DE10140660A1 - Method for opto-electronic measurement of object surfaces, whereby a color camera scans the surface, with the resulting images stored and evaluated, such that reflective surfaces and surfaces with uniform color can be processed - Google Patents
Method for opto-electronic measurement of object surfaces, whereby a color camera scans the surface, with the resulting images stored and evaluated, such that reflective surfaces and surfaces with uniform color can be processedInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur optoelektronischen Erfassung von Oberflächen, insbesondere zur Qualitätskontrolle über die Messung von Farbunterschieden auf den zu untersuchenden Oberflächen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The present invention relates to a method for optoelectronic detection of surfaces, especially for quality control by measuring Color differences on the surfaces to be examined and a device for Execution of the procedure.
Die Oberflächen von Produkten müssen in der Regel bestimmten Qualitätsanforderungen genügen, so z. B. dürfen keine Unebenheiten, Kratzer oder Risse vorhanden sein. Bei beschichteten Objekten muß eine gleichmäßige Beschichtung gewährleistet sein. The surfaces of products usually have to be determined Quality requirements are sufficient, e.g. B. There must be no bumps, scratches or cracks his. Uniform coating must be ensured for coated objects his.
Zur Überprüfung und Qualitätssicherung der Oberflächen werden unter anderem Bildverarbeitungsverfahren eingesetzt. For checking and quality assurance of the surfaces, among other things Image processing methods used.
Probleme bei der Bildverarbeitung ergeben sich bei Materialien mit ähnlicher Farbgebung oder stark reflektierenden Materialien, da die Unterschiede in den Farbinformationen der zu untersuchenden Oberflächenbereiche sehr gering sind, sodaß die Erkennungsleistung abnimmt und die Reject-Rate, d. h. die Rate der unberechtigten Zurückweisungen stark ansteigt. Problems with image processing arise with materials with similar Coloring or highly reflective materials, as the differences in the Color information of the surface areas to be examined are very small, so that the Detection performance decreases and the reject rate, d. H. the rate of unauthorized Rejections increases sharply.
Insbesondere für die Qualitätssicherung in Endlosprozessen bei bandförmigen Objekten, die mit hoher Geschwindigkeit an dem Prüfsystem vorbeigeführt werden, ist eine hohe Erkennungsleistung für eine zuverlässige Kontrolle unverzichtbar. Especially for quality assurance in continuous processes in the form of strips Objects that pass the inspection system at high speed high detection performance is essential for reliable control.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt ein Verfahren zur optoelektronischen Erfassung von Oberflächen mit hoher Erkennungsleistung bei geringen Farbunterschieden auf der Oberfläche sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zustellen. The present invention is therefore based on the object of a method for optoelectronic detection of surfaces with high detection performance small color differences on the surface and a device for carrying out of the procedure.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren zur optoelektronischen Erfassung von Oberflächen gemäß Anspruch 1, bei welchem man die Oberfläche mit mindestens einer Farbkamera rastert, die erhaltenen Bilder speichert und auswertet, wobei ein lernfähiges System in der Bildauswerteeinrichtung verwendet wird, und anhand von ausgewählten Bereichen eines gespeicherten Oberflächenbildes bestimmte Farbklassen definiert werden und jeder Bildpunkt eines ausgewählten Bereiches über seinen RGB-Wert dieser Farbklasse zugeordnet wird. Danach werden zulässige Ausdehnungsbereiche der Farbübergänge auf der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt, wobei Grenzparameter festgelegt werden, die Bildpunkten an ausgewählten geometrischen Positionen des zu untersuchenden Objektes entsprechen, wobei die Parameter der Farbklassen und die Grenzparameter abgespeichert und als Referenzdaten für die Auswerteeinheit verwendet werden. This problem is solved with an optoelectronic method Detection of surfaces according to claim 1, wherein the surface with rasterizes at least one color camera, stores and evaluates the images obtained, an adaptive system is used in the image evaluation device, and based on selected areas of a saved surface image certain color classes are defined and each pixel of a selected one Area is assigned to this color class via its RGB value. After that permissible expansion ranges of the color transitions on the one to be examined Surface determines, with limit parameters are determined, the pixels correspond to selected geometric positions of the object to be examined, whereby the parameters of the color classes and the limit parameters are stored and can be used as reference data for the evaluation unit.
Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 20 zur Durchführung des Verfahrens, die mindestens eine Farbkamera, die an eine Bildauswerteeinheit angeschlossen ist sowie eine Beleuchtungseinheit umfaßt. In addition, the object is achieved with a device according to claim 20 to carry out the method, the at least one color camera connected to a Image evaluation unit is connected and includes a lighting unit.
Das lernfähige System der Bildauswerteeinheit stellt sich wie folgt dar. In einem ersten Schritt wird ein Bild der zu untersuchenden Oberfläche aufgenommen und gespeichert. Ein Bereich der Oberfläche mit einer bestimmten Farbe im Originalbild wird ausgewählt anhand dessen eine Farbklassen definiert wird, wobei jeder Bildpunkt des ausgewählten Bereiches über seinen RGB-Wert dieser Farbklasse zugeordnet wird. Sodann wird ein zweiter Bereich der Oberfläche mit einer anderen Farbe im Originalbild ausgewählt und alle in den Bereich fallenden Bildpunkte einer weiteren Farbklasse zugeordnet, usw. The learning system of the image evaluation unit is as follows. In one first step, an image of the surface to be examined is taken and saved. An area of the surface with a specific color in the original image is selected on the basis of which a color class is defined, each Pixel of the selected area via its RGB value of this color class is assigned. Then a second area of the surface is covered with another Color selected in the original image and all the pixels falling within the range one assigned to another color class, etc.
