DE19738827C1 - Optische Prüfstation und Verfahren zur optischen Prüfung von Hohlkörpern, insbesondere von Zylindern in Brennkraftmaschinen - Google Patents
Optische Prüfstation und Verfahren zur optischen Prüfung von Hohlkörpern, insbesondere von Zylindern in BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Prüfstation und ein
Verfahren zur optischen Prüfung von Hohlkörpern nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 18. Eine solche Prüf
station und ein solches Verfahren sind aus Laser Magazin
2/85, S. 76-82 bekannt.
Es ist bekannt, bei der Fertigung von Brennkraftmaschinen
den Innenmantel der Zylinder manuell mit Hilfe eines Hand
spiegels auf die vorgegebenen Qualitätsanforderungen hin zu
überprüfen. Hierbei wird untersucht, ob der Innenmantel
längs zur Zylinderachse verlaufende Riefen aufweist. Über
steigt die Tiefe und die Breite der Riefen ein vorgegebenes
Maß, wird der betreffende Motor ausgesondert und einer
Nacharbeit unterzogen.
Diese manuell durchzuführende Methode ist zeitaufwendig und
kann aufgrund des monotonen Arbeitsanteils zu vorzeitiger
Ermüdung und Konzentrationsverlust führen, so daß ein
gleichbleibend hohes Niveau der Qualitätskontrolle nicht
sicher gewährleistet werden kann.
Im Laser Magazin 2/85, Seiten 76-82 ist eine Kamera mit
einem CCD-Zeilensensor beschrieben, die zur Inspektion von
Hohlräumen mit optischen Methoden und automatischer Bild
verarbeitung geeignet ist. Die Kamera enthält als wesent
liche Komponente eine Endoskopoptik mit einem starr ange
bauten CCD-Sensor, wobei der Sensor lang und schmal gestal
tet ist. Die Objektausleuchtung muß ähnlich gestaltet sein
und es wird telezentrisch angeordnetes Auflicht mit Pupil
lenteilung eingesetzt. Zur Inspektion von Werkstücken mit
engen Bohrungen, wie z. B. Bremszylindern, muß der Sensor
in der engen Bohrung positioniert werden.
Aus der DE 32 23 971 C2 ist eine Fernsehkamera zum Erfassen
eines rotationssymmetrischen Hohlraums bekannt, die eine
digitale on-line-Bildverarbeitung aufweist.
Aus der DE 40 00 121 C1 ist eine Zeilenkamera zur Kontrolle
einer Dichtung bekannt, deren Achse mit der Achse der Dich
tung einen Winkel bildet.
Die DE 42 02 138 C2 beschreibt ein Gestell mit einer daran
mittels einer Halterung befestigten Kamera für die Inspek
tion der Innenwand eines Hohlraumes, in den das Gestell
mit der Kamera einbringbar ist, wobei mindestens der Kame
rakopf aus einer achsparallelen in eine radiale Richtung
zur Hohlrauminnenwand ausrichtbar ist. Die Hohlrauminnen
wand ist die Brunnenschachtwand eines Brunnens lind das Ge
stell ist an der Brunnenwand geführt in den Brunnen absenk
bar.
In der DE 36 05 654 C2 ist eine schwenkbare Kamera für die
Rohrinspektionen beschrieben. Die Kamera ist über entspre
chende Schwenkarme auf einem Fahrgestell montiert. Ein
Drehpotentiometer erfaßt den Schwenkwinkel des Kamerage
häuses. Ein Motor an einem Kameragehäuseteil greift in
einen ersten Zahnkranz ein und das Drehpotentiometer in
einen mit dem Gehäuseteil fest verbundenen zweiten Zahn
kranz. Die in DE 42 02 138 C2 und DE 36 05 654 C2 beschrie
benen Geräte werden in den zu untersuchenden Hohlkörper
eingeführt und dort nach Bedarf gedreht bzw. geschwenkt.
