DE102017221649A1 - Test method for detecting surface defects on matt and shiny surfaces and associated device and test arrangement between the device and component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Formerfassung und/oder Oberflächenprüfung eines Bauteils (Bn), insbesondere auf der Basis der Methode des Shape-from-Shading mit folgenden Schritten: - Anordnen von mindestens einer Kamera (K0), mindestens einem Beleuchtungselement (101B) und dem Bauteil (Bn) in einer Prüfanordnung derart, dass zumindest ein Bereich einer Bauteiloberfläche, der mindestens einem Messbereich (Mn) entspricht, von dem wenigstens einen Beleuchtungselement (101B) beleuchtet wird, - Aufnehmen einer Messbereichs-Bildfolge mittels der Kamera (K0) in mehreren Messbereichen (Mn) durch eine Bewegung der Kamera (K0) gegenüber dem Bauteil (Bn) oder umgekehrt, wobei die Messbereiche (Mn) der Bauteiloberfläche (3) in einer Bildebene der Kamera (K) abgebildet und gleichzeitig mit der Aufnahme der Bilder der Messbereichs-Bildfolge mit dem mindestens einen Beleuchtungselement (101B) in einem zugehörigen Beleuchtungsvorgang (Ln) beleuchtet werden, - Auswerten der aufgenommenen Bilder der Messbereichs-Bildfolge in mindestens einem der mehreren Messbereiche (Mn) der Bauteiloberfläche in Hinblick auf eine veränderte lokale Oberflächenneigung und/oder lokale optische Eigenschaften der Bauteiloberfläche.
Es ist vorgesehen, dass die Bewegung der Kamera (K0) und das mindestens eine Beleuchtungselement, die gemeinsam in einem erfindungsgemäßen Prüfkopf angeordnet sind, gegenüber dem Bauteil (Bn) oder umgekehrt bei dem Aufnehmen der Messbereichs-Bildfolge kontinuierlich vorgenommen wird.
The invention relates to a method for optical shape detection and / or surface inspection of a component (B n ), in particular based on the method of shape-from-shading with the following steps: arranging at least one camera (K0), at least one illumination element (101B ) and the component (Bn) in a test arrangement such that at least one region of a component surface corresponding to at least one measurement region (Mn) is illuminated by the at least one illumination element (101B), - capturing a measurement region image sequence by means of the camera (K0 ) in a plurality of measuring areas (M n ) by a movement of the camera (K0) relative to the component (B n ) or vice versa, wherein the measuring areas (M n ) of the component surface (3) imaged in an image plane of the camera (K) and simultaneously the images of the measuring range image sequence are illuminated with the at least one lighting element (101B) in an associated lighting process (L n ), - Auswe of the recorded images of the measuring range image sequence in at least one of the plurality of measuring regions (M n ) of the component surface with regard to a changed local surface inclination and / or local optical properties of the component surface.
It is provided that the movement of the camera (K0) and the at least one illumination element, which are arranged together in a test head according to the invention, are carried out continuously with respect to the component (B n ) or vice versa when recording the measuring range image sequence.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Formerfassung und/oder Oberflächenprüfung eines Bauteils, insbesondere auf der Basis der Methode des Shape-from-Shading, und eine zugehörige Vorrichtung sowie eine Prüfanordnung zwischen der Vorrichtung und dem Bauteil.The invention relates to a method for optical shape detection and / or surface inspection of a component, in particular based on the method of shape-from-shading, and an associated device and a test arrangement between the device and the component.
Zur Prüfung von Oberflächen werden in Abhängigkeit der verschiedenen Oberflächenprüfaufgaben stets spezielle Lösungsansätze entwickelt, die genau auf die Prüfaufgabe zugeschnitten sind. Beispielsweise werden mit hohem Aufwand technische Lösungen entwickelt, die für unterschiedliche Oberflächeneigenschaften, wie zum Beispiel spiegelnde Oberflächen (lackierte Fläche) oder matte Oberflächen, geeignet sind.Depending on the various surface testing tasks, special solutions are always developed for the testing of surfaces, which are tailored exactly to the test task. For example, technical solutions are developed at great expense which are suitable for different surface properties, such as, for example, reflective surfaces (painted surface) or matt surfaces.
