DE102009021136A1

DE102009021136A1 - control device

Info

Publication number: DE102009021136A1
Application number: DE102009021136A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Phys. Blug; Bernhard Dipl.-Phys. Blug
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-12-16
Also published as: WO2010130401A2; WO2010130401A3; WO2010130401A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung (1) mit wenigstens einer Projektoreinrichtung (5), welche ein homogenes oder strukturiertes Lichtmuster auf ein Messobjekt (2) richtet, mit einer wenigstens einen aus einer Mehrzahl von Pixeln gebildeten Detektor (15) aufweisenden Bildaufnahmeeinrichtung (6), welche das am Messobjekt (2) gestreute Licht aufnimmt, mit einer hochparallelen Datenverarbeitungseinheit (8) mit einer Mehrzahl von Prozessoren, und mit wenigstens einem Signalerzeugungsmittel (10) sowie mit einer Steuer- und Regeleinheit (12). Um eine Regelvorrichtung (1) zur Verfügung zu haben, die bei schnellen Umformprozessen von Werkstücken bzw. Werkstoffen (3) eine vollständige Überwachung und Steuerung des Prozesses gewährleistet und durch eine zeitnahe Beeinflussung von Betriebsparametern einen optimalen Prozessablauf mit längeren Maschinenstandzeiten ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die hochparallele Datenverarbeitungseinheit (8) von der Bildaufnahmeeinrichtung (6) empfangene Bilddaten im Wesentlichen gleichzeitig mit einer identischen Abfolge von Rechenoperationen verarbeitet und das Rechenergebnis an das Signalerzeugungsmittel (10) zur Erzeugung mindestens eines Steuer- und/oder Regelsignals weitergibt, mittels dessen die Steuer- und Regeleinheit (12) eine Stellgröße eines Umformprozesses des Messobjekts (2) manipuliert.The invention relates to a regulating device (1) having at least one projector device (5) which directs a homogeneous or structured light pattern onto a measuring object (2) with an image recording device (6) having at least one detector (15) formed from a plurality of pixels, which receives the light scattered on the measurement object (2), with a highly parallel data processing unit (8) having a plurality of processors, and with at least one signal generating means (10) and with a control and regulation unit (12). In order to have a control device (1) available, which ensures complete monitoring and control of the process in rapid forming processes of workpieces or materials (3) and by a timely influencing of operating parameters allows an optimal process flow with longer machine life, it is proposed that the highly parallel data processing unit (8) processes image data received by the image recording device substantially simultaneously with an identical sequence of arithmetic operations and forwards the arithmetic result to the signal generating means (10) for generating at least one control and / or regulating signal by means of which the control and control unit (12) a manipulated variable of a forming process of the measuring object (2) manipulated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung mit wenigstens einer Projektoreinrichtung, welche ein homogenes oder strukturiertes Lichtmuster auf ein Messobjekt richtet, mit einer wenigstens einen aus einer Mehrzahl von Pixeln gebildeten Detektor aufweisenden Bildaufnahmeeinrichtung, welche das am Messobjekt gestreute Licht aufnimmt, mit einer hochparallelen Datenverarbeitungseinheit mit einer Mehrzahl von Prozessoren, und mit wenigstens einem Signalerzeugungsmittel sowie mit einer Steuer- und Regeleinheit.The The invention relates to a control device with at least one projector device, which a homogeneous or structured light pattern on a measurement object directed, with at least one of a plurality of pixels formed detector image-receiving device, which absorbs the light scattered on the measuring object, with a highly parallel Data processing unit with a plurality of processors, and with at least one signal generating means and with a control and control unit.

Bei der Umformung von Werkstoffen handelt es sich üblicherweise um eine Wechselwirkung zwischen einer oder mehreren Oberflächen formgebender Werkzeuge und der Oberfläche des umzuformenden Werkstoffes. Das Ergebnis der Umformung hängt von der Form, der relativen Bewegung und der Oberflächenbeschaffenheit von Werkstoff und Werkzeug ab. Alle drei Größen (Form, seitliche Bewegung und Oberflächenqualität) können prinzipiell mit als Kamerasystem ausgebildeten Bildaufnahmeeinrichtungen kontrolliert werden. Allerdings handelt es sich aus Gründen der Wirtschaftlichkeit um sehr schnelle und hoch optimierte Prozesse, bei denen aufgrund der hohen Bildrate die eigentliche Messzeit sehr stark limitiert ist. Aus diesem Grund ist eine Kombination aus (synchronisiertem) Projektor und Bildaufnahmeeinrichtung erforderlich. Die Bilderzeugungseinrichtung als eine solche Kombination dient dazu, Zustände der Oberfläche des Werkstücks/-zeugs in einer an den Prozess angepassten Geschwindigkeit zu erfassen.at The transformation of materials is usually an interaction between one or more surfaces shaping tools and the surface of the reshaping Material. The result of forming depends on the shape, the relative motion and surface texture of material and tool. All three sizes (Shape, lateral movement and surface quality) can in principle be designed as a camera system image recording devices to be controlled. However, it is for reasons the economy by very fast and highly optimized processes, where due to the high frame rate, the actual measurement time is very is very limited. For this reason, a combination of (synchronized) Projector and image capture device required. The image forming device as such a combination serves to conditions of the surface of the workpiece / tool in a process adapted to the process To capture speed.

Hierbei ist weiter zu berücksichtigen, dass bei einer im Verhältnis zur Pixelgröße zu gering auflösenden Optik die Pixel einer Nachbarschaft bis auf zufällige Abweichungen, z. B. das Bildrauschen, im Prinzip dieselbe Information enthalten. Gleichzeitig bedeutet eine niedrigere Anzahl von Pixeln eine höhere Lichtmenge pro Pixel, wodurch eine kürzere Belichtungszeit für die Messung ausreicht und sich die Anzahl der zu verarbeitenden Daten verringert. Enthält nun eine Nachbarschaft echt unterschiedliche Informationen, so ist deren Zuordnung zu Prozessoren bzw. Rechenelementen der hochparallelen Datenverarbeitungseinheit möglich, wodurch die die Verarbeitung der Daten nochmals deutlich beschleunigt wird. Daher sollte also das Auflösungsvermögen der Optik der Bildaufnahmeeinrichtung so ausgelegt sein, dass die in der hochparallelen Datenverarbeitungseinheit gekoppelten Pixel einer Nachbarschaft auch echt unterschiedliche Informationen enthalten.in this connection is further to take into account that at a ratio to pixel size too low resolution optics the pixels of a neighborhood except for random deviations, z. As the image noise, in principle, contain the same information. At the same time, a lower number of pixels means a higher one Amount of light per pixel, resulting in a shorter exposure time sufficient for the measurement and the number of data to be processed reduced. Now contains a neighborhood really different Information, such is their assignment to processors or computational elements the highly parallel data processing unit possible, thereby which the processing of the data is once again significantly accelerated. Therefore, so should the resolution of the optics the image recording device be designed so that in the highly parallel Data processing unit coupled pixels of a neighborhood also contain really different information.

