DE202013012871U1

DE202013012871U1 - Cylinder bore gauge

Info

Publication number: DE202013012871U1
Application number: DE202013012871.2U
Authority: DE
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2013-04-20
Filing date: 2013-04-20
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2023-04-21

Abstract

Zylinderbohrungs-Messvorrichtung zur Vermessung der aufgerauten Innenfläche (4) einer Zylinderbohrung (6),
mit einem in die zu vermessende Zylinderbohrung (6) einführbare Messkopf (8), der eine Messanordnung mit einem nach dem Prinzip der chromatischen Längsaberration arbeitenden Sensor aufweist, der eine Abbildungsoptik (10) mit einer optischen Achse (36) aufweist,
mit einem Drehantrieb zum Drehen des Messkopfes (8) relativ zu der Zylinderbohrung (6) um eine Drehachse (14),
mit einer entlang einer Strahlachse (16) einstrahlenden Lichtquelle (18) zur Beleuchtung einer Messstelle,
wobei die Abbildungsoptik (10) eine numerische Apertur NA ≥ 0,4 hat,
wobei die Messvorrichtung (10) auf einen Arbeitsabstand von _ 10 mm ausgelegt ist und einen Messbereich _ 1,5 mm hat und
wobei die Strahlachse (16) entlang der Drehachse (14) verläuft.

Cylinder bore measuring device for measuring the roughened inner surface (4) of a cylinder bore (6),
with a measuring head (8) which can be inserted into the cylinder bore (6) to be measured and which has a measuring arrangement with a sensor which works according to the principle of chromatic longitudinal aberration and which has imaging optics (10) with an optical axis (36),
with a rotary drive for rotating the measuring head (8) relative to the cylinder bore (6) about an axis of rotation (14),
with a light source (18) radiating along a beam axis (16) for illuminating a measuring point,
wherein the imaging optics (10) has a numerical aperture NA ≥ 0.4,
wherein the measuring device (10) is designed for a working distance of _ 10 mm and has a measuring range of _ 1.5 mm and
wherein the beam axis (16) runs along the axis of rotation (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderbohrungs-Messvorrichtung.The invention relates to a cylinder bore measuring device.

Bei der Herstellung von Verbrennungsmotoren ist es in verschiedenen Fertigungsstadien erforderlich, die Zylinderbohrung, also die Innenwandung des Zylinders, zu vermessen. Hierzu werden Zylinderbohrungs-Messvorrichtungen verwendet, die einen in eine zu vermessende Zylinderbohrung einführbaren Messkopf aufweisen, wobei zur Beleuchtung einer Messstelle der Zylinderbohrung eine Lichtquelle vorgesehen ist und wobei der Messkopf eine konfokale optische Messanordnung aufweist. Eine entsprechende Messvorrichtung ist aus DE 10 2008 052 343 A1 bekannt.In the manufacture of internal combustion engines, it is necessary at various stages of production to measure the cylinder bore, i.e. the inner wall of the cylinder. For this purpose, cylinder bore measuring devices are used which have a measuring head that can be inserted into a cylinder bore to be measured, a light source being provided to illuminate a measuring point of the cylinder bore and the measuring head having a confocal optical measuring arrangement. A corresponding measuring device is off DE 10 2008 052 343 A1 famous.

Bei der Herstellung moderner Hochleistungs-Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge wird ein besonderes Augenmerk darauf gelegt, die Lauffläche, also die Innenwandung der Zylinderbohrung, möglichst verschleißfest zu gestalten. Hierzu wird die Innenfläche der Zylinderbohrung, die in einem Gussteil gebildet ist, mit einem besonders verschleißfesten Material beschichtet. Der zugehörige Fertigungsprozess vollzieht sich derart, dass nach dem Gießen und der Bearbeitung einer Zylinderbohrung eine sogenannte Oberflächenaktivierung ausgeführt wird. Die Oberflächenaktivierung hat den Zweck, die Innenwandung der Zylinderbohrung künstlich aufzurauen, um eine besonders sichere Verbindung zwischen der Innenfläche der Zylinderbohrung und einer in einem späterem Prozessschritt aufzubringenden Beschichtung aus besonders verschleißfestem Material sicherzustellen. Die Aufrauung der Oberfläche der Zylinderbohrung bei der Oberflächenaktivierung kann beispielsweise durch Hochdruckwasserstrahlen, Sand- bzw. Partikelstrahlen, Flammspritzen oder insbesondere Rillieren ausgeführt werden. Nach der Oberflächenaktivierung wird die Oberfläche der Zylinderbohrung gereinigt und daran anschließend mit einem besonders verschleißfestem Material, beispielsweise in einem Spritzverfahren, beschichtet. Nach einer Abkühlung wird die beschichtete Zylinderbohrung dann im Rahmen einer Endbearbeitung, beispielsweise durch Diamanthonen, auf ihr Endmaß gebracht.In the production of modern high-performance internal combustion engines for motor vehicles, special attention is paid to making the running surface, i.e. the inner wall of the cylinder bore, as wear-resistant as possible. For this purpose, the inner surface of the cylinder bore, which is formed in a cast part, is coated with a particularly wear-resistant material. The associated manufacturing process is carried out in such a way that a so-called surface activation is carried out after the casting and machining of a cylinder bore. The purpose of surface activation is to artificially roughen the inner wall of the cylinder bore in order to ensure a particularly secure connection between the inner surface of the cylinder bore and a coating of particularly wear-resistant material to be applied in a later process step. The roughening of the surface of the cylinder bore during surface activation can be carried out, for example, by high-pressure water jets, sand or particle blasting, flame spraying or, in particular, grooving. After surface activation, the surface of the cylinder bore is cleaned and then coated with a particularly wear-resistant material, for example using a spraying process. After cooling, the coated cylinder bore is then brought to its final dimensions in the course of finishing, for example by diamond honing.

Nach der Oberflächenaktivierung ist es erforderlich, die Zylinderbohrung zu vermessen, um festzustellen, ob die Oberfläche der Zylinderbohrung die gewünschten Eigenschaften hat.After surface activation, it is necessary to measure the cylinder bore to determine if the cylinder bore surface has the desired properties.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderbohrungs-Messvorrichtung anzugeben, die bei der speziellen Messaufgabe, nämlich der Vermessung einer durch Oberflächenaktivierung aufgerauten Oberfläche einer Zylinderbohrung, eine hohe Messgenauigkeit aufweist und gleichzeitig kompakt genug ist, um entsprechend der Messaufgabe in eine Zylinderbohrung eingeführt zu werden.The invention is based on the object of specifying a cylinder bore measuring device that has a high measuring accuracy for the special measuring task, namely measuring a surface of a cylinder bore roughened by surface activation, and at the same time is compact enough to be inserted into a cylinder bore according to the measuring task .