Die Farbklassifikation erfolgt vorzugsweise in Form einer Tabelle, insbesondere einer einspaltigen Tabelle. Jeder zu klassifizierende Bildpunkt bzw. jede Originalfarbe wird über seine/ihre Farbinformation einer Zeile/Reihe der Tabelle zugeordnet, die einer Farbe aus dem RGB-Farbraum entspricht. Die RGB-Werte, d. h. die Farbinformationen in rot, grün und blau, jedes zugehörigen Bildpunktes dienen dabei als Adresse des jeweiligen Bildpunktes. Die Bildpunkte werden beispielsweise bei 8 Bit Informationstiefe pro RGB-Farbe mit 24 Bit adressiert. Da jedes Bit den Wert bis zu 255 annehmen kann, können so bis zu ca. 16 Millionen Zeilen/Reihen (entsprechend ca. 16 Mio. Farben) in der Tabelle adressiert werden. The color classification is preferably in the form of a table, especially one single column table. Each pixel to be classified or each original color is about his / her color information assigned to a row / row of the table that a Color from the RGB color space corresponds. The RGB values, i.e. H. the Color information in red, green and blue, each associated pixel serves as an address of the respective pixel. The pixels are, for example, at 8 bits Information depth per RGB color addressed with 24 bits. Since each bit has the value up to 255 can assume up to approx. 16 million lines / rows (corresponding to approx. 16 Million colors) can be addressed in the table.
Die Werte für die Farbklassen werden in die Spalte der Tabelle eingetragen, wobei jedem zu klassifizieren Bildpunkt ein Farbklassenwert zugeordnet wird. Jede Farbklasse hat einen definierten Wert, beispielsweise wird für jede Farbklasse ein Bit in der Tabelle markiert, wobei bei einem 8 Bit-Wert 8 Farbklassen definiert werden können, und jeder Farbklasse ein Bit zugeordnet sein kann, d. h. Farbklasse 1 das Bit 0, Farbklasse 2 das Bit 1, usw. The values for the color classes are entered in the column of the table, whereby a color class value is assigned to each pixel to be classified. each Color class has a defined value, for example one bit in for each color class marked in the table, whereby 8 color classes are defined for an 8 bit value can, and each color class can be assigned a bit, i. H. Color class 1 that Bit 0, color class 2, bit 1, etc.
Je nach der Anzahl der verfügbaren Bits für den Farbklassenwert kann eine entsprechende Anzahl von Farbklassen definiert werden. Allen jeweiligen Bildpunkten der Farbklasse 1 würde im Fall eines 8 Bit-Wertes sich z. B. der Wert 00000001 zugewiesenen, den Bildpunkten der Farbklasse 2 der Wert 0000010, usw. Depending on the number of bits available for the color class value, a corresponding number of color classes can be defined. All respective pixels of the Color class 1 would be in the case of an 8 bit value e.g. B. the value 00000001 assigned, the pixels of color class 2 the value 0000010, etc.
Vorteilhaft ist die Tabelle zunächst mit einem vorgegebenen Wert, beispielsweise dem Wert 0 bzw. 00000000 komplett ausgefüllt, dem eine vorgegebene Farbe/Farbklasse, beispielsweise schwarz zugeordnet ist. Bei der Klassifikation von ausgewählten Bildpunkten wird dieser vorgegebene Wert ersetzt, während bei allen anderen Bildpunkten der vorgegebene Wert erhalten bleibt. Bei der Darstellung als Farbklassenbild erscheinen dann die Bildpunkte einer Farbklasse in einer entsprechend zugeordneten Farbe, insbesondere Falschfarbe, während die übrigen Bildpunkte schwarz dargestellt werden. The table is initially advantageous with a predetermined value, for example filled in completely with the value 0 or 00000000, which is a specified one Color / color class, for example black is assigned. When classifying selected pixels, this default value is replaced, while for all other pixels the specified value is retained. When presented as Color class image then the pixels of a color class appear in one correspondingly assigned color, especially false color, while the rest Pixels are shown in black.
Es kann vorkommen, daß Bildpunkte/Originalfarben mehrfach klassifiziert, d. h. unterschiedlichen Farbklassen zugeordnet werden und somit mehrere Bits in der Tabelle markiert werden. In diesem Falle ist es vorteilhaft vorgesehen, daß bei mehr als einem markierten Bit im Farbklassenwert die entsprechenden Bildpunkte in einer vorgegebenen Farbe, insbesondere Falschfarbe, zum Beispiel weiß dargestellt werden. It can happen that pixels / original colors are classified several times. H. different color classes and therefore several bits in the table be marked. In this case, it is advantageously provided that at more than a marked bit in the color class value the corresponding pixels in one given color, especially false color, for example white become.
Die Klassifikation in Form einer Tabelle bietet den Vorteil, daß beliebige Farbklassen gebildet werden können und jeder Bildpunkt mit nur einem Tabellenzugriff klassifiziert werden kann, was eine sehr hohe Zugriffsgeschwindigkeit ermöglicht. The classification in the form of a table offers the advantage that any color class can be formed and each pixel with only one table access can be classified, which enables a very high access speed.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können die RGB-Werte der Bildpunkte zunächst in ein anderes Farbmodell, beispielsweise das HSI- oder das CIELAB-Farbraummodell transformiert werden, wobei die Klassifizierung dann mit diesen transformierten Werten erfolgt. In one embodiment of the invention, the RGB values of the pixels can first in a different color model, for example the HSI or the CIELAB color space model can be transformed, the classification then with these transformed values.
Zur besseren Übersichtlichkeit werden die Farbspektren der Farbklassen vorteilhaft in Falschfarben dargestellt. The color spectra of the color classes are advantageous for better clarity shown in false colors.
Danach werden zulässige Ausdehnungsbereiche der Farbübergänge auf der zu untersuchenden Oberfläche definiert. Dazu werden Bildpunkte an bestimmten geometrischen Positionen auf der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes ausgewählt. Diese Bildpunkte stellen die geometrischen Grenzen der Ausdehnungsbereiche der jeweiligen Farbklassen auf dem zu untersuchenden Objekt dar. After that, allowable expansion ranges of the color transitions on the investigating surface defined. For this, pixels are determined at certain selected geometric positions on the surface of the object to be examined. These pixels represent the geometric limits of the expansion areas of the respective color classes on the object to be examined.