Um typische Bildverarbeitungsaufgaben, z. B. Kantenfilterung, schneller als mit konventionellen Recheneinheiten auszuführen, sind beispielsweise aus der WO 94/09441 hochparallele Datenverarbeitungseinheiten bekannt, bei welchen Detektorpixeln Prozessoren zuordenbar sind, die wiederum eine Verknüpfung von Pixeln ermöglichen. Im Bereich der Bildverarbeitung sind Algorithmen zur Extraktion von Oberflächenmerkmalen be kannt. Hierzu gehören insbesondere Algorithmen zur Schwellwertfindung, morphologische Operatoren zur Konturerkennung sowie Segmentierungsalgorithmen. Diese Algorithmen eignen sich zur Extraktion von Oberflächenmerkmalen von Werkstoffen, wie beispielsweise von Kratzern. Sie setzen eine weitgehend homogene Beleuchtung voraus.To typical image processing tasks, such. B. edge filtering to perform faster than with conventional computing units are, for example, from WO 94/09441 highly parallel data processing units known in which detector pixels processors can be assigned, which in turn allow a linkage of pixels. In the field of image processing algorithms for the extraction of surface features are known. These include in particular algorithms for threshold value determination, morphological operators for contour recognition and segmentation algorithms. These algorithms are suitable for extracting surface features of materials such as scratches. They require a largely homogeneous lighting.

Weiterhin sind aus DE 196 33 686 A1 Anordnungen zur 3D-Messung nach dem Verfahren der strukturierten Beleuchtung bekannt. Hierbei werden mit einer Projektionseinheit inhomogene oder strukturierte Muster projiziert und nach dem Prinzip der Triangulation 3D-Koordinaten berechnet. Ein solcher Projektor eignet sich ebenfalls zur Projektion homogener Muster und er kann eine Serie unterschiedlicher Muster projizieren.Furthermore are out DE 196 33 686 A1 Arrangements for 3D measurement according to the method of structured illumination known. Herein, inhomogeneous or structured patterns are projected with a projection unit and 3D coordinates are calculated according to the principle of triangulation. Such a projector is also suitable for projecting homogeneous patterns and can project a series of different patterns.

Es besteht daher die Aufgabe eine Regelvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei schnellen Umformprozessen von Werkstücken eine vollständige Überwachung und Steuerung des Prozesses gewährleistet und durch eine zeitnahe Beeinflussung von Betriebsparametern einen optimalen Prozessablauf mit längeren Maschinenstandzeiten ermöglicht.It Therefore, the task is a control device available to provide in the rapid forming processes of workpieces complete monitoring and control of the Process guaranteed and by a timely influence From operating parameters an optimal process flow with longer machine life allows.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der die hochparallele Datenverarbeitungseinheit von der Bildaufnahmeeinrichtung empfangene Bilddaten im wesentlichen gleichzeitig mit einer identischen Abfolge von Rechenoperationen verarbeitet und das Rechenergebnis an das Signalerzeugungsmittel zur Erzeugung mindestens eines Steuer- und/oder Regelsignals weitergibt, mittels dessen die Steuer- und Regeleinheit eine Stellgröße eines Umformprozesses des Messobjekts manipuliert. Mit einer solchen Regelvorrichtung können also Bilder durch die Aufnahmeeinrichtung synchron mit einer Beleuchtungseinheit erfasst und in einer fest definierten Taktzeit parallel und daher schnell räumlich und zeitlich korreliert werden, so dass in einer fest vorgegebenen Zeit wiederum ein Regelsignal erzeugt werden kann, welches dann in die Umformmaschine zurückkoppelbar ist. Insbesondere eignet sich diese Regelvorrichtung zur lückenlosen Erfassung schnell bewegter Oberflächen, aus deren Merkmalen dann Regel- und Steuersignale abgeleitet werden.The The object is achieved by a control device of the beginning mentioned type, in which the highly parallel data processing unit image data received by the image pickup device substantially simultaneously processed with an identical sequence of arithmetic operations and the calculation result to the signal generating means for generation at least one control and / or control signal passes, by means of which the control unit a manipulated variable of Forming process of the DUT is manipulated. With such a control device So you can sync images through the recording device captured with a lighting unit and in a well-defined Cycle time parallel and therefore quickly spatially and temporally correlated be, so that in a fixed time in turn a control signal can be generated, which can then be coupled back into the forming machine is. In particular, this control device is suitable for gapless Detecting fast moving surfaces, their characteristics then control and control signals are derived.

Mit der beschriebenen Datenverarbeitungseinheit sollen aus erfassten Bilddaten extrem schnell Steuer- und oder Regelsignale erzeugt werden, weswegen bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung jedem Prozessor der hochparallelen Datenverarbeitungseinheit wenigstens ein Pixel, insbesondere genau ein Pixel des Detektors der Bildaufnahmeeinrichtung, zugeordnet ist. Der Detektor mit seinen Pixeln kann dabei etwa als Chip einer als Kamera ausgebildeten Bildaufnahmeeinrichtung ausgebildet sein.With the described data processing unit to be detected from Image data extremely fast control and or control signals are generated Therefore, in an appropriate training the control device according to the invention each processor the highly parallel data processing unit at least one pixel, in particular exactly one pixel of the detector of the image recording device, assigned. The detector with its pixels can be approximately as Chip designed as a camera image recording device be.

Die schnelle Erzeugung der Steuer- und/oder Regelsignale gelingt insbesondere dann gut, wenn ein Prozessor, der einem Pixel zugeordnet ist, auch mit den Prozessoren bzw. mit den Daten der räumlich und zeitlich benachbarten Pixel verknüpft ist, weswegen bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Regelvorrichtung jeder Prozessor der hochparallelen Datenverarbeitungseinheit mit einer Mehrzahl von der dem einen Pixel benachbarten Pixeln gekoppelt ist. Räumlich benachbart bedeutet, dass einem Prozessor zu einem Pixel mit den Koordinaten (u, v) auch Daten der umliegenden Pixel mit den Koordinaten (u – 1, v), (u + 1, v), (u, v – 1), (u, v + 1) (u – 1, v – 1), (u – 1, v + 1), (u + 1, v + 1), (u + 1, v – 1) verfügbar sind. Zeitlich benachbart bedeutet hierbei, dass Pixel der gleichen Koordinaten (u, v) aus nacheinander aufgenommenen Bildern verglichen werden. In diesem Fall kann eine große Klasse von Bildverarbeitungsoperationen sehr effizient bearbeitet werden, welche folgender Form genügen:

The rapid generation of the control and / or control signals succeeds particularly well if a processor associated with a pixel is also linked to the processors or to the data of the spatially and temporally adjacent pixels, which is why in a particularly preferred embodiment Control device each processor of the highly parallel data processing unit is coupled to a plurality of pixels adjacent to the one pixel. Spatially adjacent means that to a processor to a pixel with the coordinates (u, v) also data of the surrounding pixels with the coordinates (u-1, v), (u + 1, v), (u, v-1), (u, v + 1) (u - 1, v - 1), (u - 1, v + 1), (u + 1, v + 1), (u + 1, v - 1) are available. Time adjacent here means that pixels of the same coordinates (u, v) are compared from successively recorded images. In this case, a large class of image processing operations can be processed very efficiently which satisfy the following form:

