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DE10320165A1 - Device for inspecting components, in particular boreholes - Google Patents

Device for inspecting components, in particular boreholes Download PDF

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DE10320165A1
DE10320165A1 DE2003120165 DE10320165A DE10320165A1 DE 10320165 A1 DE10320165 A1 DE 10320165A1 DE 2003120165 DE2003120165 DE 2003120165 DE 10320165 A DE10320165 A DE 10320165A DE 10320165 A1 DE10320165 A1 DE 10320165A1
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DE
Germany
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imaging system
borehole
beam path
boreholes
coupling
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE2003120165
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German (de)
Inventor
Norbert Dr. Schuster
Jürgen Dr. Geffe
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GEFFE, JUERGEN, DR., 99438 BAD BERKA, DE
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Vision & Control GmbH
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Publication date
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Priority to EP04760473A priority patent/EP1623214A2/en
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/954Inspecting the inner surface of hollow bodies, e.g. bores

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  • Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem Bohrlöcher unterschiedlichen Durchmessers und Tiefe ohne Eintauchen in das Bohrloch selbst inspiziert werden können. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass die Vorrichtung ein abbildendes optisches System enthält, das aus einem vorderen abbildenden System und einem hinteren abbildenden System besteht, die in ihrer gegenseitigen Lage variierbar sind, wobei die Eintrittspupille des gesamten abbildenden Systems vor die erste optisch wirksame Fläche abgebildet wird, der zu untersuchende Bereich des Bohrloches auf einen elektronischen Empfänger abgebildet wird und Mittel zur Einkopplung eines Beleuchtungsstrahlenganges in die optische Abbildung angeordnet sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von mechanischen Bauteilen mit Vertiefungen und/oder Durchbrüchen, insbesondere zur Untersuchung von Bohrlöchern.The invention has for its object to provide a device of the type mentioned, in which boreholes of different diameters and depths can be inspected without immersion in the borehole itself. DOLLAR A According to the invention the object is achieved in that the device contains an imaging optical system which consists of a front imaging system and a rear imaging system, which can be varied in their mutual position, the entrance pupil of the entire imaging system being in front of the first is mapped optically effective area, the area of the borehole to be examined is mapped to an electronic receiver and means for coupling an illumination beam path into the optical image are arranged. DOLLAR A The invention relates to a device for examining mechanical components with depressions and / or openings, in particular for examining boreholes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von mechanischen Bauteilen mit Vertiefungen und/oder Durchbrüchen, insbesondere zur Untersuchung von BohrlöchernThe The invention relates to a device for the investigation of mechanical Components with depressions and / or openings, in particular for examination of boreholes

Sie wird verwendet zur optischen Inspektion der Oberflächenqualität der Zylinder- und Grundflächen von mechanisch eingebrachten Vertiefungen – vorzugsweise von Bohrlöchern – in Werkstoffen aller An.she is used for optical inspection of the surface quality of the cylinder and floor space of mechanically made recesses - preferably of boreholes - in materials everyone

Im Stand der Technik sind verschieden Lösungen zur Inspektion von Bohrlöchern bekannt. Die meisten optischen Systeme zur Bohrlochinspektion benötigen eine Vorschubbewegung parallel zur Mittenachse der zu inspizierenden Bohrung.in the Various solutions for inspecting boreholes are known in the prior art. Most borehole inspection optical systems require one Feed movement parallel to the center axis of the inspected Drilling.

Klassische Endoskoplösungen fahren in die Öffnung hinein und bilden je nach Ablenkwinkel einen Teil des Innenraums der Bohrung ab. Für die Zylinderfläche beträgt der Ablenkwinkel 90° und für die Grundfläche 0°. Dabei wird in Abhängigkeit der Einfahrtiefe jeweils nur ein Teil der Zylinderfläche oder der Grundfläche der Bohrung erfasst.Classical endoscope solutions drive into the opening and, depending on the deflection angle, form part of the interior the hole. For the cylinder surface is the deflection angle 90 ° and for the base area 0 °. Doing so dependent on the entry depth only a part of the cylinder surface or the Floor space the hole recorded.

Neuere Endoskoplösungen erlauben die 360°-Abbildung der Zylinderfläche als Ringbild. Eine derartige Vorrichtung wird in der Produktinformation 2003 „Endoskope und TV-Sonden" der ViSiTOOL GmbH beschrieben.newer endoscope solutions allow 360 ° imaging the cylinder surface as a ring picture. Such a device is described in the product information 2003 “Endoskope and TV probes "the ViSiTOOL GmbH described.

