CN108351198A - 检测圆柱形中空壳体的表面的传感器装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测圆柱形腔体的表面的传感器装置，包括至少一个传感器单元，其设计为用于光学共焦距离测量。至少一个传感器单元具有狭长的形状，并具有外部光学***，通过外部光学***，沿其发送和接收光的测量方向横向于传感器单元的纵向轴线。另外，传感器装置还包括移动机构，该移动机构设计为能使至少一个传感器单元沿移动方向移入和移出所检测的圆柱形腔体。控制机构设置为用于测量圆柱形腔体的表面的凸起，控制机构设计为促动至少一个传感器单元来进行第一距离测量，在第一距离测量期间，测量方向相对于移动方向的角度在20°至85°之间，控制机构还设计为促动至少一个传感器单元来进行第二距离测量，在第二距离测量期间，测量方向相对于移动方向的角度在95°至160°之间。为此，至少一个传感器单元的测量方向可相对于传感器单元的纵向方向的角度在95°至175°之间，且传感器单元由可旋转式承载件所保持，以使得同一传感器单元可为了进行第一距离测量和第二距离测量而移动到不同的旋转位置中。作为替代，至少一个传感器单元包括至少一个第一传感器单元和至少一个第二传感器单元。第一传感器单元设计为并与移动机构连接成使得第一传感器单元的测量方向相对于移动方向的角度在20°至85°之间，第二传感器单元设计为并与移动机构连接成使得第二传感器单元的测量方向相对于移动方向的角度在95°至160°之间。本发明还涉及相应的方法。

Description

检测圆柱形中空壳体的表面的传感器装置和方法

技术领域

在第一方面中，本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种用于检测圆柱形中空壳体的表面的传感器装置。在另一方面中，本发明涉及根据权利要求11的前序部分所述的一种用于检测圆柱形中空壳体的表面的方法。

现有技术

上述圆柱形中空壳体理论上可以是具有圆形截面的任意中空壳体，该圆形截面不必须有精确的圆度。圆柱形中空壳体在各个高度上并不必具有精确地相同的截面。特别地，圆柱形中空壳体可具有锥形的表面和/或不均匀的表面。

特别地，要被检测的圆柱形中空壳体可以是工作汽缸，例如内燃机的发动机缸体中的汽缸孔，或伺服电机的工作汽缸。

特别地，在这种圆柱形中空壳体的情况下，几何特性应当非常精确地符合规格。为了能对此进行检查，可对圆柱形中空壳体进行表面检测，特别地用于确定圆柱形中空壳体的直径，以及用于确定圆柱形中空壳体的表面的不平整度。

一种用于检测这种圆柱形中空壳体的表面的通用的传感器装置包括至少一个传感器单元，该传感器单元设计为用于光学共焦距离测量。该至少一个传感器单元具有狭长的形状，并具有外部光学***，通过该外部光学***，可传递和接收光的测量方向可横向于上述传感器单元的纵向轴线布置。另外，传感器装置还包括移动机构，该移动机构适于使得至少一个传感器单元沿移入和移出所检测的圆柱形中空壳体的方向移动。

相应地，一种用于检测圆柱形中空壳体的表面的通用方法至少包括以下步骤：使至少一个传感器单元沿移动方向移动进入到所检测的圆柱形中空壳体内；通过上述至少一个传感器单元来进行光学共焦距离测量，该光学共焦距离测量凭借外部光学***沿测量方向发出光，并接收来自于测量方向的光；其中，至少一个传感器单元具有狭长的形状，测量方向横向于上述传感器单元的纵向轴线；以及使至少一个传感器单元沿上述移动方向移动到所检测的圆柱形中空壳体之外。

例如，申请号为15151723的欧洲专利申请的申请人描述了上述类型的传感器装置。另外，在下文中还参照图1A和图1B对这种传感器装置进行了说明。已知的传感器装置确实可以准确地确定某些几何特性，例如圆柱形中空壳体的直径。然而，确定非平滑表面的特性仅能在有限的范围内实现。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种用于检测圆柱形中空壳体的表面的方法和传感器装置，通过上述方法和传感器装置可以尽可能准确地测量上述中空壳体的不平整表面。

该目的可通过具有权利要求1所述的特征的传感器装置以及具有权利要求11所述的特征的方法来实现。

根据本发明，为了测量圆柱形中空壳体的表面的凸起或凸出部而对上述通用的传感器装置进行了以下设置：控制机构设置为并适于能够控制至少一个传感器单元来进行第一距离测量，其中测量方向相对于移动方向的角度在20°至85°之间，更特别地在30°至60°之间，并使控制机构适于能够控制至少一个传感器单元来进行第二距离测量，其中测量方向相对于移动方向的角度在95°至160°之间，更特别地在120°至150°之间。为此，在一个方面，可将至少一个传感器单元的测量方向设置为相对于该传感器单元的纵向轴线的角度在95°至175°之间，更特别地在105°至150°之间(由此，该至少一个传感器单元的外部光学***设计为能够使得该传感器单元的测量方向形成上述角度)，且该传感器单元安装在可旋转式承载件上，以使得同一个传感器单元能为了进行第一距离测量和第二距离测量而移动到不同的旋转位置中。例如，传感器单元可设计为使得其测量方向相对于纵向轴线的角度为130°。如果该纵向轴线与上述移动方向平行地定向，那么测量方向相对于移动方向的角度也为130°。当传感器单元相对于所检测的中空壳体的相邻表面例如倾斜80°时(也就是说，当传感器单元的远离外部光学***的一端相对于该相邻表面倾斜时)，测量方向与移动方向之间的角度为130°-80°＝50°。