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention specified in claim 1.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Oberflächenaktivierung der Innenwandung einer Zylinderbohrung, beispielsweise durch Hochdruckwasserstrahlen, Sand- bzw. Partikelstrahlen, Flammspritzen oder Rillieren, zu einer vergleichsweise rauen Oberfläche führt. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die Zylinderbohrungs-Messvorrichtung, die nachfolgend auch kurz als Messvorrichtung bezeichnet wird, so auszugestalten, dass sich auch bei Verwendung einer Optik mit einer hohen numerischen Apertur ein kompakter Aufbau ergibt, so dass die Vorrichtung auch in vergleichsweise enge Zylinderbohrungen eingeführt werden kann, um dort die beschriebenen Messaufgaben auszuführen.The invention is based on the knowledge that surface activation of the inner wall of a cylinder bore, for example by means of high-pressure water jets, sand or particle blasting, flame spraying or grooving, leads to a comparatively rough surface. Proceeding from this, the invention is based on the idea of designing the cylinder bore measuring device, which is also referred to below as the measuring device for short, in such a way that a compact structure results even when using optics with a high numerical aperture, so that the device can also be used in comparatively narrow cylinder bores can be introduced in order to carry out the measurement tasks described there.

Erfindungsgemäß weist die Messvorrichtung einen in die zu vermessende Zylinderbohrung einführbaren Messkopf auf, der eine Messordnung mit einem nach dem Prinzip der chromatischen Längsaberration arbeitenden Sensor aufweist, der eine Abbildungsoptik mit einer optischen Achse aufweist. Die Messvorrichtung weist ferner eine entlang einer Strahlachse einstrahlende Lichtquelle zur Beleuchtung einer Messstelle an der Innenfläche der Zylinderbohrung auf. Erfindungsgemäß weist die Abbildungsoptik eine numerische Apertur ≥ 0,4 auf, wobei die Messvorrichtung auf einen Arbeitsabstand von > 10 mm ausgelegt ist und einen Messbereich > 1,5 mm hat und wobei die Strahlachse entlang der Drehachse verläuft.According to the invention, the measuring device has a measuring head that can be inserted into the cylinder bore to be measured and has a measuring arrangement with a sensor that works according to the principle of chromatic longitudinal aberration and has imaging optics with an optical axis. The measuring device also has a light source that shines along a beam axis to illuminate a measuring point on the inner surface of the cylinder bore. According to the invention, the imaging optics have a numerical aperture ≧0.4, with the measuring device being designed for a working distance of >10 mm and having a measuring range of >1.5 mm, and with the beam axis running along the axis of rotation.

Darunter, dass die Strahlachse entlang der Drehachse verläuft, wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Strahlachse zu der Drehachse koinzident oder parallel ist oder unter einem spitzen Winkel geneigt zu der Drehachse verläuft. Fällt die Drehachse bei Benutzung der Messvorrichtung mit der Rotationssymmetrieachse der Zylinderbohrung zusammen, so verläuft also die Strahlachse entlang der Rotationssymmetrieachse der Zylinderbohrung, also koinzident, parallel oder unter einem spitzen Winkel zu der Rotationssymmetrieachse.The fact that the beam axis runs along the axis of rotation is understood according to the invention to mean that the beam axis is coincident or parallel to the axis of rotation or runs inclined at an acute angle to the axis of rotation. If the axis of rotation coincides with the axis of rotational symmetry of the cylinder bore when the measuring device is used, the beam axis runs along the axis of rotational symmetry of the cylinder bore, i.e. coincident, parallel or at an acute angle to the axis of rotational symmetry.

Durch die erfindungsgemäße spezielle Ausgestaltung ergibt sich eine Messvorrichtung, die eine hohe und für die spezielle Messaufgabe ausreichende Messgenauigkeit und gleichzeitig einen kompakten Aufbau aufweist. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist damit insbesondere für eine Verwendung bei der speziellen Messaufgabe, nämlich die Vermessung einer durch Oberflächenaktivierung aufgerauten Innenfläche einer Zylinderbohrung, geeignet.The special configuration according to the invention results in a measuring device that has a high measuring accuracy that is sufficient for the special measuring task and at the same time has a compact structure. The measuring device according to the invention is therefore particularly suitable for use in the special measuring task, namely the measurement of an inner surface of a cylinder bore roughened by surface activation.

Das Messprinzip des Sensors der erfindungsgemäßen Messvorrichtung basiert auf dem bekannten Grundprinzip der chromatischen Längsaberration. Entsprechend diesem Grundprinzip ist in einem chromatischen optischen System die Position eines Abbildes einer gegebenen Punktquelle von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes abhängig, so dass bei Verwendung polychromatischen Lichtes das chromatische optische System eine Mehrzahl von Abbildern entsprechend dem spektralen Bereich des Lichtes aufweist. Damit wird im Messraum eine spektrale Codierung ausgeführt, indem die axiale chromatische Dispersion des Beleuchtungs-Lichtstrahls auf vorbestimmte Weise gedehnt wird. In dem reflektierten Lichtstrahl wird eine spektrale Dekodierung ausgeführt, beispielsweise mittels eines Spektrometers. Ein besonderer Vorteil dieses Messprinzips besteht darin, dass eine Abtastbewegung entlang der optischen Achse nicht erforderlich ist. Dies erhöht die Messgeschwindigkeit.The measuring principle of the sensor of the measuring device according to the invention is based on the known basic principle of longitudinal chromatic aberration. According to this basic principle, in a chromatic optical system the position of an image of a given point source depends on the wavelength of the light used, so that when using polychromatic light the chromatic optical system has a plurality of images corresponding to the spectral range of the light. Spectral coding is thus carried out in the measuring space by expanding the axial chromatic dispersion of the illuminating light beam in a predetermined manner. A spectral decoding is carried out in the reflected light beam, for example by means of a spectrometer. A particular advantage of this measuring principle is that a scanning movement along the optical axis is not required. This increases the measurement speed.

Eine Weiterbildung der Lehre des Anspruchs 1 besteht darin, dass die optische Achse winkelig zu der Strahlachse, insbesondere unter einem Winkel von 90° oder annähernd 90°, verläuft. Beispielsweise und insbesondere kann bei dieser Ausführungsform also die optische Achse unter einem Winkel von 90° oder annähernd 90° zu der Innenfläche der Zylinderbohrung verlaufen. Mit anderen Worten kann die Lichtquelle entlang der Drehachse und damit entlang der Rotationssymmetrieachse der Zylinderbohrung einstrahlen, wobei der Lichtstrahl durch eine geeignete Umlenkung auf die Messstelle gerichtet wird, während die optische Achse der Abbildungsoptik senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse und damit zu der Rotationssymmetrieachse und damit senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Innenfläche der Zylinderbohrung verlaufen kann.A further development of the teaching of claim 1 is that the optical axis runs at an angle to the beam axis, in particular at an angle of 90° or approximately 90°. For example and in particular, in this embodiment the optical axis can run at an angle of 90° or approximately 90° to the inner surface of the cylinder bore. In other words, the light source can shine along the axis of rotation and thus along the axis of rotational symmetry of the cylinder bore, with the light beam being directed to the measuring point by suitable deflection, while the optical axis of the imaging optics is perpendicular or essentially perpendicular to the axis of rotation and thus to the axis of rotational symmetry and thus perpendicular or substantially perpendicular to the inner surface of the cylinder bore.

Um den Strahlengang der Lichtquelle bei der vorgenannten Ausführungsform auf besonders einfache Weise umzulenken, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung insoweit vor, dass zwischen der Lichtquelle und der Abbildungsoptik eine wenigstens einen Umlenkspiegel aufweisende Spiegelanordnung zur Umlenkung des Strahlenganges der Lichtquelle auf die Messstelle angeordnet ist.In order to deflect the beam path of the light source in a particularly simple manner in the above-mentioned embodiment, an advantageous development of the invention provides that a mirror arrangement having at least one deflection mirror for deflecting the beam path of the light source onto the measuring point is arranged between the light source and the imaging optics.

