DE102023127056A1

DE102023127056A1 - Device for measuring damage depths parallel to an observation direction

Info

Publication number: DE102023127056A1
Application number: DE102023127056.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Engelbrecht; Konstantin Markert
Original assignee: Elbe Flugzeugwerke GmbH
Current assignee: Elbe Flugzeugwerke GmbH
Priority date: 2023-10-04
Filing date: 2023-10-04
Publication date: 2025-04-10
Anticipated expiration: 2043-10-05
Also published as: DE102023127056B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum optischen Messen von Schadtiefen in einer Beobachtungsfläche eines Gegenstands offenbart. Die Vorrichtung umfasst ein optisches Mikrometer mit einer Linsenanordnung, einer optischen Achse der Linsenanordnung, und einer Auswerteeinheit, und eine in einem definierten Abstand vor dem optischen Mikrometer angeordneten Spiegelanordnung mit einem Spiegel. Der Spiegel ist unter einem Winkel zu der optischen Achse angeordnet, um so die Beobachtungsfläche über den Spiegel und durch die Linsenanordnung abzubilden. Die Linsenanordnung ist relativ zu dem Spiegel entlang der optischen Achse verschiebbar, um so die Gegenstandsebene der Linsenanordnung anzupassen und somit die Linsenanordnung auf einem Bereich zu fokussieren. Die Auswerteeinheit ist konfiguriert, einen Verschiebeweg der Linsenanordnung zu messen. Die Vorrichtung ist konfiguriert, die Schadtiefe eines Schadens in der Beobachtungsfläche zu bestimmen, durch: Fokussieren der Linsenanordnung auf einen unbeschädigten Bereich der Beobachtungsfläche, Fokussieren der Linsenanordnung auf einen Schadpunkt in der Beobachtungsfläche, und Messen des relativen Verschiebewegs durch die Auswerteeinheit. Der relative Verschiebeweg korrespondiert mit der Schadtiefe des Schadpunkts.

A device for optically measuring damage depths in an observation surface of an object is disclosed. The device comprises an optical micrometer with a lens arrangement, an optical axis of the lens arrangement, and an evaluation unit, and a mirror arrangement with a mirror arranged at a defined distance in front of the optical micrometer. The mirror is arranged at an angle to the optical axis in order to image the observation surface via the mirror and through the lens arrangement. The lens arrangement is displaceable relative to the mirror along the optical axis in order to adjust the object plane of the lens arrangement and thus focus the lens arrangement on a specific area. The evaluation unit is configured to measure a displacement path of the lens arrangement. The device is configured to determine the damage depth of damage in the observation surface by: focusing the lens arrangement on an undamaged area of the observation surface, focusing the lens arrangement on a damaged point in the observation surface, and measuring the relative displacement path using the evaluation unit. The relative displacement corresponds to the damage depth of the damage point.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum optischen Messen einer Schadtiefe eines Schadens in einer Beobachtungsfläche.The present disclosure relates to a device for optically measuring a damage depth of a damage in an observation area.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Insbesondere in der Luftfahrt ist die frühzeitige und genau Erkennung von Oberflächenbeschädigungen, beispielsweise in Form von Kratzern, Einschlägen, Korrosionsschäden, etc., und deren Ausprägung, d.h. der Schadtiefe des jeweiligen Oberflächenschadens, wünschenswert.Especially in aviation, the early and accurate detection of surface damage, for example in the form of scratches, impacts, corrosion damage, etc., and their severity, i.e. the depth of the respective surface damage, is desirable.

Grundsätzlich kommen zur Dimensionsvermessung von Schäden verschiedene Messverfahren in Betracht, welche unter anderem beispielsweise mechanische Messverfahren mit Messuhren, Rauhheitsmessgeräten und ähnliche umfassen. Derartige Messverfahren und Vorrichtung arbeiten mit Messeinheiten wie Messspitzen, Messarmen, etc., und können naturgemäß Schadtiefen nur so genau wie die Größe dieser Messeinheiten bestimmen. Insbesondere bei der Messung von relativ kleinen Schäden wie Kratzern, Einschlägen, Korrosionsschäden, etc. kommen diese Messverfahren und Vorrichtungen demgemäß an ihre Grenzen, da mechanische Messmittel mit Messspitzen u.ä. nicht vollständig während der Messung in die maximale Schadtiefe eindringen können.In principle, various measurement methods can be considered for the dimensional measurement of damage, including, for example, mechanical measuring methods using dial indicators, roughness measuring devices, and similar instruments. Such measuring methods and devices work with measuring units such as measuring tips, measuring arms, etc., and can naturally only determine damage depths as accurately as the size of these measuring units. These measuring methods and devices reach their limits, particularly when measuring relatively small damages such as scratches, impacts, corrosion damage, etc., because mechanical measuring devices with measuring tips and similar instruments cannot fully penetrate the maximum damage depth during the measurement.

Optische Messverfahren hingegen sind nicht von solchen Messspitzen, Messarmen, etc. abhängig sondern basieren auf der Messung mit Licht und erlauben eine deutlich bessere Dimensionsauflösung. Zur Messung von Oberflächenschäden, beispielsweise an Rümpfen, Tragflächen, etc. kommen beispielsweise optische Mikrometer zum Einsatz. Derartige Mikrometer werden zunächst auf die Oberfläche des zu untersuchenden Bauteils in einem rechten Winkel aufgesetzt. Danach wird das Mikrometer auf einen unbeschädigten Bereich außerhalb des zu untersuchenden Schadens (beispielsweise eines Kratzers) fokussiert. Dazu wird das Bild des Mikrometers durch ein Okular betrachtet und als Referenzpunkt der unbeschädigte Bereich scharf gestellt. Anschließend wir die tiefste Stelle des Schadens selbst fokussiert, indem das Linsensystem des optischen Mikrometers mit Hilfe eines Fokussierrings verstellt wird. Die Schadtiefe lässt sich dann über den gemessenen Verstellweg, welcher über eine Anzeige dargestellt wird, sehr genau ermitteln.Optical measuring methods, on the other hand, do not depend on such measuring tips, measuring arms, etc. but are based on measurements with light and allow for significantly better dimensional resolution. Optical micrometers, for example, are used to measure surface damage, for example on fuselages, wings, etc. Such micrometers are first placed at a right angle to the surface of the component to be examined. The micrometer is then focused on an undamaged area outside the damage to be examined (for example a scratch). To do this, the micrometer image is viewed through an eyepiece and the undamaged area is brought into focus as a reference point. The deepest part of the damage itself is then focused by adjusting the lens system of the optical micrometer using a focusing ring. The depth of the damage can then be determined very precisely using the measured adjustment range, which is shown on a display.

Allerdings kann mit derartigen optischen Mikrometern eine Schadtiefe nur dann genau ermittelt werden, wenn die zu untersuchende Fläche in einem 90° Winkel betrachtet wird. Naturgemäß ist dies beispielsweise bei Innenflächen von Buchsen oder Bohrungen mit einem solchen optischen Mikrometer (welches direkt auf die zu untersuchende Oberfläche aufgesetzt wird) nicht möglich, da das optische Mikrometer aufgrund seiner Dimensionen naturgemäß nicht direkt auf die Wandung der Bohrung aufgesetzt werden kann. Allerdings können beispielsweise Kratzer, Einschläge, Korrosionsschäden, etc. in solchen Buchsen oder Bohrungen ein Problem für die Lebensdauer von Bauteilen darstellen. Derzeit existiert keine Vorrichtung, die eine derart genaue Messung von Schadtiefen solcher Schäden in Buchsen, Bohrungen, oder allgemein an Kanten, welche sich parallel zu einer Sichtachse des Mikrometers befinden, ermöglicht.However, with such optical micrometers, the depth of damage can only be determined accurately if the surface to be examined is viewed at a 90° angle. This is naturally not possible, for example, with the inner surfaces of bushings or bores using such an optical micrometer (which is placed directly on the surface to be examined), as the optical micrometer's dimensions naturally prevent it from being placed directly on the wall of the bore. However, scratches, impacts, corrosion damage, etc. in such bushings or bores can pose a problem for the service life of components. Currently, no device exists that enables such precise measurement of the depth of damage of such damage in bushings, bores, or generally on edges that are parallel to the micrometer's line of sight.

