DE19738827C1 - Optical test station for optical testing of hollow bodies, esp. cylinders in internal combustion engines - Google Patents
Optical test station for optical testing of hollow bodies, esp. cylinders in internal combustion enginesInfo
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Abstract
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.The invention relates to an optical test station and a Method for the optical inspection of hollow bodies according to the The preamble of claim 1 and 18. Such a test station and such a process are from Laser Magazin 2/85, pp. 76-82.
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.It is known in the manufacture of internal combustion engines the inner jacket of the cylinder manually with the help of one hand reflects the specified quality requirements check. It is examined whether the inner jacket has grooves running along the cylinder axis. About increases the depth and width of the grooves a predetermined Dimension, the motor in question is discarded and one Reworked.
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.This manual method is time consuming and may be too early due to the monotonous proportion of work Fatigue and loss of concentration lead to a not consistently high level of quality control can be guaranteed safely.
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.There is a camera in Laser Magazine 2/85, pages 76-82 a CCD line sensor described for the inspection of Cavities with optical methods and automatic image processing is suitable. The camera contains as essential component an endoscope optics with a rigidly attached built CCD sensor, the sensor being long and narrow is. The object illumination must be designed similarly and it becomes telecentrically arranged incident light with pupil division used. For inspection of workpieces with narrow holes such. B. brake cylinders, the sensor be positioned in the narrow hole.
Aus der DE 32 23 971 C2 ist eine Fernsehkamera zum Erfassen eines rotationssymmetrischen Hohlraums bekannt, die eine digitale on-line-Bildverarbeitung aufweist.DE 32 23 971 C2 discloses a television camera for capturing a rotationally symmetrical cavity known, the one digital online image processing.
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.DE 40 00 121 C1 is a line scan camera for checking a seal known, the axis with the axis of you tion forms an angle.
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.DE 42 02 138 C2 describes a frame with one on it camera for the inspec tion of the inner wall of a cavity in which the frame can be brought in with the camera, at least the came rakopf from an axially parallel in a radial direction can be aligned with the cavity wall. The cavity interior wall is the well shaft wall of a well and the ge stell is led down the fountain wall into the fountain 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.DE 36 05 654 C2 is a swiveling camera for the Pipe inspections described. The camera is over swivel arms mounted on a chassis. A Rotary potentiometer detects the swivel angle of the camera house. A motor on a part of the camera housing engages a first ring gear and the rotary potentiometer in a second tooth firmly connected to the housing part wreath. The described in DE 42 02 138 C2 and DE 36 05 654 C2 The devices are placed in the hollow body to be examined introduced and rotated or swiveled there as required.
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.Starting from the optical test station according to the The preamble of claim 1 is the invention of the problem based on further developing this test station so that it is easy to use and automation of the Quality control enables. Based on the procedure for optical testing according to the preamble of the claim 18, the invention also addresses the problem of this Develop methods such that it is special Time saving and automation of the Quality control enables.
Diese Probleme werden erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 18 gelöst. These problems are solved according to the invention with the features of Claim 1 and 18 solved.
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.With the test station according to claim 1, the Ferti supply quality of the inner shell of a hollow body, such as. B. of a cylinder in an internal combustion engine, even without manual intervention can be checked so that a high car degree of matatisation is given. Another advantage lies in that the level of control does not fluctuate is subject; Costs incurred by a later covered quality deficiency and only then to be carried out Post-processing can be significantly reduced.
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.It is also advantageous that the test station with only ge Subsequent effort in an existing manufacturing street can be integrated. Will be in the test station Defect found in the inner wall of the cylinder can the engine immediately and with little transport effort postprocessed and then back in the manufacturing process can be integrated.
Als Auswertungseinheit kann ein Standard-Industrie-PC ein gesetzt werden, der in die Prüfstation integriert ist.A standard industrial PC can be used as the evaluation unit be set, which is integrated in the test station.
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. According to the method of claim 18 in particular is suitable for the operation of the test station, by means of the image capture device the inner jacket of the cylinder optically recorded and the recorded data to the computer supported evaluation unit forwarded. A picture ver Working software in the evaluation unit can save the data of the imaging system and prepare one for basis for decision-making based on criteria deliver whether the cylinder meets the quality requirements. With this device or with this method, the Decide whether the engine should be reworked on an easy to detect yes / no signal be reduced. This signal can possibly be in the remote process can be further processed as a control signal.