Die Ausdehnungsbereiche der Farbklassen werden vorzugsweise in einem Meßfenster der Auswerteeinheit in Form eines Histogramms dargestellt. Die Grenzparameter werden dann in den seitlichen Randbereichen, z. B. dem rechten und linken Rand des Histogramms, die der flächigen geometrischen Ausdehnung der jeweiligen Farbklasse auf der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes entsprechen, festgelegt. Zusätzlich kann auch eine Mindesthöhe des Histogramms der jeweiligen Farbklasse bestimmt werden. The expansion ranges of the color classes are preferably in a measurement window the evaluation unit in the form of a histogram. The Limit parameters are then in the lateral edge areas, e.g. B. the right and left margin of the histogram, which is the areal geometric extension of the respective Correspond to the color class on the surface of the object to be examined. In addition, a minimum height of the histogram of the respective color class can also be used be determined.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können an den Grenzen der Ausdehnungsbereiche der Farbklassen auf der Oberfläche zulässige Abweichungen definiert werden, die über die geometrische Ausdehnung der Farbklasse hinausgehen. Vorteilhaft werden die Toleranzbereiche so festgelegt, daß innerhalb einer bestimmten Anzahl von Bildpunkten die definierte Mindesthöhe im Histogramm erreicht sein muß. In one embodiment of the invention, the Expansion ranges of the color classes on the surface allowable deviations are defined, that go beyond the geometric extent of the color class. Advantageous the tolerance ranges are determined so that within a certain number of pixels the defined minimum height in the histogram must be reached.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann darüber hinaus auch eine Lücke im Histogramm der Farbklasse festgelegt werden, deren Breite jedoch kleiner als eine durch den Prozeß entstehende Lücke sein muß, damit alle durch den Prozeß entstehenden Fehler sicher erkannt werden können. Eine auf diese Weise definierte Lücke gleicht geringe Reflexionen des Prüfobjektes aus, die aufgrund einer ungenauen Positionierung der Objekte zur Kamera auftreten können. In a further embodiment of the invention, a gap can also be created be specified in the histogram of the color class, but the width of which is smaller than there must be a gap created by the process so that all through the process resulting errors can be reliably recognized. One defined this way Gap compensates for small reflections of the test object, which are due to a inaccurate positioning of the objects to the camera can occur.
Die Parameter der Farbklassen und die Grenzparameter der Ausdehnungsbereiche der Farbklassen werden abgespeichert und als Referenzdaten für die Auswerteeinheit zum Vergleich mit zu untersuchenden Objekten verwendet. The parameters of the color classes and the limit parameters of the expansion ranges of the color classes are saved and used as reference data for the Evaluation unit used for comparison with objects to be examined.
Durch die Bestimmung der geometrischen Grenzwerte der jeweiligen Farbklassen wird eine sichere Erkennung dieser Bereiche auf der Oberfläche gewährleistet. Im Ergebnis wird die Reject-Rate stark reduziert. By determining the geometric limit values of the respective color classes a reliable detection of these areas on the surface is guaranteed. in the As a result, the reject rate is greatly reduced.
Vorteilhaft dienen die Referenzdaten als Auswahlkriterien für eine "Gut/Schlecht"- Prüfung der erfaßten Oberflächen, wobei in festgelegten Erwartungsfenstern Referenzdaten bestimmter Farbklassen mit den aktuell aufgenommenen Bilddaten verglichen werden. The reference data advantageously serve as selection criteria for a "good / bad" - Examination of the recorded surfaces, with defined expectation windows Reference data of certain color classes with the currently recorded image data be compared.
In einer Ausgestaltung wird die Farbklassifikation anhand mehrerer gespeicherter Bilder zu untersuchender Objekte durchgeführt. Dadurch können Farbnuancen und Reflexionseffekte durch Abweichungen in den Oberflächenstrukturen aber auch Schwingungen des zu untersuchenden Objektes und dadurch verursachte unterschiedliche Positionen zur Kamera in der Klassifikation berücksichtigt werden. In one embodiment, the color classification is stored on the basis of several Images of objects to be examined carried out. This allows color shades and But also reflection effects due to deviations in the surface structures Vibrations of the object to be examined and caused thereby different positions to the camera are taken into account in the classification.
Besonders vorteilhaft werden die gespeicherten und bereits klassifizierten Bilder in mindestens einem weiteren Prüflauf nochmals in der Bildauswerteeinheit abgerufen, die Klassifikation kontrolliert und ggf. weitere noch nicht klassifizierte Bildpunkte einer Farbklasse zugeordnet. The stored and already classified images in FIG called up at least one further test run in the image evaluation unit, controls the classification and, if necessary, further unclassified pixels of a Color class assigned.
Insbesondere können Ergebnisse einer "Gut/Schlecht"-Prüfung ggf. der jeweils anderen Klasse (Gut-/Schlecht-Klasse) zugeordnet werden. Dazu können neben den jeweiligen Falschfarben-Bildern auch die Originalbilder zu Vergleichszwecken dargestellt werden. In particular, the results of a "good / bad" test may be be assigned to another class (good / bad class). In addition to the respective false color images also the original images for comparison purposes being represented.
Im Ergebnis wird ein verbesserter "Lerneffekt" erzielt und die Erkennungsrate gesteigert. The result is an improved "learning effect" and the recognition rate increased.
Bevorzugt werden die zu erfassenden Objekte unter der Kamera hinweg- oder an der Kamera vorbeigeführt. Es ist auch möglich, daß die Kamera beweglich angeordnet ist während die zu untersuchenden Objekte positionsfest sind. The objects to be detected are preferably moved under the camera or on the Camera passed. It is also possible for the camera to be arranged movably is while the objects to be examined are fixed in position.
In einer weiteren Ausgestaltung wird mit Hilfe einer Sensoreinheit, beispielsweise eines Geschwindigkeitsgebers, vorteilhaft mittels eines Inkrementgebers die Relativbewegung zwischen Kamera und Objekt erfaßt sowie über eine weitere Sensoreinheit, beispielsweise eine Lichtschranke die Position des Objektes bzw. der Objekte zur Kamera ermittelt. Die Lichtschranke ist dabei so ausgeführt, daß ein Signal generiert wird, wenn ein Objekt eine Position zur Kamera erreicht, in der ein neues Bild aufgenommen werden soll. In a further embodiment, using a sensor unit, for example a speed sensor, advantageously by means of an increment sensor Relative movement between the camera and the object is detected, as well as another Sensor unit, for example a light barrier, the position of the object or objects determined to the camera. The light barrier is designed so that a signal is generated when an object reaches a position to the camera in which a new image should be included.
