(57)【要約】【課題】内面の模写に関する可能性が拡大されて工作物内の空所の内面を模写する装置を提供すること。【解決手段】工作物６の空所の内面４を模写する装置２は、画像撮影器１０と後方配置された評価装置とに画像伝送接続していて全面視界を備える光学システム８を有する。この装置２は更に内面４の光学システム８により把握された模写領域を照明する光源１８を備える照明配列手段１６を備えている。この発明によると、照明配列手段１６は光学システム８に対して、模写領域の第一軸方向部分が明視野照明で、同時に模写領域の第二軸方向部分が暗視野照明で照射できるように、配置されて且つその照明配列手段の光線路が選択されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物の空所の内面を模写する装置であって、画像撮影器と後方配置された評価装置とに画像伝送接続していて全面視界を備える光学システムと、内面の光学システムにより把握された模写領域を照明する光源を備える照明配列手段とを備える装置において、照明配列手段（１６）は光学システム（８）に対して、模写領域の第一軸方向部分が明視野照明で、同時に模写領域の第二軸方向部分が暗視野照明で照射できるように、配置されて且つその照明配列手段の光線路が選択されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
鏡配列手段の反射面（２０）が部分的に光源（１８）の光線路に配置されていて、装置（２）の模写位置では光源（１８）から発射された光の部分光線（２２、２４、２６）が模写領域の第二軸方向部分に衝突し、反射面（２０）が他の部分光線（２１）を第一軸方向部分に反射することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
鏡配列手段が環状反射面（２０）を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
反射面（２０）が光学システム（８）の光学軸線（１４）と共軸方向にあることを特徴とする請求項２或いは３に記載の装置。
【請求項５】
反射面（２０）が光学システム（８）の光学軸線（１４）に対して少なくとも部分的に角度をとって配置されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
光学システム（８）がおよそ１８０°、特に１８５°以上の画像角度を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
照明配列手段（１６）が環状光源を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
光源（１８）が光学軸線（１４）の軸方向に光学システム（８）に直接接近して配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
光源（１８）が光学システム（８）の光学軸線（１４）と共軸方向にあることを特徴とする請求項７或いは８に記載の装置。
【請求項１０】
光源（１８）が光学システム（８）の光学軸線（１４）と実質的に共軸方向に照射することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
画像撮影器（１０）が光学システム（８）の全画像円を把握するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
工作物（６）に対して装置（２）を軸方向に送る送り装置を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
工作物（６）に対して装置（２）の各軸方向位置に一致して模写データを記憶する記憶装置を備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
光学システム（８）が３６０°の全面視界を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
模写すべき内面（４）が主として回転対称に形成され、特にクランクハウジングのシリンダ孔によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作物の空所の内面を模写するために請求項１の上位概念に挙げられた種類の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２００９／００３６９２号明細書によって工作物の空所の内面を模写する当該種類の装置が知られていて、画像撮影器と後方配置された評価装置と画像伝送接続している全面視界（周辺視野）を備える光学システムを有する。さらに、公知の装置は光学システムにより把握される内面の模写領域を照明する照明配列手段に関する。
【０００３】
