УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛОСТИ В ДЕТАЛИ Российский патент 2013 года по МПК G01N21/954 G02B23/24 

Изобретение относится к устройству охарактеризованного в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения рода для отображения внутренней поверхности полости в детали.

Из WO 2009/003692 известно устройство данного рода для отображения внутренней поверхности полости в детали, содержащее оптику кругового обзора, которая находится в передающем изображение соединении со съемочным устройством и установленным за ним устройством обработки. Известное устройство содержит также осветительное устройство для освещения охватываемой оптикой отображаемой области внутренней поверхности.

Такие устройства используются, например, при осмотре цилиндрических расточек в блок-картерах и служат для отображения радиальной внутренней поверхности цилиндрической расточки и проверки того, отвечает ли она заданным требованиям в отношении своих свойств.

Задача изобретения состоит в создании устройства, охарактеризованного в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения рода для отображения внутренней поверхности полости в детали, которое имело бы расширенные возможности в отношении отображения внутренней поверхности.

Эта задача решается посредством изобретения, охарактеризованного в пункте 1 формулы изобретения.

Основная идея изобретения состоит в выполнении такого осветительного устройства, чтобы регистрируемая оптикой отображаемая область внутренней поверхности освещалась частично в светлом поле, а частично в темном поле. При освещении в светлом поле, при котором отраженный отображаемой внутренней поверхностью свет используется для отображения, возникает особенно контрастное отображение, с помощью которого на отображаемой внутренней поверхности можно установить, например и в частности, царапины и пористости. По сравнению с этим при освещении в темном поле, при котором световые лучи направлены так, что для отображения привлекаются, прежде всего, рассеянные на отображаемой внутренней поверхности лучи, можно установить другие структурные дефекты, например у отливок дефекты литья.

Благодаря предложенному устройству становится возможным отображать отображаемую внутреннюю поверхность с освещением как в светлом, так и в темном полях. Устройство объединяет в себе тем самым существующие в отношении регистрации дефектов преимущества обоих способов освещения. Согласно изобретению при этом можно отображать первый осевой участок отображаемой области с освещением в светлом поле и в то же время отображать отстоящий от первого осевого участка второй осевой участок отображаемой области с освещением в темном поле, так что одновременно выполняется измерение в светлом и темном полях. Однако согласно изобретению можно также отображать один и тот же осевой участок отображаемой внутренней поверхности последовательно по времени с освещением как в темном поле, так и в светлом. Например, устройство может быть снабжено для этого устройством перемещения, посредством которого устройство аксиально движется относительно отображаемой внутренней поверхности. Если, например, исследуемый с освещением в темном поле участок внутренней поверхности находится в направлении перемещения наискось перед оптикой, а исследуемый с освещением в светлом поле участок находится в осевом направлении полости приблизительно на высоте оптики или немного позади нее, то заданный осевой участок внутренней поверхности во время перемещения может отображаться сначала с освещением в темном поле, а затем при дальнейшем перемещении устройства - с освещением в светлом поле.

Таким образом, расширены возможности предложенного устройства в отношении отображения внутренней поверхности полости.

За счет того, что согласно изобретению возможно отображение с освещением как в светлом, так и в темном поле, предложенное устройство обеспечивает особенно обширные и информативные в отношении обнаружения поверхностных дефектов процессы контроля.

Предложенное устройство имеет относительно простую конструкцию и тем самым относительно недорого в изготовлении.

Согласно изобретению в принципе можно предусмотреть осветительное устройство с двумя или более источниками света, один из которых служит для реализации освещения в светлом поле на первом осевом участке отображаемой области, а другой - для реализации освещения в темном поле на втором осевом участке. Чтобы устройство имело особенно простую конструкцию, в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено зеркальное устройство, отражающая поверхность которого частично расположена на траектории лучей источника света таким образом, что в положении отображения устройства одна часть лучей света, излучаемого источником света, падает на второй осевой участок отображаемой области, а отражающая поверхность отражает другую часть лучей на первый осевой участок. В этом варианте предусмотренное согласно изобретению одновременное освещение в светлом и темном полях разных осевых участков на внутренней поверхности полости может быть реализовано, тем самым, посредством единственного источника света. Часть лучей излученного света, которые отражаются отражающей поверхностью на первом осевом участке, может служить, например, для реализации освещения в светлом поле, а часть лучей, падающих мимо отражающей поверхности зеркального устройства на второй осевой участок, может служить для реализации освещения в темном поле.