G(n, i, u, v) bezeichnet hierbei den Grauwert, also die Intensität eines Pixels, welche in diesem Fall dem Rechenergebnis des i-ten Rechenschrittes des dem Pixel (u, v) zugeordneten Prozessors entspricht, welcher auf das Bild mit der Bildnummer n angewendet wird. G(n, 0, u, v) entspricht dem Grauwert des Pixels (u, v) im Bild n, wie es von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wurde. Die Koeffizienten a(k, l) bezeichnen die Verknüpfungsvorschrift mit den Grauwerten des eigenen sowie der benachbarten Pixel, welche innerhalb des sogenannte Radius r der Nachbarschaft liegen. Für r = 1 erhält man eine 3 × 3-Nachbarschaft. Die Koeffizienten a(k, l) können einfache Faktoren für die Multiplikation sein, oder auch nichtlineare Verknüpfungen, beispielsweise Funktionen mit einem ja/nein-Ergebnis. Sie verarbeiten die räumliche Korrelation der Grauwerte. Der Koeffizient b beschreibt entsprechend die Verknüpfung mit dem Grauwert eines anderen, in der Regel älteren Bildes mit der Bildnummer m ≠ n, auf das j Rechenschritte angewendet wurden. Der Koeffizient b verarbeitet somit die zeitliche Korrelation der Grauwerte. Bei K handelt es sich um eine Konstante, welche für alle Pixel (u, v) gleich ist. Typisch für Bildverarbeitungssysteme, aber nicht notwendig, ist es auch, dass der Wertebereich von G begrenzt ist, z. B. G ∊ [0, 1] oder G ∊ [–1, 1]. Diese Begrenzung kann die Implementierung nichtlinearer Funktionen erleichtern. Die Parameter a(k, l), b, und K beschreiben somit eine für alle parallelen Prozessoren gleiche Rechenvorschrift, welche in identischer Form auf verschiedene Datenelemente, nämlich auf die Grauwerte G(n, 0, u, v) der Pixel (u, v) des Bildes n, angewendet werden.G (n, i, u, v) denotes the gray value, ie the intensity of a pixel, which in this case is the computational result of the ith Computing step corresponds to the pixel (u, v) associated processor, which is applied to the image with the image number n. G (n, 0, u, v) corresponds to the gray value of the pixel (u, v) in the image n, such as it was taken by the image capture device. The coefficients a (k, l) denote the linking rule with the gray values the own and the neighboring pixels, which within the so-called Radius r of the neighborhood lie. For r = 1 receives you have a 3 × 3 neighborhood. The coefficients a (k, l) can be simple factors for multiplication be, or non-linear links, for example Functions with a yes / no result. They handle the spatial Correlation of gray values. The coefficient b describes accordingly the link with the gray value of another, in the Rule older picture with the picture number m ≠ n, to which j calculation steps have been applied. The coefficient b is processed thus the temporal correlation of the gray values. K is is a constant, which is the same for all pixels (u, v) is. Typical of image processing systems, but not necessary it is also that the range of values of G is limited, e.g. B. G ε [0, 1] or G ε [-1, 1]. This limitation may be the Facilitate implementation of nonlinear functions. The parameters a (k, l), b, and K thus describe one for all parallel processors same calculation rule, which in identical form to different Data elements, namely the gray values G (n, 0, u, v) the pixels (u, v) of the image n.

Zwei Beispiele dafür, wie Bildverarbeitungsoperatoren auf ei ner solchen Struktur umgesetzt werden können, sind der nichtlineare Schwellwertoperator und der lineare Laplace-Operator. Ein Schwellwertoperator kann implementiert werden, indem man alle Koeffizienten mit Ausnahme von a(0, 0) als a(k, l) = 0 wählt, dem Koeffizienten a(0, 0) einen Wert >> 1 zuordnet und die Konstante K = –a(0, 0) G0 setzt. In diesem Fall laufen die Werte G(i + 1, u, v) aller Pixel mit einem Grauwert G(i, u, v) > G0 in die obere Begrenzung, während die Pixel aller Grauwerte mit G(i, u, v) < G0 in die untere Begrenzung der Grauwerte laufen. Ein Laplace-Operator mit Radius r = 1 zur richtungsunabhängigen Detektion von Kanten erhält man, wenn man den Koeffizienten a(0, 0) = 8 und die übrigen Koeffizienten a(k, l) = –1 setzt. Die Parameter b und K sind null. Durch diese Parameterwahl werden die Grauwerte der acht benachbarten Pixel von dem mit dem Faktor 8 gewichteten mittleren Pixel subtrahiert. Das Ergebnis ist ein großer Grauwert G(n, i + 1, u, v) an Stellen, an denen der Grauwert in der Nachbarschaft variiert, und ein Wert um 0 an Stellen mit konstanten Eingangswerten in der Nachbarschaft von G(n, i, u, v).Two Examples of how image processing operators on egg ner such a structure can be implemented, are the nonlinear Threshold operator and the linear Laplace operator. A threshold operator can be implemented by taking all the coefficients except of a (0, 0) as a (k, l) = 0, the coefficient a (0, 0) allocates a value >> 1 and the Constant K = -a (0, 0) G0 sets. In this case, the run Values G (i + 1, u, v) of all pixels with a gray value G (i, u, v)> G0 in the upper limit, while the pixels of all gray values with G (i, u, v) <G0 in the lower Limit the gray values run. A Laplace operator with radius r = 1 for direction-independent detection of edges one, if the coefficient a (0, 0) = 8 and the rest Coefficients a (k, l) = -1 sets. The parameters b and K are zero. This parameter selection causes the gray values of the eight adjacent pixels from the 8-weighted middle pixel subtracted. The result is a large gray value G (n, i + 1, u, v) in places where the gray value in the neighborhood varies, and a value around 0 in places with constant input values in the neighborhood of G (n, i, u, v).

Weitere Beispiele für Operationen, welche der obigen Gleichung genügen, sind richtungsabhängige Mittelwertbildung, Kantenfilterung mittels Sobel-Operator, logische Verknüpfungen wie AND, OR oder XOR, morphologische Operatoren wie Diffusion, Erosion, Opening oder Closing sowie die Minkowski-Addition und -Subtraktion, auf der viele Segmentierungsalgorithmen beruhen. Diese Operationen eignen sich beispielsweise, um Konturen von Oberflächendefekten zu bestimmen.Further Examples of operations which are the above equation are sufficient, are directional averaging, Edge filtering using the Sobel operator, logical operations like AND, OR or XOR, morphological operators like diffusion, erosion, Opening or closing as well as the Minkowski addition and subtraction, based on many segmentation algorithms. These operations For example, you can use contours of surface defects to determine.

