專利名稱：孔檢驗(yàn)系統(tǒng)及其檢驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及表面檢驗(yàn)系統(tǒng)及其檢驗(yàn)方法，尤其涉及用于檢驗(yàn)孔的檢驗(yàn)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
具有環(huán)形內(nèi)表面的生產(chǎn)部件，例如，汽車零件(如密封圈、墊圈或活塞)，在制造過(guò)程中通常需要檢驗(yàn)，以確保內(nèi)表面符合預(yù)定的規(guī)格。已知的檢驗(yàn)系統(tǒng)和方法包括在制造過(guò)程中與零件直接接觸的測(cè)量系統(tǒng)，例如表面光度儀。這些系統(tǒng)通過(guò)觸針與零件的鄰接面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)獲取數(shù)據(jù)。盡管這類檢驗(yàn)系統(tǒng)可以提供精確的結(jié)果，但它會(huì)對(duì)被檢驗(yàn)的表面造成損壞，并且該檢驗(yàn)結(jié)果一般限于被檢驗(yàn)表面的一小部分，而且非常耗時(shí)。除了損壞被檢驗(yàn)的表面外，已知的檢驗(yàn)系統(tǒng)一般限于檢驗(yàn)相對(duì)較小的區(qū)域，因此，在許多情況下，無(wú)法對(duì)被檢驗(yàn)的零件的整個(gè)表面進(jìn)行檢驗(yàn)。更近一步地，已知的孔檢驗(yàn)系統(tǒng)通常比較復(fù)雜，需要多件相對(duì)彼此分別標(biāo)定的設(shè)備，從而對(duì)于被檢驗(yàn)的各個(gè)結(jié)構(gòu)不同的零件來(lái)說(shuō)，都需要大量的安裝時(shí)間。因此，已知的孔檢驗(yàn)系統(tǒng)的使用通常很耗時(shí)，從而使其操作成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于檢驗(yàn)界定了一個(gè)零部件的孔的內(nèi)表面的成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一用于發(fā)射激光束的激光光源。進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括一用于拍攝從內(nèi)表面反射的激光束的攝像機(jī)?？變?nèi)設(shè)置有至少一面第一鏡子。該激光光源用于直接發(fā)射相對(duì)于第一鏡子的入射中心軸基本平行的激光束，并且該攝像機(jī)用于觀察從內(nèi)表面反射的激光束。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該系統(tǒng)包括一透光管，該透光管具有用于鄰接密封孔表面的外表面和用于在其中容納該鏡子的內(nèi)表面。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該系統(tǒng)包括設(shè)置在密封孔內(nèi)的第二鏡子。第一鏡子用于將入射激光束反射在密封孔表面上，而第二鏡子用于向攝像機(jī)反射密封孔表面的影像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種檢驗(yàn)零件的孔表面的方法。該方法包括在孔內(nèi)設(shè)置至少一面鏡子。進(jìn)一步地，該方法還包括直射基本平行于孔的中心軸的激光束，并由第一鏡子將該激光束反射在內(nèi)表面上，再由該內(nèi)表面反射回所述至少一面鏡子上。然后通過(guò)攝像機(jī)從反射回該至少一面鏡子上的激光束獲取內(nèi)表面的影像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法進(jìn)一步包括將一玻璃管與孔表面鄰接設(shè)置，并在玻璃管的孔內(nèi)設(shè)置該至少一面鏡子。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法進(jìn)一步包括在被檢驗(yàn)的孔內(nèi)設(shè)置另一面鏡子，并由一面鏡子將入射激光束反射在孔上，然后由該另一面鏡子將返回的激光束反射至攝像機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該方法進(jìn)一步包括在孔內(nèi)將這兩個(gè)鏡子定位在相對(duì)于彼此成復(fù)角(compound angle)的方向，以使得發(fā)射的激光束與反射至攝像機(jī)的激光束基本相互平行。