この種の装置は、例えばクランクハウジングのシリンダ孔検査の際に使用され、シリンダ孔の半径方向内面を模写し、この装置が表面特性に関する所定要件を満たすか否かを検査するのに用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／００３６９２号明細書
【特許文献２】米国特許第３５５２８２０号明細書
【特許文献３】米国特許第５４７３４７４号明細書
【特許文献４】米国特許第４５６５７６３号明細書
【特許文献５】欧州特許第１３２１７９３号明細書
【特許文献６】ドイツ特許出願公開第１０２００７０３１３５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、内面の模写に関する可能性が拡大されて工作物内の空所の内面を模写するために請求項１の上位概念に挙げられた種類の装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項に挙げられた発明によって解決される。
【０００７】
この発明の基本思想は、光学システムにより把握される内面の模写領域が部分的に明視野照明で且つ部分的に暗視野照明で照明されるように、照明配列手段を構成させることである。
【発明の効果】
【０００８】
模写すべき内面から反射された光が模写するために利用される明視野照明では、特別対照領域模写が生じ、その模写により例えば特に引っ掻き傷や多孔性が模写すべき内面に確認され得る。それに対して、模写するためにとりわけ模写すべき内面に散乱された光線が引き合いに出されるように、光の光線路が案内される暗視野照明では、他の構造的欠陥、例えば鋳造部材では鋳造欠陥が確認され得る。
【０００９】
この発明による装置は、模写すべき内面を明視野照明で並びに暗視野照明で模写することを可能とする。それ故に、この発明による装置は欠陥の把握に関して生じる両照明方法の利点を組合せる。この場合には、この発明によると、模写領域の第一軸方向部分を明視野照明で模写し、同時に模写領域の第一軸方向部分に間隔を置いた第二軸方向部分を暗視野照明で模写することを可能とするので、同時に一つの明暗視野測定が実施される。けれども、この発明によると、模写すべき内面の同一の軸方向部分を時間的に連続して暗視野照明で並びに明視野照明で模写することが可能である。例えば装置はこのために、送り装置に組み込まれ得るので、送り装置によって装置が模写すべき内面に対して軸方向に移動できる。例えば内面の暗視野照明で検査する部分が送り方向で光学システムの前斜めに存在して、明視野照明で検査する部分が空所の軸方向においておよそ光学システムの高さ或いはこの光学システムの後に存在するならば、内面の所定軸方向領域が送り中に先ず最初に暗視野照明で模写され、装置の別の送りの際にそれに引き続いて明視野照明で模写され得る。
【００１０】
この形式では、この発明による装置の可能性が空所の内面の模写に関して拡大されている。
【００１１】
この発明によると、明視野照明で並びに暗視野照明で模写され得ることによって、この発明による装置によって特に包含し且つ表面欠陥の検査に関して説得力のある試験過程が可能である。
【００１２】
この発明による装置は構成が比較的に簡単であり、それにより比較的に安価に製造できる。
【００１３】
この発明によると、基本的には二つ或いは多数の光源を備える照明配列手段を設けることが可能であり、その内の一つの光源が明視野照明を実現させるために模写領域の第一軸方向部分に設けられ、他の光源が明視野照明を実現させるために模写領域の第二軸方向部分に設けられている。この発明による装置を特に構成の簡単に構成するために、この発明の好ましい再現態様が鏡配列手段を備えて、その反射面が部分的に光源の光路に配置されていて、装置の模写位置では、光源から発射された光の部分光線が模写領域の第二軸方向部分に発生され、反射面が他の部分光線を第一軸方向部分に反射させる。この実施態様では、この発明により設けられた同時の明視野照明と暗視野照明が空所の内面における異なった軸方向部分に唯一の光線によって実現できる。反射面から第一軸方向部分へ反射される発射された光の部分光線が例えば明るい領域照明を実現するために用いられ、鏡配列手段の反射面を通過して第二軸方向部分へ衝突する部分光線が暗視野照明を実現するために用いられる。
【００１４】
前記実施態様の好ましい再現態様は、鏡配列手段が環状反射面を有することを企図する。この形式では、工作物の内面の環状照明が達成される。各要件に応じて、鏡配列手段の反射面が断面で直線に形成されているので、鏡が切頭円錐状に形成されている。けれども、反射面が断面で円状、球状、放物線状或いはそのような形式に形成され得る。
【００１５】
この発明の他の再現態様は、反射面が光学システムの光学軸線に対して共軸方向であることを企図する。この形式では、内面の周辺方向で均一な照明が生じる。
【００１６】