Eine andere Weiterbildung der Lehre des Anspruchs 1 sieht vor, dass die optische Achse parallel oder koinzident zu der Strahlachse verläuft und dass der Abbildungsoptik eine wenigstens einen Umlenkspiegel aufweisende Spiegelanordnung zur Umlenkung des Strahlenganges der Abbildungsoptik und der Lichtquelle derart nachgeordnet ist, dass der Lichtstrahl der Lichtquelle unter einem von 90° abweichenden Winkel auf die Innenfläche der Zylinderbohrung richtbar ist oder gerichtet wird. Bei dieser Ausführungsform kann die Strahlachse der Lichtquelle beispielsweise insbesondere mit der optischen Achse zusammenfallen. Mit anderen Worten strahlt also die Lichtquelle in Richtung der optischen Achse ein. Um den Strahlengang der Abbildungsoptik und der Lichtquelle umzulenken und auf die zu vermessende Innenfläche zu richten, wird der Strahlengang umgelenkt. Dadurch, dass der Lichtstrahl der Lichtquelle unter einem von 90° abweichenden Winkel auf die Innenfläche der Zylinderbohrung gerichtet und die Blickrichtung der Abbildungsoptik entsprechend gewählt ist, ist es bei dieser Ausführungsform insbesondere auch möglich, in Hinterschneidungen zu messen, wie sie beispielsweise beim Rillieren mit einem Rillierwerkzeug entstehen. Falls entsprechend den jeweiligen Anforderungen gewünscht oder erforderlich ist, kann die erfindungsgemäße Messanordnung auch zwei oder mehrere Sensoren aufweisen, die unter unterschiedlichen Winkeln auf die Innenfläche gerichtet sind, so dass insbesondere eine gleichzeitige Vermessung gegengerichteter Hinterschneidungen möglich ist.Another development of the teaching of claim 1 provides that the optical axis runs parallel to or coincident with the beam axis and that the imaging optics is followed by a mirror arrangement having at least one deflection mirror for deflecting the beam path of the imaging optics and the light source in such a way that the light beam of the light source can be directed or will be directed at an angle deviating from 90° onto the inner surface of the cylinder bore. In this embodiment, the beam axis of the light source can, for example, in particular coincide with the optical axis. In other words, the light source shines in the direction of the optical axis. The beam path is deflected in order to deflect the beam path of the imaging optics and the light source and direct it to the inner surface to be measured. Since the light beam from the light source is directed onto the inner surface of the cylinder bore at an angle deviating from 90° and the viewing direction of the imaging optics is selected accordingly, it is also possible with this embodiment, in particular, to measure in undercuts, such as when grooving with a grooving tool arise. If desired or necessary according to the respective requirements, the measuring arrangement according to the invention can also have two or more sensors which are directed at the inner surface at different angles, so that in particular a simultaneous measurement of oppositely directed undercuts is possible.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht einen mit dem Sensor der Messanordnung in Signalübertragungsverbindung stehende Auswertungseinrichtung vor, die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie aus Ausgangssignalen des Sensors den Abstand des Messkopfes zu der Innenwandung der Zylinderbohrung an der jeweiligen Messstelle ermittelt. Durch Abstandsmessung an wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Zylinderbohrung zueinander beabstandeten Messstellen kann dann der Durchmesser der Zylinderbohrung ermittelt werden.Another development of the invention provides an evaluation device which is connected to the sensor of the measuring arrangement for signal transmission and is designed and set up in such a way that it determines the distance between the measuring head and the inner wall of the cylinder bore at the respective measuring point from the output signals of the sensor. The diameter of the cylinder bore can then be determined by measuring the distance at at least two measuring points spaced apart from one another in the circumferential direction of the cylinder bore.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sensor der Messvorrichtung als Punktsensor ausgebildet ist.Another advantageous development of the invention provides that the sensor of the measuring device is designed as a point sensor.

Die spektrale Decodierung des reflektierten Lichtes kann erfindungsgemäß auf beliebige Art und Weise erfolgen. Insoweit sieht eine Weiterbildung vor, dass die Auswertungseinrichtung ein Spektrometer aufweist.According to the invention, the spectral decoding of the reflected light can take place in any desired manner. In this respect, a further development provides that the evaluation device has a spectrometer.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist.Another advantageous development of the invention provides that the light source is a point light source.

Um den Durchmesser einer Zylinderbohrung zu messen, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus wenigstens zwei an in Umfangsrichtung der Drehachse zueinander beabstandeten Messstellen der Zylinderbohrung aufgenommenen Messwerten der Durchmesser der Zylinderbohrung ermittelbar ist oder ermittelt wird. Mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung können jedoch auch beliebige andere Messungen durchgeführt werden, beispielsweise zur Ermittlung einer Exzentrizität der Zylinderbohrung.In order to measure the diameter of a cylinder bore, another advantageous development of the invention provides that the evaluation device is designed and set up in such a way that the diameter of the cylinder bore can be determined or is determined from at least two measured values recorded at measuring points of the cylinder bore that are spaced apart from one another in the circumferential direction of the axis of rotation will. However, any other measurements can also be carried out using the measuring device according to the invention for example to determine an eccentricity of the cylinder bore.

Bei der vorgenannten Ausführungsform kann es grundsätzlich ausreichend sein, an diskreten Messstellen Messwerte aufzunehmen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht jedoch insoweit vor, dass der Drehantrieb für eine kontinuierliche oder annähernd kontinuierliche Drehung des Messkopfes um die Drehachse ausgebildet und eingerichtet ist, derart, dass die Innenwandung der Zylinderbohrung abtastbar ist oder abgetastet wird. Unter einer annähernd kontinuierlichen Drehung des Messkopfs wird hierbei erfindungsgemäß verstanden, dass die Drehung im Rahmen der Messgenauigkeit als kontinuierlich angesehen werden kann.In the aforementioned embodiment, it can basically be sufficient to record measured values at discrete measuring points. However, an advantageous development of the invention provides that the rotary drive is designed and set up for a continuous or almost continuous rotation of the measuring head about the axis of rotation, such that the inner wall of the cylinder bore can be scanned or is scanned. According to the invention, an approximately continuous rotation of the measuring head is understood to mean that the rotation can be regarded as continuous within the scope of the measuring accuracy.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Messkopf Vorschubmittel zur Erzeugung eines Vorschubs in Axialrichtung der Drehachse zugeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform können somit in unterschiedlichen Ebenen in Achsrichtung der Zylinderbohrung Messungen ausgeführt werden.Another development of the invention provides that feed means for generating a feed in the axial direction of the axis of rotation are assigned to the measuring head. In this embodiment, measurements can thus be carried out in different planes in the axial direction of the cylinder bore.