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Es kann demgemäß als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine einfache, effektive und genaue Messung der Tiefen von Schäden in zu einer Oberfläche eines Gegenstands abgewinkelten Flächen, beispielsweise von Innenflächen von Bohrungen oder Buchsen, zu ermöglichen.It can therefore be considered an object of the invention to enable a simple, effective and accurate measurement of the depths of damage in surfaces angled to a surface of an object, for example inner surfaces of bores or bushings.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further embodiments emerge from the dependent claims and the following description.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zum optischen Messen der Tiefen von Schäden (d.h. Schadtiefen) in einer Beobachtungsfläche eines Gegenstands offenbart. Die Vorrichtung umfasst ein optisches Mikrometer mit einer Linsenanordnung, einer optischen Achse der Linsenanordnung, und einer Auswerteeinheit, und eine Spiegelanordnung mit einem Spiegel, der in einem fest definierten Abstand vor dem optische Mikrometer angeordnet ist. Der Spiegel ist unter einem Winkel zu der optischen Achse angeordnet, um so die Beobachtungsfläche über den Spiegel und durch die Linsenanordnung abzubilden. Die Linsenanordnung ist relativ zu dem Spiegel entlang der optischen Achse verschiebbar, um so die Gegenstandsebene der Linsenanordnung anzupassen und somit die Linsenanordnung auf einem Bereich zu fokussieren. Die Auswerteeinheit ist konfiguriert, einen Verschiebeweg der Linsenanordnung zu messen. Die Vorrichtung ist konfiguriert, die Schadtiefe eines Schadens in der Beobachtungsfläche zu bestimmen, durch: Fokussieren der Linsenanordnung auf einen unbeschädigten Bereich der Beobachtungsfläche, Fokussieren der Linsenanordnung auf einen Schadpunkt in der Beobachtungsfläche, und Messen des relativen Verschiebewegs durch die Auswerteeinheit. Der relative Verschiebeweg korrespondiert mit der Schadtiefe des Schadpunkts.According to a first aspect, a device for optically measuring the depths of damage (i.e., damage depths) in an observation surface of an object is disclosed. The device comprises an optical micrometer with a lens arrangement, an optical axis of the lens arrangement, and an evaluation unit, and a mirror arrangement with a mirror arranged at a fixed distance in front of the optical micrometer. The mirror is arranged at an angle to the optical axis in order to image the observation surface via the mirror and through the lens arrangement. The lens arrangement is displaceable relative to the mirror along the optical axis in order to adjust the object plane of the lens arrangement and thus focus the lens arrangement on a specific area. The evaluation unit is configured to measure a displacement path of the lens arrangement. The device is configured to determine the damage depth of damage in the observation surface by: focusing the lens arrangement on an undamaged area of the observation surface, focusing the lens arrangement on a damage point in the observation surface, and measuring the relative displacement path by the evaluation unit. The relative displacement corresponds to the damage depth of the damage point.

Unter einem Schaden in einer Beobachtungsfläche wird jeglicher Schaden mit einer Schadtiefe, wie beispielsweise ein Kratzer, ein Einschlag, ein Korrosionsschaden, und ähnliches, verstanden.Damage in an observation area is understood to mean any damage with a depth of damage, such as a scratch, an impact, corrosion damage, and the like.

Optische Mikrometer zur Untersuchung solcher Schäden sind grundsätzlich bekannt. Ein optisches Mikrometer, so wie auch das optische Mikrometer der beschriebenen Vorrichtung, umfasst dabei eine Linsenanordnung (beispielsweise aus einem Okular und einem Objektiv, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind) ähnlich wie bei einem Mikroskop. Die Linsenanordnung bildet einen Bereich vor der Linsenanordnung (d.h. beispielsweise vor dem Objektiv) scharf ab (beispielsweise über das Okular). Eine scharfe Abbildung erfolgt dabei für alle Punkte, die sich in der Gegenstandsebene der Linsenanordnung befinden. Durch Verstellen der Linsenanordnung, so dass sich die Gegenstandsebene, d.h. die Position der Ebene vor dem optischen Mikrometer, die durch die Linsenanordnung scharf abgebildet wird, verschiebt, können bei gleichbleibenden Abstand des optischen Mikrometers zu einer Oberfläche unterschiedlich weit entfernte Punkte auf der Oberfläche scharf gestellt werden. Wenn sich in der beobachteten Oberfläche beispielsweise ein Kratzer befindet, ist der tiefste Punkt des Kratzers weiter von dem optischen Mikrometer entfernt als ein flacher und unbeschädigter Bereich auf der Oberfläche, der den Kratzer umgibt. Durch Verstellen des Fokus, d.h. der Gegenstandsebene, zwischen dem unbeschädigten Bereich und dem tiefsten Punkt des Kratzers und Ermittlung der Differenz der Entfernung der Gegenstandsebene von dem optischen Mikrometer kann somit eine Schadtiefe, in diesem Beispiel des Kratzers, ermittelt werden, da der Unterschied in der Verstellung des Fokus unmittelbar der Schadtiefe entspricht. Dazu kann das optische Mikrometer zunächst auf den unbeschädigten Bereich als Referenz fokussiert werden und das Mikrometer „genullt“ werden. Anschließend wir der tiefste Punkt des Schadens fokussiert und die relative Änderung des Fokus stellt die Schadtiefe dar. Das Nullen und das Ermitteln der Fokusänderung geschieht dabei durch die Auswerteeinheit. Ein solches optisches Mikrometer kann zudem optional anpassbare Vergrößerungen aufweisen, beispielsweise, in dem das Okular und/oder das Objektiv entsprechend ausgetauscht werden.Optical micrometers for examining such damage are generally known. An optical micrometer, like the optical micrometer of the device described, comprises a lens arrangement (e.g., consisting of an eyepiece and an objective lens arranged at a certain distance from each other), similar to a microscope. The lens arrangement sharply images an area in front of the lens arrangement (i.e., in front of the objective lens, for example, via the eyepiece). A sharp image is created for all points located in the object plane of the lens arrangement. By adjusting the lens arrangement so that the object plane, i.e., the position of the plane in front of the optical micrometer, which is sharply imaged by the lens arrangement, shifts, points at different distances on the surface can be brought into focus while maintaining the same distance between the optical micrometer and a surface. For example, if there is a scratch on the surface being observed, the deepest point of the scratch will be farther from the optical micrometer than a flat and undamaged area on the surface surrounding the scratch. By adjusting the focus, i.e. the object plane, between the undamaged area and the deepest point of the scratch and determining the difference in the distance of the object plane from the optical micrometer, the depth of damage, in this example the scratch, can be determined, since the difference in the focus adjustment directly corresponds to the depth of damage. To do this, the optical micrometer can first be focused on the undamaged area as a reference and the micrometer can be "zeroed". The deepest point of the damage is then focused and the relative change in focus represents the depth of damage. Zeroing and determining the change in focus is done by the evaluation unit. Such an optical micrometer can also optionally have adjustable magnifications, for example, by exchanging the eyepiece and/or the objective lens accordingly.

Die Erfindung basiert nun auf einer Erweiterung/Verbesserung eines solchen optischen Mikrometers zur Oberflächenmessung, so dass dieses auch beispielsweise für die Messung von Schäden (z.B. Oberflächenschäden in der Wandung) in Buchsen, Bohrungen, u.a., (bzw. allgemein in Flächen, die sich nicht im rechten Winkel zur optischen Achse befinden) verwendet werden kann. Derartige Schäden können mit bekannten optischen Mikrometern (wie oben beschrieben, welches jedoch auch Teil der hierin beschriebenen Vorrichtung ist) nicht untersucht werden, da die Beobachtungsfläche stets unter einem rechten Winkel betrachtet werden muss, um eine genau Ermittlung der Schadtiefe über eine Fokusveränderung des optischen Mikrometers zu erreichen. Bei verfügbaren optischen Mikrometern ist allerdings die Beobachtungsrichtung (d.h. die Richtung, unter der das Mikrometer die zu untersuchende Oberfläche abbildet) gleich der optischen Achse des Mikrometers, so dass das Mikrometer dazu vollständig innerhalb der Buchse angeordnet werden müsste, was allerdings aufgrund der Größenverhältnisse nicht möglich ist.The invention is based on an extension/improvement of such an optical micrometer for surface measurement, so that it can also be used, for example, for measuring damage (e.g., surface damage in the wall) in bushings, bores, etc. (or generally in surfaces that are not at a right angle to the optical axis). Such damage cannot be examined with known optical micrometers (as described above, which, however, is also part of the device described herein), since the observation surface must always be viewed at a right angle in order to achieve an accurate determination of the damage depth by changing the focus of the optical micrometer. However, with available optical micrometers, the observation direction (i.e., the direction in which the micrometer images the surface to be examined) is the same as the optical axis of the micrometer, so the micrometer would have to be arranged entirely within the bushing, which, however, is not possible due to the size ratios.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet deshalb eine Spiegelanordnung mit einem Spiegel, der in einem fest definierten Abstand, gemäß dem Verhältnis der Brennweite, vor dem Mikrometer in einem Winkel angeordnet ist. Da der Spiegel selbst nicht verstellt wird und in einem festen Abstand angeordnet ist, beeinflusst er den Strahlengang nur insoweit, als dass der Strahlengang umgelenkt wird, fliest allerdings nicht in die Messung der relativen Änderung des Fokus zwischen dem unbeschädigten Bereich und dem tiefsten Punkt des Schadens ein, wie weiter oben beschrieben. Der Spiegel kann beispielsweise mit der Spiegelanordnung in eine Buchse (oder Bohrung, etc., hierin auch allgemein als Buchse bezeichnet) eingeführt werden, so dass eine innere Wandung der Buchse unter einem 90° Winkel betrachtet werden kann, d.h. so dass Licht, welches die Wandung (d.h. die Beobachtungsfläche) unter einem 90° Winkel verlässt auf den Spiegel trifft und durch den Spiegel entlang der optischen Achse der Linsenanordnung in die Linsenanordnung eingekoppelt wird. Die Spiegelanordnung ist dabei klein genug, um in die Buchse zu passen. Mit anderen Worten kann die Spiegelanordnung so in die Buchse eingeführt werden, dass sich der Spiegel vor der Beobachtungsfläche, insbesondere vor einem Schaden in der Beobachtungsfläche, befindet und Licht, dass die Beobachtungsfläche unter einem rechten Winkel verlässt durch den Spiegel in das optische Mikrometer bzw. dessen Linsenanordnung eingekoppelt wird.The device according to the invention therefore uses a mirror arrangement with a mirror arranged at a fixed distance, corresponding to the ratio of the focal length, in front of the micrometer at an angle. Since the mirror itself is not adjusted and is arranged at a fixed distance, it influences the beam path only to the extent that it is deflected, but does not influence the measurement of the relative change in focus between the undamaged area and the deepest point of the damage, as described above. The mirror can, for example, be inserted with the mirror arrangement into a socket (or bore, etc., also generally referred to herein as a socket) so that an inner wall of the socket can be viewed at a 90° angle, i.e., so that light leaving the wall (i.e., the observation surface) at a 90° angle strikes the mirror and is coupled through the mirror into the lens arrangement along the optical axis of the lens arrangement. The mirror arrangement is small enough to fit into the socket. In other words, the mirror arrangement can be inserted into the socket in such a way that the mirror is located in front of the observation surface, in particular in front of a damage in the observation surface, and light that leaves the observation surface at a right angle is coupled through the mirror into the optical micrometer or its lens arrangement.