Die Signale der Sensoreinheiten werden der Auswerteeinheit zugeführt, die ihrerseits Steuersignale für die Kamera und/oder den Bildspeicher generiert. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise so ausgeführt, daß Signale, die durch ein eventuelles Rückwärtszählen des Geschwindigkeitsgebers, welches durch Schwingungen der zu untersuchenden Objekte bedingt sein kann, elektronisch kompensiert wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß immer korrekte (Trigger-)Signale zur Kamera und/oder zum Bildspeicher gesendet werden. The signals from the sensor units are fed to the evaluation unit, which in turn Control signals for the camera and / or the image memory generated. The Evaluation unit is preferably designed so that signals through a possible Counting down the speed sensor, which is caused by vibrations of the objects to be examined may be electronically compensated. To this This ensures that always correct (trigger) signals to the camera and / or be sent to the frame buffer.
Der Bildspeicher ist so gestaltet, daß eine definierte Anzahl von Bildern gespeichert werden kann. Vorteilhaft erfolgt die Speicherung in Wechselpuffertechnik. Für Endlosprozesse, insbesondere bei bandförmigem Objekten erfolgt die Bildspeicherung vorzugsweise ausschließlich im Schreib/Lese-Speicher (RAM), da nur so gewährleistet werden kann, daß kein Verlust an Bilddaten entsteht. The image memory is designed so that a defined number of images are stored can be. Storage using removable buffer technology is advantageous. For Endless processes, especially with band-shaped objects, are saved preferably only in read / write memory (RAM), as this is the only way to ensure it can be that there is no loss of image data.
Der Bildspeicher kann so ausgeführt sein, daß ein Fehlersignal generiert wird, wenn vor Abschluß der Prüfung des vorherigen Bildes ein neues Bild abgespeichert werden soll. The image memory can be designed so that an error signal is generated when a new image is saved before the previous image is checked shall be.
Nach der Anlernphase ist das System zur automatischen optoelektronischen Erfassung der Oberflächen bereit. After the learning phase, the system is for automatic optoelectronic Surface detection ready.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist mindestens eine Farbkamera auf, welche an eine Bildauswerteeinheit angeschlossen ist und eine Beleuchtungseinheit, wobei die Bildauswerteeinheit ein lernfähiges System zur Farbklassifikation der zu untersuchenden Oberfläche umfaßt. The device for performing the method according to the invention has at least one color camera, which is connected to an image evaluation unit and an illumination unit, the image evaluation unit being an adaptive system for color classification of the surface to be examined.
In der Bildauswerteeinheit sind vorteilhaft die Parameter der Farbklassen sowie die Grenzparameter der Ausdehnungsbereiche der Farbklassen als Referenzdaten gespeichert. The parameters of the color classes and the are advantageous in the image evaluation unit Limit parameters of the expansion ranges of the color classes as reference data saved.
Die Farbkamera ist bevorzugt als eine 3-Chip-Farbkamera, insbesondere als eine 3-Chip-Farb-Zeilen-Kamera ausgeführt. The color camera is preferably a 3-chip color camera, in particular one 3-chip color line camera executed.
Der Beleuchtung der zu untersuchenden Oberflächen kommt besondere Bedeutung zu. Voraussetzung für eine hinreichend genaue Bildverarbeitung ist eine gleichmäßige reflektionsfreie Beleuchtung der zu prüfenden Objekte. Dies wird insbesondere durch stark reflektierende Materialien aber auch durch Reflexionen, die durch eine Verformung des Materials hervorgerufen werden erschwert. Diese Reflexionspunkte enthalten keine Farbinformation und können somit nicht vermessen werden. The lighting of the surfaces to be examined is of particular importance to. A prerequisite for a sufficiently precise image processing is a uniform reflection-free lighting of the objects to be tested. This will be particularly through highly reflective materials but also through reflections caused by a Deformation of the material is made more difficult. These reflection points contain no color information and therefore cannot be measured.
Für die notwendige besonders starke Beleuchtung müssen Lichtquellen mit hoher Lux-Zahl, vorzugsweise insgesamt 4000 Lux eingesetzt werden. Bevorzugt werden die Leuchtelemente flutlichtartig in verschiedenen Raumrichtungen angeordnet, sodaß eine gleichmäßige Beleuchtung auch bei komplexen geometrischen Formen erfolgt. For the necessary particularly strong lighting, light sources with high Lux number, preferably a total of 4000 Lux can be used. To be favoured the lighting elements are arranged like floodlights in different spatial directions, so that even lighting even with complex geometric shapes he follows.
Erfindungsgemäß enthält die Beleuchtungseinheit mindestens einen Reflektor. Die Reflektoren sind so ausgeführt, daß das von den Prüfobjekten reflektierte Licht wieder auf diese zurückgeleitet wird. Dies führt in Verbindung mit der Anordnung der Leuchtelemente zu einer gleichmäßigen und reflektionsfreien Beleuchtung. According to the invention, the lighting unit contains at least one reflector. The Reflectors are designed so that the light reflected from the test objects is returned to this. This leads to the arrangement of the Illuminated elements for uniform and reflection-free lighting.
In einer Ausgestaltung umfaßt die Vorrichtung eine Sensoreinheit, insbesondere einen Geschwindigkeitsgeber zur Bestimmung der Relativbewegung zwischen Kamera und Objekt. Vorteilhaft ist der Geschwindigkeitsgeber durch das zu prüfende Objekte antreibbar. In one embodiment, the device comprises a sensor unit, in particular a speed sensor for determining the relative movement between the camera and object. The speed sensor due to the object to be tested is advantageous drivable.