Um die räumlichen Freiheiten hinsichtlich der Positionierung der Lichtquelle relativ zu dem Messkopf zu erhöhen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Lichtquelle in eine Lichtleitfaser einstrahlt, deren der Lichtquelle abgewandtes Ende um eine zur der Drehachse des Drehantriebs parallele oder koinzidente Drehachse drehbar mit dem Messkopf verbunden ist. Auf diese Weise ist die Lichtleitfaser nach Art einer Drehführung mit dem Messkopf verbunden, so dass über die Drehführung Drehungen des Messkopfes um die Drehachse kompensiert werden können. Auf diese Weise kann der Messkopf beliebig oft im gleichen Drehsinn um die Drehachse gedreht werden, ohne dass es zu einer die Lichtleitfaser beschädigenden oder ihre Funktion beeinträchtigenden Verdrillung der Lichtleitfaser kommt.In order to increase the spatial freedom with regard to the positioning of the light source relative to the measuring head, an advantageous development of the invention provides that the light source radiates into an optical fiber, the end of which facing away from the light source can be rotated about an axis of rotation parallel or coincident with the axis of rotation of the rotary drive connected to the measuring head. In this way, the optical fiber is connected to the measuring head in the manner of a rotary guide, so that rotations of the measuring head about the axis of rotation can be compensated for via the rotary guide. In this way, the measuring head can be rotated about the axis of rotation in the same direction of rotation as often as desired without the optical fiber being twisted, which would damage the optical fiber or impair its function.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vermessung der Oberfläche einer insbesondere durch Hochdruckwasserstrahlen, Sand- bzw. Partikelstrahlen, Rillieren oder Flammspritzen aufgerauten Oberfläche einer Zylinderbohrung ist im Anspruch 13 angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erfindungsgemäße Zylinderbohrungs-Messvorrichtung verwendet wird.Claim 13 specifies a method according to the invention for measuring the surface of a surface of a cylinder bore that has been roughened in particular by high-pressure water jets, sand or particle blasting, grooving or flame spraying. The method according to the invention is characterized in that at least one cylinder bore measuring device according to the invention is used.

Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Zylinderbohrungs-Messvorrichtung zum Vermessen einer insbesondere durch Hochdruckwasserstrahlen, Sand- bzw. Partikelstrahlen, Rillieren oder Flammspritzen aufgerauten Oberfläche einer Zylinderbohrung ist im Anspruch 14 angegeben.A use of a cylinder bore measuring device according to the invention for measuring a surface of a cylinder bore roughened in particular by high-pressure water jets, sand or particle blasting, grooving or flame spraying is specified in claim 14.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der stark schematisiert Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Zylinderbohrungs-Messvorrichtung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing, in which exemplary embodiments of a cylinder bore measuring device according to the invention are shown in a highly schematic manner. All the features described, shown in the drawing and claimed in the claims, taken individually or in any suitable combination with one another, form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims and their references and regardless of their description or representation in the drawing .

Es zeigt:

1 stark schematisiert ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderbohrungs-Messvorrichtung,
2 stark schematisiert eine Ansicht von oben auf einen Messkopf der Messvorrichtung gemäß 1,
3 stark schematisiert einen Schnitt durch eine Zylinderbohrung,
4 einen Messaufbau, in die das Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingebunden ist,
5 in gleicher Darstellung wie 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderbohrungs-Messvorrichtung,
6 gegenüber in 5 stark vergrößertem Maßstab einer Einzelheit aus 5 und
7 in gegenüber 5 stark vergrößertem Maßstab eine weitere Einzelheit aus 5.

It shows:

1 highly schematized a first embodiment of a cylinder bore measuring device according to the invention,
2 a highly schematic view from above of a measuring head according to the measuring device 1 ,
3 highly schematized a section through a cylinder bore,
4 a measurement setup in which the embodiment according to 1 is involved
5 in the same representation as 1 a second embodiment of a cylinder bore measuring device according to the invention,
6 opposite in 5 greatly enlarged scale of a detail 5 and
7 in opposite 5 another detail on a greatly enlarged scale 5 .

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing, identical or corresponding components are provided with the same reference symbols.

In 1 ist stark schematisiert ein ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderbohrung-Messvorrichtung 2 zur Vermessung der aufgerauten Innenfläche 4 einer Zylinderbohrung 6 dargestellt. Die Zylinderbohrungs-Messvorrichtung 2 wird nachfolgend auch kurz als Messvorrichtung 2 bezeichnet. Die Messvorrichtung 2 weist einen in die zu vermessende Zylinderbohrung 6 einführbaren Messkopf auf, der eine Messanordnung mit einem nach dem Prinzip der chromatischen Längsaberration arbeitenden Sensor aufweist, wobei die Messanordnung eine in 1 schematisch angedeutete Abbildungsoptik 10 aufweist.In 1 a first exemplary embodiment of a cylinder bore measuring device 2 according to the invention for measuring the roughened inner surface 4 of a cylinder bore 6 is shown in a highly schematic manner. The cylinder bore measuring device 2 is also referred to below as measuring device 2 for short. The measuring device 2 has a measuring head that can be inserted into the cylinder bore 6 to be measured and has a measuring arrangement with a sensor that works according to the principle of chromatic longitudinal aberration, the measuring arrangement having a 1 schematically indicated imaging optics 10 has.

Die Messvorrichtung 2 weist ferner einen in 1 nicht näher dargestellten Drehantrieb zum Drehen des Messkopfes 8 relativ zu der Zylinderbohrung 6 um eine Drehachse 14 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Drehachse 14 zu der Rotationssymmetrieachse der Zylinderbohrung 6 koinzident. Es versteht für den Fachmann von selbst, dass die Zylinderbohrung 6 lediglich in ihrer Grobform eine Rotationssymmetrie aufweist. In ihrer Feinform weist die Zylinderbohrung 6 aufgrund ihrer aufgerauten Oberfläche nicht oder nicht notwendig eine Rotationssymmetrie auf.The measuring device 2 also has a 1 rotary drive not shown in detail for rotating the measuring head 8 relative to the cylinder bore 6 about an axis of rotation 14 . In the illustrated embodiment, the axis of rotation 14 to the axis of rotational symmetry of the cylinder bore tion 6 coincident. It goes without saying for a person skilled in the art that the cylinder bore 6 has a rotational symmetry only in its rough shape. In its fine form, the cylinder bore 6 does not have, or does not necessarily have, a rotational symmetry due to its roughened surface.