Bekannte Verfahren sind unter anderem die Deflektometrie, die Stereometrie und das so genannte Shape-from-Shading mit statischem Aufbau. Bei Verfahren des Shape-from- Shading werden Veränderungen des Neigungsverlaufs oder auch flache Strukturen (niedrige Senken, leichte Anhebungen mit geringer Neigung) bestimmt. Dabei werden leichte Veränderungen der reflektierten Lichtintensität ausgewertet, um bei bekannter geometrischer Anordnung zwischen Kamera, Objekt und Lichtquelle auf die jeweilige Neigung der reflektierenden Bereiche zu schließen.Known methods include deflectometry, stereometry and the so-called shape-from-shading with static structure. Shape-from-shading techniques determine changes in slope or even flat structures (low valleys, slight elevations with low slopes). In this case, slight changes in the reflected light intensity are evaluated in order to close the known inclination of the reflective areas with a known geometrical arrangement between camera, object and light source.
Die Deflektometrie kann verfahrensbedingt nur zur Prüfung von spiegelnden Flächen, wie zum Beispiel lackierten Flächen, verwendet werden.Due to the process, deflectometry can only be used to test reflective surfaces, such as painted surfaces.
Bisher bekannte Ansätze des Shape-from-Shading-Verfahrens werden soweit bekannt nur für matte, nicht für spiegelnde Flächen verwendet.Previously known approaches of the shape-from-shading method are widely known only for matte, not used for reflective surfaces.
Die Druckschrift
Bekannt ist die Druckschrift
Die Druckschrift
Zudem wird auf die Druckschrift
Bekannt ist ferner ein in der Druckschrift
Die Druckschrift
Bekannt ist ferner die Druckschrift
Ein Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, dass die Diffusität des durch die Beleuchtungselemente ausgesendeten Lichtes für glänzende zum Beispiel lackierte Flächen, bei denen je nach Art des Lacks von diffuser Streuung (optisch raue Oberfläche) zumeist glänzende Anteile bis hin zu spiegelnden Anteilen auftreten, nicht ausreichend ist, um Spiegelungen der Lichtquellen, insbesondere lichtemittierenden Dioden (LED's), auf dem zu prüfenden Bauteil ausreichend zu unterdrücken.A disadvantage of the known solutions is that the diffusivity of the light emitted by the lighting elements for glossy, for example, painted surfaces, where depending on the type of paint from diffuse scattering (optically rough surface) mostly glossy proportions to specular components occur not is sufficient to suppress reflections of the light sources, in particular light-emitting diodes (LED's) on the component to be tested sufficiently.
Darüber hinaus sind alle bekannten Lösungen für Vorrichtungen und die zugehörigen Verfahren sehr zeitaufwändig und kompliziert aufgebaut und somit für einen Serieneinsatz kaum geeignet.In addition, all known solutions for devices and associated methods are very time consuming and complicated and thus hardly suitable for mass production.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Formerfassung und/oder Oberflächenprüfung für Bauteile mit unterschiedlichen geometrischen Freiformen, insbesondere auf der Basis der Methode des Shape-from-Shading, zu schaffen, welche sich für einen Serieneinsatz eignen und somit die Prüfzeiten der variabel untersuchbaren Bauteile kurz sind, wobei das Verfahren und die Vorrichtung ein qualitativ hochwertiges Prüfergebnis sowohl für unterschiedliche Oberflächeneigenschaften, insbesondere spiegelnde, insbesondere lackierte Oberflächen und matte Oberflächen erreichen soll. The invention is an object of the invention to provide a method and apparatus for optical shape detection and / or surface testing for components with different geometric freeforms, in particular based on the method of shape-from-shading, which are suitable for mass production and Thus, the test times of variably examined components are short, the method and the device should achieve a high-quality test result for both different surface properties, in particular reflective, especially painted surfaces and matte surfaces.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur optischen Formerfassung und/oder Oberflächenprüfung eines Bauteils, insbesondere auf der Basis der Methode des Shape-from-Shading, mit folgenden Schritten:
- - Anordnen von mindestens einer Kamera, mindestens einem Beleuchtungselement und dem Bauteil in einer Prüfanordnung derart, dass zumindest ein Bereich einer Bauteiloberfläche, der mindestens einem Messbereich entspricht, von dem wenigstens einen Beleuchtungselement beleuchtet wird,
- - Aufnehmen einer Messbereichs-Bildfolge mittels der Kamera in mehreren Messbereichen durch eine Bewegung der Kamera gegenüber dem Bauteil oder umgekehrt, wobei die Messbereiche der Bauteiloberfläche in einer Bildebene der Kamera abgebildet und gleichzeitig mit der Aufnahme der Bilder der Messbereichs-Bildfolge mit dem mindestens einen Beleuchtungselement in einem zugehörigen Beleuchtungsvorgang beleuchtet werden,
- - Auswerten der aufgenommenen Bilder der Messbereichs-Bildfolge in mindestens einem der mehreren Messbereiche der Bauteiloberfläche in Hinblick auf eine veränderte lokale Oberflächenneigung und/oder lokale optische Eigenschaften der Bauteiloberfläche.