Eine solche Prozessorarchitektur begünstigt daher eine hochparallele und damit schnelle Datenverarbeitung. Ein Programm besteht wesentlich aus einer Folge von Parametern (a(k, l), b, K). Sie ist lokal in dem Sinn, dass ein Prozessor über die Parameter (a(k, l), b, K) nur eine begrenzte Anzahl von Daten verknüpfen kann. Die Zahl der Verknüpfungen bestimmt andererseits die Komplexität der elektronischen Schaltung, welche vorteilhafterweise möglichst gering sein sollte, sich aber trotzdem für eine große Klasse von Bildverarbeitungsoperationen eignen sollte. Das Ergebnis einer solchen Rechnerarchitektur ist eine Anzahl von Grauwerten, welche der Zahl der parallelen Prozessoren entspricht, und, welche den Pixelkoordinaten (u, v) zugeordnet werden können. Es kann daher als Bild gesehen werden. Der Wertebereich der Grauwerte dieses Ergebnisbildes kann dem Wertebereich der Grauwerte des Bildes entsprechen, er kann jedoch auch eingeschränkt sein, beispielsweise auf zwei Ja/Nein-Werte, oder erweitert, beispielsweise auf eine größere Anzahl von Grauwerten oder auf einen größeren Wertebereich.Such a processor architecture therefore favors highly parallel and therefore fast data processing. A program essentially consists of a sequence of parameters (a (k, l), b, K). It is local in the sense that a processor can link only a limited number of data via the parameters (a (k, l), b, K). On the other hand, the number of links determines the complexity of the electronic circuit, wel It should, however, be as small as possible, but should nevertheless be suitable for a large class of image processing operations. The result of such a computer architecture is a number of gray values corresponding to the number of parallel processors and which can be assigned to the pixel coordinates (u, v). It can therefore be seen as a picture. The value range of the gray values of this result image can correspond to the value range of the gray values of the image, but it can also be restricted, for example to two yes / no values, or extended, for example to a larger number of gray values or to a larger value range.

Für Regelungsaufgaben ist eine solche Rechnerarchitektur ebenfalls vorteilhaft, da die Operationen parallel und damit in einem gemeinsamen Zeittakt ausgeführt werden können und müssen. In vielen Fällen wird die Bearbeitungszeit durch die hochparallele und an Pixel gekoppelte Rechnerarchitektur von der Anzahl der Ereignisse entkoppelt. Beispielsweise hängt hierbei die Bearbeitungszeit nicht von der Anzahl der beobachteten Defekte ab, da die Informationen aller betroffenen Pixel parallel verarbeitet werden. Dadurch können für viele Aufgaben konstante Rückkopplungszeiten und damit eine zeitlich stabile Regelung erreicht werden.For Control tasks, such a computer architecture is also advantageous, because the operations are parallel and thus in a common time cycle can and must be executed. In many cases, the processing time is due to the highly parallel and pixel coupled computer architecture of the number of events decoupled. For example, this depends on the processing time not depend on the number of observed defects, as the information all affected pixels are processed in parallel. This allows for many tasks constant feedback times and thus a time-stable regulation can be achieved.

Wie oben gezeigt wurde, arbeiten solche hochparallelen Rechnerarchitekturen nur für eine bestimmte Klasse lokaler Operationen effizient und die Anzahl der Ergebnisse übersteigt die Anzahl der Regelparameter. Für Regelungsaufgaben ist es daher notwendig, die lokal arbeitende, hochparallele Datenverarbeitungseinheit mit einem global arbeitenden Signalerzeugungsmittels zu kombinieren. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie Zugriff auf alle Ergebnisse der hochparallelen Datenverarbeitungseinheit hat, diese zu einem oder wenigen Regel- und Steuersignalen verknüpft und diese in digitaler oder analoger Form – beispielsweise als Steuerspannung – an die Regeleinheit übergibt.As has been shown above, work such highly parallel computer architectures efficient only for a particular class of local operations and the number of results exceeds the number of Control parameters. For regulatory tasks it is therefore necessary the locally operating, highly parallel data processing unit with to combine a globally operating signal generating means. This is characterized by having access to all results the highly parallel data processing unit has this one or a few control and control signals linked and these in digital or analog form - for example, as a control voltage - on transfers the control unit.

Mittels der Signalerzeugungseinheit können beispielsweise Ja/Nein-Werte ausgezählt oder globale Operationen, beispielsweise einer Fouriertransformation, angewandt werden. Bei ihrer Rechnerarchitektur kann es sich um eine konventionelle Architektur mit einem oder wenigen Prozessoren, um ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder andere Logikschaltungen handeln. Diese können, müssen aber nicht für alle Aufgaben programmierbar sein.through The signal generation unit may, for example, yes / no values counted or global operations, such as one Fourier transform, be applied. In their computer architecture can it is a conventional architecture with one or a few Processors to a FPGA (Field Programmable Gate Array) or others Logic circuits act. These can, must but not programmable for all tasks.

Die Nutzung der vorstehend beschriebenen Datenverarbeitungseinheit zur Regelung bzw. Steuerung aufgrund ermittelter Oberflächenzustände verlangt eine Abstimmung der Bildaufnahmeinrichtung in mehrfacher Hinsicht. Zunächst müssen die Pixel der oben beschriebenen Nachbarschaft, welche in der hochparallelen Datenverarbeitungseinheit verknüpft sind, unterschiedliche Informationen enthalten.The Use of the data processing unit described above for Control or control based on determined surface conditions requires a vote of the image pickup device in multiple Respect. First of all, the pixels have to be the ones described above Neighborhood, which in the highly parallel data processing unit are linked, contain different information.