In einer weiteren Ausgestaltung umfaßt die Vorrichtung eine weitere Sensoreinheit, insbesondere eine Lichtschranke, besonders bevorzugt eine Gabellichtschranke zur Bestimmung der Position des zu untersuchenden Objektes zur Kamera. In a further embodiment, the device comprises a further sensor unit, in particular a light barrier, particularly preferably a fork light barrier for Determination of the position of the object to be examined to the camera.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels detailliert erläutert, ohne daß dadurch Einschränkungen des Schutzumfangs beabsichtigt sind. The invention is detailed below using an exemplary embodiment explained, without thereby limiting the scope of protection.
Das Beispiel betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Überprüfung von in einem Galvanisierungsprozeß hergestellten aneinanderhängenden Steckerpins, welche aus Kupferbändern gestanzt sind und in einem Tauchverfahren, zunächst mit Nickel und auf der Lötseite mit Zinn beschichtet und zusätzlich in einem Brushverfahren auf der Kontaktseite mit Gold beschichtet werden. Neben den genannten Beschichtungsverfahren können andere Verfahren zur Beschichtung der Steckerpins eingesetzt werden. The example relates to an embodiment of the present invention for Checking of coherent parts produced in a galvanizing process Connector pins, which are punched out of copper strips and in a dipping process, first coated with nickel and tin on the soldering side and additionally in one Brush process can be coated with gold on the contact side. In addition to the mentioned coating methods can other methods for coating the Connector pins are used.
Die Figur zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. The figure shows schematically the structure of the device according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine 3-Chip-Farb-Zeilen-Kamera (1) mit einem Objektiv, welche an eine mikroprozessorgesteuerte Auswerteeinheit (2) angeschlossen ist. The device according to the invention comprises a 3-chip color line camera ( 1 ) with a lens, which is connected to a microprocessor-controlled evaluation unit ( 2 ).
Die Auswerteeinheit ist ihrerseits mit einer Sensoreinheit (3) in Form eines Inkrementgebers verbunden. Dieser wird durch das zu überprüfende Band (4) angetrieben und ermittelt so die aktuelle Bandgeschwindigkeit der Steckerpins. The evaluation unit is in turn connected to a sensor unit ( 3 ) in the form of an incremental encoder. This is driven by the belt ( 4 ) to be checked and thus determines the current belt speed of the connector pins.
Durch eine ebenfalls mit der Auswerteeinheit verbundene weitere Sensoreinheit (5), vorliegend als Gabellichtschranke ausgeführt, wird der Aufnahmezeitpunkt jeder einzelnen Bildzeile gesteuert und dadurch die Bilder der einzelnen zu überprüfenden Objekte separiert. The recording time of each individual image line is controlled by a further sensor unit ( 5 ), which is also designed as a fork light barrier, which is also connected to the evaluation unit, thereby separating the images of the individual objects to be checked.
Die vom Inkrementgeber und der Gabellichtschranke generierten Signale werden von der Auswerteeinheit zur Steuerung der Kamera und des Bildspeichers (6), welcher einen Framegrabber umfaßt, über Triggersignale verwendet. The signals generated by the incremental encoder and the fork light barrier are used by the evaluation unit to control the camera and the image memory ( 6 ), which comprises a frame grabber, via trigger signals.
Der Framegrabber dient zur Umwandlung der Bilddaten in Farbbilder und zur Korrektur eines ggf. auftretenden Zeilenversatzes der Kamera. The frame grabber is used to convert the image data into color images and for Correction of a possible line offset of the camera.
Die Beleuchtungseinheit (7) umfaßt neben den Leuchtelementen einen Reflektor, der das von den zu untersuchenden Objekten reflektierte Licht wieder auf diese zurückwirft. Der Reflektor ist so gestaltet, daß auch bei unterschiedlichen geometrischen Formen der Oberflächen eine gleichmäßige Beleuchtung ohne Reflektionen erfolgt. Der Reflektor im vorliegenden Fall ist im wesentlichen als eine Halbzylinderschale aus vorzugsweise hochreflexivem Material gestaltet. Die Leuchtelemente sind mehrere unterschiedlich angeordnete, hochfrequent getaktete Warmtonlampen mit einer Leuchtstärke von ca. 4200 Lux, wobei 2 Lampen im wesentlichen quer und 2 Lampen im wesentlichen längs zur Bandrichtung angeordnet sind, sodaß eine flutlichtartige Anordnung erhalten wird. In addition to the lighting elements, the lighting unit ( 7 ) comprises a reflector which reflects the light reflected by the objects to be examined back onto them. The reflector is designed so that even with different geometrical shapes of the surfaces there is even illumination without reflections. The reflector in the present case is essentially designed as a half-cylinder shell made of preferably highly reflective material. The lighting elements are a number of differently arranged, high-frequency clocked warm tone lamps with a luminous intensity of approximately 4200 lux, 2 lamps being arranged essentially transversely and 2 lamps essentially lengthways to the band direction, so that a floodlight-like arrangement is obtained.
Das Band mit den zu untersuchenden Steckerpins wird in die Beleuchtungseinheit geführt. Der Inkrementgeber ermittelt die aktuelle relativ Bewegung zwischen Kamera und den Steckerpins. Die Gabellichtschranke ermittelt die Position des zu untersuchenden Objektes zur Kamera. Die Lichtschranke ist so eingestellt, daß ein Signal zum Bildanfang generiert wird, wenn ein neuer Steckerpin die entsprechende Position zur Kamera einnimmt. Dadurch wird erreicht, daß jedes zu untersuchende Objekt vollständig in einem separaten Bild erfaßt wird. The tape with the connector pins to be examined is placed in the lighting unit guided. The increment encoder determines the current relative movement between Camera and the plug pins. The fork light barrier determines the position of the examining object to the camera. The light barrier is set so that a Signal at the beginning of the picture is generated when a new connector pin matches the corresponding one Takes position to the camera. This ensures that each to be examined Object is completely captured in a separate image.
Die Signale des Inkrementgebers und der Gabellichtschranke werden an die Auswerteeinheit gegeben, die ihrerseits ein Triggersignal zur Auslösung der Kamera und ein Triggersignal zur Speicherung der Bilddaten in ein neues Bild für den Bildspeicher/Framegrabber generiert. The signals from the increment encoder and the fork light barrier are sent to the Evaluation unit given, which in turn a trigger signal to trigger the camera and a trigger signal for storing the image data in a new image for the Image storage / frame grabber generated.