Die Messvorrichtung 2 weist ferner eine entlang einer Strahlachse 16 einstrahlende Lichtquelle 18 auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Weißlichtquelle gebildet ist. Die Lichtstrahlen der Lichtquelle 18 werden über eine Fokusieroptik 20 und einen teildurchlässigen Spiegel 22 in ein Ende 24 einer Lichtleitfaser 26 eingekoppelt, deren der Lichtquelle 18 abgewandtes Ende 28 drehbar mit dem Messkopf 8 verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel trägt der Messkopf 8 ein Halteteil 30, in dem ein Drehlager oder mehrere Drehlager angeordnet sind, mittels derer das Ende 28 der Lichtleitfaser 26 um eine zu der Drehachse 14 parallele Drehachse drehbar mit dem Messkopf 8 verbunden ist. Aufgrund der so gebildeten Drehführung ist verhindert, dass es bei einer Drehung des Messkopfes 8 um die Drehachse 14 zu einer die Lichtleitfaser 26 beschädigenden oder in ihrer Funktion beeinträchtigenden Verdrillung der Lichtleitfaser 26 kommt. Hierbei kann die Drehlagerung so reibungsarm ausgebildet sein, dass sie Drehungen des Messkopfes 8 um die Drehachse 14 vollständig oder nahezu vollständig kompensiert, so dass die Lichtleitfaser 26 während einer Drehung des Messkopfes 8 um die Drehachse 14 ortsfest oder annähernd ortsfest bleibt. Es ist jedoch auch ausreichend, wenn es bei einer Drehung des Messkopfes 8 um die Drehachse 14 zu einer gewissen Verdrillung der Lichtleitfaser 26 kommt. Überschreitet diese Verdrillung ein bestimmtes Maß, so dreht sich die Lichtleitfaser 26 über ihre Drehlager relativ zu dem Halteteil 30 des Messkopfes 8 zurück, so dass eine Drehung des Messkopfes 8 um die Drehachse 14 vollständig oder zumindest teilweise kompensiert wird, um eine Beschädigung oder Funktionsbeeinträchtigung der Lichtleitfaser 26 zu vermeiden.The measuring device 2 also has a light source 18 that shines along a beam axis 16 and is formed by a white light source in this exemplary embodiment. The light beams of the light source 18 are coupled via focusing optics 20 and a partially transparent mirror 22 into one end 24 of an optical fiber 26 whose end 28 facing away from the light source 18 is rotatably connected to the measuring head 8 . In the exemplary embodiment shown, the measuring head 8 carries a holding part 30 in which a pivot bearing or several pivot bearings are arranged, by means of which the end 28 of the optical fiber 26 is connected to the measuring head 8 so that it can rotate about an axis of rotation parallel to the axis of rotation 14. Due to the rotary guide formed in this way, a twisting of the optical fiber 26 that damages the optical fiber 26 or impairs its function is prevented when the measuring head 8 rotates about the axis of rotation 14 . In this case, the rotary bearing can be designed with low friction so that it completely or almost completely compensates for rotations of the measuring head 8 about the axis of rotation 14, so that the optical fiber 26 remains stationary or approximately stationary during a rotation of the measuring head 8 about the axis of rotation 14. However, it is also sufficient if the optical fiber 26 is twisted to a certain extent when the measuring head 8 is rotated about the axis of rotation 14 . If this twisting exceeds a certain amount, the optical fiber 26 rotates back via its pivot bearing relative to the holding part 30 of the measuring head 8, so that a rotation of the measuring head 8 about the axis of rotation 14 is fully or at least partially compensated for in order to prevent damage or functional impairment of the Optical fiber 26 to avoid.

Entsprechend dem Grundprinzip der chromatischen Längsaberration handelt es sich bei der Abbildungsoptik um eine Optik mit einer vorbestimmten chromatischen Längsaberration (Farblängsfehler). In einem solchen chromatischen optischen System ist die Position eines Abbildes einer gegebenen Punktquelle, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Abbildes der Lichtquelle 18, von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes abhängig, so dass bei Verwendung von Weißlicht das chromatische optische System eine Mehrzahl von Abbildern entsprechend dem spektralen Gehalt des Lichtes aufweist.In accordance with the basic principle of chromatic longitudinal aberration, the imaging optics are optics with a predetermined chromatic longitudinal aberration (longitudinal chromatic aberration). In such a chromatic optical system, the position of an image of a given point source, in the illustrated embodiment the image of the light source 18, depends on the wavelength of the light used, so that when using white light the chromatic optical system produces a plurality of images according to the spectral content of the light.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der über die Lichtleitfaser 26 entlang der Strahlachse 16 einstrahlende Lichtstrahl über einen Umlenkspiegel 32 um 90° umgelenkt, so dass er senkrecht oder annähernd senkrecht auf die Innenfläche 4 der Zylinderbohrung 6 auftrifft.In the exemplary embodiment shown, the light beam incident via the optical fiber 26 along the beam axis 16 is deflected by 90° via a deflection mirror 32 so that it strikes the inner surface 4 of the cylinder bore 6 perpendicularly or approximately perpendicularly.

In dem reflektierten Lichtstrahl, der über den Umlenkspiegel 32 und die Lichtleitfaser 26 sowie den teildurchlässigen Spiegel 22 zu einer in 1 schematisch angedeuteten Auswertungseinrichtung 34 zurückgeleitet wird, wird eine spektrale Decodierung ausgeführt, beispielsweise mittels eines Spektrometers, wie in 1 angeordnet. Auf diese Weise kann über die chromatische Längsaberration der Abstand des Messkopfes 8 von der Innenfläche 4 an der jeweiligen Position des Messkopfes 8 ermittelt werden, so dass auf diese Weise die Innenfläche der Zylinderbohrung 6 in der gewünschten Weise vermessen werden kann. Im Übrigen ist der Aufbau eines nach dem Prinzip der chromatischen Längsaberration arbeitenden Sensors dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Ein solcher Sensor hat insbesondere auch den Vorteil, dass eine Abtastbewegung entlang der optischen Achse nicht erforderlich ist, so dass die Messgeschwindigkeit erhöht ist.In the reflected light beam, which via the deflection mirror 32 and the optical fiber 26 and the partially transparent mirror 22 to an in 1 is returned to the schematically indicated evaluation device 34, spectral decoding is carried out, for example by means of a spectrometer, as in FIG 1 arranged. In this way, the distance of the measuring head 8 from the inner surface 4 at the respective position of the measuring head 8 can be determined via the chromatic longitudinal aberration, so that in this way the inner surface of the cylinder bore 6 can be measured in the desired manner. Otherwise, the construction of a sensor operating according to the principle of chromatic longitudinal aberration is generally known to the person skilled in the art and is therefore not explained in more detail here. Such a sensor also has the particular advantage that a scanning movement along the optical axis is not required, so that the measuring speed is increased.

Die Auswertungseinrichtung 34 steht somit mit dem Sensor der Messanordung in Signalübertragungsverbindung und ist derart ausgebildet und eingerichtet, dass sie aus Ausgangssignalen des Sensors, nämlich den von der Innenfläche 4 reflektierten und zu der Auswertungseinrichtung 34 geleiteten Lichtstrahlen, den Abstand des Messkopfes 8 zu der Innenfläche 4 der Zylinderbohrung 6 an der jeweiligen Messstelle ermittelt. Erfindungsgemäß weist die Abbildungsoptik, deren optische Achse in 1 mit dem Bezugszeichen 35 bezeichnet ist, eine numerische Apertur NA ≥ 0,4 auf, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu NA = 0,5 gewählt ist.The evaluation device 34 is thus connected to the sensor of the measuring arrangement in a signal transmission connection and is designed and set up in such a way that it calculates the distance of the measuring head 8 from the inner surface 4 of the cylinder bore 6 is determined at the respective measuring point. According to the invention, the imaging optics whose optical axis is in 1 denoted by the reference numeral 35, has a numerical aperture NA ≥ 0.4, which in the illustrated embodiment is chosen to be NA = 0.5.