В одной предпочтительной модификации описанного варианта зеркальное устройство имеет кольцеобразную отражающую поверхность. Таким образом, достигается кольцеобразное освещение внутренней поверхности детали. В соответствии с требованиями отражающая поверхность зеркального устройства может быть выполнена в сечении прямой, так что зеркало выполнено в форме усеченного конуса. Однако отражающая поверхность может быть выполнена в сечении также круговой, асферической, параболической или иным образом.

В другом варианте осуществления изобретения отражающая поверхность является коаксиальной оптической оси оптики. Таким образом, возникает освещение, равномерное в направлении периферии внутренней поверхности.

В частности, тогда, когда осветительное устройство излучает в направлении оптической оси оптики, целесообразно, что отражающая поверхность, по меньшей мере, на отдельных участках расположена под углом к оптической оси, как это предусмотрено в другой предпочтительной модификации варианта с зеркальным устройством.

В одном чрезвычайно предпочтительном варианте осуществления изобретения оптика имеет угол обзора >180°, преимущественно около 185°. В этом варианте можно, например и в частности, отображать одновременно участок внутренней поверхности, расположенный в направлении оптической оси наискось перед оптикой и освещенный в темном поле, и участок внутренней поверхности, расположенный в направлении оптической оси приблизительно на высоте оптики или сразу позади оптики и освещенный в светлом поле.

Чтобы достичь равномерного освещения отображаемого участка или отображаемых участков внутренней поверхности, в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения осветительное устройство содержит кольцеобразный источник света. Например и в частности, кольцеобразный источник света может быть образован устройством из нескольких светодиодов, расположенных позади диффузора.

В смысле особенной компактной и экономящей место конструкции устройства целесообразно, что источник света расположен в направлении оптической оси в непосредственной близости от оптики.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения источник света расположен коаксиально оптической оси оптики.

В другом предпочтительном варианте источник света расположен в основном коаксиально оптической оси оптики.

Съемочное устройство может быть выполнено любым подходящим образом. Например, можно использовать в качестве съемочного устройства кольцевой датчик, который охватывает кольцеобразную область из отображающей окружности оптики. Однако в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения съемочное устройство выполнено для охвата всей отображающей окружности оптики. В этом варианте за счет охвата всей отображающей окружности оптики существует, в частности, возможность отображения одновременно нескольких кольцеобразных областей внутренней поверхности детали, по меньшей мере, одна из которых может освещаться в светлом поле, а, по меньшей мере, одна другая - в темном поле.

Для обеспечения полного в осевом направлении полости отображения внутренней поверхности, целесообразно предусмотрено устройство осевого перемещения устройства относительно детали.

Сохранение данных изображения, снимаемых съемочным устройством, содержащим преимущественно цифровой датчик изображения, может осуществляться любым подходящим образом. В одном предпочтительном варианте предусмотрено запоминающее устройство для запоминания отображаемых данных в соответствии с данным осевым положением устройства относительно детали. В этом варианте во время осевого перемещения устройства последовательно по времени отображаются разные кольцеобразные области внутренней поверхности полости и полученные таким образом данные изображения записываются в память, причем образовано соответствие между данным осевым положением устройства и запомненными данными изображения.

Для обеспечения полного в направлении периферии внутренней поверхности отображения целесообразно оптика имеет круговой обзор в 360°. Соответствующая оптика известна, например, из US 3553820, US 5473474, US 4565763 и EP 1321793 B1.

Предложенное устройство подходит для исследования любых внутренних поверхностей полостей, в частности вращательно-симметричных, например цилиндрических или в основном цилиндрических полостей. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения отображаемая внутренняя поверхность выполнена в основном вращательно-симметричной, в частности образована цилиндрической расточкой блок-картера.