Der Spiegel ist somit konfiguriert, Lichtstrahlen von der Beobachtungsfläche (d.h. einer Fläche, die auf Schäden untersucht werden soll) in das optische Mikrometer, bzw. in dessen Linsenanordnung umzulenken. Über das optische Mikrometer kann die Beobachtungsfläche (welche nun beispielsweise parallel zur optische Achse des optischen Mikrometers angeordnet ist) dann betrachtet werden.The mirror is thus configured to redirect light rays from the observation surface (i.e., a surface to be examined for damage) into the optical micrometer, or rather into its lens arrangement. The observation surface (which is now arranged, for example, parallel to the optical axis of the optical micrometer) can then be viewed via the optical micrometer.

Wie bereits angedeutet, da der Spiegel in einem fest definierten Abstand vor dem optischen Mikrometer angeordnet ist, beeinflusst der Spiegel die Messung der Veränderung des Fokus nicht, sondern teilt entsprechende Lichtstrahlen von der Beobachtungsfläche zu der Linsenanordnung nur in zwei Segmente auf; ein erstes Segment, das senkrecht von der Beobachtungsfläche austritt und auf den Spiegel trifft und ein zweites Segment, das von dem Spiegel entlang der optischen Achse in die Linsenanordnung verläuft. Die Gegenstandsweite der Linsenanordnung, d.h. die Entfernung der Gegenstandsebene (welche einer Beobachtungsebene der Vorrichtung entspricht) vor der Linsenanordnung, ist dabei so gewählt, dass sie in etwa der Summe des ersten Segments und des zweiten Segments entspricht oder in diesen Bereich verstellt werden kann und um diesen Bereich variiert werden kann. Der Spiegel „dreht“ die Gegenstandsebene/Beobachtungsebene somit sozusagen, so dass diese parallel zu der Beobachtungsfläche verläuft und senkrecht zu der Beobachtungfläche um einen Bereich um die Beobachtungsfläche variiert werden kann. Das heißt, die von dem Mikrometer scharf abgebildete Fläche (welche ohne den Spiegel vor dem optischen Mikrometer liegen würde und durch den Spiegel entsprechend so gedreht wird, dass diese parallel zu der Beobachtungsfläche liegt) kann im Abstand zu der Beobachtungsfläche so variiert werden (und insbesondere auch in die Beobachtungsfläche hinein verschoben werden), dass Ebenen, die unterhalb bzw. in der Beobachtungsfläche liegen, scharf abgebildet werden. Der Fokus der Vorrichtung kann dementsprechend nun über die Linsenanordnung, wie bereits in Bezug auf das optische Mikrometer aus dem Stand der Technik beschrieben, insbesondere durch Variieren eines Abstands des Linsenanordnung (beispielsweise eines Objektivs der Linsenanordnung) zu dem Spiegel gegenüber der Beobachtungsfläche angepasst werden. Beispielsweise kann die Linsenanordnung als Ganzes oder zumindest ein Objektiv der Linsenanordnung entlang der optischen Achse verschoben werden, so dass sich der Abstand der Linsenanordnung zum Spiegel verändert, wobei jedoch der Abstand des optischen Mikrometers selbst zu dem Spiegel nicht verändert wird. Beispielsweise kann die Linsenanordnung (oder ein Objektiv ebendieser) aus einem Gehäuse des optischen Mikrometers (z.B. mit einem Einstellrad oder automatisiert mit einem Motor) gedreht werden. Die Gegenstandsweite ist weiterhin durch die Summe der Längen des ersten Segments und des zweiten Segments gegeben. Dadurch wird somit die Gegenstandsebene senkrecht zu der Beobachtungsfläche verschoben, wodurch unterschiedliche Tiefen auf der Beobachtungsfläche fokussiert werden können.As already indicated, since the mirror is placed at a fixed distance in front of the optical micrometer, the mirror does not influence the measurement of the change in focus, but splits corresponding light rays from the The distance between the observation surface and the lens arrangement is only divided into two segments: a first segment which emerges perpendicularly from the observation surface and strikes the mirror, and a second segment which runs from the mirror along the optical axis into the lens arrangement. The object distance of the lens arrangement, i.e. the distance of the object plane (which corresponds to an observation plane of the device) in front of the lens arrangement, is selected such that it roughly corresponds to the sum of the first segment and the second segment or can be adjusted within this range and can be varied by this range. The mirror thus “rotates” the object plane/observation plane so that it runs parallel to the observation surface and can be varied perpendicular to the observation surface by a range around the observation surface. This means that the area sharply imaged by the micrometer (which, without the mirror, would lie in front of the optical micrometer and is rotated by the mirror so that it is parallel to the observation surface) can be varied in distance from the observation surface (and in particular can also be shifted into the observation surface) so that planes lying below or within the observation surface are sharply imaged. The focus of the device can accordingly be adjusted via the lens arrangement, as already described with reference to the prior art optical micrometer, in particular by varying the distance of the lens arrangement (e.g., an objective of the lens arrangement) from the mirror relative to the observation surface. For example, the lens arrangement as a whole, or at least one objective of the lens arrangement, can be shifted along the optical axis so that the distance of the lens arrangement from the mirror changes, while the distance of the optical micrometer itself from the mirror remains unchanged. For example, the lens arrangement (or an objective of the same) can be rotated from a housing of the optical micrometer (e.g., using a setting wheel or automatically using a motor). The object distance is also determined by the sum of the lengths of the first and second segments. This shifts the object plane perpendicular to the observation surface, allowing different depths to be focused on the observation surface.

Die eigentliche Messung der Schadtiefe kann dann wie bereits oben beschrieben erfolgen. D.h. zunächst kann ein unbeschädigter Bereich der Beobachtungsfläche als Referenz scharf gestellt (fokussiert) werden. Anschließend wird dann der Schaden selbst (z.B. ein tiefster Punkt eines Kratzers) scharf gestellt. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise jeweils die Position der Linsenanordnung messen. Aus dem Verschiebeweg zwischen den beiden scharfgestellten Bereichen, welcher sich als Differenz der jeweiligen Positionen der Linsenanordnung ergibt, lässt sich dann die Schadtiefe ermitteln, welche genau diesem Verschiebeweg entspricht.The actual measurement of the damage depth can then be performed as described above. This means that first, an undamaged area of the observation surface can be brought into focus as a reference. Then, the damage itself (e.g., the deepest point of a scratch) is brought into focus. The evaluation unit can, for example, measure the position of the lens arrangement. The displacement between the two focused areas, which results from the difference between the respective positions of the lens arrangement, can then be used to determine the damage depth, which corresponds precisely to this displacement.