作为替代或附加，根据本发明，至少一个传感器单元可包括至少一个第一传感器单元和至少一个第二传感器单元，其中该第一传感器单元(用于进行第一距离测量)设计为并与移动机构连接成使其测量方向相对于移动方向的角度在20°至85°之间，更特别地在30°至60°之间。同时，第二传感器单元(用于进行第二距离测量)设计为并与移动机构连接成使其测量方向相对于移动方向的角度在95°至170°之间，更特别地在105°至150°之间。

在上述类型的方法中，根据本发明，为了进行光学共焦距离测量的设置至少包括：

通过至少一个传感器单元来进行第一距离测量，以用于测量圆柱形中空壳体的表面上的凸起，其中用于上述第一距离测量的测量方向相对于移动方向的角度在20°至85°之间，更特别地在30°至60°之间，

通过上述至少一个传感器单元来进行第二距离测量，以用于测量圆柱形中空壳体的表面上的凸起，其中用于上述第二距离测量的测量方向相对于移动方向的角度在95°至160°之间，更特别地在120°至150°之间，

其中，用来实现用于上述第一距离测量和第二距离测量的相应角度设置成：

至少一个传感器单元的测量方向相对于该传感器单元的纵向轴线的角度在95°至175°之间，更特别地在105°至150°之间，该传感器单元安装在可旋转式承载件上，通过该可旋转式承载件可使同一传感器单元分别为了进行第一距离测量和第二距离测量而移动到不同的旋转位置中，

和/或

至少一个传感器单元包括至少一个第一传感器单元和至少一个第二传感器单元，

其中，第一传感器单元设计为并与移动机构连接成使其测量方向相对于移动方向的角度在20°至85°之间，更特别地在30°至60°之间，以及

其中，第二传感器单元设计为并与移动机构连接成使其测量方向相对于移动方向的角度在95°至170°之间，更特别地在105°至150°之间。

通过本发明，可以有效地测量非平滑表面(即，圆柱形中空壳体的表面上的凸起或凸出部/凹陷)。特别地，凸起可以不仅沿径向方向凸出到圆柱形中空壳体内，还可以额外地沿圆柱形中空壳体的纵向方向倾斜，并特别地具有勾形的或楔形的形状。这种表面形状例如在发动机机体内的圆柱形中空壳体的情况中产生。这种形状的优势在于：所施加的涂层具有较高的黏着抗拉强度。在本文中，这种非光滑表面的产生也被称为“激活”。在本说明书的范围内，非光滑表面是通过表面上的凸起区域来描述的还是通过表面上的凹陷来描述的是无关紧要的。这两种表达都可涉及相同的表面形状。

本发明的基本思想可看做为，在所使用的传感器单元的测量方向不与所检测的圆柱形中空壳体的表面垂直地定位时，可以更加有效地检测凸出部或凸起区域。在传感器单元的测量方向还定向为相对于表面的垂线的角度在10°至20°之间时，可特别好地测量相对于上述表面的垂线形成约15°的角度的倾斜的凸起。特别地，在要被涂覆的工作汽缸的情况中，形成表面形状，其中向内伸入到中空壳体内的凸起还沿中空壳体的轴向方向延伸，并在其端部处形成沿轴向方向的伸出部。已经发现，为了精确地测量这种几何形状，相对于表面的单个测量方向是不足的。相反，至少两个测量方向是适当的，这些测量方向例如相对于所检测的表面的垂线具有+15°到-15°的角度。

下面将参照图1A和图1B对这种问题进行更加详细的描述。图1A示意性地显示了圆柱形中空壳体90的非造性的检测。该圆柱形中空壳体包括已经为了提高要施加的涂层的抓紧力而进行了机械加工(激活)的表面91。通过这种方式，表面91包括具有楔形截面的凸起区域或凸出部92。这些凸起区域92并不是相对于表面91的底面近似直角地伸出，而是以所示的角度伸出。希望能尽可能准确地测量这些伸出的凸起区域92的尺寸。图1A显示了现有技术中的包括传感器单元10的传感器装置1。其根据共焦原理来操作，并由此可准确地测量沿测量方向11的距离。测量方向11通过传感器单元10的外部光学***13而固定，这是因为光由该光学***13沿测量方向11发出，且来自于测量方向11的光被进一步引导向传感器装置1的光探测器。为此，通过光纤19将光引导向传感器单元10和/或远离传感器单元10。在所显示的现有的传感器装置1的情况下，测量方向11相对于传感器单元10的纵向轴线15成直角。另外，该测量方向11相对于传感器单元10移动进入到中空壳体90内的移动方向31成直角。如图1A所示，在使用相对于所检测的表面91成直角的单个测量方向11时，不能获得与凸出部92的凸起区域的倾斜和形状相关的信息。