Ausgehend von der optischen Prüfstation gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt der Erfingung das Problem
zugrunde, diese Prüfstation derart weiterzubilden, daß sie
einfach handhabbar ist und eine Automatisierung der
Qualitätskontrolle ermöglicht. Ausgehend von dem Verfahren
zur optischen Prüfung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
18 liegt der Erfindung auch das Problem zugrunde, dieses
Verfahren derart weiterzubilden, daß es besonders
Zeitsparend ist und eine Automatisierung der
Qualitätskontrolle ermöglicht.
Diese Probleme werden erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Anspruches 1 bzw. 18 gelöst.
Mit der Prüfstation nach dem Anspruch 1 kann die Ferti
gungsqualität des Innenmantels eines Hohlkörpers, wie z. B.
eines Zylinders in einer Brennkraftmaschine, auch ohne
manuellen Eingriff überprüft werden, so daß ein hoher Auto
matisierungsgrad gegeben ist. Ein weiterer Vorteil liegt
darin, daß das Niveau der Kontrolle keinen Schwankungen
unterworfen ist; Kosten, die durch einen erst später ent
deckten Qualitätsmangel und dann erst durchzuführender
Nachbearbeitung entstehen können, sind deutlich reduziert.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Prüfstation mit nur ge
ringem Aufwand nachträglich in eine bestehende Fertigungs
straße integriert werden kann. Wird in der Prüfstation ein
Mangel in der Innenwandung des Zylinders festgestellt, kann
der Motor unverzüglich und mit geringem Transportaufwand
der Nachbearbeitung zugeführt und anschließend wieder in
den Fertigungsprozeß integriert werden.
Als Auswertungseinheit kann ein Standard-Industrie-PC ein
gesetzt werden, der in die Prüfstation integriert ist.
Gemäß dem Verfahren nach dem Anspruch 18 das insbesondere
zum Betrieb der Prüfstation geeignet ist, werden mittels
des Bilderfassungsgerätes der Innenmantel des Zylinders
optisch erfaßt und die erfaßten Daten an die rechnerge
stützte Auswertungseinheit weitergeleitet. Eine Bildver
arbeitungssoftware in der Auswertungseinheit kann die Daten
des Bildaufnahmesystems aufbereiten und eine auf einstell
baren Kriterien basierende Entscheidungsgrundlage darüber
liefern, ob der Zylinder den Qualitätsanforderungen genügt.
Mit dieser Vorrichtung bzw. mit diesem Verfahren kann die
Entscheidung, ob der Motor einer Nachbearbeitung zugeführt
werden muß, auf ein einfach zu erfassendes ja/nein-Signal
reduziert werden. Dieses Signal kann gegebenenfalls im Fer
tigungsprozeß als Steuersignal weiter verarbeitet werden.
Das Bildaufnahmesystem umfaßt eine Lichtquelle zum Aus
leuchten des Zylinderinnenraums und ein
Bilderfassungsgerät. Das Bilderfassungsgerät kann
flächenförmig angeordnete Lichtsensoren, beispielsweise
eine CCD-Kamera, oder linienförmig angeordnete
Lichtsensoren, beispielsweise eine Zeilenkamera oder einen
optischen Scanner, umfassen.
Das Bilderfassungsgerät nimmt die Mantelinnenfläche des Zy
linders zweckmäßig im Perspektivblick auf. Das Bilderfas
sungsgerät ist derart positioniert, daß die Mittelachse des
Bilderfassungsgeräts und die Längsachse des Zylinders sich
schneiden. Der Schnittpunkt der beiden Achsen liegt hierbei
vorteilhaft außerhalb des Zylinderinnenraums, der Schnitt
punkt der Mittelachse mit der Mantelinnenfläche etwa auf
halber axialer Höhe des Zylinders. In dieser Position kann
eine Kamera einen Abschnitt der Mantelinnenfläche über die
gesamte axiale Höhe des Zylinders erfassen.