- Arranging at least one camera, at least one lighting element and the component in a test arrangement such that at least one area of a component surface that corresponds to at least one measuring area is illuminated by the at least one lighting element,
- - Recording a measuring range image sequence by the camera in several measuring ranges by a movement of the camera relative to the component or vice versa, wherein the measuring ranges of the component surface imaged in an image plane of the camera and simultaneously with the recording of images of the measuring range image sequence with the at least one lighting element illuminated in an associated lighting process,
- Evaluating the recorded images of the measuring range image sequence in at least one of the plurality of measuring regions of the component surface with regard to an altered local surface inclination and / or local optical properties of the component surface.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- - die Bewegung der Kamera gegenüber dem Bauteil oder umgekehrt bei dem Aufnehmen der Messbereichs-Bildfolge kontinuierlich vorgenommen wird.
- - The movement of the camera relative to the component or vice versa in recording the measuring area image sequence is made continuously.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass in einer kontinuierlichen Bewegung der Kamera gegenüber dem Bauteil oder umgekehrt die Bauteiloberfläche gemäß den genannten Merkmalen „abgescannt“ wird.A significant advantage of the method according to the invention is that in a continuous movement of the camera relative to the component or vice versa, the component surface is "scanned" according to the features mentioned.
Bei den herkömmlichen Verfahren wird eine Messposition angefahren, die Bewegung wird danach gestoppt, die Aufnahmen einer Messbereichs-Bildfolge wird durchgeführt und anschließend wird die nächste Messposition angefahren. Dadurch können durch das ständige Stoppen und Anfahren zur Erstellung der Messbereichs-Bildfolge nur deutlich geringere Messgeschwindigkeiten erreicht werden.In the conventional method, a measuring position is approached, the movement is then stopped, the recording of a measuring range image sequence is carried out and then the next measuring position is approached. As a result, only significantly lower measuring speeds can be achieved by the constant stopping and starting to produce the measuring range image sequence.
Ausgangspunkt der Erfindung ist als Vorrichtung ein Prüfkopf mit einem Gehäuseteil zur optischen Formerfassung und/oder Oberflächenprüfung eines Bauteils unter Verwendung des Verfahrens, umfassend
- - mindestens eine Kamera mit mindestens einem Objektiv zum Aufnehmen von Bilddaten mindestens eines Messbereichs-Bildes einer Messbereichs-Bildfolge einer Bauteiloberfläche des Bauteils,
- - mindestens ein schaltbares Beleuchtungselement als Lichtquelle zur Beleuchtung zumindest eines Bereichs der Bauteiloberfläche des Bauteils während der Aufnahme des mindestens einen Messbereichs-Bildes, wobei
- - das mindestens eine Beleuchtungselement außerhalb des Nordpols eines halbkugelförmigen Streukörpers gegenüber einer Messebene des Messbereichs-Bildes geneigt angeordnet ist, und
- - das mindestens eine Objektiv der Kamera gegenüber dem Streukörper derart angeordnet ist, dass das Objektiv der Kamera durch die Sichtöffnung des Streukörpers an seinem Nordpol den beleuchteten Bereich der Bauteiloberfläche des Bauteils parallel zur Messebene des Messbereichs-Bildes erfasst.