特に、照明配列手段が対物レンズの光学軸線の方向に照射するときに、反射面が光学軸線に対して少なくとも部分的に角度に配置されていることが目的にかなっていて、これが鏡配列手段を備える実施態様の他の好ましい再現態様を述べられている。
【００１７】
この発明の意外な好ましい再現態様は、光学システムが１８０°以上の画像角度、特におよそ１８５°の画像角度を有することを企図する。この実施態様では、例えば且つ特に同時に光学軸線の方向に光学システムの前斜めに配置されて暗い領域照明で照明された部分と光学軸線の方向におよそ光学システムの高さに或いは光学システムの後に短く配置されて明るい領域照明で照明された内面部分とが模写され得る。
【００１８】
模写すべき部分或いは内面の模写すべき部分均一な照明を得るために、この発明の好ましい再現態様は、照明配列手段が環状光源を有することを企図する。例えば且つ特に環状光源が拡散器の後に配置されている多数の照明ダイオードの配列によって形成され得る。
【００１９】
装置の特別のコンパクトで空間節約する構成の意味において、光源が光学軸線に整合して対物レンズに対する直接付近に配置されていることが目的にかなっている。
【００２０】
この発明の他の好ましい再現態様によると、光源が光学システムの光学軸線に対して共軸方向に配置されている。
【００２１】
他の好ましい再現態様は、光源が実質的に光学システムの光学軸線に対して共軸方向に照射することを企図する。
【００２２】
この発明による装置の画像撮影器が任意の適した形式で形成され得る。例えば光学システムの画像円から環状領域を把握するリングセンサーを画像撮影器として使用することが可能である。けれども、この発明の好ましい再現態様は、画像撮影器が光学システムの全画像円を把握するように形成されていることを企図する。この実施態様では、光学システムの全画像円の把握に基づいて、特に工作物の内面における同時に複数の環状領域を模写する可能性が生じ、それらの内の少なくとも一つの環状領域が明視野照明で、少なくとも一つの他の環状領域が暗視野照明で照明され得る。
【００２３】
空所の軸方向に内面の完全な模写を可能とするために、送り装置が工作物に対する装置の軸方向送りのために設けられていることが目的にかなっている。
【００２４】
特にデジタル画像センサーを有し得る画像撮影器により撮影された画像データの記憶は任意の適した形式で行われる。好ましい再現態様が工作物に対する装置の各軸方向位置に一致して模写データを記憶する記憶装置を備えている。この実施態様では、装置の軸方向送り中に時間的に互いに次の異なった環状領域が空所の内面に模写されて、そこで得られた画像データが記憶されて、装置の各軸方向位置とそれぞれに記憶された画像データとの間の組入れが形成されている。
【００２５】
内面の周辺方向に完全な模写を可能とするために、光学システムが３６０°の全面視界（周辺視野）を有することが目的にかなっている。適切な光学システムは例えば米国特許第３５５２８２０号明細書（特許文献２）、米国特許第５４７３４７４号明細書（特許文献３）、米国特許第４５６５７６３号明細書（特許文献４）と欧州特許第１３２１７９３号明細書（特許文献５）によって知られている。
【００２６】
この発明による装置は、空所、特に回転対称状、例えば円筒状或いは実質的に円筒状空所の任意の内面を検査するのに適している。この発明の好ましい再現態様は、模写すべき内面が回転対称状に形成されて、特にクランクハウジングのシリンダ孔によって形成されていることを企図する。
【００２７】
この発明は、次に添付図面に基づいて詳細に説明されていて、この発明による装置の強力に概略された実施例が図示されている。この場合には、すべての記載され、図面に図示され且つ特許請求の範囲に要求された特徴事項は、それ自体並びに互いに任意の組合せで採用されて、特許請求の範囲の要約や関連と無関係に且つ図面の説明或いは図示と無関係に、発明の対象を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明による装置の第一実施例の概略的側面図を模写位置に示す。
【図２】図１による装置の画像撮影器に関する模写を示す。
【図３】明視野と暗視野の模写すべき内面の処理の図１による装置によって発生したデジタル画像を示す。
【図４】図１と同じ表示でこの発明による装置の第二実施例を示す。
【図５】図１と同じ表示でこの発明による装置の第三実施例を示す。
【図６】図１と同じ表示でこの発明による装置の第四実施例を示す。
【図７】図１と同じ表示でこの発明による装置の第五実施例を示す。
【図８】図１と同じ表示でこの発明による装置の第六実施例を示す。
【図９】図１と同じ表示でこの発明による装置の第七実施例を示す。
【図１０】図１と同じ表示でこの発明による装置の第八実施例を示す。
【図１１】図１と同じ表示でこの発明による装置の第九実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に、この発明は、図面に開示された実施例に基づいて詳細に説明される。ここで、図面の各図では、同じ或いは適切な構成部材が同じ参照符号を備えている。