Als Lichtquelle wird in bevorzugter Ausführung monochroma
tisches bzw. quasi-monochromatisches Licht verwendet,
zweckmäßig als Ringleuchte mit einer Mehrzahl von Leucht
körpern in Form von Lichtemitterdioden (LED). Die LED-
Leuchtkörper können in einer oder auch in mehreren, insbe
sondere in zwei Reihen gleichmäßig über den Umfang der
Ringleuchte verteilt angeordnet sein. Vorteilhaft sind bei
beiden Ausführungen unterschiedliche Winkelstellungen der
Leuchtkörper vorgesehen, um den Innenmantel über die ge
samte Länge des Zylinders möglichst gleichmäßig auszuleuch
ten. Bei der einreihigen Ausführung sind zweckmäßig benach
barte LED-Leuchtkörper abwechselnd in unterschiedlichen
Winkelstellungen gehalten. Bei der zweireihigen Ausführung
sind die Winkelstellungen der LED-Leuchtkörper innerhalb
einer Reihe gleich, jedoch unterschiedlich zur anderen
Reihe ausgebildet. Die zweireihige Ausführung liefert eine
höhere Leuchtstärke als die einreihige Ausführung, ist je
doch bezüglich der geometrischen Abmessungen größer.
Zur Handhabung des Zylinderblocks ist eine Positionierein
richtung vorgesehen, die als Industrieroboter oder als
pneumatische Hub-/Wendeeinrichtung ausgeführt sein kann.
Der Industrieroboter bietet den Vorteil der größeren Flexi
bilität; dagegen ist die Hub-/Wendeeinrichtung gegebenen
falls einfacher und preisgünstiger auszuführen.
Um hintereinander alle Zylinder eines Motors über die ge
samte Bauhöhe untersuchen zu können, ist bevorzugt die
Kurbelwelle des Motors über einen Stellmotor verdrehbar, um
den Kolben des jeweils zu untersuchenden Zylinders in seine
untere Totpunktlage zu verstellen.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den
weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeich
nungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1a eine Seitenansicht einer Prüfstation,
Fig. 1b das Bildaufnahmesystem im Perspektivblick,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine LED-Ringleuchte,
Fig. 3 die Bauteile der LED-Ringleuchte in
Explosionsdarstellung,
Fig. 4 eine Ansicht von unten auf den Trägerring der
LED-Ringleuchte,
Fig. 5 eine Ansicht von unten auf das Deckblech
der Ringleuchte,
Fig. 6 eine Prinzipskizze zur Ausleuchtung eines
Zylinders,
Fig. 7 bis Fig. 11 eine den Fig. 2 bis 6 entsprechende
Darstellung einer Ringleuchte in einer
anderen Ausführung,
Fig. 12a, b einen Gegenhalter für die Kurbelwelle in
zwei Darstellungen,
Fig. 13 eine Draufsicht auf eine Fertigungsstraße
mit integrierter Prüfstation.
Die in Fig. 1a dargestellte Prüfstation 1 wird zur Kon
trolle von Zylindern 3 in einem Zylinderblock 2 für eine
Brennkraftmaschine eingesetzt. Die Mantelinnenfläche der
Zylinder 3 werden hierbei auf Unregelmäßigkeiten, insbeson
dere auf Kratzer und Riefen, die in Längsrichtung der
Zylinder verlaufen, mit Hilfe eines optoelektronischen
Prüfverfahrens untersucht. Falls ein oder mehrere Zylinder
3 den vorgegebenen Qualitätsanforderungen nicht entspre
chen, muß der betreffende Zylinderblock einer Nachbearbei
tung unterzogen werden.