可以想到，倾斜传感器单元10以使得测量方向11不再相对于表面91成直角，并由此还能看到凸起来的凸出部91的后侧。在图1B中示意性地显示了这种情况。然而，在传感器单元10倾斜时，外部光学***13相对于所检测的表面91的距离应增加，这是因为否则的话，狭长的传感器单元10的形成外部光学***13的另一端的那一端(图1B中传感器单元10的上端)会抵在表面91上。共焦距离传感器确实具有非常高的测量分辨率，但仅具有相对较小的测量范围。由于图1B中所示的倾斜，外部光学***13相对于表面91的距离超出了传感器单元10的测量范围。为此，不能使用传感器单元10来执行在所示位置中的有意义的测量。

这种问题可通过本发明的传感器装置来克服。根据本发明，单个传感器单元就已经足够了。然而在这里，测量方向可不与传感器单元的纵向轴线成直角。实际上，测量方向相对于传感器单元的纵向轴线形成了在100°至250°之间的角度。在这种情况下，该角度可相对于外部光学***处的纵向轴线来测量，该纵向轴线从外部光学***朝向传感器单元的中心区域延伸。因此，180°的角度意味着测量方向从外部光学***正好背向传感器的中心延伸。另一方面，0°的角度意味着测量方向会从外部光学***延伸到传感器单元内，并向传感器单元的中心区域延伸。上述测量方向与传感器单元的纵向轴线之间的倾斜的实现使得能在两个不同的旋转位置中检测圆柱形中空壳体的表面上的凸起，而不会与该表面发生碰撞或者脱离共焦传感器单元的测量范围。

根据本发明，设置有至少两个传感器单元，它们的测量方向不同。特别地，可以将两个测量方向选择为使得不需要为了有效地测量圆柱形中空壳体的表面的凸出来的凸起区域而使传感器单元倾斜或旋转。在这种情况下，测量方向相对于移动方向的角度预设值可被限定为使得这两个传感器单元能够进入和离开所检测的中空壳体。由于在操作中所检测的圆柱形中空壳体有利地设置为使得其纵向轴线恰好与移动方向一致，因此移动方向为重要的参考值。这确保了一个或多个传感器单元可提供在圆柱形中空壳体的所有高度处的相当的结果，并且总是能符合共焦距离测量的有限的测量范围。

共焦距离测量大体上可进行以下限定：传感器单元具有光学***(例如，凸透镜、具有整体正折射能力的透镜组，或具有聚光效果的反射机构，例如镜子)，通过其，向所检测的表面发出的光可呈辐射状，且从所检测的表面返回的光向光探测器传导。有利的是，这导致光聚焦为恰好与检测焦点一致。在上述光学***(也可称之为共焦光学***)和光探测器之间，还可设置有处于中间平面内的孔。该孔会阻挡在焦点之外的光，从而光探测器仅可接收基本上来自于发光焦点的区域处的光。作为孔的替代，还可以在中间平面内设置光纤，该光纤在传输光方面的效果与孔相似。在光源与共焦光学***之间，也可以设置位于中间平面内的孔。作为孔的替代或附加，可以使用光波导，光波导可传输光源的光。在这种情况下，光波导朝向外部光学***的那一端处于中间平面内。由于这种操作的共焦模式，可实现特别高的测量分辨率。这比通过其他光学距离测量装置操作(例如，根据三角测量方法)的分辨率更好。

为了使要检测的光不会从共焦光学***向光源传输，而是会向光探测器传输，使用分光镜是有利的。这使得要检测的光至少部分地从共焦光学***传输到光探测器，并使得光至少部分地从光源传输到共焦光学***。例如可以使用根据波长来传输或反射光的部分半透明镜、偏振分光镜或色彩分离器来作为分光镜。

共焦光学***可基本上与外部光学***相同，但优选地与其不同。通过这种方式，外部光学***可通过简单的方式而适于所需的任务，或为此而被替换。通过这种方式，外部光学***确定测量方向，在其中发出光并接收光。外部光学***理论上可以是任意的光学元件，例如折射元件、光衍射元件或光反射元件，或者其可包括一个或多个上述元件。

测量方向可指定为光线路径的轴线，光从外部光学***处沿其发出。通常，光以锥形发出，其中锥形形成朝向测量方向的孔径角，且测量方向穿过该锥形的中心。光沿测量方向的发出由此可被理解为意味着光以围绕测量方向的锥形的形式发出。沿着测量方向，在距离外部光学***某一距离处产生光束的最小截面的焦点，特别地，该焦点可通过焦点光学***来确定。