Optional kann die Auswerteeinheit ein Display aufweisen, welches die gemessene Schadtiefe anzeigt und einen „Nullungsschalter“ umfassen. So kann die Vorrichtung beispielsweise zunächst auf den unbeschädigten Bereich fokussiert werden und die Anzeige dann auf null gesetzt werden. Bei der anschließenden Fokussierung auf den Schadbereich entspricht dann der angezeigte Wert unmittelbar der ermittelten Schadtiefe. Eine solche Auswerteeinheit ist insbesondere bei manueller Verwendung der Vorrichtung nützlich.Optionally, the evaluation unit can feature a display that shows the measured damage depth and a "zeroing switch." For example, the device can first be focused on the undamaged area and the display can then be set to zero. When the device is subsequently focused on the damaged area, the displayed value directly corresponds to the determined damage depth. Such an evaluation unit is particularly useful when using the device manually.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Beobachtungsfläche eine Innenfläche einer Buchse oder einer Bohrung. Die Spiegelanordnung ist konfiguriert, so in die Buchse oder Bohrung eingeführt zu werden, dass die Innenfläche unter einer senkrechten Betrachtungsrichtung über den Spiegel beobachtet wird.According to one embodiment, the observation surface is an inner surface of a bushing or bore. The mirror assembly is configured to be inserted into the bushing or bore such that the inner surface is observed via the mirror in a perpendicular viewing direction.

Insbesondere, wie oben beispielhaft beschrieben, kann eine Wandung der Buchse/Bohrung mit der Vorrichtung untersucht werden, wenn das optische Mikrometer auf eine Oberfläche eines Bauteils aufgesetzt wird, in dem sich die Buchse oder die Bohrung befindet. Dabei ist der Winkel, unter dem der Spiegel zu der optischen Achse angeordnet ist, so angepasst, dass Licht, dass die Beobachtungsfläche unter einem 90° Winkel verlässt, in die optische Achse durch den Spiegel umgelenkt wird und somit durch das optische Mikrometer beobachtet werden kann. Im Allgemeinen wird dabei das optische Mikrometer senkrecht auf der Oberfläche des Bauteils aufgesetzt. Wenn die Buchse somit gerade durch das Bauteil verläuft (d.h. unter eine Winkel von 90° zur Oberfläche), ist der Winkel des Spiegels 45°. Es ist allerdings auch denkbar, dass Buchsen schräg (d.h. unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Oberfläche) durch ein Bauteil verlaufen. In einem solche Fall beträgt der Winkel des Spiegels nicht 45°, sondern ist entsprechend angepasst, so dass der Strahlengang des senkrechten Strahls (von der Beobachtungsfläche) in die Linsenanordnung geleitet wird.In particular, as described above by way of example, a wall of a bushing/bore can be examined with the device if the optical micrometer is placed on the surface of a component in which the bushing or bore is located. The angle at which the mirror is arranged to the optical axis is adjusted so that light leaving the observation surface at a 90° angle is deflected into the optical axis by the mirror and can thus be observed by the optical micrometer. Generally, the optical micrometer is placed perpendicular to the surface of the component. Thus, if the bushing runs straight through the component (i.e., at an angle of 90° to the surface), the angle of the mirror is 45°. However, it is also conceivable for bushings to run obliquely through a component (i.e., at an angle to the surface other than 90°). In such a case, the angle of the mirror is not 45°, but is adjusted accordingly so that the beam path of the perpendicular beam (from the observation surface) is directed into the lens arrangement.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Winkel, unter dem der Spiegel zu der optischen Achse angeordnet ist, 45°.According to a further embodiment, the angle at which the mirror is arranged to the optical axis is 45°.

Eine solche Anordnung des Spiegels erlaub die Untersuchung einer Beobachtungsfläche, die um einen Winkel von 90° zu der optische Achse des optischen Mikrometers verkippt ist, wie beispielsweise einer Innenwandung einer Buchse/Bohrung, die gerade durch ein flächiges Bauteil mit einer Oberfläche verläuft, wenn das optische Mikrometer gerade auf die Oberfläche aufgesetzt wird, so dass die Spiegelanordnung mit dem Spiegel sich in die Buche erstreckt.Such an arrangement of the mirror allows the examination of an observation surface that is tilted by an angle of 90° to the optical axis of the optical micrometer, such as an inner wall of a bushing/bore that passes straight through a flat component with a surface when the optical micrometer is placed straight on the surface so that the mirror assembly with the mirror extends into the bushing.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Spiegelanordnung einen Spiegelarm, der den Spiegel in dem definierten Abstand gemäß der Brennweite vor dem optischen Mikrometer trägt. Die Länge des eindringenden Spiegelarms kann insbesondere an einen Bereich von Interesse vor dem optische Mikrometer (beispielsweise eine Längsposition in einer Buchse, die untersucht werden soll) angepasst sein. Wenn beispielsweise der mittlere Bereich einer Buchse mit der Länge L in einer Längserstreckungsrichtung der Buchse untersucht werden soll, so beträgt die Länge des Spiegelarms bis zu dem Zentrum des Spiegels L/2, wenn der unterste Bereiche der Buchse untersucht werden soll, beträgt die Länge des Spiegelarms L, usw. Die Linsenanordnung, bzw. die Gegenstandsweite der Linsenanordnung, ist dann selbstverständlich auf die Länge des Spiegelarms abgestimmt, um die weiter oben genannten Bedingungen (Summe aus erstem Segment und zweitem Segment entspricht Gegenstandsweite) zu erfüllen.According to a further embodiment, the mirror arrangement comprises a mirror arm that supports the mirror at a defined distance in front of the optical micrometer according to the focal length. The length of the penetrating mirror arm can be adapted, in particular, to a region of interest in front of the optical micrometer (for example, a longitudinal position in a socket to be examined). For example, if the central region of a socket with a length L in a longitudinal direction of the socket is to be examined, the length of the mirror arm up to the center of the mirror is L/2; if the lowest region of the socket is to be examined, the length of the mirror arm is L, etc. The lens arrangement, or the object distance of the lens arrangement, is then naturally matched to the length of the mirror arm in order to fulfill the conditions mentioned above (the sum of the first segment and the second segment corresponds to the object distance).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Höheneinstellanordnung, welche konfiguriert ist, eine absolute Positionierung des optischen Mikrometers relativ zu einer Oberfläche eines zu untersuchenden Gegenstands zu variieren, ohne den Abstand der Spiegelanordnung vor dem optischen Mikrometer zu verändern.According to a further embodiment, the device further comprises a height adjustment arrangement which is configured to vary an absolute positioning of the optical micrometer relative to a surface of an object to be examined without changing the distance of the mirror arrangement in front of the optical micrometer.

Eine solche Höheneinstellanordnung ermöglicht das Untersuchen verschiedener Längspositionen der Beobachtungsfläche (d.h. beispielsweise verschiedenen Längspositionen in einer Buchse), ohne den definierten Abstand des Spiegels vor dem optischen Mikrometer und damit die Linsenanordnung anzupassen. Beispielsweise kann die Höheneinstellanordnung so konfiguriert sein, dass diese eine Verstellung der vertikalen Position des optischen Mikrometers zusammen mit der Spiegelanordnung relativ zu einer Oberfläche eines untersuchten Gegenstands ermöglicht. Die Spiegelanordnung kann dann beispielsweise so konfiguriert sein, dass der Spiegel in der niedrigsten Position der Höheneinstellanordnung sich an einem untersten zu untersuchenden Punkt (beispielsweise einer Unterkante einer Buchse) befindet, während das optische Mikrometer an der Oberfläche des Gegenstands aufliegt. Wenn nun mit der Höheneinstellanordnung das optische Mikrometer gegenüber der Oberfläche zusammen mit der Spiegelanordnung angehoben wird, verschiebt sich der Spiegel nach oben entlang der Beobachtungsfläche (beispielsweise weiter nach oben in einer Buchse), wodurch weiter oben liegenden Bereiche neben dem Spiegel liegen und untersucht werden können. Dadurch wird beispielsweise ermöglicht, sämtliche Schäden an der inneren Wandung (als Beobachtungfläche) einer Buchse auf deren Schadtiefen zu untersuchen.Such a height adjustment arrangement enables the examination of various longitudinal positions of the observation surface (e.g., various longitudinal positions in a socket) without adjusting the defined distance of the mirror in front of the optical micrometer and thus the lens arrangement. For example, the height adjustment arrangement can be configured to allow adjustment of the vertical position of the optical micrometer together with the mirror arrangement relative to a surface of an inspected object. The mirror arrangement can then be configured, for example, so that the mirror, in the lowest position of the height adjustment arrangement, is located at a lowest point to be inspected (e.g., a lower edge of a socket), while the optical micrometer rests on the surface of the object. When the optical micrometer is raised relative to the surface together with the mirror arrangement using the height adjustment arrangement, the mirror moves upwards along the observation surface (e.g., further up in a socket), whereby higher-lying areas are adjacent to the mirror and can be examined. This makes it possible, for example, to examine all damage to the inner wall (as the observation surface) of a socket for their damage depth.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Höheneinstellanordnung einen Außenteil mit einem Innengewinde und einen Innenteil mit einem zu dem Innengewinde des Außenteils passenden Außengewinde. Das Innenteil trägt die Spiegelanordnung und ist konfiguriert, die Spiegelanordnung in dem definierten Abstand vor dem optischen Mikrometer zu halten. Das Außenteil ist konfiguriert, auf der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstands aufgesetzt zu werden. Die absolute Positionierung des optischen Mikrometers relativ zu der Oberfläche ist über das Innengewinde und das Außengewinde variierbar, wenn das Innengewinde in das Außengewinde eingeschraubt wird.According to a further embodiment, the height adjustment assembly comprises an outer part with an internal thread and an inner part with an external thread matching the internal thread of the outer part. The inner part supports the mirror assembly and is configured to hold the mirror assembly at the defined distance in front of the optical micrometer. The outer part is configured to be placed on the surface of the object to be examined. The absolute positioning of the optical micrometer relative to the surface can be varied via the internal thread and the external thread when the internal thread is screwed into the external thread.

