embodiments according to the 4 or 5 are the light directing elements 44 respectively. 60 at the imaging optics 10 arranged. However, other arrangements, in particular elsewhere in the measuring head and independently of the measuring head, are also possible according to the invention.

Die Erfindung bietet gegenüber dem Stand der Technik weiter verbesserte Abbildungseigenschaften bei nur geringfügig höheren Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine hohe Messgenauigkeit und ist auch für messtechnisch schwierige Oberflächen besser geeignet. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine Verbesserung der Beleuchtungseigenschaften.The invention offers over the prior art further improved imaging properties with only slightly higher production costs of the device according to the invention. The device according to the invention enables high measurement accuracy and is also better suited for metrologically difficult surfaces. In addition, the invention enables an improvement of the lighting properties.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims

Bore inspection device (2) for inspecting an inner wall of a bore (4) in a workpiece (6), having a measuring head (8) which can be inserted as an endoscope to be inspected in the bore (4) and movable into different positions relative to the bore (4). comprising an optical imaging assembly (9) having omnidirectional imaging optics (10) for imaging the inner surface of the bore (4), the imaging optics (10) being in image communication with a digital imager (12) having a memory (14). for storing the images recorded in different axial positions of the measuring head (8) and with an evaluation device (16) for evaluating the images stored in the memory, wherein the evaluation device (16) for obtaining surface depth information of the inner surface of the bore (4) from with respect to the respective surface location at different observation angles the imaging optics (10) recorded images is formed and set up with a 3D reconstruction method, characterized in that the optical imaging arrangement (9) is formed such that a surface to be examined (X) at the inner wall of the bore (4) at least simultaneously two different observation angles (phil, phi2) of the imaging optics (10) can be detected or detected.

Bore inspection device according to Claim 1 , characterized in that the optical imaging arrangement (9) has at least one light-directing optical element (44) which is arranged in the imaging beam path of the optical imaging arrangement (9) such that a surface location (X) to be examined is arranged on the inner wall of the bore (4). at the same time under at least two different observation angles (phil, phi2) of the imaging optics (10) is detected or detected.

Bore inspection device according to Claim 2 Characterized in that at least one light-directing optical element (44) is arranged in the imaging beam path, that a first observation angle (phil) associated with the first optical path (48) of the light directly from the to be examined surface location (X) (to the imaging optics 10) and the second optical path (50) of the light, which is associated with a second observation angle (phi2), extends indirectly via the light-directing element (44) from the surface point (X) to be examined to the imaging optics (10).

Bore inspection device according to Claim 2 or 3 , characterized in that at least one light directing element (44) is arranged in the imaging beam path such that the path lengths of the first optical path (48) and the second optical path (50) are equal or approximately equal.

Bore inspection device according to one of Claims 2 to 4 , characterized in that at least one light-directing element (44) is arranged in the imaging beam path such that the first observation angle (phi1) is equal to or approximately equal to the second observation angle (phi2).

Bore inspection device according to one of Claims 2 to 5 , characterized in that two in the axial direction of the optical axis (42) of the imaging optical system (10) spaced light-guiding optical elements (44, 60) are provided, of which a first (44) the first observation angle (phil) and a second (60 ) is assigned to the second observation angle (phi2), such that the first optical path (48) of the light associated with the first observation angle (phil) from the surface location (X) to be examined indirectly via one of the light-directing optical elements (60) to the imaging optics (10) and the said second observation angle (phi2) associated second optical path (50) of the light indirectly via the other light-directing optical element (60) from the surface to be examined (X) to the imaging optics (10).

Bore inspection device according to one of Claims 2 to 6 , characterized in that at least one light-directing element (44, 60) is attached to the imaging optics (10).

Bore inspection device according to one of Claims 2 to 7 , characterized in that at least one light-directing element (44) on a front lens (46) of the imaging optics (10) is attached.

Bore inspection device according to one of the claims Claim 2 to 7 , characterized in that at least one light directing element (44, 60) is a mirror.

Bore inspection device according to Claim 8 , characterized in that at least one mirror is a plane mirror.

Bore inspection device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device (6) for evaluating the images taken with respect to a surface location at different observation angles (phil, phi2) with the Stereotriangulationsverfahren is trained and set up.

Bore inspection device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring head (8) is assigned by means of a control device (20) controllable feed device (22).

Bore inspection device according to Claim 12 , characterized in that the control device (20) of the evaluation device (16) transmits the respective axial position of the measuring head (8) representing position data for assigning the respective axial position of the measuring head (8) to an image recorded in this position.

Bore inspection device according to one of the preceding claims, characterized by illumination means (24) for illuminating an imaging region captured by the imaging optics (10) on the inner surface of the bore (4) in bright or dark field illumination.

Bore inspection device according to Claim 14 , characterized in that the illumination device for illuminating the surface site to be examined is formed both from the direction of the proximal end of the measuring head (8) and from the direction of the distal end of the measuring head (8).

Bore inspection device according to Claim 14 or 15 , characterized in that the illumination device for illumination along an annular band detected by the imaging optics is formed on the inner surface of the bore (4).