各个传感器单元均可设置有光源和至少一个光探测器。光源和光探测器可容纳于传感器单元的狭长主体内。作为替代，光源和光探测器可位于传感器单元的上述狭长主体之外。通过光波导，可将光从光源处传导至狭长主体处，并由此通过共焦光学***传导至外部光学***。在相反的方向中，要检测的光可以通过外部光学***而传导至共焦光学***，并进一步通过一个或多个光波导而传导至光探测器处。

在共焦测量的情况下，所发出的光照亮圆柱形中空主体的表面的区域。可通过光探测器来测量从所照亮的区域背向散射的光(更特别地为漫射的和/或反射的光)。这不需要空间分辨率。因此，光探测器不需要是相机，但是特别地，其可包含单个光敏元件。由此，可确切地产生一个用于所照亮的区域的测量值，而不像具有空间分辨力的光探测器的广域照明那样，其根据其接收元件的数量来针对一个所照亮的区域产生许多测量值。与这种广域照明相比，本发明所使用的共焦测量提供了明显较高的测量精确度，尤其是对于距离信息而言更是如此。

由此，传感器单元的狭长形状应被理解为意味着上述传感器单元的壳体或外部尺寸是沿垂直于其的方向上的尺寸的至少两倍或三倍大。纵向轴线限定为沿着该狭长形状延伸的轴线，也就是说，特别地沿着传感器单元具有最大尺寸的方向延伸的轴线。特别地，狭长形状的端面可在一侧由外部光学***来确定，而在另一侧由用于一个或多个光纤的连接机构来确定。

为了使至少一个传感器单元能移动至测量位置处，可使用移动机构。该移动机构可通过任意所需的方式来设计，以使得至少一个传感器单元能够沿某一移动方向(特别地为线性的方向)移动。该移动方向可与所检测的圆柱形中空壳体的纵向轴线相一致。移动机构也可相应地设计为能额外地使至少一个传感器单元沿横向于或垂直于上述移动方向的方向移动。这是所希望的，以便首先将至少一个传感器单元定位在所检测的圆柱形中空壳体的上方，然后使该至少一个传感器单元沿移动方向移动到上述圆柱形中空壳体内。有利的是，移动机构为此而包括至少一个驱动器，例如电机、磁性线性驱动器或其他设置元件。

在根据本发明的传感器装置的一个优选的实施方案中，第一传感器单元(更特别地为其外部光学***)设计为使得其测量方向相对于其纵向轴线的角度在20°至85°之间，更特别地在30°至80°之间。此外，第二传感器单元(更特别地为其外部光学***)可设计为使得其测量方向相对于其纵向轴线的角度在95°至160°之间，更特别地在100°至150°之间。

传感器单元的外部光学***可有利地沿纵向方向设置在相应的传感器单元的端部区域内。由此，本文中的角度可理解为意味着：在相对于纵向方向的角度为0°时，测量方向会直指向传感器单元内，且当该角度为180°时，测量方向会沿纵向方向直指向传感器单元之外。由于这两个传感器单元的测量方向相对于他们的纵向方向的轴线设计为不同的，因此可以特别好地检测汽缸(特别是制造为用于内燃机的那些)的表面壁上的凸起区域。另外，通过上述角度范围能够实现在传感器单元***到所检测的中空壳体内时，传感器单元的纵向尺寸不会形成累赘，或几乎不会形成累赘。

另外，第一传感器单元和第二传感器单元的纵向轴线可基本上平行于彼此地设置，且它们的纵向轴线基本上平行于移动方向定向。用语“基本上平行”可以具有高达15°的角度，或优选地高达5°的角度。当传感器单元平行于彼此并平行于移动方向定向时，所需的相对于所检测的中空壳体的截面的空间非常小。在传感器装置具有同样能移动到圆柱形中空壳体内的其他传感器时，这是有利的。

在一个优选的实施方案的情况中，第一传感器单元和第二传感器单元同样地成形并设置为使得它们能相对于彼此旋转。特别地，在这种情况下，两个传感器单元除了它们的旋转方向都可以相同。这能简化制造。传感器单元之间的这种旋转可围绕横向于或垂直于上述移动方向(并由此横向于或垂直于所检测的中空汽缸的纵向轴线)的轴线进行。

在另一个优选的实施方案中，各个传感器单元包括具有机械连接机构的连接部，该机械连接结构用于连接部与该传感器单元的底座之间的连接，其中，连接部包括该传感器单元的外部光学***。为了实现不同的测量方向，可在其余均相同的传感器单元上使用不同的连接部。另外，可以根据传感器单元的使用而使相同传感器单元具有不同的连接部。连接部例如可包括作为机械紧固机构的螺纹，或可形成为使其能通过压入配合的方式保持在底座上。特别地，底座可看做为传感器单元的包含共焦成像所需的光学元件的那一部分，而连接部中的外部光学***基本上仅导致光线转向。