Das geometrische Auflösungsvermögen einer Optik mit dem Vergrößerungsfaktor Γ wird üblicherweise durch die Modulationsübertragungsfunktion (Modulation Transfer Function, MTF) angegeben. In ihrer üblichen Form zeigt sie das Auflösungsvermögen eines Systems als Kontrastverhältnis zwischen Gegenstand und Bild in Abhängigkeit der Feinheit der zu übertragenden Objektstruktur, welche in Linienpaaren pro Millimeter auf der Gegenstandsseite gemessen wird. Je niedriger das Kontrastverhältnis ist, desto stärker „verschwimmen” dabei die Helligkeitsunterschiede im Bild. Die Voraussetzung dafür, dass eine Information von einem nachbarschaftsbasierten Datenverarbeitungssystem verarbeitet werden kann, ist, dass die Information, d. h. der Intensitätsunterschied im Bild, größer als der Intensitätsfehler ΔI des Bildes ist, welcher zum Beispiel durch Rauschen verursacht werden kann. Aus dieser Überlegung ergibt sich ein minimales Kontrastverhältnis KVmin, mit welchem ein Linienpaar in eine Nachbarschaft abgebildet werden muss. Die bildseitige Größe dieser Nachbarschaft ergibt sich aus der Größe der Kamerapixel. Für eine 3 × 3-Nachbarschaft mit einer Pixelgröße p muss ein Linienpaar auf diese Nachbarschaft abgebildet werden, d. h. es ergibt sich eine minimale Strukturgröße von 3 Pixeln auf der Bildseite bzw. Γ·3·p auf der Gegenstandsseite. Damit ist eine maximale Ortsfrequenz fp = 1/(Γ·3·p) abgeleitet, bei der das Kontrastverhältnis der Optik größer als KVmin sein muss. Anschaulich ausgedrückt heißt das, dass das Auflösungsvermögen durch die Pixelgröße und nicht durch die Optik beschränkt sein muss. Bei den heute üblichen Megapixel-Kameras ist es in der Regel umgekehrt.The geometric resolution of an optic with The magnification factor Γ is usually through the modulation transfer function (modulation transfer Function, MTF). In her usual form shows the resolution of a system as a contrast ratio between object and image depending on fineness the object structure to be transferred, which in line pairs measured per millimeter on the object side. The lower The contrast ratio is, the more "blurred" it the brightness differences in the picture. The prerequisite for that information from a neighborhood-based data processing system can be processed is that the information, i. H. the intensity difference in the picture, greater than the intensity error ΔI of the picture caused by noise, for example can. From this consideration results in a minimum contrast ratio KVmin, with which a pair of lines are depicted in a neighborhood must become. The image-side size of this neighborhood results from the size of the camera pixels. For a 3x3 neighborhood with a pixel size p a pair of lines must be mapped to this neighborhood, i. H. This results in a minimum structure size of 3 pixels on the image side or Γ · 3 · p on the object side. This is a maximum spatial frequency fp = 1 / (Γ · 3 · p) where the contrast ratio the optics must be larger than KVmin. clear In other words, that means that the resolution by the pixel size and not by the optics must be limited. In today's usual megapixel cameras it is usually the other way around.

Bildwiederholraten, wie sie die Steuerung/Regelung hoch dynamischer Prozesse erfordert, haben zur Folge, dass für die Bildaufnahme nur sehr kurze Belichtungszeiten zur Verfügung stehen. So beträgt die für die Belichtung zur Verfügung stehende Zeit bei einer Bildwiederholrate von 10.000 Bildern pro Sekunde weniger als 100 μs, wenn man die Zeit zum Auslesen der Bilder berücksichtigt. Reicht die zur Verfügung stehende Lichtmenge nicht aus, um den zur Bildaufnahme verwendeten Sensor bei entsprechend kurzer Belichtungszeit auszusteuern, kann die Dynamik des Sensors nicht oder nur eingeschränkt ausgenutzt werden. Demzufolge steht für die Steuerung/Regelung unter Umständen gar kein oder nur ein schlechtes – weil stark verrauschtes – Signal zur Verfügung.refresh rates, as it requires the control of highly dynamic processes, have the consequence that for the image acquisition only very short Exposure times are available. So is the one available for the exposure Time at a refresh rate of 10,000 frames per second less than 100 μs, taking the time to read out the Pictures taken into account. Enough available standing light is not sufficient to the one used for image recording Sensor with correspondingly short exposure time auszusteuern, can the dynamics of the sensor is not or only partially used become. As a result, the controller is under control Circumstances no or only a bad one - because very noisy - signal available.

Ohne eine Maßnahme zur Erhöhung der Lichtmenge, die pro Zeiteinheit auf die lichtempfindliche Fläche des Detektors fällt, bliebe nur die Verlängerung der Belichtungszeit. Dies hätte wiederum unmittelbar zur Folge, dass die Bildrate sänke und die Steuerung/Regelung damit langsamer würde. Da Umformprozesse hoch optimiert sind und normalerweise sehr schnell ablaufen, wäre keine vollständige Überwachung mehr möglich. Zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung können daher beispielsweise darin bestehen, dass die Bildaufnahmeeinrichtung zur Verstärkung der Lichtmenge mit einem aktiven Bauelement in Art eines Bildverstärker versehen ist oder eine Adaption einer speziell an den Detektor angepassten Optik zur besseren Ausnutzung der lichtsensitiven Fläche des Detektors, z. B. mittels eines Mikrolinsenarrays vorgenommen wird. Beide Maßnahmen verbessern unabhängig voneinander die Quanteneffizienz des Detektors der Bildaufnahmeeinrichtung.Without a measure to increase the amount of light that per unit time on the photosensitive surface of the detector falls, only the extension of the exposure time would remain. This in turn would immediately result in the frame rate sink and the control / regulation would slow it down. Since forming processes are highly optimized and usually very fast would not be complete monitoring more is possible. Appropriate further education the control device according to the invention can Therefore, for example, consist in that the image pickup device for amplifying the amount of light with an active component is provided in the manner of an image intensifier or an adaptation a specially adapted to the detector optics for better utilization the light-sensitive surface of the detector, z. B. by means a microlens array is made. Both measures independently improve the quantum efficiency of the Detector of the image pickup device.

Die zu messenden Oberflächen möglichst hell zu beleuchten, um kurze Belichtungszeiten zu ermöglichen, ist Aufgabe der wenigstens einen Projektoreinrichtung. Vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Lichtquellen mit hoher optischer Lichtleistung, also beispielsweise Laser, LED's oder Bogenlampen.The to illuminate the surfaces to be measured as brightly as possible, To enable short exposure times, is task the at least one projector device. It is advantageous the use of light sources with high optical light output, So for example, laser, LED's or arc lamps.

Je nach zu erkennendem Merkmal kann es sich um eine homogene oder um eine strukturierte Beleuchtung handeln. Homogene Beleuchtungen dienen dazu, Oberflächen möglichst gleichmäßig auszuleuchten, um bildhafte Merkmale wie Kratzer oder andere Unregelmäßigkeiten zu detektieren. Strukturierte Beleuchtungen können nach den Prinzipien der Triangulation oder der Holographie bzw. Interferometrie zur Erfassung von 2D- oder 3D-Profilen verwendet werden. Hier ist es vorteilhaft, Folgen von unterschiedlich strukturierten Lichtmustern zu projizieren. Durch die Verknüpfung der aus den Bildern unterschiedli cher Lichtmuster gewonnenen Daten können beispielsweise bildhafte Merkmale 3D-Daten zugeordnet werden.ever according to recognizable feature may be a homogeneous or um act a structured lighting. Homogeneous lighting is used in addition, surfaces as evenly as possible Illuminate to pictorial features such as scratches or other irregularities to detect. Structured lighting can after the principles of triangulation or holography or interferometry used to capture 2D or 3D profiles. Here is it is beneficial to follow different structured light patterns to project. By linking the from the pictures For example, different data obtained from different light patterns pictorial features are assigned to 3D data.