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.The imaging system includes an off light source light up the cylinder interior and on Image capture device. The image capture device can flat light sensors, for example a CCD camera, or arranged in a line Light sensors, for example a line scan camera or one optical scanner.
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.The image capture device takes the inner surface of the Zy linders expediently in perspective. The picture capture is positioned such that the central axis of the Image capture device and the longitudinal axis of the cylinder itself to cut. The intersection of the two axes lies here advantageous outside the cylinder interior, the cut about the center axis with the inner surface of the jacket half the axial height of the cylinder. In this position you can a camera a section of the inner surface of the jacket record the entire axial height of the cylinder.
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. In a preferred embodiment, the light source is monochrome table or quasi-monochromatic light used, expediently as a ring light with a plurality of lights bodies in the form of light emitting diodes (LED). The LED Luminous elements can be in one or more, in particular special in two rows evenly over the circumference of the Ring light can be arranged distributed. Are advantageous at two versions have different angular positions Filament provided to the inner jacket over the ge illuminate the entire length of the cylinder as evenly as possible ten. In the single-row version are expediently adjacent beard LED filament alternately in different Angular positions held. In the double row version are the angular positions of the LED lights inside one row the same, but different from the other Row trained. The double row version delivers one higher luminosity than the single-row version is ever but larger in terms of geometric dimensions.
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.There is a positioning for handling the cylinder block direction provided as an industrial robot or as pneumatic lifting / turning device can be executed. The industrial robot offers the advantage of the larger flexi bility; on the other hand, the lifting / turning device is given if easier and cheaper to do.
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.To successively all cylinders of an engine over the ge To be able to examine the entire height is preferred Crankshaft of the engine can be rotated via an actuator the piston of the cylinder to be examined in its lower dead center to adjust.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeich nungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and practical embodiments are the further claims, the description of the figures and the drawing inferences. Show it:
Fig. 1a eine Seitenansicht einer Prüfstation, FIG. 1a is a side view of a test station,
Fig. 1b das Bildaufnahmesystem im Perspektivblick, FIG. 1b, the image pickup system in perspective view,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine LED-Ringleuchte, Fig. 2 is a sectional view of a LED ring light,
Fig. 3 die Bauteile der LED-Ringleuchte in Explosionsdarstellung, Fig. 3 shows the components of the LED ring light in exploded view,
Fig. 4 eine Ansicht von unten auf den Trägerring der LED-Ringleuchte, Fig. 4 is a view from below of the support ring of the LED ring light,
Fig. 5 eine Ansicht von unten auf das Deckblech der Ringleuchte, Fig. 5 is a bottom view of the cover plate of the ring lamp,
Fig. 6 eine Prinzipskizze zur Ausleuchtung eines Zylinders, Fig. 6 is a schematic diagram for the illumination of a cylinder,
Fig. 7 bis Fig. 11 eine den Fig. 2 bis 6 entsprechende Darstellung einer Ringleuchte in einer anderen Ausführung, Fig. 7 to Fig. 11 to Fig. 2 corresponding to 6 representation of a ring light, in another embodiment,
Fig. 12a, b einen Gegenhalter für die Kurbelwelle in zwei Darstellungen, Fig. 12a, b a counter support for the crankshaft in two representations,
Fig. 13 eine Draufsicht auf eine Fertigungsstraße mit integrierter Prüfstation. Fig. 13 is a plan view of a production line with an integrated inspection station.
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.The test station 1 shown in Fig. 1 a is used for the control of cylinders 3 in a cylinder block 2 for an internal combustion engine. The inner surface of the cylinder 3 is examined for irregularities, in particular for scratches and marks that run in the longitudinal direction of the cylinder, using an optoelectronic test method. If one or more cylinders 3 do not meet the specified quality requirements, the cylinder block in question must be subjected to reworking.