优选地，第一传感器单元的连接部和第二传感器单元的连接部的测量方向不同，测量方向由相应的外部光学***相对于相应的传感器单元的底座内的光路来限定。例如，两个连接部的外部光学***可通过不同地倾斜的镜面来形成。除了外部光学***之外，不同的连接部可以相同。

第一传感器单元的测量方向和第二传感器单元的测量方向优选地相对于彼此形成在15°至60°之间的角度，更特别地在18°至45°之间的角度。在这种情况下，该角度可以限定在由移动方向和第一传感器单元的测量方向所限定的平面内；如果第二传感器单元的测量方向不在该平面内，那么该测量方向在上述平面上的投影可用于确定角度。由此，传感器单元之间围绕测量方向的旋转角度是不重要的。

在另一个优选的实施方案中，电动器件设置为并适于使通过旋转式承载件来安装的传感器单元为了第一距离测量和第二距离测量而旋转至不同的旋转位置。有利的是，在这种情况下，可以设置支架，传感器单元旋转式安装在该支架上，该支架可通过移动机构而移动(更特别地线性地移动)到所检测的中空汽缸中，由此，电动器件可使传感器单元在所检测的中空主体内旋转。由此，单个传感器单元足以通过简单的方式来准确地进行第一距离测量和第二距离测量。

在本文中，第一距离测量和第二距离测量的测量方向彼此不同。为了沿圆柱形中空壳体的高度来检测圆柱形中空壳体，可使一个或多个传感器单元沿移动方向进行移动，以在不同高度处进行多个第一距离测量。类似地，可以进行多个第二距离测量。特别地，第一距离测量和第二距离测量可同时发生，为此可使用不同的传感器单元。在这种情况下，第一距离测量的高度位置可与同时进行的第二距离测量的高度位置不同。

由此，可使控制机构适于：

通过移动机构使至少一个传感器单元移动到圆柱形中空壳体的不同高度位置处，

在不同高度位置处进行多个第一距离测量，并在不同高度处进行多个第二距离测量(其中，第一距离测量的高度位置可与第二距离测量的高度位置相同或不同)，

通过来自于多个第一距离测量的测量结果同时考虑相应的高度位置来计算圆柱形中空壳体的表面的凸起区域的几何尺寸，以及

通过来自于多个第二距离测量的测量结果同时考虑相应的高度位置来计算圆柱形中空壳体的表面的凸起区域的几何尺寸。

特别地，所计算的几何尺寸可涉及凸起区域的沿移动方向的伸出量，和/或凸起区域凸出的角度。特别是根据第一距离测量，可以检测凸起区域的沿传感器单元***到圆柱形中空主体内的方向的伸出量，另一方面，特别是根据第二距离测量，可以检测凸起区域的沿传感器单元撤出的方向的伸出量。

大体上，两种传感器单元的振动或摆动可沿横向于或垂直于移动机构的方向发生。由于这种振动，传感器单元相对于中空壳体的距离将会改变。因此，距离测量会受到这种振动的不利影响。因此，有利的是，通过至少一个第三传感器单元来检测这种振动。第一传感器单元和第二传感器单元的距离测量数据可由此而根据所确定的振动来校正。由此，用语“至少一个第三传感器单元”应理解为意味着除了第一传感器单元和第二传感器单元(如果需要的话)之外还设置有一个或多个另外的传感器单元。该一个或多个另外的传感器单元进一步设置为用于进行光学共焦距离测量。至少一个第三传感器单元的测量方向可设置为在垂直于移动方向的平面内相对于第一距离测量和第二距离测量的测量方向成一定角度，该角度在45°至315°之间。此时，控制机构适于在至少一个第三传感器单元的距离测量数据的帮助下、在垂直于移动方向的平面内确定第一传感器单元并选择性地确定第二传感器单元的位置的变化。优选地，选择性地存在的其他第三传感器单元相对于用于第一距离测量和第二距离测量的测量方向的角度在90°至270°之间，这些角度限定在垂直于移动方向的平面内。此外，还可存在从该平面向外倾斜的角度。非常优选的是，使用第三传感器单元和第四传感器单元。在这种情况下，这两个传感器单元在上述平面内的测量方向优选地同样相对于彼此成90°至180°之间的角度。更优选地，该角度为120°，另外，这两个传感器单元的两个测量方向均相对于第一距离测量和第二距离测量的测量方向形成120°的角度。第一距离测量和第二距离测量的测量方向可在垂直于移动方向的平面内彼此对齐，也就是说，它们形成0°的角度。这种对齐也可设置在本文所述的所有其他实施方案中。