Beispielsweise können sowohl das Innenteil als auch das Außenteil ringförmig ausgestaltet sein. Das Innenteil trägt dabei die Spiegelanordnung in einer festen räumlichen Relation. Das Innenteil kann entweder fest oder lösbar mit dem optischen Mikrometer verbunden sein. Dazu kann das Innenteil beispielsweise selbst Teil eines Gehäuses des optischen Mikrometers sein, oder kann mit dem optischen Mikrometer (bzw. dem Gehäuse) verklebt, verschraubt, vernietet, oder anderweitig fest verbunden sein.For example, both the inner and outer parts can be ring-shaped. The inner part supports the mirror arrangement in a fixed spatial relationship. The inner part can be connected to the optical micrometer either permanently or detachably. For this purpose, the inner part can, for example, be part of a housing of the optical micrometer itself, or it can be glued, screwed, riveted, or otherwise firmly connected to the optical micrometer (or the housing).

Bevorzugt weist das Innenteil jedoch zusätzlich zu dem Außengewinde auch noch ein Innengewinde auf und das Gehäuse des optischen Mikrometers weist ein entsprechendes Außengewinde zum Aufschrauben des Innenteils der Höheneinstellanordnung auf. Ferner kann das Innenteil einen Anschlag, beispielsweise in Form einer Anschlagsfläche, oder ein ähnliches Positionierelement auf, um den Spiegel in einer festen Relation zu einer Unterseite des optischen Mikrometers mit dem optischen Mikrometer zu verbinden.Preferably, however, the inner part also has an internal thread in addition to the external thread, and the housing of the optical micrometer has a corresponding external thread for screwing on the inner part of the height adjustment assembly. Furthermore, the inner part can have a stop, for example in the form of a stop surface, or a similar positioning element to connect the mirror to the optical micrometer in a fixed relationship to a bottom side of the optical micrometer.

Das Außenteil kann über sein Innengewinde auf das Außengewinde des Innenteils aufgeschraubt werden. Ferner kann das Außenteil beispielsweise einen Auflagerand umfassen, über welches das Außenteil auf der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstand aufgesetzt werden kann. Über das Innengewinde des Außenteils und das Außengewinde des Innenteils kann dann der Spiegel der Spiegelanordnung bezüglich der Oberfläche des Gegenstands in der Höhe variiert werden, wobei der fest definierte Abstand zu dem optischen Mikrometer beibehalten wird. Das Außenteil dient dann sozusagen als Adapterstück zwischen dem optische Mikrometer und der Oberfläche, welches eine Höhenveränderung des optischen Mikrometers zusammen mit der Spiegelanordnung bezüglich der Oberfläche, in der soch die Buchse oder Bohrung befindet, als Ganzes ermöglicht, während die Vorrichtung sich auf der Oberfläche abstützen kann. Dadurch kann beispielsweise der Spiegel innerhalb einer Buchse in der Höhe verstellt werden, um andere Beobachtungspositionen zu ermöglichen, ohne die optischen Relationen der Gesamtanordnung zu verändern. Diese Anordnung hat ferner den Vorteil, dass beispielsweise anstelle des Innenteils, ein Innenteil ohne den Spiegel aufgeschraubt werden kann, so dass das optische Mikrometer auch zur Untersuchung der Oberfläche des Gegenstands (und nicht beispielsweise nur einer Wandung einer Buchse in dem Gegenstand) verwendet werden kann. Die Vorrichtung kann dann universell für sämtliche denkbaren Beobachtungsflächen des Gegenstands verwendet werden.The outer part can be screwed onto the outer thread of the inner part via its internal thread. Furthermore, the outer part can, for example, comprise a support edge, via which the outer part can be placed on the surface of the object to be examined. The height of the mirror of the mirror arrangement can then be varied with respect to the surface of the object via the internal thread of the outer part and the external thread of the inner part, while maintaining the fixed distance to the optical micrometer. The outer part then serves as an adapter piece between the optical micrometer and the surface, which enables a height change. This allows the optical micrometer, together with the mirror arrangement, to be positioned as a whole relative to the surface in which the bushing or bore is located, while the device can rest on the surface. This means, for example, that the height of the mirror within a bushing can be adjusted to enable different observation positions without changing the optical relationships of the entire arrangement. This arrangement also has the advantage that, for example, instead of the inner part, an inner part without the mirror can be screwed on, so that the optical micrometer can also be used to examine the surface of the object (and not, for example, just the wall of a bushing in the object). The device can then be used universally for all conceivable observation surfaces of the object.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Beleuchtungseinheit, welche konfiguriert ist, die Beobachtungsfläche trotz der Verminderung des Lichts in einer engen Buchse oder Bohrung zusätzlich zu beleuchten.According to a further embodiment, the device further comprises an illumination unit configured to additionally illuminate the observation area despite the reduction of light in a narrow socket or bore.

Eine solche Beleuchtungseinheit kann insbesondere eine LED-Beleuchtung sein, die an einem Spiegelarm der Spiegelanordnung angebracht ist. Somit wird die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise bei der Untersuchung einer Buchse mit in die Buchse eingeführt und beleuchtet die Beobachtungsfläche. Dadurch wird die Verwendung der Vorrichtung erleichtert, da die Lichtverhältnisse innerhalb einer Buchse naturgemäß dunkler sind.Such an illumination unit can, in particular, be an LED light mounted on a mirror arm of the mirror assembly. Thus, for example, when examining a socket, the illumination device is inserted into the socket and illuminates the observation area. This facilitates the use of the device, since the lighting conditions inside a socket are naturally darker.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Linsenanordnung zumindest ein Objektiv und ein Okular. Die Spiegelanordnung ist vor dem Objektiv angeordnet. Das Bild der Beobachtungsfläche kann über das Okular betrachtet werden.According to a further embodiment, the lens arrangement comprises at least one objective lens and one eyepiece. The mirror arrangement is arranged in front of the objective lens. The image of the observation surface can be viewed through the eyepiece.

Die Verstellung des Fokus kann über ein Verschieben lediglich des Objektivs oder über ein Verschieben der gesamten Linsenanordnung erfolgen. Im ersteren Fall ist jedoch zu beachten, dass sich die Vergrößerung beim Verstellen des Fokus ändern kann, da die Relationen zwischen dem Okular und dem Objektiv verändert werden.The focus can be adjusted by moving only the objective lens or by moving the entire lens assembly. In the former case, however, it should be noted that the magnification may change when adjusting the focus, as the relationship between the eyepiece and the objective lens is altered.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Fokussieren jeweils manuell durch einen Benutzer oder automatisiert erfolgen.According to a further embodiment, focusing can be done manually by a user or automatically.

Beispielsweise kann bei einer manuellen Bedienung ein Benutzer durch ein Okular der Linsenanordnung schauen und die jeweiligen Fokussierungen, z.B. anhand eines Einstellrings an dem optischem Mikrometer, vornehmen und die entsprechenden Werte manuell von der Auswerteeinheit manuell ablesen.For example, in manual operation, a user can look through an eyepiece of the lens arrangement and perform the respective focusing, e.g. using an adjustment ring on the optical micrometer, and manually read the corresponding values from the evaluation unit.