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью прилагаемого чертежа, на котором изображены сильно схематизированные примеры выполнения устройства. При этом все описанные, изображенные на чертеже и заявленные в формуле изобретения признаки сами по себе или в любой комбинации между собой образуют объект изобретения независимо от их объединения в формуле изобретения и подчиненности ее пунктов, а также независимо от их описания или изображения на чертеже.

На чертеже изображают:

- фиг.1: схематичный вид сбоку первого примера выполнения устройства в положении отображения;

- фиг.2: отображение на съемочном устройстве устройства из фиг.1;

- фиг.3: созданные посредством устройства из фиг.1 цифровые изображения разверток отображаемой внутренней поверхности в светлом и темном полях;

- фиг.4: в том же виде, что и на фиг.1, второй пример выполнения устройства;

- фиг.5: в том же виде, что и на фиг.1, третий пример выполнения устройства;

- фиг.6: в том же виде, что и на фиг.1, четвертый пример выполнения устройства;

- фиг.7: в том же виде, что и на фиг.1, пятый пример выполнения устройства;

- фиг.8: в том же виде, что и на фиг.1, шестой пример выполнения устройства;

- фиг.9: в том же виде, что и на фиг.1, седьмой пример выполнения устройства;

- фиг.10: в том же виде, что и на фиг.1, восьмой пример выполнения устройства;

- фиг.11: в том же виде, что и на фиг.1, девятый пример выполнения устройства.

На фигурах чертежа одинаковые или соответствующие друг другу детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг.1 изображен первый пример выполнения устройства 2 для отображения внутренней поверхности 4 полости детали 6. В данном примере речь идет о внутренней поверхности 4 цилиндрической расточки блок-картера. Устройство 2 содержит оптику 8 с круговым обзором в данном примере 360°, которая находится в передающем изображение соединении со съемочным устройством 10 и установленным за ним устройством обработки (не показано). В данном примере съемочное устройство 10 образовано цифровой камерой с датчиком 12 изображения. Оптика 8 представляет собой отображающий чисто преломляюще-оптически объектив «рыбий глаз», оптическая ось которого обозначена на фиг.1 штрихпунктирной линией 14.

Оптика 8 имеет угол обзора >180°, а именно около 185°, так что она охватывает не только лежащую наискось перед ее фронтальной линзой область внутренней поверхности 4, но и ее область, отстоящую назад вдоль оптической оси относительно фронтальной линзы.

В данном примере датчик 12 выполнен для охвата всей отображающей окружности оптики 8. Снятые оптикой 8 изображения внутренней поверхности 4 записываются датчиком 12 съемочного устройства 10 и сохраняются в запоминающем устройстве (не показано).

Устройство 2 содержит осветительное устройство 16, которое расположено согласно изобретению относительно оптики 8 таким образом и траектория лучей которого выбрана таким образом, что первый осевой участок отображаемой области может освещаться в светлом поле и одновременно отстоящий от первого осевого участка второй осевой участок может освещаться в темном поле. Осветительное устройство 16 содержит кольцеобразный источник 18 света, образованный в данном примере несколькими расположенными вдоль кругового кольца светодиодами, излучающими свет в кольцеобразный диффузор. Как видно на фиг.1, источник 18 света расположен в осевом направлении оптической оси в непосредственной близости от оптики 8. Источник 18 света расположен коаксиально оптической оси 14 оптики 8 и излучает свет в основном коаксиально ей.

Осветительное устройство 16 содержит зеркальное устройство 20, образованное в данном примере тороидальным зеркалом, отражающая поверхность 20 которого наклонена к оптической оси 14 оптики 8. Отражающая поверхность 20 выполнена в сечении асферической. Как видно на фиг.1, отражающая поверхность 20 частично расположена на траектории лучей источника 18 света таким образом, что в показанном на фиг.1 положении отображения устройства 2 отражающая поверхность 20 отражает часть лучей излучаемого источником 18 света на первый осевой участок внутренней поверхности 4. Эта часть лучей обозначена на фиг.1 поз.21. Другая часть лучей падает мимо отражающей поверхности 20 непосредственно на внутреннюю поверхность 4. Эта часть лучей обозначена на фиг.1 поз.22, 24, 26. Как видно на фиг.1, первый осевой участок отображаемой области, на котором на внутреннюю поверхность 4 падает часть лучей 21, отстоит в осевом направлении оптической оси 14 от второго осевого участка, на котором на внутреннюю поверхность 4 падает часть лучей 22, 24, 26. Первый и второй осевые участки находятся в отображаемой области оптики 8.