第三传感器单元和可能存在的其他传感器单元与第一传感器单元和第二传感器单元机械式连接，并可通过移动机构与上述传感器单元一起移动。由此，上述传感器单元之间的距离为已知的，并可特别地为固定的，即不可变的。这对于能够通过至少一个第三传感器单元的距离测量数据来推导出所有传感器单元的一个位置来说是非常重要的。由此，至少一个第三传感器单元连续地进行相对于圆柱形中空壳体的距离测量，其中可通过由此获得的距离测量数据中的振动来推断传感器单元与圆柱形中空壳体之间的振动。在这些位置数据的帮助下，可以校正通过第一传感器单元和/或第二传感器单元而获得的几何信息。至少一个第三传感器单元的测量方向可准确地处于垂直于移动方向的平面内。然而作为替代，至少一个第三传感器单元的一个或多个测量方向也可以从垂直于移动方向的平面内伸出，正如针对第一传感器单元和/或第二传感器单元所述的那样。在其他方面中，特别地，至少一个第三传感器单元可与第一传感器单元和/或第二传感器单元设计为相同的。

本发明的传感器装置的不同的实施方案还可被看做为根据本发明的方法的有利变型。

特别地，方法变型可从传感器装置的预期使用中产生。

附图说明

下面将参照附图对本发明的其他优势和特征进行描述，其中：

图1A显示了现有技术中的传感器装置的一个实施例。

图1B显示了相对于图1A中的传感器装置处于不同的对齐状态下的传感器装置。

图2A显示了根据本发明的传感器装置的一个示例性实施方案。

图2B显示了图2A中的几何信息。

图3显示了根据本发明的传感器装置的另一个示例性实施方案。

图4A显示了处于第一测量位置中的根据本发明的传感器装置的另一个示例性实施方案。

图4B显示了处于第二测量位置中的图4A所示的传感器装置。

等价部件和作用等价部件通常在附图中由相同的附图标记来标示。

具体实施方式

在上文中已经描述了图1A和图1B中的现有的传感器装置。在这里，与传感装置1的部件相关的说明也可被应用于根据本发明的传感装置的实施方案中的具有相同的附图标记的部件。

下面将参照图2A和图2B对本发明的传感装置100的第一示例性实施方案进行描述。图2A示意性地显示了传感装置100的移动到要被检测的中空壳体90内的部件。图2B用于显示出图2A中的传感器装置100的某些角度。

传感器装置100包括两个传感器单元10和20，它们均设置为用于进行共焦距离测量。

为此，传感器装置100具有一个或多个有效的光源(未显示)，光源的光通过光波导或光纤19和29而传导至两个传感器单元10和20。传感器10和20均包括共焦光学***(例如，透镜或透镜组)，该共焦光学***能形成所发出的光的焦点。传感器单元10和20均额外地具有有效的外部光学***13和23，该外部光学***设定测量方向11和21，也就是来自于共焦光学***的光的发射方向。所发出的光能照亮要被检测的中空壳体90的表面91。通过这种方式，光被反向散射和/或被反射。该被反射的光通过外部光学***13和23和相应的共焦光学***再次传导向光探测器(未显示)。例如，反向散射的光可以通过光纤19和29被传导至光探测器处，光探测器并不移动到要被检测的中空壳体90内。

有利的是，传感器单元10和20均具有有效的光探测器，该光探测器容纳于传感器单元10或20的狭长主体内，而光源设置在传感器单元10和20之外，并通过光纤19和20与其相连。

在本文的范围内，光纤19、29也可被理解为意味着包括多个纤维的束，特别地，这些纤维可彼此独立地传导来自于光源的光以及要被探测的反向散射的光。

在图2A中，两个传感器单元10和20安装在共同的承载架上。该承载架可沿着移动方向31而移动。通过这种方式，传感器单元10和20可以沿着移动方向31而移动进入到要被检测的中空壳体90内，并且在检测之后再次从中空壳体内移出。这可通过移动机构(这里未显示)来进行，在测量操作期间，该移动机构位于要被检测的中空壳体90之外。方便的是，移动方向31正好与圆柱形中空壳体90的纵向轴线或圆柱轴线相对应。

本发明的一个基本思想在于，两个传感器单元10和20的测量方向11和21定向成在测量操作中，它们不是垂直于、而是倾斜于中空壳体90的表面91。为了便于说明，在附图中以放大的比例显示了表面91的微结构(也就是表面91的凹陷和/或凸起)。用词“垂直”不应被理解为针对这种微结构，而是应当被理解为针对表面91的较大区域。

两个测量方向11和21彼此成一定角度，该角度在15°至40°之间，优选地在18°至30°之间。在这种情况下，该角度限制在包含移动方向31、并由此包含圆柱轴线的平面内。由此，测量方向11、21之间围绕圆柱轴线的旋转角度是不重要的。在所描述的所有的实施方案中，基本上都可以形成这种旋转角度。

下面将参照图2B来更加详细地说明图2A中的测量方向11和21的定向。传感器单元10具有纵向轴线15，测量方向11相对于该纵向轴线15成一定角度12。传感器单元20具有纵向轴线25，测量方向21相对于该纵向轴线25成一定角度22。在所显示的实施例中，两个传感器单元10和20可以相同地设计成使得角度12和22可以匹配。然而，这两个传感器单元10和20能相对于彼此旋转。因此，它们的纵向轴线15和25并不彼此平行，并相对于移动方向31形成不同的角度。为此，测量方向11与移动方向31成一定角度32，该角度32与测量方向21相对于移动方向31所成的角度33不同。角度32可以在70°至85°之间，而角度33可以在95°至110°之间。