結(jié)合下文詳細(xì)描述的優(yōu)選實(shí)施方案、最佳實(shí)施例、所附權(quán)利要求和附圖，根據(jù)本發(fā)明的一種孔檢驗(yàn)系統(tǒng)及其檢驗(yàn)方法的這些及其它方面、特性和優(yōu)點(diǎn)將更加容易理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)造的一種孔檢驗(yàn)系統(tǒng)的立體圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面構(gòu)造的一種孔檢驗(yàn)系統(tǒng)的立體圖；圖3是孔檢驗(yàn)系統(tǒng)的外殼的示意性正視圖，該孔檢驗(yàn)系統(tǒng)示為具有設(shè)置在其中的密封件和設(shè)置在該密封件中的透明管。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱更詳細(xì)的附圖，圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)造的一種用于檢驗(yàn)一密封件14的孔的內(nèi)表面12的孔檢驗(yàn)系統(tǒng)(以下稱為系統(tǒng)10)，除了密封件14，該系統(tǒng)10還可以檢驗(yàn)任何組件的孔的內(nèi)表面。該系統(tǒng)10包括激光光源(也稱為激光束發(fā)射裝置16、成像裝置(例如攝像機(jī)18)以及至少一面第一鏡子20。激光束發(fā)射裝置16調(diào)整為以平行或基本平行于密封件14的水平中心軸24的扇形激光束22 (在垂直或基本垂直的平面Pl上呈扇形)的形式將激光束發(fā)射在第一鏡子20上，該第一鏡子20與密封件14的孔的內(nèi)表面12徑向排直。該扇形激光束22從第一鏡子20垂直反射到目標(biāo)密封表面26,該表面26橫跨孔12的寬度延伸，然后該激光束22從表面26反射，該反射的激光束22作為橫跨內(nèi)表面12的整個(gè)寬度的入射線，再反射回鏡子20，然后被反射至攝像機(jī)18并通過(guò)攝像機(jī)18直接完全成像，而不需要通過(guò)額外的鏡子進(jìn)一步被反射。因此，該一面鏡子或多面鏡子在孔內(nèi)與密封件14的內(nèi)表面12徑向排直。為了便于使密封孔內(nèi)表面12的整個(gè)表面26成像，密封件14可以繞中心軸24旋轉(zhuǎn)，而鏡子20保持固定，其中，通過(guò)可運(yùn)轉(zhuǎn)地固定至密封件14的轉(zhuǎn)盤28可以便于旋轉(zhuǎn)。在圖I所示的實(shí)施例中，密封件14固定安裝在載體——也稱為外殼32的孔30內(nèi)。外殼32固定至轉(zhuǎn)盤28，從而在檢驗(yàn)過(guò)程中使外殼32和密封件14根據(jù)需要以選定的旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)盤28結(jié)合在一起旋轉(zhuǎn)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是，外殼32的孔30可以優(yōu)選的具有任何適合的直徑和寬度，以便于在其中固定具有各種不同直徑和寬度的組件。激光束發(fā)射器16、攝像機(jī)18和鏡子20均彼此相對(duì)固定，且此處示為固定至公同的平臺(tái)34。激光束發(fā)射器16和攝像機(jī)18示為可分別沿滑軌36、38調(diào)節(jié)。平臺(tái)34沿基本水平的平面延伸，并具有寬度減小部分40，該部分40的尺寸適于留有空隙地容置于密封件14的孔內(nèi)。當(dāng)寬度減小部分40設(shè)置在孔內(nèi)后，其不會(huì)干涉或接觸孔的內(nèi)表面12，其中，鏡子20固定至該寬度減小部分40，并且也不會(huì)干涉或接觸該內(nèi)表面12。當(dāng)然，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是，平臺(tái)34不需要設(shè)為一整體片材，但是如果平臺(tái)34形成為單片的片材，則有助于激光束發(fā)射器16、攝像機(jī)18和鏡子20的定位，并可以確保它們各自位于相對(duì)于彼此的期望的固定位置。如圖3的示意圖所示，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，系統(tǒng)10可以包括一透明的圓柱管44，該圓柱管44具有用于鄰接密封孔內(nèi)表面12的外表面46和用于在其中以間隙配合方式容納該鏡子20的內(nèi)表面48。外表面46的尺寸與用于密封件14的轉(zhuǎn)軸的尺寸相同，因此，由攝像機(jī)18獲取的影像可以觀察到，如果在應(yīng)用中使用圓柱管44，則在實(shí)際使用中密封表面26和轉(zhuǎn)軸的工作表面或磨損套筒之間會(huì)出現(xiàn)接觸斑塊。由于管44由透光材料(例如透明或基本透明的玻璃或聚合材料)制成，因此，激光束22可以貫穿管44的壁厚，以使攝像機(jī)18能夠產(chǎn)生密封表面26的清晰和精確的影像。在圖I的實(shí)施例中，攝像機(jī)18周向或徑向偏移并沿軸42聚焦，該軸42與密封件14的水平中心軸24成斜角。從而，由于激光束22沿平面Pl呈垂直的扇形，因此，只要密封件本體的寬度本身不阻擋第一鏡子20與攝像機(jī)18的鏡頭之間的觀察路徑，攝像機(jī)18就可 以觀察到激光束22的入射線直接從第一鏡子20的平坦的反射平面全反射在內(nèi)表面12上，而不需要借助于額外的鏡子。