Die Prüfstation 1 umfaßt ein Bildaufnahmesystem 5 und eine
mit dem Bildaufnahmesystem 5 kommunizierende Auswertungs
einheit 6. Mit dem Bildaufnahmesystem 5, das eine Licht
quelle 7 und Bilderfassungsgeräte 8 umfaßt, wird die
Mantelinnenfläche eines Zylinders 3 optisch erfaßt und das
erzeugte Bild der Auswertungseinheit 6 zugeführt. Die Aus
wertungseinheit 6 ist als EDV-Anlage, insbesondere als
Industrie-PC, mit Bildverarbeitungssoftware konzipiert. Die
Bildverarbeitungssoftware bewertet das vom Bildaufnahme
system 5 gelieferte Bild nach voreingestellten Kriterien
und erzeugt ein als Entscheidungsgrundlage dienendes Bewer
tungssignal. Gemäß dem Bewertungssignal wird entweder im
positiven Fall die Montage des Zylinderblocks 2 fortgesetzt
oder im negativen Fall der Zylinderblock 2 der erforder
lichen Nachbearbeitung der Mantelinnenflächen der schad
haften Zylinder unterzogen. Das Bewertungssignal kann hier
bei dem Prüfer an der Prüfstation optisch oder akustisch
angezeigt werden, woraufhin der Prüfer die erforderlichen
weiteren Maßnahmen erläßt. Das Bewertungssignal kann alter
nativ oder zusätzlich auch unmittelbar zur weiteren, auto
matisierten Ablaufsteuerung des Prüf- und Fertigungsprozes
ses herangezogen werden.
Als weitere, der Prüfstation 1 zuzuordnende Anlagenteile
sind eine Positioniereinrichtung 14, eine Arretiervorrich
tung 24 für einen Werkstückträger 25, ein Stellmotor 17
bzw. ein Gegenhalter 26 sowie eine Steuerungseinheit 27 mit
einer speicherprogrammierbaren Steuerung vorgesehen.
Das Prüfverfahren läuft wie folgt ab:
Der Zylinderblock 2 wird im Werkstückträger 25 über ein
Transportband 28 zur Prüfstation 1 angeliefert. In der
Arretiervorrichtung 24 stoppt der im Werkstückträger 25 an
geordnete Zylinderblock 2. Mittels der Positioniereinrich
tung 14, bestehend aus einem Industrieroboter 15 mit Grei
fer 16, wird der Zylinderblock 2 in seine Prüfposition ver
bracht. Zusätzlich zum Industrieroboter 15 kann die Posi
tioniereinrichtung 14 im Bereich der Arretierstation 24
eine pneumatische Hub-/Wendeeinrichtung für den Zylinder
block 2 umfassen; falls nur geringe Anforderungen an die
Flexibilität der Prüfstation gestellt werden, kann auch auf
den Industrieroboter 15 verzichtet werden, wobei in diesem
Fall die Positionierung des Zylinderblocks ausschließlich
über die Hub-/Wendeeinrichtung erfolgt.
In Fig. 1a ist der Zylinderblock 2 in seiner Prüfposition
dargestellt. In der Prüfposition werden die Mantelinnen
flächen der Zylinder 3 mit Hilfe des Bildaufnahmesystems 5
auf Kratzer und Riefen untersucht. Das Bildaufnahmesystem 5
besteht aus der Lichtquelle 7 zum Ausleuchten des Zylin
derinnenraums und einem oder mehreren Bilderfassungsgeräten
8, die als CCD-Kameras ausgebildet und an einem Haltearm 42
befestigt sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt das
Bildaufnahmesystem 5 drei Kameras 8, die relativ zueinander
in einem Winkel von 120° angeordnet sind. Die Kameras wer
den im Perspektivblick positioniert.
Gemäß einer anderen Ausführung sind die Bilderfassungs
geräte 8 als optische Linienscanner bzw. Zeilenkameras aus
geführt, die über die Mantelinnenfläche geführt werden, so
daß ein originalgetreues Abbild entsteht.
Für die Aufnahme der Mantelinnenfläche muß der Kolben in
einem Zylinder in seine untere Totpunktlage verstellt wer
den, um den gesamten Bereich der Mantelinnenfläche optisch
erfassen zu können. Nach jeder Aufnahme der Mantelinnen
fläche eines Zylinders muß hierfür die Kurbelwelle soweit
verdreht werden, bis der Kolben im folgenden zu unter
suchenden Zylinder seine untere Totpunktlage eingenommen
hat. Dies kann bei Verwendung eines Industrieroboters in
der Weise erfolgen, daß der Zylinderblock 2 vom Industrie
roboter 14 in Pfeilrichtung 29 soweit nach unten verstellt
wird, bis das freie Ende der Kurbelwelle 31 in den Gegen
halter 26 eingreift. Die Kurbelwelle 31 wird durch den
Gegenhalter 26 festgehalten und der Industrieroboter kann
den Zylinderblock um die Längsachse der Kurbelwelle um das
erforderlich Maß verdrehen. Anschließend wird der Zylinder
block in Pfeilrichtung 30 angehoben und in die für die
Bilderfassungsgeräte 8 günstigste Position gebracht. Diese
Vorgehensweise wird so oft wiederholt, bis alle Zylinder
eines Zylinderblocks überprüft worden sind.