Erfindungsgemäß ist die Messvorrichtung 2 ferner auf einen Arbeitsabstand AA von > 10 mm ausgelegt und weist einen Messbereich > 1,5 mm auf. Unter dem Arbeitsabstand AA wird erfindungsgemäß die lichte Weite zwischen dem der Innenfläche 4 zugewandten Ende des Messkopfes 8 und der Innenfläche 4 verstanden. Unter dem Messbereich wird erfindungsgemäß verstanden, welcher Höhenunterschied zwischen der höchsten und der tiefsten Stelle im Profil der Innenfläche 4 erfasst werden kann.According to the invention, the measuring device 2 is also designed for a working distance AA of >10 mm and has a measuring range >1.5 mm. According to the invention, the working distance AA is the clear width between the end of the measuring head 8 facing the inner surface 4 and the inner surface 4 . According to the invention, the measuring range is understood to mean which height difference between the highest and the lowest point in the profile of the inner surface 4 can be detected.

Wie aus 1 ersichtlich ist, verläuft erfindungsgemäß die Strahlachse 16 entlang der Drehachse 14, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zu der Drehachse 14.How out 1 As can be seen, according to the invention, the beam axis 16 runs along the axis of rotation 14, namely parallel to the axis of rotation 14 in the illustrated embodiment.

Wie aus 1 ferner ersichtlich ist, verläuft bei Ausführungsbeispiel die optische Achse 35 zu der Strahlachse winkelig, und zwar unter einem Winkel von 90°.How out 1 can also be seen, in the exemplary embodiment, the optical axis 35 runs towards the beam axis at an angle of 90°.

Zur Erzielung des Winkels von 90° zwischen der Strahlachse 16 und der optischen Achse 35 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Umlenkspiegel 32 vorgesehen, der zwischen der Lichtquelle 18 bzw. den Eintrittspunkt der Lichtleitfaser 26 in dem Messkopf 8 und der Abbildungsoptik 10 angeordnet ist.In order to achieve the angle of 90° between the beam axis 16 and the optical axis 35, the deflection mirror 32 is provided in the exemplary embodiment shown, which is arranged between the light source 18 or the entry point of the optical fiber 26 in the measuring head 8 and the imaging optics 10.

2 zeigt eine Ansicht von oben auf den Messkopf 8, wobei die Drehachse 14 erkennbar ist. In 2 ist in gestrichelten Linien bei dem Bezugszeichen 8' eine andere Winkelposition des Messkopfes 8 angedeutet, wodurch symbolisiert ist, dass der Messkopf 8 durch den zugeordneten Drehantrieb um die Drehachse 14 drehbar ist. 2 shows a view from above of the measuring head 8, wherein the axis of rotation 14 can be seen. In 2 a different angular position of the measuring head 8 is indicated in dashed lines at the reference number 8 ′, which symbolizes that the measuring head 8 can be rotated about the axis of rotation 14 by the associated rotary drive.

In 2 ist bei dem Bezugszeichen 36 der Eintrittspunkt des Endes 28 der Lichtleitfaser 26 in den Messkopf 8 symbolisiert.In 2 the point of entry of the end 28 of the optical fiber 26 into the measuring head 8 is symbolized by the reference number 36 .

3 zeigt einen Schnitt durch die Zylinderbohrung 6. Dem Messkopf 8 sind Vorschubmittel zur Erzeugung eines Vorschubs in Axialrichtung der Drehachse 14 und damit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Axialrichtung der Rotationssymmetrieachse der Zylinderbohrung 6 zugeordnet. Diese Vorschubmittel sind in 6 durch eine Doppelpfeil 37 angedeutet. Somit ist es bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise möglich, entsprechend der jeweiligen Vorschubstellung des Messkopfes 8 in senkrecht zur Rotationssymmetrieachse 14 der Zylinderbohrung 6 liegenden Messebenen zu messen, von denen in 3 beispielshalber lediglich zwei Messebenen mit den Bezugszeichen 38, 40 bezeichnet sind. 3 shows a section through the cylinder bore 6. Feed means for generating a feed in the axial direction of the axis of rotation 14 and thus in the illustrated exemplary embodiment in the axial direction of the axis of rotational symmetry of the cylinder bore 6 are assigned to the measuring head 8. These feed means are in 6 indicated by a double arrow 37. It is thus possible in the exemplary embodiment shown, for example, to measure according to the respective feed position of the measuring head 8 in measuring planes lying perpendicular to the axis of rotational symmetry 14 of the cylinder bore 6, of which 3 for example, only two measuring planes are denoted by reference numerals 38, 40.

4 zeigt exemplarisch und rein schematisch die Einbindung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 2 in eine Messapparatur 42. Die Messapparatur 42 weist einen Messtisch 44 auf, an dem mittels einer Halterung 46 ein Zylinderkopf gehalten ist, dessen Zylinderbohrung 6 zu vermessen ist. 4 shows an example and purely schematic of the integration of the in 1 illustrated exemplary embodiment of the measuring device 2 according to the invention into a measuring apparatus 42. The measuring apparatus 42 has a measuring table 44 on which a cylinder head is held by means of a holder 46, the cylinder bore 6 of which is to be measured.

Die Messapparatur 42 weist ferner eine Messsäule 50 auf, an der durch nicht näher dargestellte Vorschubmittel in Richtung des Doppelpfeiles 37 beweglich ein Gehäuse 52 gehalten ist, das die Bestandteile der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 2 aufnimmt.The measuring apparatus 42 also has a measuring column 50 on which a housing 52 is held so that it can move in the direction of the double arrow 37 by means of feed means (not shown in detail) and which accommodates the components of the measuring device 2 according to the invention.

Durch die Vorschubmittel ist die Messvorrichtung 36 elektromotorisch entlang des Doppelpfeiles 37 und damit in Axialrichtung der Zylinderbohrung 6 verstellbar, so dass, wie anhand von 3 erläutert, entsprechend der jeweiligen axialen Stellung des Messkopfes 8, in unterschiedlichen Messebenen 38, 40 (vgl. 3) gemessen werden kann.By means of the feed means, the measuring device 36 can be adjusted by an electric motor along the double arrow 37 and thus in the axial direction of the cylinder bore 6, so that, as shown in FIG 3 explained, according to the respective axial position of the measuring head 8, in different measuring planes 38, 40 (cf. 3 ) can be measured.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 2 bzw. der Messapparatur 42 ist wie folgt:

Zur Vermessung der Innenfläche 4 der Zylinderbohrung 6 wird der Messkopf 8 in die Zylinderbohrung 6 eingeführt. In der jeweiligen axialen Lage des Messkopfes 8 entlang der Rotationssymmetrieachse der Zylinderbohrung 6 kann dann die Innenfläche der Zylinderbohrung 6 an der jeweiligen Messstelle vermessen werden, indem der Abstand des Messkopfes 8 von der Innenfläche 4 und der jeweiligen Messstelle ermittelt wird. Um in Umfangsrichtung unterschiedliche Messstellen anzufahren, wird der Messkopf 8 mittels des elektromotorischen Drehantriebs um die Drehachse 14 gedreht. Nachdem in einer gewünschten Messebene (vgl. 3) alle erforderlichen Messungen ausgeführt sind, kann mittels der Vorschubmittel in Richtung des Doppelpfeiles 37 eine andere Messebene angefahren werden, in der dann wiederum die Innenfläche 4 der Zylinderbohrung 6 an unterschiedlichen Umfangsstellen vermessen werden kann.