第一鏡子20繞一垂直于激光束22延伸的水平軸HA自水平中心軸24與一水平面傾斜大約45度，因此，激光束22以大致向上呈90度將光線反射在內(nèi)表面12上。如果孔內(nèi)表面12的寬度足以導(dǎo)致密封件14的本體至少部分地與來(lái)自第一鏡子20的入射激光線的全景干涉，那么如圖2所示以及如下文所述，在密封孔內(nèi)可以集成多面鏡子。在圖2中示出了系統(tǒng)110，其中，與上述相差100的相同的附圖標(biāo)記，用于標(biāo)示相似的特征。與之前的系統(tǒng)10相比，系統(tǒng)110包含一對(duì)以與被檢驗(yàn)的內(nèi)表面112徑向排直的方式設(shè)置在孔內(nèi)的鏡子120、120’，以便于對(duì)孔112進(jìn)行檢驗(yàn)和成像，與之前的內(nèi)表面12的寬度相比，該孔112具有沿中心軸124延伸的增加的寬度。如上所述，系統(tǒng)110同樣用于對(duì)孔內(nèi)表面112的表面126的全寬成像，然而，對(duì)可能被成像的孔112的寬度并無(wú)限制。一部分原因是由于可以使用和定位這兩面鏡子120、120’，進(jìn)一步的原因是由于可以相對(duì)于密封件114的中心軸124調(diào)整激光束發(fā)射裝置116和攝像機(jī)118的位置。其中一面鏡子(也稱為第一鏡子120)同樣進(jìn)行了定位調(diào)整，并因此從中心軸124繞垂直于激光束122的水平軸HA傾斜45度角。然而，與之前的實(shí)施例不同的是，第一鏡子120的尺寸適于反射入射激光束122，而該尺寸足夠窄以避免反射從密封表面126反射的激光束122的入射線。因此，設(shè)置了另一面鏡子(也稱為第二鏡子120’)并使其尺寸適于反射從密封表面126反射的激光束122’。為了便于檢驗(yàn)較大的深孔或?qū)捒祝诙R子120’具有反射平面，該反射平面相對(duì)于第一鏡子120的反射平面成復(fù)角，因此，第一和第二鏡子120、120’的反射表面彼此不平行。該復(fù)角的形成是通過(guò)定位第二鏡子120’使其如同第一鏡子120以相對(duì)中心軸124成相同的45度角在第一平面內(nèi)延伸而得。這樣，與第一鏡子120類似，第二鏡子120’首先從中心軸124繞水平軸HA傾斜45度。然后，第二鏡子120’再繞垂直軸VA旋轉(zhuǎn)。第二鏡子120’繞垂直軸VA的旋轉(zhuǎn)超過(guò)足夠大的角度以使反射激光束122’可以通過(guò)沿軸142設(shè)置的攝像機(jī)118完全成像，該軸142平行或基本平行于中心軸124。因此，入射激光束122和反射激光束122’彼此平行或基本平行。從而，攝像機(jī)118被定位在與激光束發(fā)射裝置116大致平行、朝向相同的方向，而不是像之前的實(shí)施例中被定位為相對(duì)于中心軸124傾斜。根據(jù)一種采用上文討論和說(shuō)明的系統(tǒng)10、110檢驗(yàn)孔的方法，該方法包括在被檢驗(yàn)的內(nèi)表面12、112的孔中設(shè)置至少一面鏡子20、120、120’。然后，由至少一面鏡子20、120將激光束22、122反射在孔表面26、126上。進(jìn)一步地，通過(guò)攝像機(jī)18、118捕捉從至少一面鏡子20、120’反射的激光束22、122’，而不需要借助于除設(shè)置在孔12、112內(nèi)的鏡子20、120’之外的額外的鏡子。當(dāng)在孔12、112內(nèi)使用多面鏡子120、120’時(shí)，該方法進(jìn)一步包括將密封孔內(nèi)表面112內(nèi)的鏡子120、120’調(diào)整為相互成復(fù)角的形式，并且使入射激光束122和反射激光束122’沿基本平行的軸124、142傳播。本方法進(jìn)一步包括設(shè)置一鄰接孔表面26的玻璃管44，以及在玻璃管44的孔內(nèi)設(shè)置至少一面鏡子20、120、120’。
顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，對(duì)本發(fā)明的許多修改和變化都是可能的。因此，可以理解為，除了如具體描述的以外，本發(fā)明可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種成像系統(tǒng)，其用于檢驗(yàn)界定了一個(gè)組件孔的內(nèi)表面，其特征在于，該系統(tǒng)包括 用于發(fā)射激光束的激光光源； 用于拍攝從該內(nèi)表面反射的激光束的攝像機(jī)； 設(shè)置在該孔內(nèi)的至少一面第一鏡子；以及 