Falls anstelle des Industrieroboters eine Hub-
/Wendeeinrichtung eingesetzt wird, muß ein zusätzlicher
Stellmotor 17 in der Prüfstation 1 angeordnet sein, um die
Kurbelwelle um das geforderte Winkelmaß verdrehen zu kön
nen.
Die von den Bilderfassungsgeräten 8 gelieferten Aufnahmen
werden der Auswertungseinheit 6, ein Industrie-PC, zuge
führt, dessen Bildverarbeitungssoftware die automatische
Riefenerkennung ausführt und das Bewertungssignal liefert.
Über die speicherprogrammierbare Steuerungseinheit 27
werden die Bewegungen und Funktionen der verschiedenen An
lagenteile gesteuert.
In Fig. 1b ist die Lage des Bildaufnahmesystems 5, be
stehend aus Lichtquelle 7 und Bilderfassungsgerät 8, in
bezug auf den Zylinder 3 dargestellt. Das Bilderfassungs
gerät 8 nimmt die Mantelinnenfläche 4 des Zylinders 3 im
Perspektivblick auf. Die Mittelachse 40 des Bilderfassungs
geräts 8 und die Längsachse 41 des Zylinders 3 schneiden
sich in einem Schnittpunkt P, der außerhalb des Zylinder
innenraums liegt, und zwar in unmittelbarer Nachbarschaft
zur Zylinderöffnung. Die Mittelachse 40 des Bilderfassungs
geräts 8 trifft etwa auf halber axialer Höhe auf die Man
telinnenfläche 4 des Zylinders 3. Der Aufnahmekegel des
Bilderfassungsgeräts 8 ist so gewählt, daß innerhalb eines
bestimmten Winkelbereichs die Mantelinnenfläche 4 über die
gesamte axiale Höhe von einem Bilderfassungsgerät 8 aufge
nommen werden kann. Um die Mantelinnenfläche über den ge
samten Umfang zu erfassen, sind zweckmäßig drei Bilderfas
sungsgeräte in einem Winkelabstand von 120° zueinander am
Haltearm 42 (Fig. 1a) angeordnet. Gegebenenfalls können
auch mehr als drei Bilderfassungsgeräte vorgesehen sein,
deren Bildausschnitte sich im Randbereich überlappen kön
nen. Mit steigender Anzahl wird der jeweils erfaßte Aus
schnitt der Mantelinnenfläche kleiner und das pro Gerät er
faßte Bild größer.
Die ebenfalls außerhalb des Zylinderinnenraums angeordnete
Lichtquelle 7 liegt auch außerhalb des Aufnahmekegels des
Bilderfassungsgeräts 8.
Die Fig. 2 bis 6 zeigen eine Lichtquelle 7 für die Aus
leuchtung des Zylinderinnenraums. Die Lichtquelle 7 ist als
LED-Ringleuchte 9 mit einer Mehrzahl von LED-Leuchtkörpern
10 ausgeführt. Die LED-Leuchtkörper zeichnen sich durch
eine hohe Lebensdauer aus, lassen sich auf kleinstem Raum
verbauen und gewährleisten eine definierte, gerichtete Be
leuchtung.
Gemäß Fig. 2 und 3 besteht die Ringleuchte 9 aus einem
Trägerring 11, in dem die LED-Leuchtkörper 10 aufgenommen
sind, sowie aus einem Deckblech 20 und einem Außenblech 21.