Как видно на фиг.1, первый осевой участок лежит в направлении оптической оси немного позади оптики 8, однако за счет угла обзора оптики 8 в 185° охватывается отображаемой областью.

В данном примере за счет отраженной отражающей поверхностью 20 на внутреннюю поверхность 4 части лучей излучаемого источником 18 света реализовано освещение в светлом поле, тогда как за счет части лучей 22, 24, 26 реализовано освещение в темном поле. Таким образом, согласно изобретению первый осевой участок отображаемой области, в данном примере осевой участок, соответствующий части лучей

21, может освещаться в светлом поле и одновременно отстоящий от первого осевого участка второй осевой участок, в данном примере участок, соответствующий части лучей

22, 24, 26, может освещаться в темном поле. Следовательно, посредством устройства 2 могут отображаться первый осевой участок (освещение в светлом поле) и второй осевой участок (освещение в темном поле) одновременно или последовательно по времени.

Принцип действия устройства 2 следующий.

Для отображения внутренней поверхности 4 полости в детали 6 устройство 2 установлено с возможностью перемещения посредством устройства перемещения (не показано) относительно детали 6 по двойной стрелке 28.

Посредством осветительного устройства 16 первый осевой участок освещается с освещением в светлом поле (частичные лучи 21), а второй осевой участок (частичные лучи 22, 24, 26) внутренней поверхности 4 - с освещением в темном поле, и оба участка отображаются посредством оптики 8 на датчике 12.

Поскольку датчик 12 выполнен для охвата всей изображающей окружности оптики 8, могут отображаться одновременно несколько кольцеобразных областей внутренней поверхности 4, как это показано на фиг.2. Поз.21', 22', 24', 26' на фиг.2 обозначают, какая из отображенных на датчике 12 кольцеобразных областей соответствует части лучей 21, 22, 24, 26.

Во время перемещения устройства 2 относительно детали 6 последовательно отображаются разные осевые участки внутренней поверхности 4, которые преобразуются в устройстве обработки в изображения, каждое из которых соответствует развертке внутренней поверхности 4.

На фиг.3 показаны соответствующие изображения 30, 32, 34, 36 в памяти устройства обработки, причем изображение 30 соответствует отображению с освещением в светлом поле, а изображения 32, 34, 36 соответствуют отображению с освещением в темном поле. Принцип того, как устройство обработки преобразует отображенные на датчике круговые области (фиг.2) в декартово изображение, известен, например, из публикации DE 102007031358 A1, раскрытое содержание которой включено за счет ссылки в данную заявку.

С помощью снятых с освещением в светлом и темном полях изображений можно установить, отвечает ли исследуемая внутренняя поверхность 4 в отношении ее свойств заданным требованиям.

За счет того что внутренняя поверхность может отображаться с освещением как в светлом, так и в темном поле, ее дефекты могут быть установлены особенно надежно.

На фиг.4 изображен второй пример устройства 2, который отличается от примера на фиг.1 тем, что вместо отображающей чисто преломляюще-оптически оптики предусмотрена катадиоптрическая оптика, которая в этом примере состоит из отображающих зеркала 38 и объектива 40. Отображающее зеркало 38 лишь в качестве примера выполнено в виде шарового сегмента. В соответствии с требованиями оно может быть выполнено также конусообразным или любого другого подходящего сечения, например асферического или выпуклого.

На фиг.5 изображен третий пример устройства 2, в котором в соответствии с примером на фиг.4 использована катадиоптрическая оптика 42. Для улучшения качества отображения катадиоптрическая оптика 42 выполнена так, как это раскрыто в US 4566763.

На фиг.6 изображен четвертый пример устройства 2, в котором катадиоптрическая оптика 42 выполнена так, как это раскрыто в US 5473474.

На фиг.7 изображен пятый пример устройства 2, в котором катадиоптрическая оптика 42 выполнена так, как это раскрыто в US 3552820.