Durch den Vergleich mehrerer Profile können auch Bewegungsdaten, also etwa Vibrationen von Oberflächen, gemessen werden. Hier ist die obere Grenzfrequenz durch die Anzahl der verarbeiteten Profile bestimmt (fmax = Bildrate/2). Es ist daher von Vorteil, wenn Bilder oder Bildfolgen möglichst schnell aufgenommen und verarbeitet werden können.By the comparison of several profiles can also be So about vibrations of surfaces, to be measured. Here is the upper cutoff frequency by the number of processed Profile determined (fmax = frame rate / 2). It is therefore an advantage when pictures or picture sequences are taken as quickly as possible and can be processed.

Für die Verarbeitung von Bildfolgen ist eine Synchronisation zwischen Projektoreinrichtung und Bildaufnahmeeinrichtung erforderlich. Ebenso kann es vorteilhaft sein, die Lichtmusterfolgen und/oder die Bildaufnahme der Bildaufnahmeeinrichtung mit dem Vorschub der Umformmaschine in X-Richtung zu synchronisieren. Hierbei kann zum Beispiel stets und in festen Abständen ein Lichtmuster ausgelöst werden.For the processing of image sequences is a synchronization between Projector device and image capture device required. As well It may be advantageous, the light pattern sequences and / or image acquisition the image pickup device with the feed of the forming machine to synchronize in the X direction. Here, for example, always and triggered a light pattern at fixed intervals become.

Eine mit Blick auf kurze Belichtungszeiten besonders vorteilhafte Maßnahme ist die Anwendung der Schattenwurftechnik. Bei dieser wird das Messobjekt im Strahlengang zwischen Projektoreinrichtung und Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet, um dann die Kontur des Messobjektes anhand der Schattenränder auszuwerten. Sie eignet sich daher beispielsweise besonders für die Bestimmung von Durchmessern. Diese Anordnung ist besonders lichtstark, weil die Bildaufnahmeeinrichtung nicht mit Streulicht, sondern direkt mit dem Licht aus der Projektoreinrichtung beleuchtet wird.A with regard to short exposure times particularly advantageous measure is the application of the shadow casting technique. With this the measuring object becomes in the beam path between the projector device and the image recording device arranged, then the contour of the measurement object based on the shadow edges evaluate. It is therefore particularly suitable for example the determination of diameters. This arrangement is particularly bright, because the image pickup device not with stray light, but directly illuminated with the light from the projector device.

Die Steuer- und Regeleinheit der Regelvorrichtung kann aus einem oder mehreren elektronischen Geräten oder Recheneinheiten bestehen, die elektrische Signale von dem Signalerzeugungsmittel empfängt, verarbeitet und in Regel- bzw. Steuersignale für einen Umformprozess umsetzt. Vorteilhafterweise können die von der Steuer- und Regeleinheit beeinflussbaren Stellgrößen des Umformprozesses sowohl das Werkzeug oder das Werkstück direkt beeinflussende physikalische Größen, als auch Hilfsmittel des Umformprozesses oder Handlungsanweisungen an Bedienpersonen gebildet sein. Steuer bzw. Regelparameter können dabei im Bereich Umformtechnik Geschwindigkeiten (z. B. Band- oder Ziehgeschwindigkeiten), Drücke (z. B. Umformdruck, Anpressdrücke von Werkzeugen), Temperaturen (z. B. Prozesstemperaturen, Abkühlraten), Schmiermittel- oder Reinigungsmittelmengen (z. B. Schmiermittel- bzw. Reinigungszufuhr), Handlungsanweisungen für das Bedienpersonal (z. B. Werkzeugwechsel) oder adaptive Werkzeugansteuerungen (z. B. adaptive Anpassung des Ziehwinkels oder einer Werkzeugform an die Oberflächenbeschaffenheit) sein.The Control unit of the control device may consist of one or consist of several electronic devices or computing units, receiving electrical signals from the signal generating means, processed and in control or control signals for a Transforming process. Advantageously, those of the Control and regulating unit influenced manipulated variables the forming process, both the tool or the workpiece directly influencing physical quantities, as also aids the forming process or instructions Be formed operators. Control or control parameters can in the field of forming technology, speeds (eg belt or belt) Drawing speeds), pressures (eg forming pressure, contact pressures of tools), temperatures (eg process temperatures, cooling rates), Lubricant or cleaning agent quantities (eg lubricant or cleaning supply), instructions for the operating personnel (eg tool change) or adaptive tool controls (eg. B. adaptive adjustment of the drawing angle or a tool shape the surface condition).

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. In teilweise stark schematisierter Darstellung zeigen dabei dieThe Invention will be described below by means of embodiments explained in more detail in the drawing. In part strongly schematized representation thereby show the

1 eine Seitenansicht der Komponenten einer ersten Ausführungsform der Regelvorrichtung, die aus einer Bildfolge Regelsignale auf eine einen Werkstoff mit einem Werkzeug bearbeitende Umformeinheit zurückkoppelt; 1 a side view of the components of a first embodiment of the control device, which returns control signals from an image sequence on a material processing with a tool forming unit;

2 eine Diagramm einer typischen Modulationsübertragungsfunktion; 2 a diagram of a typical modulation transfer function;

3 eine Abbildung eines Linienmuster auf eine Nachbarschaft mit dem zugeordneten Intensitätsverlauf in der Fokusebene; 3 an illustration of a line pattern on a neighborhood with the associated intensity profile in the focal plane;

4 eine Seitenansicht der Bildaufnahmeinrichtung einer anderen Ausführungsform der Regelvor richtung. 4 a side view of the image pickup device of another embodiment of the Regelvor direction.