Weiterhin bekannt ist der Einsatz von Superweitwinkelobjektiven. Diese haben ein nicht festgelegtes Gesichtsfeld, das durch die Pupillenlage auf bestimmte Bohrlochformen beschränkt ist. Hier ist eine optimale Beleuchtung entsprechend Produktinformation 2000 von Herrn Richard Wolf „Rundblick-Technoskop" kaum realisierbar.Farther the use of super wide-angle lenses is known. Have this an unspecified field of vision caused by the pupil position is limited to certain hole shapes. Here is an optimal one Lighting according to product information 2000 from Mr. Richard Wolf "panoramic technoscope" hardly feasible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem Bohrlöcher unterschiedlichen Durchmessers und Tiefe ohne Eintauchen in das Bohrloch selbst inspiziert werden können.The The invention has for its object a device of the beginning Specify the type mentioned, for the boreholes of different diameters and depth can be inspected without immersion in the borehole itself can.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale enthält.According to the Object achieved with a device which the in claim 1 features specified.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Refinements are specified in the subclaims.

Durch die Anordnung des optischen Systems wird eine vollständige Inspektion des Bohrloches gewährleistet, ohne dass das optische System selbst in das Bohrloch eingetaucht werden muss. Die Erfindung ist damit einfach zu handhaben und ermöglicht eine vollständige und reproduzierbare Inspektion. Das wird dadurch erreicht, dass ein zweistufig abbildendes optisches System mit Eintrittspupille vor der ersten wirksamen Fläche angewendet wird. Durch diese Lage der Eintrittspupille vor der ersten optisch wirksamen Fläche kann das Perspektivitätszentrum in der Bohrung liegen. Damit wird das erfasste Gesichtsfeld in weiten Grenzen variabel. Die modulare Bauweise der Erfindung erlaubt die Kombination einzelner Baugruppen. Durch Variation des Vorder- und Hintersystems kann das Gesichtsfeld der Bohrlochform angepasst werden. Insbesondere kann bewusst die Inspektion des Bohrlochgrundes und die Inspektion des Bohrlochzylinders angestrebt werden. Die Beleuchtungseinspiegelung zwischen den beiden Systemen erlaubt zusätzlich die freie Gestaltung des Auflicht-Hellfeld-Beleuchtungsstrahlengangs, so dass je nach Aufgabe Defekte deutlich hervortreten.By the arrangement of the optical system will be a full inspection the borehole ensures without the optical system itself being immersed in the borehole must become. The invention is thus easy to use and enables full and reproducible inspection. This is achieved in that a two-stage imaging optical system with entrance pupil before the first effective area is applied. This position of the entrance pupil before the first optically effective surface can the perspective center lie in the hole. This broadens the captured field of view Limits variable. The modular design of the invention allows Combination of individual assemblies. By varying the front and The field of vision can be adapted to the shape of the borehole behind the system. In particular, the inspection of the bottom of the borehole and the inspection of the borehole cylinder is aimed for. The illumination reflection free design between the two systems is also possible of the incident light bright field illumination beam path, so that depending on Task Defects clearly stand out.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere:

  • 1. Durch Variation der beiden optisch abbildenden Teilsysteme kann entweder der Bohrlochgrund oder die Zylinderfläche des Bohrlochs vorrangig scharf auf den Sensor abgebildet werden.
  • 2. Durch die Variation von Abständen, Brennweiten und Durchmessern der Bauteile des optischen Systems können verschiedene Bohrlochgrößen inspiziert werden können.
  • 3. Der Auflicht-Hellfeld-Beleuchtungsstrahlengang kann zwischen den beiden Teilsystemen eingespiegelt werden, so dass durch Variationen der Lichtquelle und der Strahlablenkung der Inspektionsaufgabe optimal angepasst werden kann.
  • 4. Bei Anordnung der Auflicht-Beleuchtung vor dem abbildenden System ist es möglich, auch die Lichtquelle der Inspektionsaufgabe optimal anzupassen.
The invention is characterized by a number of advantages. These include in particular:
  • 1. By varying the two optically imaging subsystems, either the bottom of the borehole or the cylindrical surface of the borehole can be imaged primarily sharply on the sensor.
  • 2. By varying the distances, focal lengths and diameters of the components of the optical system, different borehole sizes can be inspected.
  • 3. The incident light brightfield illumination beam path can be reflected between the two subsystems, so that the inspection task can be optimally adapted by varying the light source and the beam deflection.
  • 4. If the incident light lighting is arranged in front of the imaging system, it is also possible to optimally adapt the light source to the inspection task.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt:In the associated Drawing shows:

1 den schematischen Aufbau der optischen Anordnung des Strahlengangs sowie den Querschnitt eines zu inspizierenden Bohrloches. 1 the schematic structure of the optical arrangement of the beam path and the cross section of a borehole to be inspected.