Allerdings kann die Auswerteeinrichtung alternativ oder zusätzlich auch mit Kommunikationsfähigkeiten ausgestattet sein. Zudem kann die Auswerteeinheit alternativ oder zusätzlich auch einen Motor ansteuern, welcher die Linsenanordnung verschiebt, um den Fokus zu verstellen. Ferner ist alternativ oder zusätzlich auch denkbar, dass die Vorrichtung eine Kamera umfasst, welche beispielsweise ein Bild über ein Okular der Linsenanordnung aufnimmt und an eine Steuerung, wie beispielsweise einen Allzweckcomputer, übermittelt. Die Auswerteeinheit kann in solchen Ausführungen ebenso mit der Steuerung in Kommunikation stehen. Dies ermöglicht beispielsweise eine vollautomatische Ermittlung der Schadtiefe, beispielsweise indem die von dem Okular aufgenommenen Bilder durch die Steuerung ausgewertet werden (z.B. mit einem auf künstlicher Intelligenz beruhenden Algorithmus) und die Linsenanordnung vollautomatisch auf die jeweiligen Bereiche, wie oben beschrieben, fokussiert wird. Die Verstellung der Fokussierung kann beispielsweise durch ansteuern eines entsprechenden Motors erfolgen.However, the evaluation device can alternatively or additionally be equipped with communication capabilities. Furthermore, the evaluation unit can alternatively or additionally control a motor that moves the lens arrangement to adjust the focus. Furthermore, it is alternatively or additionally conceivable for the device to comprise a camera that, for example, records an image via an eyepiece of the lens arrangement and transmits it to a controller, such as a general-purpose computer. In such embodiments, the evaluation unit can also communicate with the controller. This enables, for example, fully automatic determination of the damage depth, for example by the controller evaluating the images recorded by the eyepiece (e.g., using an algorithm based on artificial intelligence) and fully automatically focusing the lens arrangement on the respective areas, as described above. The focus can be adjusted, for example, by controlling a corresponding motor.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Spiegel ein verwerfungsfreier Präzisionsspiegel mit hohem Reflexionsvermögen.According to a further embodiment, the mirror is a distortion-free precision mirror with high reflectivity.

Ein solcher Spiegel weist eine hohe Oberflächenebenheit auf, um Bildverzerrungen zu reduzieren und reflektiert einen Großteil des auf den Spiegel treffenden Lichts. Dies erhöht zum einen die Genauigkeit der Ermittlung der Schadtiefe (da optische Verzerrungen reduziert werden) und ermöglicht zum anderen auch den Einsatz in dunkleren Umgebungen.Such a mirror has a high surface flatness to reduce image distortion and reflects a large portion of the light hitting the mirror. This increases the accuracy of determining the damage depth (by reducing optical distortion) and also enables use in darker environments.

Zusammenfassend wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Messung von Schadtiefen von Oberflächenschäden von Beobachtungsflächen, die sich in einem Winkel zu einer Oberfläche erstrecken, ermöglicht. Solche Beobachtungsflächen können beispielsweise Innenwandungen von Buchsen, Bohrungen, und ähnlichen Strukturen sein. Die Vorrichtung ermöglicht eine einfache und genaue Messungen derartiger Schadtiefen.In summary, the device according to the invention enables the measurement of damage depths of surface defects on observation surfaces that extend at an angle to a surface. Such observation surfaces can be, for example, the inner walls of bushings, bores, and similar structures. The device enables simple and accurate measurements of such damage depths.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE CHARACTERS

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:

1 Eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Messen von Schadtiefen von Schäden in einer Beobachtungsfläche, die parallel zu einer optischen Achse eines optischen Mikrometers ausgerichtet ist.
2 Eine Prinzipskizze, welche das Messprinzip der Vorrichtung aus 1 illustriert.
3 Eine schematische dreidimensionale räumliche Ansicht einer Höheneinstellanordnung mit einem Außenteil und einem Innenteil zur Verwendung mit der Vorrichtung aus 1.

The following examples are described in more detail with reference to the accompanying drawings. The illustrations are schematic and not to scale. Like reference numerals refer to like or similar elements. They show:

1 A schematic cross-sectional view of a device for measuring damage depths of damage in an observation area aligned parallel to an optical axis of an optical micrometer.
2 A schematic diagram showing the measuring principle of the device 1 illustrated.
3 A schematic three-dimensional spatial view of a height adjustment arrangement with an outer part and an inner part for use with the device of 1 .

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung 100 zum Messen von Schadtiefen 90 (vgl. 2) von Schäden 13 in einer Beobachtungsfläche 12 eines Gegenstands 10. Die Vorrichtung 100 umfasst ein optisches Mikrometer 20, eine Spiegelanordnung 30 und eine optionale Höheneinstelleinrichtung 60 (welche im Detail mit Bezug zu 3 beschrieben wird). 1 shows a schematic cross-sectional view of a device 100 for measuring damage depths 90 (cf. 2 ) of damages 13 in an observation area 12 of an object 10. The device 100 comprises an optical micrometer 20, a mirror arrangement 30 and an optional height adjustment device 60 (which will be described in detail with reference to 3 described).

Das optische Mikrometer 20 umfasst eine Auswerteeinheit 24 mit einer Anzeige 26, eine Linsenanordnung 21, 22, welche ein Objektiv 21 und ein Okular 22 umfasst, einen Einstellring 27, sowie einen optische Achse 23.The optical micrometer 20 comprises an evaluation unit 24 with a display 26, a lens arrangement 21, 22, which comprises an objective 21 and an eyepiece 22, an adjustment ring 27, and an optical axis 23.

Die Spiegelanordnung 30 umfasst einen Spiegelarm 32 und einen an dem Spiegelarm 32 angebrachten Spiegel 31. Ferner ist an dem Spiegelarm 32 eine Beleuchtungseinheit 50, beispielsweise in Form einer LED angebracht. Stattdessen kann jedoch beispielsweise auch ein Beleuchtungsring um das Objektiv 21 oder jede andere geeignete Beleuchtungseinheit 50 verwendet werden. Der Spiegel 31 ist über den Spiegelarm 32 in einem fest definierten Abstand 25 vor dem optischen Mikrometer 20 angebracht.The mirror assembly 30 comprises a mirror arm 32 and a mirror 31 mounted on the mirror arm 32. Furthermore, an illumination unit 50, for example in the form of an LED, is mounted on the mirror arm 32. However, an illumination ring around the objective lens 21 or any other suitable illumination unit 50 can also be used instead. The mirror 31 is mounted via the mirror arm 32 at a fixed distance 25 in front of the optical micrometer 20.

In dem dargestellten Beispiel wird die Vorrichtung 100 verwendet, um die Schadtiefe 90 eines Schadens 13 innerhalb einer Buchse 40 (oder Bohrung 40) zu bestimmen. Die Beobachtungsfläche 12 ist demnach durch die innere Wandung der Buchse 40 definiert. In dem dargestellten Beispiels ist die Buchse 40 senkrecht und gerade durch einen Gegenstand 10, wie beispielsweise eine Platte, ein Rotorblatt, oder jeden anderen Gegenstand, vorgesehen. Der Gegenstand 10 weist eine Oberfläche 11 auf, welche in dem dargestellten Beispiel senkrecht zu der Beobachtungsfläche 12 verläuft. Der Spiegel 31 ist deshalb unter einem Winkel von 45° zu der Beobachtungsfläche 12 angeordnet, um einen senkrecht aus der Beobachtungsfläche 12 austretenden Lichtstrahl 28, 29, welcher durch den Spiegel 31 in ein erstes Segment 28 und ein zweites Segment 29 unterteilt ist.In the illustrated example, the device 100 is used to determine the damage depth 90 of a defect 13 within a bushing 40 (or bore 40). The observation surface 12 is therefore defined by the inner wall of the bushing 40. In the illustrated example, the bushing 40 is provided perpendicularly and straight through an object 10, such as a plate, a rotor blade, or any other object. The object 10 has a surface 11 which, in the illustrated example, runs perpendicular to the observation surface 12. The mirror 31 is therefore arranged at an angle of 45° to the observation surface 12 in order to reflect a light beam 28, 29 emerging perpendicularly from the observation surface 12, which light beam is divided by the mirror 31 into a first segment 28 and a second segment 29.

Die Linsenanordnung 21, 22 weist eine Gegenstandsebene 14 mit einer Gegenstandsweite, welche der Summe der Längen des ersten Segments 28 und des zweiten Segments 29 entspricht. Der Spiegel 31 dient demnach dazu, die Gegenstandsebene 14 (welcher normalerweise vor dem Objektiv 21 liegt) so zu drehen, dass diese parallel zu der Beobachtungsfläche 12 verläuft. Die Gegenstandsebene 14 bzw. Beobachtungsebene 14 ist in 1 gestrichelt angedeutet. Der Doppelpfeil deutet dabei an, dass die Gegenstandsebene/Beobachtungsebene 14 entsprechend senkrecht zu der Beobachtungsfläche verschoben werden kann, wie nachfolgend beschrieben. Die Gegenstandsebene 14 der Linsenanordnung 21, 22 (Die Gegenstandsweite bleibt immer gleich) ist veränderbar, beispielsweise, indem die ganze Linsenanordnung 21, 22 (d.h. das Okular 22 und das Objektiv 21), oder auch nur das Objektiv 21 über den Einstellring 27 aus dem Gehäuse des optischen Mikrometers 20 gedreht wird. Im letzteren Fall verändert sich jedoch beim Verstellen/Verschieben der Gegenstandsebene 14 auch die Vergrößerung, da die geometrischen Verhältnisse zwischen dem Objektiv 21 und dem Okular 22 (d.h. deren Abstand) verändert werden.The lens arrangement 21, 22 has an object plane 14 with an object distance which corresponds to the sum of the lengths of the first segment 28 and the second segment 29. The mirror 31 therefore serves to rotate the object plane 14 (which normally lies in front of the objective 21) so that it runs parallel to the observation surface 12. The object plane 14 or observation plane 14 is in 1 indicated by dashed lines. The double arrow indicates that the object plane/observation plane 14 can be shifted perpendicular to the observation surface, as described below. The object plane 14 of the lens arrangement 21, 22 (the object distance always remains the same) can be changed, for example by rotating the entire lens arrangement 21, 22 (i.e. the eyepiece 22 and the objective 21), or just the objective 21, out of the housing of the optical micrometer 20 using the adjustment ring 27. In the latter case, however, when the object plane 14 is adjusted/shifted, the magnification also changes, since the geometric relationships between the objective 21 and the eyepiece 22 (i.e. their distance) are changed.