In der 1 ist eine schematisierte Anordnung der Komponenten einer im Ganzen mit 1 bezeichneten Regelvorrichtung für Umformprozesse einer Oberfläche 2 eines Werkstoffs 3 mittels eines Werkzeugs 4 zu erkennen. Beispielhaft weist dabei die Oberfläche des Werkstoffs 3 einen Riss und eine größer Fehlstelle als aufzulösende Merkmale auf. Die Oberfläche 2 des Werkstoffs 3 wird als Messobjekt 2 von einer Projektoreinrichtung 5 beleuchtet, deren Beleuchtung mit der Bildaufnahmeinrichtung 6 synchronisiert ist, wie es durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Der Detektor 15 der Bildaufnahmeeinrichtung 6, die das an dem Messobjekt 2 gestreute Licht aufnimmt, ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellt. Von der Bildaufnahmeeinrichtung 6 wird eine durch das zugeordnete Diagramm angedeutete Bildfolge 7 an eine hochparallele Datenverarbeitungseinheit 8 weitergeleitet, die eine Mehrzahl nicht weiter dargestellter Prozessoren aufweist, von den jeweils einer einem Pixel des Detektors 15 der Bildaufnahmeeinrichtung 6 zugeordnet ist. Mittels der in den Prozessoren implementierten Algorithmen wird ein durch das nächste Diagramm angedeutetes Ergebnisbild 9 berechnet und an ein Signalerzeugungsmittel 10 weitergeleitet. Dieses erzeugt ein in dem nächsten Diagramm stilisiertes Regelsignal 11, mittels dessen die Steuer- und Regeleinheit 12 eine Stellgröße des Umformprozesses manipuliert. Diese Manipulation wirkt mittels des der Umformeinheit 13 zugeordneten Werkzeugs 4 wiederum direkt zurück auf den Werkstoff 3, so dass über die ermittelte Bildfolge 7 und damit letztlich die Merkmale der Oberfläche des Werkstoffs 3 der Umformprozess steuerbar ist.In the 1 is a schematic arrangement of the components of a whole with 1 designated control device for forming processes of a surface 2 of a material 3 by means of a tool 4 to recognize. By way of example, this indicates the surface of the material 3 a crack and a larger defect than to be resolved features. The surface 2 of the material 3 becomes as a measuring object 2 from a projector device 5 illuminated, their illumination with the image pickup device 6 is synchronized, as indicated by the double arrow. The detector 15 the image pickup device 6 that on the object to be measured 2 scattered light, is not shown here for reasons of clarity. From the image capture device 6 becomes an image sequence indicated by the associated diagram 7 to a highly parallel data processing unit 8th forwarded having a plurality of processors not shown, each of which one pixel of the detector 15 the image pickup device 6 assigned. By means of the algorithms implemented in the processors, a result image indicated by the next diagram becomes 9 calculated and sent to a signal generating means 10 forwarded. This generates a control signal stylized in the next diagram 11 by means of which the control unit 12 manipulated a manipulated variable of the forming process. This manipulation works by means of the forming unit 13 associated tool 4 again directly back to the material 3 , so that about the determined image sequence 7 and ultimately the characteristics of the surface of the material 3 the forming process is controllable.

In der 2 ist der typische Verlauf einer Modulationsübertragungsübertragungsfunktion für eine Abbildungsoptik zu erkennen, mit der das geometrische Auflösungsvermögen einer Op tik mit dem Vergrößerungsfaktor Γ angegeben wird. In ihrer üblichen Form zeigt sie das Auflösungsvermögen eines Systems als Kontrastverhältnis zwischen Gegenstand und Bild in Abhängigkeit von der Feinheit der zu übertragenden Objektstruktur, welche in Linienpaaren pro Millimeter auf der Gegenstandsseite gemessen wird. Wie bereits weiter oben beschrieben, ist die Voraussetzung dafür, dass eine Information von einem nachbarschaftsbasierten Datenverarbeitungssystem verarbeitet werden kann, dass der Intensitätsunterschied im Bild größer ist, als der beispielweise durch Rauschen verursachte Intensitätsfehler ΔI des Bildes. Aus dieser Überlegung ergibt sich ein minimales Kontrastverhältnis KVmin, mit welchem ein Linienpaar in eine Nachbarschaft abgebildet werden muss. Die bildseitige Größe dieser Nachbarschaft ergibt sich aus der Größe der Kamerapixel. Für eine 3 × 3-Nachbarschaft mit einer Pixelgröße p muss ein Linienpaar auf diese Nachbarschaft abgebildet werden, d. h. es ergibt sich, wie bereits erläutert, eine minimale Strukturgröße von 3 Pixeln auf der Bildseite bzw. Γ·3·p auf der Gegenstandsseite, wodurch eine eine maximale Ortsfrequenz fp = 1/(Γ·3·p) abgeleitet ist, bei der das Kontrastverhältnis der Optik größer als KVmin sein muss.In the 2 is the typical course of a modulation transfer transfer function for an imaging optics to recognize the geometric resolution of an Op tik is indicated with the magnification factor Γ. In its usual form it shows the resolution of a system as a contrast ratio between object and image depending on the fineness of the object structure to be transferred, which is measured in line pairs per millimeter on the object side. As already described above, the prerequisite for being able to process information from a neighborhood-based data processing system is that the intensity difference in the image is greater than the intensity error ΔI of the image caused, for example, by noise. From this consideration results in a minimum contrast ratio KVmin, with which a line pair must be mapped into a neighborhood. The image-side size of this neighborhood results from the size of the camera pixels. For a 3x3 neighborhood with a pixel size p, a line pair must be mapped to this neighborhood, ie, as explained earlier, this results in a minimum feature size of 3 pixels on the image side or Γ * 3 * p on the object side, respectively a maximum spatial frequency fp = 1 / (Γ * 3 * p) is derived, in which the contrast ratio of the optics must be greater than KVmin.

Die 3 zeigt links oben die Abbildung eines Linienmusters mit einer gerade noch abbildbaren Ortsfrequenz fp mit dem dazugehörigen Bild in der Fokusebene rechts oben. Trägt man die Intensitätsverläufe der beiden Bilder entlang der gepunkteten Linie auf und normiert man die Intensität des Liniemusters auf 1, dann erhält man das unten dargestellte Diagramm. Dort ist auch ein Linienpaar markiert, welches auf eine Nachbarschaft aus drei Pixeln abgebildet wird. Aufgrund der Normierung gilt, dass der Intensitätsfehler ΔI dem minimalen Kontrastverhältnis KVmin entspricht.The 3 shows on the top left the illustration of a line pattern with a just reproducible spatial frequency fp with the associated image in the focal plane top right. If one plots the intensity curves of the two images along the dotted line and normalizes the intensity of the line pattern to 1, one obtains the diagram shown below. There is also a pair of lines marked, which is mapped to a neighborhood of three pixels. Due to the normalization, the intensity error ΔI corresponds to the minimum contrast ratio KVmin.

In der 4 sind Teile einer Bildaufnahmeeinrichtung 6 einer anderen Ausführungsform der Regelvorrichtung 1 zu erkennen. Hier ist die Bildaufnahmeeinrichtung 6 mit einem Bildverstärker 14 versehen, der die Empfindlichkeit des Detektors 15 erhöht. Von dem Messobjekt 2 kommendes Licht wird zunächst durch eine erste Linse 16 auf den Bildverstärker 14 geleitet und nachdem dieser passiert wurde mittels einer zweiten Linse 17 auf den als Kamerachip ausgebildeten Detektor 15 der Bildaufnahmeeinrichtung 6 der Regelvorrichtung 1 abgebildet. Weiter ist zu erkennen, dass der Bildverstärker mit einer Photokathode 18, einer Mikrokanalplatte 19 und einem Phosphorschirm 20 versehen ist. Der Aufbau des Bildverstärkers 14 kann auch noch weiter optimiert werden, indem die Abbildung auf dem Detektor 15 nicht, wie dargestellt über eine Linsenoptik, sondern über eine direkte Ankopplung des Phosphorschirms 20 an nicht erkennbare Photosensoren des Detektors 15 erfolgt, beispielsweise über Faserbündel.In the 4 are parts of an image capture device 6 another embodiment of the control device 1 to recognize. Here is the image capture device 6 with an image intensifier 14 provided the sensitivity of the detector 15 elevated. From the measurement object 2 The coming light is first through a first lens 16 on the image intensifier 14 passed and after this happened by means of a second lens 17 on the trained as a camera chip detector 15 the image pickup device 6 the control device 1 displayed. It can also be seen that the image intensifier with a photocathode 18 , a microchannel plate 19 and a phosphor screen 20 is provided. The structure of the image intensifier 14 can also be further optimized by the image on the detector 15 not, as shown via a lens optics, but via a direct coupling of the phosphor screen 20 on unrecognizable photosensors of the detector 15 takes place, for example via fiber bundles.