- at least one camera with at least one objective for capturing image data of at least one measurement area image of a measurement area image sequence of a component surface of the component,
- - At least one switchable lighting element as a light source for illuminating at least a portion of the component surface of the component during recording of the at least one measuring range image, wherein
- - The at least one illumination element is arranged inclined outside the north pole of a hemispherical scattering body with respect to a measuring plane of the measuring range image, and
- - The at least one lens of the camera relative to the scattering body is arranged such that the lens of the camera detected by the viewing aperture of the scatterer body at its north pole the illuminated area of the component surface of the component parallel to the measurement plane of the measuring range image.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
- - dem mindestens einen Beleuchtungselement ein Diffussorelement zugeordnet ist, welches das vom dem mindestens einen Beleuchtungselement ausgesendete Licht streut, welches anschließend in einem vorgebbaren Winkel auf eine Innenwand des Gehäuseteils trifft, wobei
- - die Innenwand des Gehäuseteils zur Streuung des Lichts beschichtet ist, so die Innenwand als Lichtreflektor und als Streuelement wirkt, und das gestreute Licht in einem Reflektionswinkel von der Innenwand abstrahlt, welches anschließend auf eine dem Bauteil abgewandte Oberfläche des Streukörpers trifft,
- - wobei der Streukörper das durch ihn hindurchtretende Licht austrittsseitig des Streukörpers verteilt, welches auf den zu beleuchtenden Bereich der Bauteiloberfläche des Bauteils trifft.
- - The at least one lighting element is associated with a Diffussorelement which scatters the emitted light from the at least one illumination element, which then meets at a predetermined angle to an inner wall of the housing part, wherein
- the inner wall of the housing part is coated to scatter the light, so that the inner wall acts as a light reflector and as a scattering element, and the scattered light radiates at a reflection angle from the inner wall, which subsequently impinges on a surface of the scattering body facing away from the component,
- - Wherein the scattering body distributes the light passing through it on the outlet side of the scattering body, which strikes the area to be illuminated of the component surface of the component.
In vorteilhafter Weise werden die Spiegelungen der Lichtquelle(n) des mindestens einen Beleuchtungselementes erst durch die Reflektion an der Innenwand, insbesondere einer Zylinderinnenwand des Prüfkopfes, und der anschließenden Transmission durch eine als Streukörper ausgebildete opake Halbkugel soweit unterdrückt, dass eine Messung auf glänzenden Oberflächen und auch auf matten Oberflächen des jeweiligen zu prüfenden Bauteils möglich wird.Advantageously, the reflections of the light source (s) of the at least one illumination element only by the reflection on the inner wall, in particular a cylinder inner wall of the test head, and the subsequent transmission by an opaque hemisphere designed as a scattering body suppressed so far that a measurement on shiny surfaces and also on matte surfaces of the respective component to be tested is possible.
Die Opazität ist ein Maß für die Lichtundurchlässigkeit (Trübung) von transluzenten (streuend lichtdurchlässigen) Materialien und Schichten. Die Licht(un)durchlässigkeit der opaken Halbkugel als Streukörper wird als Transmission von elektromagnetischen Wellen angegeben. Mit anderen Worten, ein Teil des auf die opake Halbkugel treffenden Lichts mit bestimmter vorgebbarer Wellenlänge tritt somit durch das Material der opaken Halbkugel hindurch.Opacity is a measure of the opacity (opacity) of translucent (diffusely translucent) materials and layers. The light (un) permeability of the opaque hemisphere as scattering body is given as the transmission of electromagnetic waves. In other words, part of the light striking the opaque hemisphere with a certain predeterminable wavelength thus passes through the material of the opaque hemisphere.
Eine Prüfung auf matten Oberflächen ist mit dem gleichen Prüfkopf in der nachfolgend erläuterten Prüfanordnung und dem zugehörigen Verfahren ebenfalls möglich, so dass mit dem erfindungsgemäßen Prüfkopf innerhalb der erfindungsgemäßen Prüfanordnung in vorteilhafter Weise sowohl matte als auch glänzende Oberflächen des jeweils zu prüfenden Bauteils detektiert werden können.A test on dull surfaces is also possible with the same test head in the test arrangement and the associated method described below, so that with the test head according to the invention within the test arrangement according to the invention both matte and glossy surfaces of each component to be tested can be detected in an advantageous manner.
Der Prüfkopf weist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung das mindestens eine Beleuchtungselement zur Neigungsverstellung gegenüber der Messebene des Bauteils mindestens ein Neigungsverstellelement auf, das indirekt oder direkt mit dem Gehäuseteil in Verbindung steht.The test head has in a preferred embodiment of the invention, the at least one lighting element for tilt adjustment relative to the measuring plane of the component at least one Neigungsverstellelement which is indirectly or directly with the housing part in combination.
Bevorzugt ist das Diffussorelement an dem Beleuchtungselement angeordnet.The diffuser element is preferably arranged on the lighting element.
Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass als Beschichtung der streuenden und reflektierenden Innenwand eine weiße Spezialfarbe ausgebildet ist, die auf ihrer Innenseite eine raue Oberfläche mit einer vorgebbaren Oberflächenrauigkeit aufweist.In addition, it is preferably provided that a white special color is formed as a coating of the scattering and reflecting inner wall, which has on its inside a rough surface with a predeterminable surface roughness.
Außerdem ist der Prüfkopf dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der opaken Halbkugel im unteren Teil - in Aquatornähe - in Richtung des oberen Teils - zum Nordpol hin - zum oberen Teil hin deutlich abnimmt. Zur Herstellung der opaken Halbkugel können verschiedene Materialien zum Einsatz kommen. Wesentlich ist, dass eine homogene Verteilung der Opazität vorliegt und dass die Opazität bei Ausdünnung des Materials, zum Beispiel durch ein Tiefziehverfahren, homogen bleibt.In addition, the test head is characterized in that the wall thickness of the opaque hemisphere in the lower part - in the vicinity of the equator - in the direction of the upper part - towards the north pole - towards the upper part decreases significantly. Various materials can be used to make the opaque hemisphere. It is essential that a homogeneous distribution of the opacity is present and that the opacity remains homogeneous when thinning the material, for example by a deep-drawing process.
Der Prüfkopf ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ein Hohlzylinder, der die genannten Komponenten in seinem Inneren vollständig in kompakter Weise aufnimmt.The test head is in a preferred embodiment of the invention, a hollow cylinder which receives the said components in its interior completely in a compact manner.
Die Erfindung umfasst zudem eine Prüfanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein robotergestützt geführter Prüfkopf gegenüber einem zur optischen Formerfassung und/oder Oberflächenprüfung angeordneten Bauteil angeordnet ist, wobei der Prüfkopf zum Aufnehmen einer Messbereichs-Bildfolge mittels der Kamera in mehreren Messbereichen des Bauteils durch eine Bewegung der Kamera gegenüber dem Bauteil oder umgekehrt durch den Roboter geführt wird.The invention additionally comprises a test arrangement, which is characterized in that a robot-guided guided test head is arranged opposite a component arranged for optical shape detection and / or surface testing, wherein the test head for recording a measuring range image sequence by means of the camera in several measuring ranges of the component by a Movement of the camera relative to the component or vice versa is guided by the robot.
Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die globale Lage des Bauteils zur 6D-Bauteillokalisierung im Raum mit einem Lagebestimmungssystem, insbesondere einem Stereokamerasystem, bestimmt und eine 6D-Referenzlage berechnet wird, wobei zumindest eine einmalige Kalibrierung zwischen einem Roboterarm des Roboters und dem System durchgeführt wird, wodurch eine Referenzierung des Bauteils im dreidimensionalen Raum in seiner Soll-Position gegenüber dem robotergestützt geführten Prüfkopf in einer vorgebbaren Abstandskonstanz zwischen Prüfkopf und Bauteiloberfläche des Bauteils vorliegt.Finally, according to the invention, it is provided that the global position of the component for 6D component orientation in space is determined using a position determination system, in particular a stereo camera system, and a 6D reference position is calculated, at least a one-time calibration being performed between a robotic arm of the robot and the system, whereby there is a referencing of the component in three-dimensional space in its nominal position relative to the robot-guided guided test head in a predefinable distance constancy between the test head and the component surface of the component.
Die bisherigen Lösungen können als statisch und als nicht dynamisch bezeichnet und angesehen werden, da die Bewegung der Kamera gegenüber dem Bauteil oder umgekehrt bei dem Aufnehmen der Messbereichs-Bildfolge nicht kontinuierlich erfolgt, mithin nicht in Echtzeit erfolgt.The previous solutions can be called static and as not dynamic and considered, since the movement of the camera relative to the component or vice versa when recording the measuring area image sequence is not continuous, so not done in real time.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen der Kamera und dem Bauteil während der Aufnahme der mehreren Bilder je Messbereich-Bild der Messbereichs-Bildfolge konstant ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the speed of the relative movement between the camera and the component during recording of the plurality of images per measuring range image of the measuring range image sequence is constant.
Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen der Kamera und dem Bauteil zwischen den Aufnahmen der mehreren Bilder je Messbereich-Bild der Messbereichs-Bildfolge konstant oder variabel ist.Furthermore, in a preferred embodiment of the invention, it is provided that the speed of the relative movement between the camera and the component between the recordings of the plurality of images per measurement area image of the measurement area image sequence is constant or variable.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die globale Lage des Bauteils im Raum in einer Null-Position vor dem Aufnehmen der Messbereichs-Bildfolge mittels der Kamera dreidimensional erfasst und als Soll-Position gespeichert wird.It is preferably provided that the global position of the component in space in a zero position before the recording of the measuring range image sequence by means of the camera is detected three-dimensionally and stored as a desired position.
Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstand des Bauteils gegenüber der Kamera in Abhängigkeit der Bauteilgröße in einem vorgegebenen Abstand von der Soll-Position des Bauteils erfolgt, wobei der vorgegebene Abstand während der kontinuierlichen Bewegung innerhalb einer vorgebbaren Abstandsgenauigkeit eingehalten wird.In addition, it is preferably provided that the distance of the component relative to the camera in dependence on the component size takes place at a predetermined distance from the nominal position of the component, wherein the predetermined distance is maintained during the continuous movement within a predetermined distance accuracy.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist - wie erwähnt - vorgesehen, dass für jedes Bild der Messbereichs-Bildfolge mehrere Bilder aufgenommen werden, die anschließend erfindungsgemäß zu dem den mindestens einen Messbereich repräsentierenden Messbereichs-Bild des Bauteils zusammengesetzt werden.In a preferred embodiment of the invention is - as mentioned - provided that for each image of the measuring range image sequence multiple images are subsequently added according to the invention to the measuring range image of the component representing the at least one measuring range.
Dabei wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen, dass die Aufnahmen der mehreren Bilder der Messbereichs-Bildfolge der mehreren zweidimensionalen Messbereiche der erfassten Bauteiloberfläche zueinander eine Überlapplänge aufweisen.In this case, the procedure according to the invention proceeds as follows: the recordings of the multiple images of the measuring range image sequence of the several two-dimensional measuring ranges of the detected component surface relative to one another have an overlapping length.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass jedem Messbereich ein zweidimensionaler Messort zugeordnet ist, in dessen gesamtem Bildbereich mit der Bildgröße die Messebene als Tiefenschärfebedingung maximal um die Tiefenschärfe von der Bauteilkontur des Bauteils abweicht, wobei die Kamera orthogonal zu dem zweidimensionalen Messort ausgerichtet ist, und hinsichtlich der Orthogonalität eine vorgebbare Toleranz der Neigung gegenüber der Messebene eingehalten wird.Furthermore, it is preferably provided that each measuring range is assigned a two-dimensional measuring location, in the entire image area of which the image size deviates maximum depth of focus from the component contour of the component as a depth-sharpness condition, the camera being oriented orthogonally to the two-dimensional measuring location, and with respect to FIG Orthogonality a specified tolerance of the inclination towards the measuring level is maintained.
Das Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, dass jede Aufnahme der mehreren Bilder jedes Bild der Messbereichs-Bildfolge innerhalb einer Belichtungsdauer auf einem Plateau mit konstantem Lichtstrom mit einem vordefinierten Nennlichtstrom vorgenommen wird.The method is further characterized in that each recording of the multiple images of each image of the measuring range image sequence is carried out within an exposure time on a plateau with a constant luminous flux with a predefined nominal luminous flux.
Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass der Beginn jeder ersten Aufnahme der mehreren Bilder jedes Bildes der Messbereichs-Bildfolge durch einen Trigger wegsynchron, in Abhängigkeit von der zurückgelegten Relativbewegung der Kamera gegenüber dem Bauteil oder umgekehrt vorgenommen wird, so dass die Überlapplänge konstant ist.Preferably, it is further provided that the beginning of each first recording of the multiple images of each image of the measuring range image sequence by a trigger wegtsynchron, in response to the distance traveled relative movement of the camera relative to the component or vice versa, so that the overlap length is constant.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Master-Trigger-Signal, sobald sich die Kamera in Abhängigkeit der wegsynchronen Steuerung an einer ersten Aufnahme der mehreren Bilder jedes Bildes der Messbereichs-Bildfolge vorgesehenen Position befindet, eine Triggerkette auslöst, wobei mittels einer Slave-Triggers-Beleuchtung das mindestens eine Beleuchtungselement der mindestens einen Beleuchtungseinrichtung der zugehörige Beleuchtungsvorgang und in einem zeitlichen Versatz eine Slave-Triggers-Kamera der Kamera angesteuert und gestartet wird, mittels der eine Bildaufnahme innerhalb des Plateaus vorgenommen wird, wonach das nächste Master-Trigger-Signal ausgelöst wird.In particular, it is provided that a master trigger signal, as soon as the camera is in dependence on the wegsynchronen control on a first shot of the multiple images of each image of the measuring range image sequence position provided triggers a trigger chain, by means of a slave trigger lighting the at least one illumination element of the at least one illumination device is associated with the associated illumination process and a slave trigger camera of the camera is triggered and started by means of which an image acquisition is undertaken within the plateau, whereafter the next master trigger signal is triggered.