The functioning of the measuring device 2 according to the invention or the measuring apparatus 42 is as follows:

In order to measure the inner surface 4 of the cylinder bore 6 , the measuring head 8 is inserted into the cylinder bore 6 . In the respective axial position of the measuring head 8 along the axis of rotational symmetry of the cylinder bore 6, the inner surface of the cylinder bore 6 can then be measured at the respective measuring point by determining the distance of the measuring head 8 from the inner surface 4 and the respective measuring point. In order to move to different measuring points in the circumferential direction, the measuring head 8 is rotated about the axis of rotation 14 by means of the electromotive rotary drive. After in a desired measurement level (cf. 3 ) all the necessary measurements have been carried out, another measuring plane can be approached by means of the feed means in the direction of the double arrow 37, in which the inner surface 4 of the cylinder bore 6 can then in turn be measured at different circumferential points.

Die entsprechenden Messdaten können in der Auswertungseinrichtung abgespeichert und ausgewertet werden. Die Auswertungseinrichtung kann insbesondere derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass aus wenigstens zwei an dem in Umfangsrichtung der Drehachse 14 zueinander beabstandeten Messstellen der Zylinderbohrung 6 aufgenommenen Messwerten der Durchmesser der Zylinderbohrung 6 ermittelt wird. Wie in 1 angedeutet, kann der Durchmesser der Zylinderbohrung beispielsweise etwa 60 bis 80 mm betragen.The corresponding measurement data can be stored and evaluated in the evaluation device. The evaluation device can in particular be designed and set up in such a way that the diameter of the cylinder bore 6 is determined from at least two measured values recorded at the measuring points of the cylinder bore 6 spaced apart from one another in the circumferential direction of the axis of rotation 14 . As in 1 indicated, the diameter of the cylinder bore can be, for example, about 60 to 80 mm.

Aufgrund ihrer speziellen Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung 2 insbesondere zur Vermessung von insbesondere durch Rillieren aufgerauten Innenflächen von Zylinderbohrungen geeignet. Aufgrund ihrer hohen numerischen Apertur ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung jedoch auch zur Vermessung von glatteren Oberflächen geeignet.Due to its special configuration, the measuring device 2 according to the invention is particularly suitable for measuring inner surfaces of cylinder bores that have been roughened, in particular, by grooving. Due to its high numerical aperture, however, the measuring device according to the invention is also suitable for measuring smoother surfaces.

Die Erfindung stellt damit eine Messvorrichtung bereit, die besonders gut zur Vermessung von aufgerauten Innenflächen von Zylinderbohrungen geeignet ist.The invention thus provides a measuring device that is particularly well suited for measuring roughened inner surfaces of cylinder bores.

In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zunächst dadurch unterscheidet, dass die optische Achse 35 der Abbildungsoptik 10 mit der Strahlachse 16 koinzident ist. Ferner ist der Abbildungsoptik 10 eine bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einem Umlenkspiegel 54 aufweisende Spiegelanordnung zur Umlenkung des Strahlenganges der Abbildungsoptik 10 und der Lichtquelle 18 nachgeordnet.In 5 a second exemplary embodiment of a measuring device 2 according to the invention is shown, which differs from the exemplary embodiment according to FIG 1 initially differs in that the optical axis 35 of the imaging optics 10 is coincident with the beam axis 16 . Furthermore, the mapping op tik 10 a mirror arrangement having a deflection mirror 54 in the illustrated embodiment for deflecting the beam path of the imaging optics 10 and the light source 18 is arranged downstream.

Der Umlenkspiegel 54 ist um eine Schwenkachse 56, die zu der Drehachse 14 und damit auch zu der Rotationssymmetrieachse der Zylinderbohrung 6 quer verläuft, schwenkbar gelagert. Rein exemplarisch bezeichnet das Bezugszeichen 54' eine alternative Schwenkstellung des Spiegels 54. Mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Schwenkantriebs ist der Spiegel 54 damit in unterschiedliche Schwenkstellungen bewegbar, so dass der Lichtstrahl der Lichtquelle 18 unter von 90° abweichenden Winkeln auf die Innenfläche der Zylinderbohrung 6 gerichtet wird. Entsprechend der Umlenkung des Strahlenganges ändert sich damit auch die Blickrichtung der Abbildungsoptik 10. In 5 ist mit dem Bezugszeichen 58 rein exemplarisch ein Strahlengang bezeichnet, der sich ergibt, wenn eine Messstelle 60 an der Innenfläche 4 der Zylinderbohrung 6 vermessen wird. Mit 58' ist ein Strahlengang bezeichnet, der sich ergibt, wenn eine zu der Messstelle 60 in Axialrichtung der Zylinderbohrung 6 beabstandete Messstelle 60' vermessen wird. The deflection mirror 54 is pivotably mounted about a pivot axis 56 which runs transversely to the axis of rotation 14 and thus also to the axis of rotational symmetry of the cylinder bore 6 . Purely as an example, the reference numeral 54' designates an alternative swivel position of the mirror 54. The mirror 54 can thus be moved into different swivel positions by means of a swivel drive, not shown in the drawing, so that the light beam of the light source 18 hits the inner surface of the cylinder bore at angles deviating from 90° 6 is directed. The viewing direction of the imaging optics 10 also changes in accordance with the deflection of the beam path 5 58 denotes a beam path, purely by way of example, which results when a measurement point 60 on the inner surface 4 of the cylinder bore 6 is measured. 58' designates a beam path which results when a measuring point 60' spaced apart from the measuring point 60 in the axial direction of the cylinder bore 6 is measured.

6 zeigt in stark vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der 5 im Bereich eines mit dem Messkopf 8 verbundenen Halteteiles 30 für das Ende 28 der Lichtleitfaser 26. Das Halteteil 30 weist bei diesem Ausführungsbeispiel zwei in Längsrichtung der Lichtleitfaser 26 zueinander beabstandete Drehlager 62, 64 auf, über die die Lichtleitfaser 26 drehbeweglich mit dem Halteteil 30 und damit mit dem Messkopf 8 verbunden ist. In der anhand von 1 bereits beschriebenen Weise kompensiert die so gebildete Drehführung Drehungen des Messkopfes 8 um die Drehachse 14, so dass zu einer Beschädigung oder Funktionsbeeinträchtigung der Lichtleitfaser 26 führende Verdrillungen der Lichtleitfaser 26 vermieden sind. 6 shows a detail of the 5 in the area of a holding part 30 connected to the measuring head 8 for the end 28 of the optical fiber 26. In this exemplary embodiment, the holding part 30 has two pivot bearings 62, 64 which are spaced apart from one another in the longitudinal direction of the optical fiber 26 and via which the optical fiber 26 can be rotated with the holding part 30 and is thus connected to the measuring head 8. In the basis of 1 In the manner already described, the rotary guide formed in this way compensates for rotations of the measuring head 8 about the axis of rotation 14, so that twisting of the optical fiber 26 that could damage or impair the function of the optical fiber 26 is avoided.