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.The inspection station 1 comprises an image recording system 5 and an evaluation unit 6 communicating with the image recording system 5 . With the image recording system 5 , which includes a light source 7 and image capturing devices 8 , the inner surface of a cylinder 3 is optically detected and the image generated is fed to the evaluation unit 6 . The evaluation unit 6 is designed as a computer system, in particular as an industrial PC, with image processing software. The image processing software evaluates the image supplied by the image recording system 5 according to preset criteria and generates an evaluation signal that serves as a basis for decision-making. According to the evaluation signal, either the assembly of the cylinder block 2 is continued in the positive case or, in the negative case, the cylinder block 2 is subjected to the required reworking of the inner surface of the damaged cylinder. The evaluation signal can be displayed optically or acoustically at the test station at the test station, whereupon the test engineer takes the necessary further measures. The evaluation signal can alternatively or additionally also be used directly for the further automated process control of the testing and manufacturing processes.
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.As further system parts to be assigned to the test station 1 , a positioning device 14 , a locking device 24 for a workpiece carrier 25 , a servomotor 17 or a counter-holder 26 and a control unit 27 with a programmable logic controller are provided.
Das Prüfverfahren läuft wie folgt ab:The test procedure is as follows:
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.The cylinder block 2 is delivered to the test station 1 in the workpiece carrier 25 via a conveyor belt 28 . In the locking device 24 , the cylinder block 2 arranged in the workpiece carrier 25 stops. By means of the Positioniereinrich device 14 , consisting of an industrial robot 15 with Grei fer 16 , the cylinder block 2 is brought ver into its test position. In addition to the industrial robot 15 , the positioning device 14 in the area of the locking station 24 can comprise a pneumatic lifting / turning device for the cylinder block 2 ; If only small demands are placed on the flexibility of the test station, the industrial robot 15 can also be dispensed with, in which case the cylinder block is positioned exclusively via the lifting / turning device.
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.In Fig. 1a, the cylinder block 2 is shown in its test position. In the test position, the inner surfaces of the cylinders 3 are examined for scratches and marks with the aid of the image recording system 5 . The image recording system 5 consists of the light source 7 for illuminating the interior of the cylinder and one or more image capture devices 8 , which are designed as CCD cameras and are attached to a holding arm 42 . In the exemplary embodiment shown, the image recording system 5 comprises three cameras 8 , which are arranged at an angle of 120 ° relative to one another. The cameras are positioned in perspective.
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. According to another embodiment, the image capturing devices 8 are designed as optical line scanners or line cameras, which are guided over the inner surface of the jacket, so that an image true to the original is produced.
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.For the inclusion of the inner surface of the piston, the piston in a cylinder must be adjusted to its bottom dead center position in order to be able to optically detect the entire area of the inner surface of the piston. After each recording of the inner surface of a cylinder, the crankshaft must be rotated until the piston in the cylinder to be examined has reached its bottom dead center. This can be done when using an industrial robot in such a way that the cylinder block 2 is adjusted downwards by the industrial robot 14 in the direction of arrow 29 until the free end of the crankshaft 31 engages in the counter holder 26 . The crankshaft 31 is held in place by the counter holder 26 and the industrial robot can rotate the cylinder block about the longitudinal axis of the crankshaft by the required amount. Subsequently, the cylinder block is raised in the direction of arrow 30 and brought into the most favorable position for the image capturing devices 8 . This procedure is repeated until all cylinders of a cylinder block have been checked.
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.If a lifting / turning device is used instead of the industrial robot, an additional servomotor 17 must be arranged in the test station 1 in order to be able to rotate the crankshaft by the required angular dimension.
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.The recordings supplied by the image capture devices 8 are fed to the evaluation unit 6 , an industrial PC, whose image processing software executes the automatic scoring and delivers the evaluation signal.
Über die speicherprogrammierbare Steuerungseinheit 27 werden die Bewegungen und Funktionen der verschiedenen An lagenteile gesteuert.The movements and functions of the various parts of the system are controlled via the programmable logic control unit 27 .