Das Verfahren ist bevorzugt durch folgende Schritte gekennzeichnet:The method is preferably characterized by the following steps:
In einem ersten Schritt a) erfolgt innerhalb eines integrierten Schaltkreises die Aufnahme der mehreren Bilder jedes Bildes der Messbereichs-Bildfolge.In a first step a) takes place within an integrated circuit, the recording of the multiple images of each image of the measuring range image sequence.
In einem zweiten Schritt b) erfolgt innerhalb des integrierten Schaltkreises eine Verschiebungskorrektur, der vorgeplanten überlagerten Messbereiche, wobei bevorzugt neben der vorgeplanten Überlappung zusätzlich ungeplante Ungenauigkeiten korrigiert werden, indem die Aufnahmen der mehreren Bilder jedes Bild der Messbereichs-Bildfolge und die Messbereiche untereinander relativ zueinander durch eine Verschiebungskorrektur „ausgeschwommen“ werden, nachdem die Einzelausschnitte der Bildaufnahme zur Berechnung einer Verschiebungskorrektur an einen Prozessor übertragen wurden, wobei das Ergebnis als Korrekturdaten an den integrierten Schaltkreis zur Verschiebungskorrektur zurückgesendet werden, so dass im integrierten Schaltkreis die Verschiebung durchgeführt wird.In a second step b), within the integrated circuit, a displacement correction, the pre-planned superimposed measuring ranges, wherein in addition to the pre-planned overlap additionally unplanned inaccuracies are corrected by the shots of the multiple images each image of the measuring range image sequence and the measuring ranges with each other relative to each other a shift correction is "panned out" after the individual sections of the image acquisition have been transferred to a processor for calculating a displacement correction, the result being sent back as correction data to the integrated circuit for displacement correction, so that the shift is performed in the integrated circuit.
In einem dritten Schritt c) wird nach dem Shape-from-Shading-Algorithmus die Berechnung des Albedo als Maß für das Rückstrahlvermögen der Bauteiloberfläche des Bauteils in dem mindestens einen der mehreren Messbereiche abgeleitet.In a third step c), according to the shape-from-shading algorithm, the calculation of the albedo as a measure of the retroreflectivity of the component surface of the component in the at least one of the plurality of measurement ranges is derived.
In einem vierten Schritt d) wird das Ergebnis der Berechnung des Shape-from-Shading-Algorithmus mit entsprechenden Filter- und Korrektur-Algorithmen gefiltert und korrigiert.In a fourth step d), the result of the calculation of the shape-from-shading algorithm is filtered and corrected with corresponding filter and correction algorithms.
In einem fünften Schritt e) wird eine Analyse der Messbereiche in Bezug auf besonders interessierende Bereiche und eine Maskierung vorgenommen.In a fifth step e), an analysis of the measuring ranges with respect to areas of particular interest and masking is carried out.
In einem sechsten Schritt f) werden die interessierenden Bereiche mit lokalen Koordinaten versehen, die denen auf der Bauteiloberfläche des entsprechenden Bauteils relevante Oberflächenfehler entsprechen, wobei die lokalen Koordinaten zur weiteren Berechnung an den Prozessor weitergereicht werden.In a sixth step f), the regions of interest are provided with local coordinates which correspond to surface defects relevant to the component surface of the corresponding component, the local coordinates being passed on to the processor for further calculation.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass in einem siebenten Schritt g) eine Defekterkennung erfolgt, in dem die potentiellen Defekte identifiziert werden.In a preferred embodiment of the invention is further provided that in a seventh step g) a defect detection takes place, in which the potential defects are identified.