7 verdeutlicht schematisch und exemplarisch eine Kontur der Innenfläche 4, die sich beispielsweise dann ergibt, wenn die Innenfläche 4 mit einem Rillierwerkzeug rilliert wird. Mit dem im 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es aufgrund der Tatsache, dass auch unter einem von 90° abweichenden Winkel gemessen werden kann, insbesondere möglich, im Bereich von Hinterschneidungen 66, 68 bzw. 66', 68' zu messen. 7 FIG. 12 illustrates, schematically and by way of example, a contour of the inner surface 4, which results, for example, when the inner surface 4 is grooved with a grooving tool. with the im 5 In the exemplary embodiment shown, it is particularly possible to measure in the area of undercuts 66, 68 or 66′, 68′ due to the fact that measurements can also be taken at an angle deviating from 90°.

Anstelle eines einzelnen Sensors, dessen Strahlengang über einen verstellbaren, insbesondere verschwenkbaren Spiegel verstellbar ist, kann eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 2 auch zwei oder mehrere Sensoren aufweisen, um gleichzeitig an unterschiedlichen Messstellen, beispielsweise gleichzeitig im Bereich der Hinterschneidung 66 und der Hinterschneidung 68, zu messen.Instead of a single sensor, whose beam path can be adjusted via an adjustable, in particular pivotable, mirror, a measuring device 2 according to the invention can also have two or more sensors in order to measure simultaneously at different measuring points, for example simultaneously in the area of undercut 66 and undercut 68.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102008052343 A1 [0002]DE 102008052343 A1 [0002]

Claims

Zylinderbohrungs-Messvorrichtung zur Vermessung der aufgerauten Innenfläche (4) einer Zylinderbohrung (6), mit einem in die zu vermessende Zylinderbohrung (6) einführbare Messkopf (8), der eine Messanordnung mit einem nach dem Prinzip der chromatischen Längsaberration arbeitenden Sensor aufweist, der eine Abbildungsoptik (10) mit einer optischen Achse (36) aufweist, mit einem Drehantrieb zum Drehen des Messkopfes (8) relativ zu der Zylinderbohrung (6) um eine Drehachse (14), mit einer entlang einer Strahlachse (16) einstrahlenden Lichtquelle (18) zur Beleuchtung einer Messstelle, wobei die Abbildungsoptik (10) eine numerische Apertur NA ≥ 0,4 hat, wobei die Messvorrichtung (10) auf einen Arbeitsabstand von _ 10 mm ausgelegt ist und einen Messbereich _ 1,5 mm hat und wobei die Strahlachse (16) entlang der Drehachse (14) verläuft.Cylinder bore measuring device for measuring the roughened inner surface (4) of a cylinder bore (6), with a measuring head (8) which can be inserted into the cylinder bore (6) to be measured and which has a measuring arrangement with a sensor which works according to the principle of chromatic longitudinal aberration and which has imaging optics (10) with an optical axis (36), with a rotary drive for rotating the measuring head (8) relative to the cylinder bore (6) about an axis of rotation (14), with a light source (18) radiating along a beam axis (16) for illuminating a measuring point, wherein the imaging optics (10) has a numerical aperture NA ≥ 0.4, wherein the measuring device (10) is designed for a working distance of _ 10 mm and has a measuring range _ 1.5 mm and wherein the beam axis (16) runs along the axis of rotation (14).

Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (36) winkelig zu der Strahlachse (14), insbesondere unter einem Winkel von 90° oder annähernd 90°, verläuft.measuring device claim 1 , characterized in that the optical axis (36) runs at an angle to the beam axis (14), in particular at an angle of 90° or approximately 90°.

Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (18) und der Abbildungsoptik (10) eine wenigstens einen Umlenkspiegel (54) aufweisende Spiegelanordnung zur Umlenkung des Strahlenganges der Lichtquelle (18) auf die Messstelle angeordnet ist.measuring device claim 2 , characterized in that between the light source (18) and the imaging optics (10) a mirror arrangement having at least one deflection mirror (54) is arranged for deflecting the beam path of the light source (18) onto the measuring point.

Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (36) parallel oder koinzident zu der Strahlachse (16) verläuft und dass der Abbildungsoptik (10) eine wenigstens einen Umlenkspiegel (54) aufweisende Spiegelanordnung zur Umlenkung des Strahlenganges der Abbildungsoptik (10) und der Lichtquelle (18) derart nachgeordnet ist, dass der Lichtstrahl der Lichtquelle (18) unter einem von 90° abweichenden Winkel auf die Innenfläche (4) der Zylinderbohrung (6) richtbar ist oder gerichtet wird.measuring device claim 1 , characterized in that the optical axis (36) runs parallel or coincidentally to the beam axis (16) and that the imaging optics (10) has at least one deflection mirror (54) having a mirror arrangement for deflecting the beam path of the imaging optics (10) and the light source ( 18) is arranged downstream in such a way that the light beam of the light source (18) can be directed or is directed at an angle deviating from 90° onto the inner surface (4) of the cylinder bore (6).

Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit dem Sensor der Messanordnung in Signalübertragungsverbindung stehende Auswertungseinrichtung 834), die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie aus Ausgangssignalen des Sensors den Abstand des Messkopfes (8) zu der Innenfläche (4) der Zylinderbohrung (6) an der jeweiligen Messstelle ermittelt.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized by an evaluation device 834 which is in signal transmission connection with the sensor of the measuring arrangement and is designed and set up in such a way that it calculates the distance between the measuring head (8) and the inner surface (4) of the cylinder bore from output signals from the sensor (6) determined at the respective measuring point.

Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor der Messvorrichtung (2) als Punktsensor ausgebildet ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor of the measuring device (2) is designed as a point sensor.

Messvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (34) ein Spektrometer aufweist.measuring device claim 5 or 6 , characterized in that the evaluation device (34) has a spectrometer.

Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) eine Weißlichtquelle ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source (18) is a white light source.

Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (34) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus wenigstens zwei an in Umfangsrichtung der Drehachse (14) zueinander beabstandeten Messstellen der Zylinderbohrung (6) aufgenommenen Messwerten der Durchmesser der Zylinderbohrung (6) ermittelbar ist oder ermittelt wird.Measuring device according to one of Claims 4 until 8th , characterized in that the evaluation device (34) is designed and set up in such a way that the diameter of the cylinder bore (6) can be determined or is determined from at least two measured values recorded at measuring points of the cylinder bore (6) spaced apart from one another in the circumferential direction of the axis of rotation (14). .

Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb für eine kontinuierliche oder annähernd kontinuierliche Drehung des Messkopfes (8) um die Drehachse ausgebildet und eingerichtet ist, derart, dass die Innenfläche (4) der Zylinderbohrung (6) abtastbar ist oder abgetastet wird.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary drive is designed and set up for a continuous or almost continuous rotation of the measuring head (8) about the axis of rotation in such a way that the inner surface (4) of the cylinder bore (6) can be scanned or is scanned will.

Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messkopf (8) Vorschubmittel zur Erzeugung eines Vorschubs in Axialrichtung der Drehachse (14) zugeordnet sind.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that feed means for generating a feed in the axial direction of the axis of rotation (14) are assigned to the measuring head (8).

Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) in eine Lichtleitfaser (26) einstrahlt, deren der Lichtquelle (18) abgewandetes Ende um eine zu der Drehachse (14) des Drehantriebs parallele oder zu dieser koinzidente Drehachse drehbar mit dem Messkopf (8) verbunden ist.Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source (18) radiates into an optical fiber (26), the end of which facing away from the light source (18) can be rotated about an axis of rotation parallel to or coincident with the axis of rotation (14) of the rotary drive connected to the measuring head (8).