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.In Fig. 1b, the position of the image recording system 5 , be standing from the light source 7 and image capture device 8 , is shown in relation to the cylinder 3 . The image capture device 8 takes the inner surface 4 of the cylinder 3 in perspective. The central axis 40 of the image capturing device 8 and the longitudinal axis 41 of the cylinder 3 intersect at an intersection P, which is outside the cylinder interior, in the immediate vicinity of the cylinder opening. The central axis 40 of the image capturing device 8 meets approximately half the axial height on the inner surface 4 of the cylinder 3 . The recording cone of the image capturing device 8 is selected such that the inner surface 4 of the jacket can be taken up by an image capturing device 8 over the entire axial height within a certain angular range. In order to capture the inner surface of the jacket over the entire circumference, three imaging devices are expediently arranged at an angular distance of 120 ° from one another on the holding arm 42 ( FIG. 1a). If necessary, more than three image capture devices can also be provided, the image sections of which can overlap in the edge region. As the number increases, the area captured from the inner surface of the jacket becomes smaller and the image captured per device becomes larger.
Die ebenfalls außerhalb des Zylinderinnenraums angeordnete Lichtquelle 7 liegt auch außerhalb des Aufnahmekegels des Bilderfassungsgeräts 8.The light source 7, which is also arranged outside the cylinder interior, also lies outside the cone of the image capturing device 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.The Figs. 2 to 6 show a light source 7 for the lighting from the cylinder internal space. The light source 7 is designed as an LED ring light 9 with a plurality of LED luminous elements 10 . The LED lamps are characterized by a long service life, can be installed in the smallest of spaces and ensure defined, directed lighting.
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. According to FIGS . 2 and 3, the ring light 9 consists of a carrier ring 11 , in which the LED luminous elements 10 are received, and of a cover plate 20 and an outer plate 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.The disk-shaped cover plate 20 is held on the carrier ring 11 by means of screws 32 . The screws 32 are screwed through prepared holes 34 (Fig. 3 and Fig. 5) inserted in the cover plate 20 and into threaded bores 23 in the region of an end side of the carrier ring 11. The cylindrical outer plate 21 is clamped between the cover plate 20 and a flange-shaped outer shoulder 33 on the carrier ring 11 . In the deck sheet 20 , a hole 43 is made for electrical connection lines, Fig. 5th
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.The LED luminous elements 10 are arranged distributed uniformly over the circumference of the ring light in radially running luminous element bores 22 in the carrier ring 11 . The longitudinal axes 35 of the luminous element bores 22 additionally have an inclination angle α, β relative to the end face of the carrier ring, which is perpendicular to the longitudinal axis of the ring light. Two different angles of inclination α, β are provided, the smaller angle of inclination α being approximately 20 ° and the larger angle of inclination β being appropriately larger by approximately 20 °, that is to say approximately 40 °. These values depend on the dimensions of the cylinders to be examined and can vary depending on the diameter and axial height of the cylinder.
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.The LED filament 10 are arranged in one row in the carrier ring 11 , which for this purpose has a row 12 with filament bores 22 according to FIG. 4. Always two successive luminous element bores 22 have alternating angles of inclination α, β. This has the advantage that both the upper and the lower region of the inner surface 4 of the jacket are sufficiently illuminated over the entire circumference of the cylinder 3 , see 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.In Figs. 7 to 11, the LED ring light 9 is shown in another embodiment. The ring light again consists of the carrier ring 11 , the cover plate 20 and the outer plate 21 . The cover plate 20 is fastened to the carrier ring 11 by means of screws 32 . The outer plate 21 is clamped between the cover plate 20 and the carrier ring 11 .
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.In the carrier ring 11 , two rows 12 , 13 of luminous element bores 22 are provided for receiving the LED luminous element 10, FIGS . 8 and 9. Both rows 12 , 13 extend over the entire circumference of the carrier ring 11 , each with tightly introduced Filament bores 22 . The two rows 12 , 13 are arranged at different axial heights of the carrier ring 11 . The carrier ring 11 has a conical wall section 36 , in which the two rows 12 , 13 run one above the other. Due to the taper of the wall section 36 , the upper row 12 has a smaller radius than the lower row 13 . As a result, the LED filament 10 can be inserted directly one above the other in the bores 22 without mutual interference.