Das scheibenförmige Deckblech 20 ist über Schrauben 32 am
Trägerring 11 gehalten. Die Schrauben 32 sind durch Bohrun
gen 34 (Fig. 3 und Fig. 5) im Deckblech 20 eingesteckt und
in Gewindebohrungen 23 im Bereich einer Stirnseite des
Trägerrings 11 verschraubt. Das zylindrische Außenblech 21
ist zwischen dem Deckblech 20 und einem flanschförmigen
Außenabsatz 33 am Trägerring 11 fest eingespannt. Im Deck
blech 20 ist eine Bohrung 43 für elektrische Anschluß
leitungen eingebracht, Fig. 5.
Die LED-Leuchtkörper 10 sind gleichmäßig über den Umfang
der Ringleuchte verteilt angeordnet in radial verlaufende
Leuchtkörperbohrungen 22 im Trägerring 11 eingesetzt. Die
Längsachsen 35 der Leuchtkörperbohrungen 22 weisen zusätz
lich einen Neigungswinkel α, β gegenüber der Stirnfläche
des Trägerrings auf, welche lotrecht zur Längsachse der
Ringleuchte liegt. Es sind zwei unterschiedliche Neigungs
winkel α, β vorgesehen, wobei der kleinere Neigungswinkel α
etwa 20° beträgt und der größere Neigungswinkel β zweck
mäßig etwa um 20° größer ist, also etwa 40° beträgt. Diese
Werte hängen von den Abmessungen der zu untersuchenden
Zylinder ab und können in Abhängigkeit von Durchmesser und
axialer Höhe des Zylinders variieren.
Die LED-Leuchtkörper 10 sind einreihig im Trägerring 11 an
geordnet, der hierfür gemäß Fig. 4 eine Reihe 12 mit
Leuchtkörperbohrungen 22 aufweist. Immer zwei unmittelbar
aufeinanderfolgende Leuchtkörperbohrungen 22 weisen abwech
selnde Neigungswinkel α, β auf. Dies hat den Vorteil, daß
sowohl der obere als auch der untere Bereich der Mantel
innenfläche 4 über den gesamten Umfang des Zylinders 3 aus
reichend ausgeleuchtet werden, siehe Fig. 6.
In den Fig. 7 bis 11 ist die LED-Ringleuchte 9 in einer
anderen Ausführung gezeigt. Die Ringleuchte besteht wie
derum aus dem Trägerring 11, dem Deckblech 20 und dem
Außenblech 21. Das Deckblech 20 ist über Schrauben 32 am
Trägerring 11 befestigt. Das Außenblech 21 ist zwischen dem
Deckblech 20 und dem Trägerring 11 festgeklemmt.
Im Trägerring 11 sind zwei Reihen 12, 13 von Leuchtkörper
bohrungen 22 zur Aufnahme der LED-Leuchtkörper 10 vorge
sehen, Fig. 8 und 9. Beide Reihen 12, 13 erstrecken sich
über den gesamten Umfang des Trägerrings 11, jeweils mit
dicht an dicht eingebrachten Leuchtkörperbohrungen 22. Die
beiden Reihen 12, 13 sind in unterschiedlicher axialer Höhe
des Trägerrings 11 angeordnet. Der Trägerring 11 hat einen
konisch verlaufenden Wandabschnitt 36, in dem übereinander
liegend die beiden Reihen 12, 13 verlaufen. Aufgrund der
Konizität des Wandabschnitts 36 hat die obere Reihe 12
einen geringeren Radius als die untere Reihe 13. Dadurch
können unmittelbar übereinanderliegend die LED-Leuchtkörper
10 in die Bohrungen 22 ohne gegenseitige Behinderung einge
setzt werden.
Durch die doppelte Anzahl an Leuchtkörpern 10 gegenüber der
einreihigen Ausführung kann die in Fig. 11 gezeigte Mantel
innenfläche 4 des Zylinders 3 noch besser ausgeleuchtet
werden. Die in der oberen Reihe 12 angeordneten Leucht
körper haben den kleineren Neigungswinkel α, die in der
unteren Reihe 13 angeordneten Leuchtkörper den größeren
Neigungswinkel β. Der Lichtkegel mit dem Abstrahlwinkel 2γ
übereinanderliegender Leuchtkörper soll sich überschneiden,
weil die Leuchtstärke eines LED-Leuchtkörpers im Rand
bereich des Lichtkegels stark abfällt. Durch die Über
schneidung ist gewährleistet, daß auch im Randbereich aus
reichende Helligkeit herrscht.