На фиг.8 изображен шестой пример устройства 2, который отличается от примера на фиг.4 осветительным устройством 16, содержащим в этом примере источник 44 света, который может быть выполнен в виде светодиодной лампы, короткодуговой лампы и т.п. В направлении излучения перед источником 44 света расположен осветительный конденсор для проекции источника 44 света, причем направление излучаемого источником 44 света совпадает с траекторией отображающих лучей. Излучаемый источником 44 свет отклоняется частично прозрачным отклоняющим зеркалом 48 на отображающее зеркало 38.

На фиг.9 изображен седьмой пример устройства 2, который отличается от примера на фиг.8 тем, что используется катадиоптрическая оптика 42 из фиг.5.

На фиг.9 изображен седьмой пример устройства 2, который отличается от примера на фиг.8 тем, что используется катадиоптрическая оптика 42 из фиг.5.

На фиг.10 изображен восьмой пример устройства 2, который отличается от примера на фиг.8 тем, что используется катадиоптрическая оптика 42 из фиг.6.

На фиг.11 изображен девятый пример устройства 2, который отличается от примера на фиг.8 тем, что используется катадиоптрическая оптика 42 из фиг.7.

Устройство относится к оптической измерительной технике. Устройство 2 для отображения внутренней поверхности 4 полости в детали 6 содержит оптику 8 с круговым обзором, которая находится в передающем изображение соединении со съемочным устройством (10) и установленным за ним устройством обработки. Устройство содержит также осветительное устройство 16 с источником 18 света для освещения охватываемой оптикой 8 отображаемой области внутренней поверхности 4. Расположение осветительного устройства 16 относительно оптики 8 и траектория его лучей выбрана таким образом, что первый осевой участок отображаемой области может освещаться в светлом поле и одновременно отстоящий от первого осевого участка второй осевой участок отображаемой области - в темном поле. Технический результат заключается в обеспечении возможности обнаружения структурных дефектов поверхности. 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для отображения внутренней поверхности полости в детали, содержащее оптику кругового обзора, которая находится в передающем изображение соединении со съемочным устройством и установленным за ним устройством обработки, и осветительное устройство с источником света для освещения охватываемой оптикой отображаемой области внутренней поверхности, отличающееся тем, что расположение осветительного устройства (16) относительно оптики (8) и траектория его лучей выбраны с возможностью освещения первого осевого участка отображаемой области в светлом поле и одновременно отстоящего от первого осевого участка второго осевого участка отображаемой области - в темном поле.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит зеркальное устройство, отражающая поверхность (20) которого расположена частично на траектории лучей источника (18) света таким образом, что в положении отображения устройства (2) часть лучей (22, 24, 26) излучаемого источником (18) света падает на второй осевой участок отображаемой области, и отражающая поверхность (20) отражает другую часть лучей (21) на первый осевой участок.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что зеркальное устройство имеет кольцеобразную отражающую поверхность (20).

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отражающая поверхность (20) коаксиальна оптической оси (14) оптики (8).

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отражающая поверхность (20), по меньшей мере, на отдельных участках расположена под углом к оптической оси (14) оптики (8).

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что оптика имеет угол обзора > 180°, преимущественно около 185°.

7. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что осветительное устройство (16) содержит кольцеобразный источник света.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что источник (18) света расположен в осевом направлении оптической оси (14) в непосредственной близости от оптики (8).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что источник (18) света расположен коаксиально оптической оси (14) оптики (8).

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что источник (18) света излучает свет, в основном, коаксиально оптической оси (14) оптики (8).

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемочное устройство (10) выполнено для охвата всей отображающей окружности оптики (8).

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит устройство осевого перемещения устройства (2) относительно детали (6).

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит запоминающее устройство для хранения отображаемых данных в соответствии с данным осевым положением устройства (2) относительно детали (6).

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптика (8) имеет круговой обзор в 360°.

15. Устройство по любому из пп.1-5, 8-14, отличающееся тем, что отображаемая внутренняя поверхность (4) выполнена, в основном, вращательно-симметричной, в частности образована цилиндрической расточкой блок-картера.