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.Due to the double number of luminous elements 10 compared to the single-row design, the inner surface 4 of the cylinder 3 shown in FIG. 11 can be illuminated even better. The lamps arranged in the upper row 12 have the smaller angle of inclination α, the lamps arranged in the lower row 13 have the larger angle of inclination β. The cone of light with the radiation angle 2 γ of luminaries lying one above the other should overlap because the luminosity of an LED luminous body drops sharply in the edge region of the cone of light. The overlap ensures that there is sufficient brightness in the edge area.
Der Lichtkegel jedes Leuchtkörpers 10 hat einen Abstrahl winkel 2γ von etwa 23°, wobei die Abstrahlwinkel herstel lungsbedingt zwischen 5° und 60° variieren können. The cone of light of each filament 10 has a radiation angle 2γ of approximately 23 °, the radiation angle production being able to vary between 5 ° and 60 °.
Weiterhin ist Fig. 11 zu entnehmen, daß im Außenblech 21 eine Bohrung 44 zum Durchführen elektrischer Anschluß leitungen vorgesehen ist.Furthermore, Fig. 11 shows that a bore 44 is provided in the outer sheet 21 for performing electrical connection lines.
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 FIGS. 12a, 12b is the counter-holder 26 which is to Arre the crankshaft animals requires, in section and in plan view. The counter-holder 26 has bores 37 for receiving a split pin or the like in order to fasten the counter-holder 26 on a work surface of the test station 1 . A central recess 38 is also provided, into which one end of the crankshaft is inserted. A locking pin can be inserted into a groove 39 in the area of the recess 38 . The cylinder block can then be rotated by a predetermined amount until the piston of the next cylinder to be examined is in its bottom dead center position.
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.In Fig. 13, the integration of the inspection station 1 is shown in a production line. The test station 1 with the components image recording system 5 , evaluation unit 6 , positioning device 14 and controller 27 is located directly on the conveyor belt 28 of the production line. The test station 1 can also be subsequently integrated into an existing production line.
11
Prüfstation
Test station
22nd
Zylinderblock
Cylinder block
33rd
Zylinder
cylinder
44th
Mantelinnenfläche
Inner surface of the jacket
55
Bildaufnahmesystem
Imaging system
66
EDV-Anlage
EDP system
77
Lichtquelle
Light source
88th
Bilderfassungsgerät
Image capture device
99
LED-Ringleuchte
LED ring light
1010th
LED-Leuchtkörper
LED filament
1111
Trägerring
Carrier ring
1212th
Reihe
line
1313
Reihe
line
1414
Positioniereinrichtung
Positioning device
1515
Industrieroboter
Industrial robots
1616
Greifer
Gripper
1717th
Stellmotor
Servomotor
1818th
Kurbelwelle
crankshaft
1919th
Fertigungsstraße
Production line
2020th
Deckblech
Cover plate
2121
Außenblech
Outer sheet
2222
Leuchtkörperbohrung
Filament bore
2323
Gewindebohrung
Tapped hole
2424th
Arretiervorrichtung
Locking device
2525th
Werkstückträger
Workpiece carrier
2626
Gegenhalter
Counterhold
2727
Steuerungseinheit
Control unit
2828
Transportband
Conveyor belt
2929
Pfeilrichtung
Arrow direction
3030th
Pfeilrichtung
Arrow direction
3131
Kurbelwelle
crankshaft
3232
Schraube
screw
3333
Außenabsatz
External sales
3434
Bohrungen
Holes
3535
Längsachse
Longitudinal axis
3636
Wandabschnitt
Wall section
3737
Bohrung
drilling
3838
Ausnehmung
Recess
3939
Nut
Groove
4040
Mittelachse
Central axis
4141
Längsachse
Longitudinal axis
4242
Haltearm
Holding arm
4343
Bohrung
drilling
4444
Bohrung
drilling
Claims (21)
- 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,
- a) illuminating the cylinder ( 3 ),
- b) optical detection of the inner surface ( 4 ) of the hollow body ( 3 ) by means of an image capture device ( 8 ) and creation of a data record representing the image of the inner surface ( 4 ),
- c) computer-assisted evaluation of the data set and output of an evaluation signal,
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