Die optische Anordnung zur Inspektion von Bohrlöchern besteht aus mindestens zwei optischen Systemen, dem vorderen abbildenden System 1 und dem hinteren abbildenden System 2, mit denen das Bohrloch 3 auf den Empfänger 6 abgebildet wird. Als Empfänger 6 wird vorzugsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor verwendet. Die beiden abbildenden optischen Systeme 1 und 2 sind so angeordnet, dass die Eintrittspupille 4 für das Gesamtsystem vor die erste optisch wirksamen Fläche abgebildet wird. Die optischen Systeme 1 und 2 sind durch ihre Hauptebenen und ihre Brennpunkte dargestellt. Im dargestellten Beispiel wird der Bohrlochgrund 5 auf die Fläche des elektronischen Empfängers 6 abgebildet.The optical arrangement for the inspection of boreholes consists of at least two optical systems, the front imaging system 1 and the rear imaging system 2 with which the borehole 3 to the recipient 6 is mapped. As receiver 6 a CCD or CMOS sensor is preferably used. The two imaging optical systems 1 and 2 are arranged so that the entrance pupil 4 for the entire system is mapped in front of the first optically effective surface. The optical systems 1 and 2 are by their heads planes and their focal points. In the example shown, the bottom of the borehole becomes 5 on the surface of the electronic receiver 6 displayed.

Eine zusätzliche Auflicht-Hellfeld-Beleuchtung kann zwischen den Systemen 1 und 2 über eine geeignete Einkoppelvorrichtung 7 eingespiegelt werden. Hierzu können teildurchlässige Spiegel oder Prismen verwendet werden. In Lichtrichtung vor der Einkoppelvorrichtung 7 kann der Beleuchtungsstrahlengang 8 durch zusätzliche Linsen beeinflusst und dem Messobjekt angepasst werden. Darüber hinaus ist es möglich, über Ringleuchten 9 vor dem System für eine kontrastreiche Ausleuchtung des Bohrloches zu sorgen.Additional incident light brightfield lighting can be used between the systems 1 and 2 via a suitable coupling device 7 be reflected. Partially transparent mirrors or prisms can be used for this. In the direction of light in front of the coupling device 7 can the illuminating beam path 8th influenced by additional lenses and adapted to the measurement object. In addition, it is possible to use ring lights 9 ensure high-contrast illumination of the borehole in front of the system.

11
vorderes abbildendes Systemfront imaging system
22
hinteres abbildendes Systemrear imaging system
33
zu inspizierendes Bohrlochto inspecting borehole
44
gemeinsame Eintrittspupille der abbildenden Systemecommon Entry pupil of the imaging systems
55
Grundfläche des BohrlochesBase area of the bore hole
66
Fläche des elektronischen EmpfängersArea of electronic receiver
77
Einkoppelsystem für Auflicht-Hellfeld-Beleuchtungcoupling system for reflected light brightfield lighting
88th
Auflicht-Hellfeld-BeleuchtungsstrahlengangReflected light bright field illumination beam path
99
Auflicht-Beleuchtung vor der abbildenden OptikIncident illumination in front of the imaging optics

Claims (4)

Vorrichtung zur Untersuchung von mechanischen Bauteilen mit Vertiefungen und/oder Durchbrüchen, insbesondere zur Untersuchung von Bohrlöchern (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein abbildendes optisches System enthält, das aus einem vorderen abbildenden System (1) und einem hinteren abbildenden System (2) besteht, die in ihrer gegenseitigen Lage variierbar sind, wobei die Eintrittspupille (4) des gesamten abbildenden Systems vor die erste optisch wirksame Fläche abgebildet wird, der zu untersuchende Bereich des Bohrloches (3) auf einen elektronischen Empfänger (6) abgebildet wird und Mittel zur Einkopplung eines Beleuchtungsstahlenganges in die optische Abbildung angeordnet sind.Device for examining mechanical components with depressions and / or openings, in particular for examining boreholes ( 3 ), characterized in that the device contains an imaging optical system consisting of a front imaging system ( 1 ) and a rear imaging system ( 2 ), which are variable in their mutual position, the entrance pupil ( 4 ) of the entire imaging system is imaged in front of the first optically effective area, the area of the borehole to be examined ( 3 ) to an electronic receiver ( 6 ) is mapped and means are arranged for coupling an illumination beam path into the optical image. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelnen Bauteile Anschlusselemente aufweisen, mit denen die Teile des zweistufigen abbildenden Systems und die Mittel zum Einkoppeln des Beleuchtungsstrahlengangs beliebig kombinierbar sind.Device according to claim 1, characterized in that the individual components have connection elements with which the parts of the two-stage imaging system and the means for coupling of the illumination beam path can be combined as desired. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einkopplung des Beleuchtungsstahlenganges zwischen den beiden Teilsystemen (1, 2) angeordnet sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the means for coupling the illumination beam path between the two subsystems ( 1 . 2 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einkopplung des Beleuchtungsstahlenganges vor der ersten optisch wirksamen Fläche der Vorrichtung angeordnet sind.Device according to claim 1 or 2, characterized in that that the means for coupling the illumination beam path before the first optically effective surface the device are arranged.
DE2003120165 2003-05-05 2003-05-05 Device for inspecting components, in particular boreholes Withdrawn DE10320165A1 (en)

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