Die Gegenstandsebene 14 (auch Fokusebene oder Beobachtungsebene genannt) beschreibt diejenige Ebene, welche durch die Linsenanordnung 21, 22 scharf abgebildet wird, d.h. durch das Okular 22 scharf sichtbar ist. Da der Spiegel 31 in einem festen Abstand 25 vor dem optischen Mikrometer 20, welcher während der Messung nicht verändert wird, angebracht ist, wird beim Herausfahren der Linsenanordnung 21, 22 aus dem Gehäuse des optischen Mikrometers 20 das zweite Segment 29 des beispielhaft dargestellten Lichtstrahls 28, 29 (welcher einen Lichtstrahl zur aktuell eingestellten Gegenstandsebene 14 darstellt) kürzer. Da die Gegenstandsweite durch das Objektiv 21 fest vorgegeben ist, muss jedoch die Summe aus dem ersten Segment 28 und dem zweiten Segment 29 stets konstant bleiben. Demnach verlängert sich das erste Segment 28 entsprechend, wenn die Linsenanordnung 21, 22 ausgefahren wird und dadurch das zweite Segment 29 verkürzt wird. Mit anderen Worten führt ein entsprechendes Herausfahren der Linsenanordnung 21, 22 (oder auch nur des Objektivs, welches die Gegenstandsweite vorgibt) dazu, dass die Gegenstandsebene 14 (welche durch den Spiegel parallel zu der Beobachtungsfläche 12 gedreht wird) sich in die Beobachtungsfläche 12 hinein verschiebt. Dadurch können somit Punkte, die tiefer in der Beobachtungsfläche 12 (wie beispielsweise ein tiefster Punkt in dem Schaden 13 (beispielsweise ein Kratzer, ein Einschlag, ein Korrosionsschaden, etc.)) liegen, fokussiert werden.The object plane 14 (also called the focal plane or observation plane) describes the plane that is sharply imaged by the lens arrangement 21, 22, i.e., is clearly visible through the eyepiece 22. Since the mirror 31 is mounted at a fixed distance 25 in front of the optical micrometer 20, which distance does not change during the measurement, the second segment 29 of the exemplary light beam 28, 29 (which represents a light beam to the currently set object plane 14) becomes shorter when the lens arrangement 21, 22 is extended from the housing of the optical micrometer 20. However, since the object distance is fixedly predetermined by the objective lens 21, the sum of the first segment 28 and the second segment 29 must always remain constant. Accordingly, the first segment 28 lengthens accordingly when the lens arrangement 21, 22 is extended, thereby shortening the second segment 29. In other words, a corresponding extension of the lens arrangement 21, 22 (or even just the objective lens that determines the object distance) causes the object plane 14 (which is rotated parallel to the observation surface 12 by the mirror) to shift into the observation surface 12. This allows points that lie deeper in the observation surface 12 (such as a deepest point in the damage 13 (e.g., a scratch, an impact, corrosion damage, etc.)) to be focused.

Die Auswerteeinheit 24 ist konfiguriert, die aktuelle Position der Linsenanordnung21, 22 (oder nur des Objektivs 21, je nach Ausführung) zu erfassen. Das optische Mikrometer 20 weist hierzu entsprechende Sensoren auf (nicht dargestellt). Zudem weist die Auswerteeinheit 24 in der dargestellten Ausführung eine Anzeige 26 auf.The evaluation unit 24 is configured to determine the current position of the lens arrangement 21, 22 (or only of the lens 21, depending on the design). The optical micrometer 20 has corresponding sensors for this purpose (not shown). In addition, the evaluation unit 24 in the illustrated design has a display 26.

Nun mit Bezug auf 2, und mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1, wird das Vorgehen beim Messen einer Schadtiefe 90 mit der Vorrichtung 100 erläutert. Durch das Okular 22 kann das über die optische Achse 23 durch die Linsenanordnung 21, 22 übertragene Bild betrachtet werden. Wie oben beschrieben, kann der Fokus, d.h. die Gegenstandsebene 14 der Linsenanordnung 21, 22, durch den Einstellring 27 verschoben werden, um unterschiedliche Tiefen der Beobachtungsfläche 12 scharfzustellen / zu fokussieren. Zum Ermitteln der Schadtiefe 90 wird die Vorrichtung 100 zunächst über den Einstellring 27 auf einen unbeschädigten Bereich 91 der Beobachtungsfläche 12 als Referenz fokussiert. Der unbeschädigte Bereich 91 ist ein Bereich, in dem der zu untersuchende Schaden 13 nicht vorliegt und entspricht insbesondere einem Bereich, der unmittelbar neben dem Schaden 13 liegt. Das Fokussieren geschieht, indem ein Benutzer durch das Okular 22 sieht und den unbeschädigten Bereich 91 dabei scharf stellt. Anschließend wird die Auswerteeinheit 24 durch Betätigen eines „Nullungsschalters“ (wie einer entsprechenden Taste) auf null gesetzt. Dadurch ist die Referenz festgelegt. Anschließend wird der Schaden 13 (d.h. insbesondere die tiefste Stelle in dem Schaden 13) in gleicher Weise fokussiert. Da die Auswerteeinheit 24 die Position der Linsenanordnung 21, 22 erfasst und der Verschiebeweg der Linsenanordnung 21, 22 der Verschiebung der Gegenstandsebene 14 entspricht (welche, wie oben beschrieben, dem scharfgestellten Bereich entspricht), kann nun über die Anzeige 24 die Schadtiefe 90 abgelesen werden.Now with reference to 2 , and with continued reference to 1 , the procedure for measuring a damage depth 90 with the device 100 is explained. The image transmitted via the optical axis 23 through the lens arrangement 21, 22 can be viewed through the eyepiece 22. As described above, the focus, i.e. the object plane 14 of the lens arrangement 21, 22, can be shifted using the adjustment ring 27 in order to sharpen/focus different depths of the observation surface 12. To determine the damage depth 90, the device 100 is first focused via the adjustment ring 27 on an undamaged area 91 of the observation surface 12 as a reference. The undamaged area 91 is an area in which the damage 13 to be examined is not present and corresponds in particular to an area that is directly adjacent to the damage 13. Focusing occurs when a user looks through the eyepiece 22 and brings the undamaged area 91 into focus. The evaluation unit 24 is then set to zero by pressing a "zeroing switch" (such as a corresponding button). This establishes the reference. The damage 13 (i.e., in particular, the deepest point in the damage 13) is then focused in the same way. Since the evaluation unit 24 detects the position of the lens arrangement 21, 22 and the displacement path of the lens arrangement 21, 22 corresponds to the displacement of the object plane 14 (which, as described above, corresponds to the focused area), the damage depth 90 can now be read off the display 24.

Alternativ zu der manuellen Ermittlung der Schadtiefe 90 ist es auch denkbar, dass diese in manchen Ausführungsformen auch automatisiert erfolgen kann, wie hierin weiter oben im Detail beschrieben.As an alternative to the manual determination of the damage depth 90, it is also conceivable that in some embodiments this can also be done automatically, as described in detail above.

Wichtig bei der Ermittlung der Schadtiefe 90 ist, dass der Abstand 25 des Spiegels 31 von dem optischen Mikrometer 20 während der Messung, insbesondere bei der Messung der Referenz und des Schadens 13, konstant bleibt, da die abweichende Gesamtlaufweg des Lichtstrahls 28, 29 ansonsten das Ergebnis verfälschen würde (Eine Verschiebung des Spiegels 31 entlang der optischen Achse 23 führt ebenfalls zu einer Verschiebung der Gegenstandsebene 14 entlang der Richtung senkrecht zu der Beobachtungsfläche 12).When determining the damage depth 90, it is important that the distance 25 of the mirror 31 from the optical micrometer 20 remains constant during the measurement, in particular when measuring the reference and the damage 13, since the deviating total path of the light beam 28, 29 would otherwise falsify the result (a displacement of the mirror 31 along the optical axis 23 also leads to a displacement of the object plane 14 along the direction perpendicular to the observation surface 12).