Die Sensoreinheiten sind an Objekte mit un#erschiedlichen geometrischen Formen und unterschiedlichen Farben anpaßbar. The sensor units are on objects with different geometric shapes and adaptable to different colors.
Es ist auch möglich die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne zweite Sensoreinheit (Gabellichtschranke) zu betreiben. In diesem Fall wird in der Auswerteeinheit nach einer bestimmten Anzahl von Bildzeilen ein Signal für den Framegrabber generiert, daß ein neues zu überprüfendes Bild erzeugt werden muß. The device according to the invention is also possible without a second sensor unit (Fork light barrier) to operate. In this case, in the evaluation unit generates a signal for the frame grabber of a certain number of image lines, that a new image to be checked must be created.
Zum Anlernen des Systems wird in einem ersten Durchlauf eine definierte Anzahl von Objekten optoelektronisch erfaßt. Die entsprechenden Bilddaten werden im Framegrabber in Farbbilder umgewandelt und im softwaregesteuerten Bildspeicher (Makrorekorder) abgelegt. Aufgrund der hohen Prüfgeschwindigkeit werden die Bilder im Schreib/Lese-Speicher (RAM) abgelegt, da die Speicherung auf einer Festplatte nicht hinreichend schnell ist und zu einem Verlust von Bilddaten führen würde. To teach the system, a defined number is required in a first run of objects optoelectronically detected. The corresponding image data are in the Frame grabber converted into color images and in the software-controlled image memory (Macro recorder) filed. Due to the high testing speed, the Images are stored in read / write memory (RAM) because they are saved on a Hard drive is not fast enough and would result in loss of image data.
Die gespeicherten Bilder werden in einer Ausgabeeinheit (8) der Bildauswerteeinheit angezeigt, wobei vorteilhaft sowohl das Originalbild, als auch das Farbbild nebeneinander dargestellt werden. Zur Definition der Farbklassen können nun Bilddaten, die bestimmten Abschnitten auf der Oberfläche der zu untersuchenden Objekte entsprechen ausgewählt werden. Durch die Definition der Farbklassen anhand einer Vielzahl von Bilddaten können so auftretende Farbnuancen und Reflektionen durch geometrische Abweichungen oder Schwingungen berücksichtigt werden. The stored images are displayed in an output unit ( 8 ) of the image evaluation unit, wherein both the original image and the color image are advantageously displayed side by side. To define the color classes, image data can now be selected that correspond to certain sections on the surface of the objects to be examined. By defining the color classes on the basis of a large number of image data, color nuances and reflections caused by geometric deviations or vibrations can be taken into account.
Beispielsweise kann hierzu ein Mauscursor verwendet werden, mit dessen Hilfe die gewünschten Bilddaten umrissen werden bzw. der flächig gestaltet ist und alle unter die Fläche fallenden Bildpunkte auswählt. For example, a mouse cursor can be used for this purpose desired image data are outlined or the area is designed and all under selects the area falling pixels.
Mit dem Mauscursor können Bildpunkte die einer bestimmten Farbe, z. B. den vergoldeten Steckflächen der Steckerpins entsprechen, ausgewählt werden. Die ausgewählten Bildpunkte werden einer Farbklasse, z. B. Farbklasse 1 zugeordnet. Von jedem Bildpunkt wird jeweils der RGB-Wert genommen und zur Adressierung in einer Tabelle verwendet. Den Farbklassen wird jeweils ein bestimmter Wert zugeordnet. With the mouse cursor, pixels of a certain color, e.g. B. the correspond to the gold-plated plug-in areas of the connector pins. The selected pixels are a color class, z. B. Color class 1 assigned. Of The RGB value is taken from each pixel and for addressing in one Table used. A certain value is assigned to each color class.
Für die Farbklasse 1 wird beispielsweise das Bit 0 als Farbklassenwert in der Tabelle markiert, für Farbklasse 2 das Bit 1, usw. For color class 1, for example, bit 0 is used as the color class value in the table marked, for color class 2 bit 1, etc.
Die Klassifikation in Form einer Tabelle bietet den Vorteil, daß so beliebige Farbklassen gebildet werden können und jeder Bildpunkt mit nur einem Tabellenzugriff klassifiziert werden kann. Dies verringert erheblich den Rechenaufwand und erhöht die Zugriffsgeschwindigkeit. The classification in the form of a table offers the advantage that any Color classes can be formed and each pixel with only one table access can be classified. This considerably reduces the computing effort and increases the Access speed.
Die Farbklassifizierung kann auch derart vorgenommen werden, daß die RGB-Werte der Bildpunkte zunächst in ein anderes Farbmodell, z. B. HSI oder CIELAB transformiert werden. Die Klassifikation kann sodann mit diesen transformierten Werten vorgenommen werden. Insbesondere bei einer Transformation in den CIELAB-Farbraum können zusätzlich die Farbsättigung und Farbintensität der jeweiligen Bildpunkte als weitere Parameter in die Tabelle aufgenommen werden. In diesem Falle werden Farbpunkte mit zu geringer Farbsättigung nicht klassifiziert. The color classification can also be carried out in such a way that the RGB values the pixels first in a different color model, e.g. B. HSI or CIELAB be transformed. The classification can then be made using these transformed values be made. Especially with a transformation in the CIELAB's color space can also change the color saturation and color intensity of each Pixels are included in the table as further parameters. In this case color points with too little color saturation are not classified.
Die CIELAB-Farbwerte können dazu verwendet werden, farbähnliche Werte automatisch einer Farbklasse zuzuordnen. Vorteilhaft kann dies bei deutlich unterschiedlichen Originalfarben der Bildpunkte eingesetzt werden, beispielsweise bei der Unterscheidung von blauem und rotem Kunststoff. The CIELAB color values can be used for color-like values automatically assign a color class. This can be advantageous at clearly different original colors of the pixels are used, for example in the Differentiation between blue and red plastic.