Der Lichtkegel jedes Leuchtkörpers 10 hat einen Abstrahl
winkel 2γ von etwa 23°, wobei die Abstrahlwinkel herstel
lungsbedingt zwischen 5° und 60° variieren können.
Weiterhin ist Fig. 11 zu entnehmen, daß im Außenblech 21
eine Bohrung 44 zum Durchführen elektrischer Anschluß
leitungen vorgesehen ist.
In den Fig. 12a, 12b ist der Gegenhalter 26, der zum Arre
tieren der Kurbelwelle benötigt wird, im Schnitt und in
Draufsicht gezeigt. Der Gegenhalter 26 weist Bohrungen 37
zur Aufnahme eines Splints oder ähnlichem auf, um den
Gegenhalter 26 auf einer Arbeitsunterlage der Prüfstation 1
zu befestigen. Weiterhin ist eine zentrale Ausnehmung 38
vorgesehen, in die ein Ende der Kurbelwelle eingesteckt
wird. In eine Nut 39 im Bereich der Ausnehmung 38 kann ein
Arretiersplint eingesteckt werden. Der Zylinderblock kann
dann um ein vorgegebenes Maß verdreht werden, bis sich der
Kolben des nächsten zu untersuchenden Zylinders in seiner
unteren Totpunktlage befindet.
In Fig. 13 ist die Integration der Prüfstation 1 in eine
Fertigungsstraße dargestellt. Die Prüfstation 1 mit den
Komponenten Bildaufnahmesystem 5, Auswertungseinheit 6,
Positioniereinrichtung 14 und Steuerung 27 ist unmittelbar
an dem Transportband 28 der Fertigungsstraße gelegen. Die
Prüfstation 1 kann auch nachträglich in eine bestehende
Fertigungsstraße integriert werden.
1
Prüfstation
2
Zylinderblock
3
Zylinder
4
Mantelinnenfläche
5
Bildaufnahmesystem
6
EDV-Anlage
7
Lichtquelle
8
Bilderfassungsgerät
9
LED-Ringleuchte
10
LED-Leuchtkörper
11
Trägerring
12
Reihe
13
Reihe
14
Positioniereinrichtung
15
Industrieroboter
16
Greifer
17
Stellmotor
18
Kurbelwelle
19
Fertigungsstraße
20
Deckblech
21
Außenblech
22
Leuchtkörperbohrung
23
Gewindebohrung
24
Arretiervorrichtung
25
Werkstückträger
26
Gegenhalter
27
Steuerungseinheit
28
Transportband
29
Pfeilrichtung
30
Pfeilrichtung
31
Kurbelwelle
32
Schraube
33
Außenabsatz
34
Bohrungen
35
Längsachse
36
Wandabschnitt
37
Bohrung
38
Ausnehmung
39
Nut
40
Mittelachse
41
Längsachse
42
Haltearm
43
Bohrung
44
Bohrung
Claims (21)
1. Optische Prüfstation für Hohlkörper, insbesondere für
Zylinder in Brennkraftmaschinen, mit einem Bildaufnahme
system (5), das eine Lichtquelle (7) und ein Bilderfas
sungsgerät (8) umfaßt, zum optischen Erfassen der Mantel
innenfläche (4) des Hohlkörpers (3) und mit einer mit dem
Bildaufnahmesystem (5) kommunizierenden und einen Rechner
umfassenden Auswertungseinheit (6),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bilderfassungsgerät (8) derart positioniert ist,
daß die Mittelachse (40) des Bilderfassungsgeräts (8) die
Längsachse (41) des Hohlkörpers (3) schneidet und daß der
Schnittpunkt (P) von Mittelachse (40) des Bilderfassungs
geräts (8) und Längsachse (41) des Hohlkörpers (3) außer
halb des Hohlkörperinnenraums liegt.