Bei der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 1 konnten also unter anderem eine aus wenigstens einer Projektoreinrichtung 5 und einer Bildaufnahmeeinrichtung 6 bestehende Bilderzeugungseinrichtung 21, eine hoch parallele Datenverarbeitungseinheit 8 und ein Signalerzeugungsmittel 10 so kombiniert werden, dass Zustände sich schnell verändernder Oberflächen (Verformung, Bewegung oder andere Merkmale) erfasst und daraus ein geeignetes Steuer- und/oder Regelsignal für den Umformprozess abgeleitet werden kann. In modernen Umformprozessen spielt die schnelle und vollständige Überwachung und Steuerung des Produktionsprozesses eine wichtige Rolle. Insbesondere liefert dabei die Oberflächenqualität der Werkzeuge wie auch des Umformgutes wichtige Informationen über den Zustand des Prozesses und der Werkzeuge. Durch die vollständige Erfassung der Oberfläche können nicht nur Rückschlüsse auf die Werkzeugqualität, sondern auch Materialfehler oder dro hende Mangelschmierung gezogen werden. Dadurch können Umformprozesse näher an ihrem Betriebsoptimum betrieben werden, da Sicherheitsfenster deutlich reduziert werden können. Auch können die Maschinenstandzeiten verlängert und die Rüstzeigen der Anlagen deutlich verringert werden.In the control device according to the invention 1 So could one of at least one projector device 5 and an image pickup device 6 existing image forming device 21 , a high-parallel data processing unit 8th and a signal generating means 10 be combined so that states of rapidly changing surfaces (deformation, movement or other features) recorded and from this a suitable control and / or regulating signal for the forming process can be derived. Fast and complete monitoring and control of the production process plays an important role in modern forming processes. In particular, the surface quality of the tools as well as the forming material provides important information about the state of the process and the tools. The complete detection of the surface not only allows conclusions to be drawn about the tool quality, but also material defects or impending lack of lubrication. As a result, forming processes can be operated closer to their optimum operation, since security windows can be significantly reduced. Also, the machine service life can be extended and the setup of the equipment can be significantly reduced.

Dementsprechend betrifft die vorstehend beschriebene Erfindung eine Regelvorrichtung 1 mit wenigstens einer Projektoreinrichtung 5, welche ein homogenes oder strukturiertes Lichtmuster auf ein Messobjekt 2 richtet, mit einer wenigstens einen aus einer Mehrzahl von Pixeln gebildeten Detektor 15 aufweisenden Bildaufnahmeeinrichtung 6, welche das am Messobjekt 2 gestreute Licht aufnimmt, mit einer hochparallelen Datenverarbeitungseinheit 8 mit einer Mehrzahl von Prozessoren, und mit wenigstens einem Signalerzeugungsmittel 10 sowie mit einer Steuer- und Regeleinheit 12. Um eine Regelvorrichtung 1 zur Verfügung zu haben, die bei schnellen Umformprozessen von Werkstücken bzw. Werkstoffen 3 eine vollständige Überwachung und Steuerung des Prozesses gewährleistet und durch eine zeitnahe Beeinflussung von Betriebsparametern einen optimalen Prozessablauf mit längeren Maschinenstandzeiten ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die hochparallele Datenverarbeitungseinheit 8 von der Bildaufnahmeeinrichtung 6 empfangene Bilddaten im wesentlichen gleichzeitig mit einer identischen Abfolge von Rechenoperationen verarbeitet und das Rechenergebnis an das Signalerzeugungsmittel 10 zur Erzeugung mindestens eines Steuer- und/oder Regelsignals weitergibt, mittels dessen die Steuer- und Regeleinheit 12 eine Stellgröße eines Umformprozesses des Messobjekts 2 manipuliert.Accordingly, the invention described above relates to a control device 1 with at least one projector device 5 which gives a homogeneous or structured light pattern to a measurement object 2 directed, with a detector formed at least one of a plurality of pixels 15 having image pickup device 6 that on the object to be measured 2 scattered light, with a highly parallel data processing unit 8th with a plurality of processors, and with at least one signal generating means 10 as well as with a control unit 12 , To a control device 1 to have at their disposal, in rapid forming processes of workpieces or materials 3 Ensures complete monitoring and control of the process and by a timely influencing of operating parameters allows an optimal process flow with longer machine life, it is proposed that the highly parallel data processing unit 8th from the image pickup device 6 received image data processed substantially simultaneously with an identical sequence of arithmetic operations and the calculation result to the signal generating means 10 for the generation of at least one control and / or control signal passes, by means of which the control unit 12 a manipulated variable of a forming process of the measurement object 2 manipulated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 94/09441 [0004]
- DE 19633686 A1 [0005]

Claims

A control device with at least one projector device which directs a homogeneous or structured light pattern onto a measurement object, with an image pickup device comprising at least one detector formed of a plurality of pixels, which picks up the light scattered by the measurement object, with a highly parallel data processing unit having a plurality of processors, and with at least one signal generating means and with a control and regulation unit, characterized in that the highly parallel data processing unit ( 8th ) from the image recording device ( 6 ) processed image data substantially simultaneously with an identical sequence of arithmetic operations and the calculation result to the signal generating means ( 10 ) for generation of at least one control and / or control signal, by means of which the control unit ( 12 ) a manipulated variable of a forming process of the test object ( 2 ) manipulated.

Control device according to claim 1, characterized in that each processor of the highly parallel data processing unit ( 8th ) at least one pixel, in particular exactly one pixel, of the detector ( 15 ) of the image recording device ( 6 ) assigned.

Control device according to claim 2, characterized in that each processor of the highly parallel data processing unit ( 8th ) is coupled to a plurality of pixels adjacent to the one pixel.

Control device according to one of claims 1 to 3, that the highly parallel data processing unit ( 8th ) with the chip of the image recording device ( 6 ) forms a structural unit, in particular integrated in the chip.

Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the image recording device ( 6 ) an image intensifier ( 14 ) having.

Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the image pickup device ( 6 ) has an array of microlenses.

Regulating device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring object ( 2 ) through the surface of a material ( 3 ), the surface of a tool processing the material ( 4 ) or the surface of an interaction product of the first two is formed.

Regulating device according to one of the preceding claims, characterized in that by means of its image-processing components both structural features, as well as those of the position, position or movement of material ( 3 ) and / or tool ( 4 ) attributable features are detectable.

Regulating device according to one of the preceding claims, characterized in that manipulable variables of the forming process that can be influenced both by the tool ( 4 ) or the material ( 3 ) directly influencing physical variables, as well as by means of the forming process or by instructions to operators are formed.