Um die Messung von Schäden 13 in unterschiedlicher Höhe innerhalb der Buchse 40 zu ermöglichen, weist die Vorrichtung 100 in 1 eine Höheneinstellanordnung 60 auf, welche nun mit Bezug auf 3 im Detail beschrieben wird.In order to enable the measurement of damages 13 at different heights within the bushing 40, the device 100 has 1 a height adjustment arrangement 60, which is now described with reference to 3 is described in detail.

3 zeigt eine Höheneinstellanordnung 60, welche einen Innenteil 62 und einen Außenteil 61 umfasst. Der Außenteil 61 und der Innenteil 62 sind jeweils im Wesentlichen ringförmig aufgebaut. Der Außenteil 61 weist einen Auflagerand 66 und eine Innengewinde 63 auf. Der Innenteil trägt die Spiegelanordnung 30, welche den Spiegelarm 32 und den Spiegel 31 umfasst. Die Spiegelanordnung ist dabei in fester räumlicher Relation an einem Ring des Innenteils 62 angebracht, welcher ein Innengewinde 65 und ein Außengewinde 64 aufweist. Das Außengewinde 65 des Innenteils 62 ist mit dem Innengewinde 63 des Außenteils passend zusammenpassend geformt, so dass das Innenteil 62 in das Außenteil 61 eingeschraubt werden kann. 3 shows a height adjustment assembly 60, which comprises an inner part 62 and an outer part 61. The outer part 61 and the inner part 62 are each substantially annular in design. The outer part 61 has a support edge 66 and an internal thread 63. The inner part supports the mirror assembly 30, which comprises the mirror arm 32 and the mirror 31. The mirror assembly is attached in fixed spatial relation to a ring of the inner part 62, which ring has an internal thread 65 and an external thread 64. The external thread 65 of the inner part 62 is shaped to match the internal thread 63 of the outer part, so that the inner part 62 can be screwed into the outer part 61.

Über das Innengewinde 65 des Innenteils kann das Innenteil 62 mit einem Gehäuse des optischen Mikrometers 20 (vgl. 1) verbunden werden, d.h. auf die Unterseite des optischen Mikrometers 20 aufgeschraubt werden. Das Innenteil 62 weist dazu eine Anlagefläche 67 auf, welche konfiguriert ist, an der Unterseite des Gehäuses des optischen Mikrometers 20 anzuliegen, so dass das Objektiv 22 über dem Spiegel 31 liegt. Der fest definierte Abstand 25 ist somit dann erreicht, wenn das Innenteil 62 vollständig bis zur Anlagefläche 67 auf das Gehäuse des optischen Mikrometers aufgeschraubt ist.The inner part 62 can be connected to a housing of the optical micrometer 20 (cf. 1 ), i.e., screwed onto the underside of the optical micrometer 20. For this purpose, the inner part 62 has a contact surface 67 which is configured to bear against the underside of the housing of the optical micrometer 20, so that the objective 22 lies above the mirror 31. The fixed distance 25 is thus achieved when the inner part 62 is screwed completely onto the housing of the optical micrometer up to the contact surface 67.

Über eine Verdrehung des Außenteils 61 gegenüber dem Innenteil 62 über die Gewinde 63, 64 kann dann die Anordnung aus optischem Mikrometer 20 und Innenteil 62 entlang der optischen Achse 23 (siehe 1) gegenüber dem Außenteil 61 verschoben werden. Dadurch verändert sich die Höhe des optischen Mikrometers 20 gegenüber der Oberfläche 11 (vgl. 1), wodurch sich die Höhe des Spiegels 31 innerhalb der Buchse 40 (1) verändert, ohne dass der Abstand 25 (1) des Spiegels 31 sich verändert. Dadurch können Punkte in verschiedenen Höhen innerhalb der Buchse 40 untersucht werden.By rotating the outer part 61 relative to the inner part 62 via the threads 63, 64, the arrangement of the optical micrometer 20 and the inner part 62 can then be adjusted along the optical axis 23 (see 1 ) relative to the outer part 61. This changes the height of the optical micrometer 20 relative to the surface 11 (cf. 1 ), whereby the height of the mirror 31 within the bushing 40 ( 1 ) without changing the distance 25 ( 1 ) of the mirror 31 changes. This allows points at different heights within the socket 40 to be examined.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Additionally, it should be noted that "comprising" or "having" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a plurality. Furthermore, it should be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limitations.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

1010: GegenstandObject
1111: Oberflächesurface
1212: Beobachtungsfläche, Innenfläche, KanteObservation surface, inner surface, edge
1313: SchadenDamage
1414: Beobachtungsebene bzw. GegenstandsebeneObservation level or object level
2020: optisches Mikrometeroptical micrometer
2121: Objektivlens
2222: Okulareyepiece
2323: optische Achseoptical axis
2424: AuswerteeinheitEvaluation unit
2525: AbstandDistance
2626: AnzeigeAdvertisement
2727: EinstellringAdjustment ring
2828: erstes Segmentfirst segment
2929: zweites Segmentsecond segment
3030: SpiegelanordnungMirror arrangement
3131: SpiegelMirror
3232: Spiegelarmmirror arm
4040: Buchse/BohrungBushing/bore
5050: Beleuchtungseinheitlighting unit
6060: HöheneinstellanordnungHeight adjustment arrangement
6161: Außenteil (der Höheneinstellanordnung)Outer part (of the height adjustment assembly)
6262: Innenteil (der Höheneinstellanordnung)Inner part (of the height adjustment assembly)
6363: Innengewinde (des Außenteils)Internal thread (of the outer part)
6464: Außengewinde (des Innenteils)External thread (of the inner part)
6565: Innengewinde (des Innenteils)Internal thread (of the inner part)
6666: Auflagerand (des Außenteils)Support edge (of the outer part)
6767: Anlageflächecontact surface
9090: SchadtiefeDamage depth
9191: unbeschädigter Bereichundamaged area
9292: SchadpunktDamage point
100100: Vorrichtung zum Messen von SchadtiefenDevice for measuring damage depths

Claims

Device (100) for optically measuring damage depths (90) of damage (13) in an observation area (12) of an object (10), the device (100) comprising: an optical micrometer (20) with a lens arrangement (21, 22), an optical axis (23) of the lens arrangement (21, 22), and an evaluation unit (24); and a mirror arrangement (30) with a mirror (31) arranged at a fixed distance (25) in front of the optical micrometer (20); wherein the mirror (30) is arranged at an angle to the optical axis (23) so as to image the observation area (12) via the mirror (31) and through the lens arrangement (21, 22); wherein the lens arrangement (21, 22) is displaceable relative to the mirror (31) along the optical axis (23) in order to adjust the object plane (14) of the lens arrangement (21, 22) and thus focus the lens arrangement (21, 22) on a specific area; wherein the evaluation unit (24) is configured to measure a displacement path of the lens arrangement (21, 22); and wherein the device (100) is configured to determine the depth of damage in the observation surface (12) by: Focusing the lens arrangement (21, 22) on an undamaged area (91) of the observation surface (12); Focusing the lens arrangement (21, 22) on a damaged point (92) in the observation surface (12); and measuring the relative displacement path by the evaluation unit (24), wherein the relative displacement path corresponds to the damage depth (90) of the damage point (92).

Device (100) according to Claim 1 , wherein the observation surface (12) is an inner surface (12) of a socket (40) or a bore (40); and wherein the mirror assembly (30) is configured to be inserted into the socket (40) or bore (40) such that the inner surface (12) is observed in a perpendicular viewing direction via the mirror (31).

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the angle at which the mirror (31) is arranged to the optical axis (23) is 45°.

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the mirror arrangement (30) comprises a mirror arm (32) which supports the mirror (31) at the defined distance (25) in front of the optical micrometer.

Apparatus (100) according to any one of the preceding claims, further comprising a height adjustment arrangement (60) configured to determine an absolute positioning of the optical micrometer (20) relative to a surface (11) of a object (10) to be searched without changing the distance (25) of the mirror arrangement (30) in front of the optical micrometer (20).

Device (100) according to Claim 5 , wherein the height adjustment arrangement (60) comprises an outer part (61) with an internal thread (63) and an inner part (62) with an external thread (64) matching the internal thread (63) of the outer part (61); wherein the inner part (62) carries the mirror arrangement (30) and is configured to hold the mirror arrangement (30) at the defined distance (25) in front of the optical micrometer (20); wherein the outer part (61) is configured to be placed on the surface (11) of the object (10) to be examined; and wherein the absolute positioning of the optical micrometer (20) relative to the surface (11) can be varied via the internal thread and the external thread when the internal thread is screwed into the external thread.

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the device (100) further comprises a lighting unit (50) configured to illuminate the observation surface (12).

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the lens arrangement (21, 22) comprises at least one objective (21) and one eyepiece (22); wherein the mirror arrangement is arranged in front of the objective (21); and wherein the image of the observation surface (12) can be viewed via the eyepiece (22).

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the focusing can be carried out manually by a user or automatically.

Apparatus (100) according to any one of the preceding claims, wherein the mirror (31) is a distortion-free precision mirror with high reflectivity.