2. Prüfstation nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelachse (40) des Bilderfassungsgeräts (8) die
Mantelinnenfläche (4) des Hohlkörpers (3) etwa auf halber
axialer Höhe des Hohlkörpers (3) schneidet.
3. Prüfstation nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bilderfassungsgerät (8) eine CCD-Kamera ist.
4. Prüfstation nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bilderfassungsgerät (8) eine Zeilenkamera ist.
5. Prüfstation nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle (7) eine LED-Ringleuchte (9) mit einer
Mehrzahl von LED-Leuchtkörpern (10) ist.
6. Prüfstation nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die LED-Leuchtkörper (10) mit unterschiedlichen Nei
gungswinkeln (α, β) in einem Trägerring (11) der
Ringleuchte (9) gehalten sind.
7. Prüfstation nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei verschiedene Neigungswinkel (α, β) vorgesehen sind
und die beiden Neigungswinkel (α, β) sich um etwa 20°
unterscheiden.
8. Prüfstation nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die LED-Leuchtkörper (10) einreihig im Trägerring (11)
angeordnet sind.
9. Prüfstation nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die LED-Leuchtkörper (10) mit abwechselnden Neigungs
winkeln (α, β) im Trägerring (11) angeordnet sind.
10. Prüfstation nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die LED-Leuchtkörper (10) zweireihig im Trägerring (11)
angeordnet sind.
11. Prüfstation nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb einer Reihe (12, 13) alle LED-Leuchtkörper
(10) den gleichen Neigungswinkel (α, β) aufweisen und die
Neigungswinkel (α, β) zwischen den beiden Reihen (12, 13)
unterschiedlich sind.
12. Prüfstation nach einem der Ansprüche 5 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die LED-Leuchtkörper (10) gleichmäßig über den gesamten
Umfang der Ringleuchte (9) verteilt angeordnet sind.
13. Prüfstation nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Positioniereinrichtung (14) zur Handhabung des Zy
linderblocks (2) vorgesehen ist.
14. Prüfstation nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Positioniereinrichtung (14) ein Industrieroboter
(15) mit Greifer (16) ist.
15. Prüfstation nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Positioniereinrichtung (14) eine pneumatische
Hub-/Wendeeinrichtung umfaßt.
16. Prüfstation nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine arretieren
der Gegenhalter (26) vorgesehen ist.
17. Prüfstation nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beaufschla
gender Stellmotor (17) vorgesehen ist.
18. Verfahren zur optischen Prüfung von Hohlkörpern, ins
besondere von Zylindern in Brennkraftmaschinen, insbeson
dere zum Betrieb der optischen Prüfstation nach einem der
Ansprüche 1 bis 17,
mit den folgenden Verfahrensschritten:
- a) Ausleuchten des Zylinders (3),
- b) optisches Erfassen der Mantelinnenfläche (4) des Hohl körpers (3) mittels eines Bilderfassungsgerätes (8) und Erstellen eines das Abbild der Mantelinnenfläche (4) re präsentierenden Datensatzes,
- c) rechnergestütztes Auswerten des Datensatzes und Aus gabe eines Bewertungssignals,
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Ausleuchten des Hohlkörpers (3) monochromatisches
bzw. quasi-monochromatisches Licht verwendet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinder (3) einer Reihe des Zylinderblocks (2)
nacheinander geprüft werden, wobei bei einem Wechsel von
einem zum nächsten Zylinder (3) die Kurbelwelle soweit ver
dreht wird, bis der Kolben des nächsten zu untersuchenden
Zylinders (3) sich im unteren Totpunkt befindet:
21. Verwendung der Prüfstation in einer Fertigungsstraße
für Brennkraftmaschinen.
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DE1997138827 DE19738827C1 (de) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | Optische Prüfstation und Verfahren zur optischen Prüfung von Hohlkörpern, insbesondere von Zylindern in Brennkraftmaschinen |
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