Nach der Farbklassifikation werden die Grenzwerte der geometrischen Ausdehnungsbereiche der Farbklassen auf den Oberflächen der zu untersuchenden Objekte definiert, beispielsweise der linke und rechte Grenzwert der Farbklasse 1 der Goldbeschichtung am Steckerpin, die den geometrischen Grenzen der Farbklasse auf der Oberfläche entsprechen. After the color classification, the limit values of the geometric Expansion ranges of the color classes on the surfaces of the objects to be examined defined, for example the left and right limit of color class 1 of Gold coating on the connector pin, which the geometric limits of the color class on the Surface.
Im Meßfenster (9) der Auswerteeinheit wird das Farbklassenbild der Klasse für die Gold-Farbnuancen in Form eines Histogramms dargestellt. The color class image of the class for the gold color nuances is shown in the form of a histogram in the measurement window ( 9 ) of the evaluation unit.
Am linken und rechten Randbereich des Histogramms der Farbklasse werden Werte festgelegt, die den Ausdehnungsbereich in dieser Richtung festlegen. Weiterhin wird eine Mindesthöhe im Histogramm festgelegt. Die Grenzparameter als Referenzdaten für die Auswerteeinheit gespeichert. Werte die innerhalb dieses Bereichs liegen werden als "Gut" und Werte außerhalb dieses Bereichs als "Schlecht" erkannt. Values appear on the left and right margins of the color class histogram that define the extent range in this direction. Will continue set a minimum height in the histogram. The limit parameters as reference data saved for the evaluation unit. Values that are within this range are recognized as "good" and values outside this range are recognized as "bad".
Vorteilhaft können auch Toleranzen an den Grenzen der Ausdehnung Bereiche festgelegt werden. So kann beispielsweise bei einer Ausdehnung von 100 Bildpunkten (Pixeln) eine Toleranz von ± 5 Bildpunkten festgelegt werden, um eine vollständige Erfassung des Bereichs zu gewährleisten. Dabei kann festgelegt werden, daß innerhalb dieses Toleranzbereichs die Mindesthöhe des Histogramms nach einer bestimmten Anzahl von Bildpunkten erreicht sein muß. Tolerances at the limits of the expansion areas can also be advantageous be determined. For example, with an expansion of 100 pixels (Pixels) a tolerance of ± 5 pixels can be set to a full Ensure coverage of the area. It can be determined that within this tolerance range the minimum height of the histogram after a certain number of pixels must be reached.
Zusätzlich kann eine Lücke im Histogramm in einer festlegbaren Breite definiert werden, z. B. für den Fall daß die Höhe des Histogramms mitten in der Goldbeschichtung kleiner als der vorher definierte Grenzwert ist. Die Lücke muß jedoch kleiner als eine durch den Prozeß entstehende Lücke sein, damit alle durch den Prozeß entstehenden Fehler sicher erkannt werden können. Vorteil einer definierten Lücke ist, daß geringe Reflexionen des Prüfobjektes, beispielsweise aufgrund einer ungenauen Bandführung ausgeglichen werden können. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Reject-Rate. In addition, a gap in the histogram can be defined in a definable width be, e.g. B. in the event that the height of the histogram in the middle of Gold plating is less than the previously defined limit. However, the gap must be less than be a gap created by the process, so everyone through the process resulting errors can be reliably recognized. The advantage of a defined gap is that low reflections of the test object, for example due to an imprecise one Belt guidance can be compensated. This leads to a significant one Reduction of the reject rate.
Nach der der Farbklassifizierung und der Bestimmung des geometrischen Ausdehnungsbereichs der Farbklassen können alle durch den Bildspeicher (Makrorekorder) aufgenommenen Bilder nochmals kontrolliert und ggf. nachtrainiert werden. Nach diesem zweiten Durchlauf werden alle überprüften Bilder in "Gut"- und "Schlecht" - Prüfungen eingeteilt. After the color classification and the determination of the geometric Expansion range of the color classes can all through the image memory (macro recorder) recorded images can be checked again and retrained if necessary. To In this second run, all checked images are classified as "good" and "bad". Exams divided.
Der Bildspeicher, insbesondere der Makrorekorder ist so ausgeführt, daß entweder alle Auswertungen, oder nur die "Gut"-Prüfungen oder "Schlecht"-Prüfungen dargestellt werden können. Vorteilhaft werden nur die "Schlecht"-Prüfungen angezeigt, die ggf. im Vergleich zum Originalbild nochmals klassifiziert werden können. Insbesondere bei Überschneidungen zwischen definierten Farbklassen können die entsprechenden Bildpunkte durch Zuordnung zu der jeweiligen Farbklasse "nachtrainiert" werden. The image memory, in particular the macro recorder, is designed so that either all evaluations, or only the "good" tests or "bad" tests can be displayed. Only the "bad" exams are advantageously displayed if necessary, can be classified again compared to the original image. Especially when there is an overlap between defined color classes, the corresponding pixels by "assigning" them to the respective color class become.
Geometrisch veränderte Positionen der Objekte zur Kamera sowie Schwingungen der zu untersuchenden Objekte führen zu anderen Beleuchtungseigenschaften und damit anderen Farbnuancen. Diese Farbnuancen können jederzeit der jeweiligen Farbklasse zugeordnet und somit "gelernt" werden. Geometrically changed positions of the objects to the camera as well as vibrations of the objects to be examined lead to different lighting properties and with other shades of color. These shades of color can change at any time Color class assigned and thus "learned".
Der Bildspeicher arbeitet in Wechselpuffertechnik, d. h. das während der Prüfung eines aufgenommenen Bildes ein neues Bild aus den aktuell aufgenommenen Bilddaten, in diesem Falle Bildzeilen, aufgebaut wird. Nach kompletter Prüfung des ersten Bildes wird auf das neue Bild umgestaltet. Der Bildspeicher ist so konfiguriert, daß eine Fehlermeldung generiert wird, wenn ein neues Bild abgespeichert werden soll, ohne daß das vorherige Bild komplett überprüft worden ist. The image memory works in removable buffer technology, i. H. that during the exam of a captured image a new image from the currently captured Image data, in this case image lines, is built up. After a complete check of the first image is redesigned to the new image. The image memory is configured that an error message is generated when a new image is saved should, without the previous picture has been completely checked.