【００３０】
図１には、この発明による装置２の第一実施例が工作物６の空所の内面を模写するように図示されている。図示された実施例では、内面４にはクランクハウジングのシリンダ孔の内面を取り扱われている。装置２は実施例では３６０°の全面視界（周辺視野）を備える光学システム８を有し、この光学システムが画像撮影器１０と図示されていない後方配置された評価装置と画像伝送接続されている。この実施例では、画像撮影器１０が画像センサー１２を備えるデジタルカメラによって形成されている。図１に図示された実施例では、光学システム８では、純粋に屈折光学的に模写する魚眼対物レンズが扱われていて、その光学軸線が図１において鎖線１４によって示されている。
【００３１】
図示された実施例では、光学システム８は１８０°以上の、即ち約１８５°の画像角度を有するので、光学システム８が内面４の光学システム８の前レンズの前に斜めに位置する領域のみを把握せずに、むしろ内面４の光学システム８の前レンズに対して光学軸線に沿って後方に位置する領域を把握する。
【００３２】
図示された実施例では、画像センサー１２が光学システム８の全画像円を把握するするように形成されている。内面４の光学システム８により撮影された画像は画像撮影器１０の画像センサー１２により描かれて、図示されていない記憶装置に記憶されている。
【００３３】
装置２は照明配列手段１６を有し、この照明配列手段はこの発明により対物レンズ８に対して、模写領域の第一軸方向部分が明視野照明で、同時に第一軸方向部分に対して間隔を置いた第二軸方向部分が暗視野照明で照明できるように、配置されて、光線路が選択される。図示された実施態様では、照明配列手段１６は環状光源１８を有し、この環状光源がこの実施態様では円環に沿って配置された多数の照明ダイオードによって形成されていて、照明ダイオードは円環状拡散器に入射する。図１から明らかであるように、光源１８が光学軸線の軸線方向に光学システム８に直接接近して配置されている。さらに、図１から明らかであるように、光源１８が光学軸線１４と共軸方向に配置されていて、実質的に光学システム８の光学軸線１４と共軸方向に照射する。
【００３４】
図示された実施例では、照明配列手段１６は鏡配列装置２０を有し、鏡配列装置がこの実施例ではトロイド状鏡によって形成されていて、その反射面２０が光学システム８の光学軸線１４に対して傾斜されている。図示された実施例では、反射面２０が断面を球状に形成されている。図１から明らかであるように、反射面２０が部分的に光源１８の光線路に配置されていて、装置２の図１に図示された模写位置には、反射面２０が光源１８から発射された光の部分光線を内面４における第一軸方向部分に反射する。適切な部分光線が図１において参照符号２１によって示されている。他の部分光線は反射面２０を通過して直接に内面４に衝突する。図１には、適切な部分光線は例えば参照符号２２、２４、２６によって示されている。図１から明らかであるように、部分光線２１が内面４に衝突する模写領域の第一軸方向部分は、光学軸線１４の軸方向に、部分光線２２、２４、２６が内面４に衝突する第二軸方向部分に対して間隔を置いている。第一軸方向部分並びに第二軸方向部分は光学システム８の模写領域に存在する。
【００３５】
図１から明らかであるように、第一軸方向部分が光学軸線の方向においておよそ光学システム８の後に存在するならば、画像角度に基づいて光学システム８が１８５°だが模写領域により把握されている。
【００３６】
図示された実施例では、光源１８により照射された光の反射面２０から内面４へ反射された部分光線２１によって明視野照明が実現されている一方、部分光線２２、２４、２６によって暗視野照明が実現されている。それによりこの発明によると、模写領域の第一軸方向部分、図示された実施例では、部分光線２１に組み込まれた軸方向部分が明視野照明で、同時に第一軸方向部分に対して間隔を置いた第二軸方向部分、この実施例では、部分光線２２、２４、２６に組み込まれた部分が暗視野照明で照明できる。それによりこの発明による装置２によって第一軸方向部分（明視野照明で）と第二軸方向部分（暗視野照明で）が同時に或いは時間的に連続的に形成されている。
【００３７】
この発明による装置２の機能態様は次のようである：
工作物６の空所の内面４を模写するために、装置２が送り装置（図示されていない）によって工作物６に対して二重矢印２８の方向に移動できる。
【００３８】
照明配列手段１６によって内面４の第一軸方向部分が明視野照明で（部分光線２１）照明され、第二軸方向部分が暗視野照明で（部分光線２２、２４、２６）照明され、光学システム８によって画像センサー１２に模写される。
【００３９】