如果测量方向处于如角度32所示的角度范围内，那么相关的距离测量也可被称为第一距离测量。另一方面，如果测量方向处于如角度33所示的角度范围内，那么相关的距离测量也可被称为第二距离测量。

如图2A所示，可通过这种定向而向表面91的凸起92的后侧发光，并接收从那里反向散射的光。另一方面，这在测量方向垂直于中空壳体90的表面的情况(如图1所示的情况)下是不可能的。

在图3中示意性地显示了根据本发明的传感器装置100的另一示例性实施方案。该传感器装置与图2A所示的传感器装置基本上相对应，区别在于两个传感器单元10和20的相应的外部光学***13和23。在图3中，两个传感器单元具有不同的外部光学***13和23，它们会引起不同的光偏转方向。通过这种方式，在图3中参照图2B所说明的形成于测量方向11和纵向轴线15之间的角度12与形成于测量方向21和纵向轴线25之间的角度22不同。另一方面，限定在测量方向11、21与移动方向31之间的角度32和33可以如参照图2B所描述的那样。由此，在图3中，测量方向11、12相对于所检测的表面91和移动方向31处于不同的角度。另一方面，特别地，两个纵向轴线15和25可以彼此平行地设置，和/或平行于移动方向31。由此，在垂直于移动方向31的平面内的空间需求较低。作为平行设置的替代，偏转例如还可高达20°，由此仍旧在上述平面内具有相对较低的空间需求。

除了所显示的两个传感器单元之外，还可存在其他的传感器单元。然而，作为替代，也可通过单个传感器单元10来依次调节前述两个测量方向11和21。这是在传感器装置100的另一示例性实施方案中的情况，在图4A和图4B中显示了其处于两个不同的调节设置中。

传感器装置100又包括传感器单元10，其外部光学***13确定相对于该传感器单元10的纵向轴线15的测量方向11。在这种情况下，测量方向11和纵向轴线15之间的角度大于90°，优选地在100°至250°之间。

在这方面，该传感器单元10与图1A中的测量方向与纵向轴线成直角的已知传感器单元不同。如图4A所示，通过在98°至110°之间的角度，可以测量凸起92的后侧，而无需使狭长的传感器单元10的与外部光学***13相反的一端朝向所检测的表面90倾斜(如图1B中的情况)。

图4A中的传感器单元10现在可旋转式安装，其中旋转轴线横向于移动方向31或相对于移动方向31成直角。通过这种方式，可以将传感器单元设置到旋转位置中(如图4B所示)。在该旋转位置中，可以进行第一距离测量，而图4A中的旋转位置允许进行第二距离测量。因而有利的是，上文中详细描述的两个距离测量可仅通过单个传感器单元10来进行。

除了这里显示的传感器单元10、20之外，传感器装置100还可以包括其他传感器单元，在垂直于移动方向31的平面内，这些其他传感器单元的测量方向与测量方向11、21不同。这些其他传感器单元可用于控制传感器单元10和20的位置。由此，各个其他传感器单元可测量相对于圆柱形中空壳体的距离，其中通过这些所测量的距离的变化可以推断出所有的传感器单元相对于圆柱形中空壳体的振动。上述振动的信息可用于校正传感器单元10、20的第一距离测量和第二距离测量的测量数据。

通过根据本发明的传感器装置100可有利地实现收集关于中空壳体(更特别地为圆柱形中空壳体)的不平整表面的重要的几何信息。

Claims (11)

1.用于对圆柱形中空壳体(90)的表面进行检测的传感器装置，

具有至少两个传感器单元(10,20)，所述至少两个传感器单元均设置为用于进行光学共焦距离测量，

其中所述至少两个传感器单元(10,20)包括至少一个第一传感器单元(10)和至少一个第二传感器单元(20)，

所述至少两个传感器单元(10,20)均具有光源和光探测器，或光波导，并且

所述至少两个传感器单元(10,20)均具有狭长的形状，并包括外部光学***(13,23)，通过各个外部光学***，光沿其发出和接收的测量方向(11,21)横向于相应的传感器单元(10,20)的纵向轴线，

具有移动机构，所述移动机构适于使所述至少两个传感器单元(10,20)沿一个移动方向(31)进入和离开所检测的圆柱形中空壳体(90)，

其中，设置有控制机构，用于测量圆柱形中空壳体(90)的表面的凸起，并适于控制第一传感器单元(10)来进行第一距离测量，在第一距离测量期间，所述测量方向(11)相对于移动方向(31)的角度(32)在20°至85°之间，所述控制机构适于控制所述第二传感器单元(20)来进行第二距离测量，在第二距离测量期间，所述测量方向(21)相对于移动方向(31)的角度(33)在95°至160°之间，