In der Ausgabeeinheit der Auswerteeinheit wird sowohl ein Originalbild als auch ein Farbklassenbild aufgebaut. Die angelernten bzw. definierten Farbklassen für Gold-, Nickel- und Zinn-Farbnuancen werden zur besseren Übersichtlichkeit in Falschfarben als rot, grün und blau dargestellt. Nicht klassifizierte Farben werden in Schwarz und Überschneidungen zwischen den definierten Farbklassen in Weiß dargestellt. Die Darstellung in Falschfarben ermöglicht eine einfache Erkennung des Trainingszustands des Systems, d. h. darüber, ob alle Farbklassen mit ihren jeweiligen Farbnuancen richtig eingelernt worden und somit die farblichen Grenzübergänge sicher berechnet werden können. In the output unit of the evaluation unit, an original image as well as a Color class image built. The taught or defined color classes for gold, Nickel and tin shades are used in false colors for better clarity shown as red, green and blue. Unclassified colors are in black and Overlaps between the defined color classes are shown in white. The Representation in false colors enables easy recognition of the System training status, d. H. about whether all color classes with their respective Color nuances have been taught correctly and thus the color border crossings are safe can be calculated.
Bei Überschneidungen können vorteilhaft in der Ausgabeeinheit der Auswerteeinheit mehrere Farbklassenbilder übereinandergelegt werden, wobei jeweils nur eine Farbklasse pro Bild dargestellt wird. Es können dann einzelne Bildpunkte zu der jeweiligen Farbklasse klassifiziert werden. Bildpunkte, die in zwei oder mehr Bildern unterschiedlichen Farbklassen zugeordnet wurden, d. h. keinen eindeutigen Farbklassenwert aufweisen, werden aus der Klassifikation gelöscht. Auf diese Weise können die Überschneidungen "weggelernt" werden. In the event of overlaps, the evaluation unit can advantageously use the output unit several color class images are superimposed, only one at a time Color class is shown per picture. Individual pixels can then be added to the the respective color class. Pixels in two or more images were assigned to different color classes, d. H. no clear one Color class value are deleted from the classification. That way they can Overlaps are "learned away".
Nach der Anlernphase ist das System zur automatischen optoelektronischen Erfassung der Oberflächen bereit. Bei Bandgeschwindigkeiten von bis zu 23 cm/s werden Reject-Raten von unter 0,04 0/00 erreicht. Dazu sind Aufnahmegeschwindigkeiten von bis zu 7.800 Zeilen pro Sekunde notwendig. After the learning phase, the system is for automatic optoelectronic Surface detection ready. At belt speeds of up to 23 cm / s Reject rates of less than 0.04 0/00 reached. There are recording speeds up to 7,800 lines per second.
Bei der hier durchgeführten "Gut/Schlecht"-Prüfungen werden in festgelegten
Erwartungsfenstern die Referenzdaten der jeweiligen Farbklassen mit den aktuell
vermessenen Bilddaten verglichen. Bei einer "Schlecht"-Prüfung wird ein Fehlersignal
generiert, welches an eine Sortiereinheit (10) geleitet wird. Im vorliegenden Fall ist
die Sortiereinheit als ein Farbmarkiergerät ausgeführt, daß die Schlechtteile mit
einem sichtbaren Lack besprüht. Dieser Lack ist mit einfachen Sensoren lesbar, so
daß mit diesen Sensoren ausgestattete Moldmaschinen (nicht dargestellt) zur
Steckerherstellung die als schlecht klassifizierten Stecker erkennen und aussortieren
können.
Bezugszeichenliste
1 Farbkamera mit Objektiv
2 Bildauswerteeinheit
3 Sensoreinheit (Inkrementgeber)
4 Band (Steckerpins)
5 Sensoreinheit (Gabellichtschranke)
6 Bildspeicher
7 Beleuchtungseinheit
8 Ausgabeeinheit
9 Meßfenster
10 Sortiereinheit
In the "good / bad" tests carried out here, the reference data of the respective color classes are compared with the currently measured image data in defined expectation windows. In the case of a "bad" test, an error signal is generated which is sent to a sorting unit ( 10 ). In the present case, the sorting unit is designed as a color marking device that sprays the bad parts with a visible paint. This varnish can be read with simple sensors, so that molding machines (not shown) equipped with these sensors for plug manufacture can recognize and sort out the badly classified plugs. LIST OF REFERENCES 1 color camera with lens
2 image evaluation unit
3 sensor unit (increment encoder)
4 band (connector pins)
5 sensor unit (fork light barrier)
6 image memories
7 lighting unit
8 output unit
9 measurement windows
10 sorting unit
Claims (28)
ein lernfähiges System in der Bildauswerteeinrichtung verwendet wird,
wobei anhand von ausgewählten Bereichen eines gespeicherten Oberflächenbildes bestimmte Farbklassen definiert werden und jeder Bildpunkt eines ausgewählten Bereiches über seinen RGB-Wert dieser Farbklasse zugeordnet wird,
wonach zulässige Ausdehnungsbereiche der Farbübergänge auf der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt werden, wobei Grenzparameter festgelegt werden, die Bildpunkten an ausgewählten geometrischen Positionen des zu untersuchenden Objektes entsprechen,
und die Parameter der so beschränkten Farbspektren der Farbklassen abgespeichert und als Referenzdaten für die Auswerteeinheit verwendet werden. 1. A method for optoelectronic detection of surfaces, in particular for quality inspection, wherein the surface is scanned with at least one color camera, the images obtained are stored and evaluated, characterized in that
an adaptive system is used in the image evaluation device,
certain color classes are defined on the basis of selected areas of a stored surface image and each pixel of a selected area is assigned to this color class via its RGB value,
after which permissible ranges of expansion of the color transitions on the surface to be examined are determined, limiting parameters being defined which correspond to pixels at selected geometric positions of the object to be examined,
and the parameters of the thus limited color spectra of the color classes are stored and used as reference data for the evaluation unit.
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