画像センサー１２が光学システム８の全画像円を把握するように形成されているので、同時に多数の環状領域が図２に示されるように内面４に模写される。参照符号２１’、２２’、２４’と２６’によって図２に具体的に示されていて、それらの画像センサー１２に模写された環状領域がそれぞれに部分光線２２、２４、２６に一致する。
【００４０】
工作物６に対する装置２の送り中に内面４の連続的で異なった軸方向部分が模写され、評価装置で画像に変換され、それぞれに内面４の展開に一致する。
【００４１】
図３は評価装置の画像メモリーにおける適切な画像３０、３２、３４、３６を具体的に示し、ここで画像３０が明るい領域配列の模写に一致し、画像３２、３４、３６が暗視野配列の模写に一致する。評価装置が画像センサーに模写された円状領域（図２参照）をカタディオプトリック（反射屈折）画像に変換され、例えばドイツ特許出願公開第１０２００７０３１３５８号明細書（特許文献６）によって知られていて、その開示内容が引用によってこの出願に採用される。
【００４２】
明視野配列或いは暗視野配列に撮影された画像に基づいて、検査すべき内面４がその表面特性に関して所定要件を満たすか否かが確認され得る。
【００４３】
内面が明視野配列並びに暗視野配列に模写され得ることによって、表面効果が特に確実に確認できる。
【００４４】
図４には、この発明による装置２の第二実施例が図示されていて、この装置は図１による実施例とは、純粋に屈折光学的に模写された光学システムの代わりに、カタディオプトリック（反射屈折）光学システムが設けられていて、この実施例では模写鏡３８と模写対物レンズ４０とからなる。模写鏡３８が図４において単に例として円錐セグメントとして図示されている。けれども、それぞれの要件に一致して、この鏡が円錐状に或いは任意の他の適した横断面、例えば球状或いは凹状横断面により形成されている。
【００４５】
図５には、この発明による装置２の第三実施例が図示されていて、図４による実施例と一致してカタディオプトリック（反射屈折）光学システム４２が使用されている。模写品質を改善するために、光学デカルト光学システム４２が米国特許第４５６６７６３号明細書（特許文献４）に開示されるように、形成されている。
【００４６】
図６には、この発明による装置２の第四実施例が図示されていて、カタディオプトリック（反射屈折）光学システム４２が米国特許第５４７３４７４号明細書（特許文献３）に開示されるように、形成されている。
【００４７】
図７には、この発明による装置２の第五実施例が図示されていて、カタディオプトリック（反射屈折）光学システム４２が米国特許第３５５２８２０号明細書（特許文献２）に開示されるように、形成されている。
【００４８】
図８には、この発明による装置２の第六実施例が図示されていて、図４による実施例の照明配列手段１６に関して相違している。照明配列手段１６はこの実施例では光源４４を有し、この光源が例えばＬＥＤ白熱電球、短いアーク灯などとして形成され得る。光源４４への光線方向において、照明コンデンサが光源４４を投射させるように配置されていて、光源４４により発生された光の光案内が模写光線路に一致する。光線により発射された光が部分透過転向鏡４８を介して模写鏡３８に転向される。
【００４９】
図９は、この発明による装置の第七実施例を示し、この装置が図８による実施態様とは、カタディオプトリック（反射屈折）光学システム４２が図５に一致して使用されることを相違している。
【００５０】
図１０は、この発明による装置の第八実施例を示し、この装置が図８による実施態様とは、カタディオプトリック（反射屈折）光学システム４２が図６に一致して使用されることを相違している。
【００５１】
図１１は、この発明による装置の第八実施例を示し、この装置が図８による実施態様とは、カタディオプトリック光学システム４２が図７に一致して使用されることを相違している。
【符号の説明】
【００５２】
２．．．．．装置
４．．．．．内面
６．．．．．工作物
８．．．．．光学システム
１０．．．．画像撮影器
１２．．．．画像センサー
１４．．．．光学軸線
１６．．．．照明配列手段
１８．．．．光源
２０．．．．反射面
２１，２２，２４，２６．．．．部分光線
２１’，２２’，２４’，２６’．．．模写された環状領域
３０、３２、３４、３６．．．．画像
３８．．．．模写鏡
４０．．．．模写対物レンズ
４２．．．．カタディオプトリック（反射屈折）光学システム  
４４．．．．光源
４８．．．．部分透過転向鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010261950.tif 000008
【図７】
2010261950.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010261950.tif 000011
【図１０】
2010261950.tif 000012
【図１１】
2010261950.tif 000013