所述第一传感器单元(10)形成为并与所述移动机构连接为使得其测量方向(11)相对于移动方向(31)的角度(32)在20°至85°之间，以及

所述第二传感器单元(20)形成为并与所述移动机构连接为使得其测量方向(21)相对于移动方向(31)的角度(33)在95°至160°之间。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，

其特征在于，

所述第一传感器单元(10)形成为使得其测量方向(11,21)相对于其纵向轴线的角度在20°至85°之间，

所述第二传感器单元(20)形成为使得其测量方向(11,21)相对于其纵向轴线的角度在95°至160°之间。

3.根据权利要求1所述的传感器装置，

其特征在于，

所述第一传感器单元(10)和所述第二传感器单元(20)的纵向轴线基本上彼此平行，且它们的纵向轴线定向为基本上平行于所述移动方向(31)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置，

其特征在于，

所述第一传感器单元(10)和所述第二传感器单元(20)形成为相同的，并且相对于彼此旋转式设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器装置，

其特征在于，

各个传感器单元(10,20)均具有连接部，所述连接部具有用于将所述连接部与所述传感器单元(10,20)的基底元件连接在一起的机械连接机构，以及

所述连接部包括所述传感器单元(10,20)的外部光学***(13,23)。

6.根据权利要求5所述的传感器装置，

其特征在于，

所述第一传感器单元(10)的连接部和所述第二传感器单元(20)的连接部具有不同的测量方向(11,21)，它们由相应的外部光学***(13,23)所确定。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器装置，

其特征在于，

所述第一传感器单元(10)的测量方向(11)和所述第二传感器单元(20)的测量方向(21)相对于彼此形成在15°至40°之间的角度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，

其特征在于，

设置有驱动***，所述驱动***适于使安装在旋转式承载件上的至少一个传感器单元(10,20)旋转到用于进行第一距离测量和第二距离测量的不同的旋转位置中。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器装置，

其特征在于，

所述控制机构还适于：

通过所述移动机构来使所述至少两个传感器单元(10,20)移动至圆柱形中空壳体(90)的不同的高度位置处，

在不同的高度位置处进行多个第一距离测量，且在不同的高度位置处进行多个第二距离测量，

使用多个第一距离测量的测量结果并考虑相关的高度位置来计算所述圆柱形中空壳体(90)的表面的凸起的几何尺寸，以及

使用多个第二距离测量的测量结果并考虑相关的高度位置来计算所述圆柱形中空壳体(90)的表面的凸起的几何尺寸。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器装置，

其特征在于，

设置有至少一个第三传感器单元，所述第三传感器单元适于进行光学共焦距离测量，

所述至少一个第三传感器单元的测量方向相对于所述第一距离测量和所述第二距离测量的测量方向(11,21)而在垂直于移动方向(31)的平面内形成角度，所述角度在45°至315°之间，

所述控制机构适于在至少一个第三传感器单元的距离测量数据的帮助下来确定第一传感器单元(10)在垂直于移动方向(31)的平面内的位置的变化，并选择性地确定第二传感器单元(20)在垂直于移动方向(31)的平面内的位置的变化。

11.对圆柱形中空壳体(90)的表面进行检测的方法，其中至少进行以下步骤：

使至少两个传感器单元(10,20)沿移动方向(31)而移动到所检测的圆柱形中空壳体(90)内，

通过所述至少两个传感器单元(10,20)中的每一个来进行光学共焦距离测量，所述至少两个传感器单元均能为了光学共焦距离测量而通过外部光学***(13,23)来沿测量方向(11,21)发光，并接收来自于所述测量方向(11,21)的光，

其中，所述至少两个传感器单元(10,20)包括至少一个第一传感器单元(10)和至少一个第二传感器单元(20)，所述至少一个第一传感器单元(10)和至少一个第二传感器单元(20)均具有光源和光探测器，或光波导，

其中，所述至少两个传感器单元(10,20)具有狭长的形状，相应的测量方向(11,21)横向于相应的传感器单元(10,20)的纵向轴线设置，

使所述至少两个传感器单元(10,20)沿所述移动方向(31)移动到所检测的圆柱形中空壳体(90)之外，

其中，相应的光学共焦距离测量的执行包括：

通过所述第一传感器单元(10)进行第一距离测量，用于测量所述圆柱形中空壳体(90)的表面的凸起，其中在第一距离测量期间，所述测量方向(11)相对于所述移动方向(31)的角度在20°至85°之间，

通过所述第二传感器单元(20)进行第二距离测量，用于测量所述圆柱形中空壳体(90)的表面的凸起，其中在第二距离测量期间，所述测量方向(21)相对于所述移动方向(31)的角度在95°至160°之间，

其中，针对第一距离测量和第二距离测量所提出的角度可通过以下内容来实现：

所述第一传感器单元(10)形成为并与移动机构连接成能使得其测量方向(11)相对于移动方向(31)的角度(32)在20°至85°之间，

所述第二传感器单元(20)形成为并与移动机构连接成能使得其测量方向(21)相对于移动方向(31)的角度(33)在95°至160°之间。