其中，該激光光源被構(gòu)造為直射與所述第一鏡子的入射中心軸平行的激光束，并且該攝像機(jī)構(gòu)造為觀察從該內(nèi)表面反射的激光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一鏡子具有相對(duì)于該孔的中心軸傾斜45度的反射平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在該孔內(nèi)的第二鏡子，所述第二鏡子具有反射平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一鏡子和第二鏡子的所述反射平面不平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第二鏡子的所述反射平面沿第一平面相對(duì)于該中心軸傾斜45度角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第二鏡子的所述反射平面相對(duì)于所述中心軸成復(fù)角定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第二鏡子的所述反射平面以沿平行于所述中心軸的路徑向所述攝像機(jī)反射該激光束而定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括固定至該組件的載體，所述載體用于繞該中心軸旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像機(jī)沿相對(duì)于該中心軸傾斜的路徑聚焦。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像機(jī)被經(jīng)構(gòu)造為直接觀察由所述第一鏡子反射的激光束。
11.一種檢驗(yàn)界定零件孔的內(nèi)表面的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟 在該孔內(nèi)設(shè)置至少一面鏡子； 直射平行于該孔的中心軸的激光束，并由該第一鏡子將該激光束反射在內(nèi)表面上再反射回所述至少一面鏡子上；以及 通過(guò)攝像機(jī)從反射回該至少一面鏡子上的激光束獲取內(nèi)表面的影像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的檢驗(yàn)界定零件孔的內(nèi)表面的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括在獲取該影像時(shí)，繞該中心軸旋轉(zhuǎn)該零件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的檢驗(yàn)界定零件孔的內(nèi)表面的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括將攝像機(jī)的視角定位在相對(duì)于該中心軸傾斜的方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的檢驗(yàn)界定零件孔的內(nèi)表面的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括在該孔內(nèi)設(shè)置一對(duì)鏡子，且該對(duì)鏡子中的第一面鏡子被構(gòu)造為其上具有直接從激光器入射的激光束，該對(duì)鏡子中的第二面鏡子被構(gòu)造為從該內(nèi)表面將激光束反射至該攝像機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的檢驗(yàn)界定零件孔的內(nèi)表面的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括將該第二鏡子的反射平面以相對(duì)于中心軸成復(fù)角而定位。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的檢驗(yàn)界定零件孔的內(nèi)表面的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括將該對(duì)鏡子的反射平面以彼此不平行而定位。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的檢驗(yàn)界定零件孔的內(nèi)表面的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括將該第二鏡子以沿平行于中心軸的路徑將激光束反射回?cái)z像機(jī)而定位。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于檢驗(yàn)界定了組件孔的內(nèi)表面(12)的成像系統(tǒng)(10)及其檢驗(yàn)方法。該系統(tǒng)包括一用于發(fā)射激光束(22)的激光光源。進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括一用于拍攝從內(nèi)表面反射的激光束的攝像機(jī)(18)。孔內(nèi)設(shè)置有至少一面第一鏡子(20)。該激光光源用于直接發(fā)射相對(duì)于第一鏡子的入射中心軸基本平行的激光束，并且該攝像機(jī)用于觀察從內(nèi)表面反射的激光束。
文檔編號(hào)G01N21/954GK102884421SQ201180022195
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者保羅·S·沙特爾沃思 申請(qǐng)人:費(fèi)德羅-莫格爾公司