In einem achten Schritt h) werden die potentiellen Defekte nach bestimmten vorgebbaren Parametern, insbesondere der Größe, parametriert und in Fehlerklassen klassifiziert.In an eighth step h) the potential defects are parameterized according to specific predefinable parameters, in particular the size, and classified into error classes.
In einem neunten Schritt h) werden von den potentiellen Defekten ausgehend echte Defekte klassifiziert.In a ninth step h) genuine defects are classified from the potential defects.
In einem zehnten Schritt i) werden zu diesen echten Defekten aus den lokalen Koordinaten eines Messbereichs die globalen Koordinaten gemäß der globalen Lage des Bauteils nach Anspruch 2 ermittelt, wobei die lokalen Koordinaten der echten Defekte im jeweiligen zweidimensionalen Messbereich dreidimensional auf die mehreren Messbereiche des Bauteils „gemappt“ werden, so dass die echten Defekte exakt im dreidimensionalen Raum auf dem eine dreidimensionale Freiform aufweisenden Bauteil angeordnet sind.In a tenth step i) for these genuine defects from the local coordinates of a measuring range, the global coordinates according to the global position of the component are determined according to
Die in einem elften Schritt j) „gemappten“ echten Defekte werden nach einer Übermittlung an eine Graphikkarte visualisiert auf einem Monitor angezeigt.The real defects "mapped" in an eleventh step j) are visualized on a monitor after being transmitted to a graphics card.
Schließlich werden in einem letzten zwölften Schritt k) die „gemappten“ echten Defekte in Fehlertabellen unter entsprechender Lokalisierung mit Defektart und Defektgröße abgespeichert und zur weiteren Auswertung bereitgestellt.Finally, in a last twelfth step k) the "mapped" real defects are stored in error tables with appropriate localization with defect type and defect size and provided for further evaluation.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 das erfindungsgemäße Prüfsystem zur Oberflächenprüfung an einem Bauteil, insbesondere an einem beispielhaft dargestellten Stoßfänger; -
2 eine Außenansicht eines Prüfkopfs des Prüfsystems; -
3 eine Prinzipskizze zur Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung und einer Lichtführung innerhalb des Prüfkopfes des Prüfsystems; -
4A eine perspektivische Darstellung des Innenaufbaus des aufgeschnitten dargestellten Prüfkopfes; -
4B eine perspektivische Darstellung der Beleuchtungselemente der Beleuchtungseinrichtung innerhalb des Prüfkopfes; -
5 eine schematische Darstellung (Draufsicht) einer Anordnung der als Beleuchtungselemente vorzugsweise verwendeten LED's innerhalb der Beleuchtungseinrichtung; -
6 eine schematische Darstellung (Seitenansicht) der Beleuchtungselemente; -
7 eine schematische Darstellung (Seitenansicht) der Beleuchtungselemente; -
8 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Kameras innerhalb eines Kamerasystems nach dem Verfahrensprinzip Stereokamera zur Regelung einer Abstandskonstanz; -
9 eine Darstellung sowie Definition und Nomenklatur von Zeiträumen, die innerhalb der Prüfdauer der dynamischen Oberflächenprüfung von Bauteilen berücksichtigt werden; -
10 eine Darstellung sowie Definition und Nomenklatur von Bildgrößen, Messbereichen und Überlappungsbereichen innerhalb eines erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahrens; -
11 eine prinzipielle Darstellung mehrerer sich überlappender Messfenster; -
12 eine Definition und Nomenklatur einer zweidimensionale Anordnung von mehreren Messfenstern innerhalb des Bildaufnahmeverfahrens; -
13 die Anordnung einer Kamera eines Kamerasystems in einer nicht tolerierbaren Neigung gegenüber dem zu prüfenden Bauteil; -
14 die Anordnung der Kamera in einer orthogonalen Anordnung gegenüber dem zu prüfenden Bauteil; -
15 eine Darstellung zur Erläuterung der Bedeutung der Positionierung der Kamera unter Berücksichtigung einer Tiefenschärfe innerhalb des Messfeldes; -
16 eine erfindungsgemäß vorgesehene Taktführung der Bildaufnahmen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen innerhalb des Bildaufnahmeverfahrens mittels der Beleuchtungseinrichtung; -
17 eine Definition und Nomenklatur der Beleuchtungsparameter innerhalb des Bildaufnahmeverfahrens mittels der Beleuchtungseinrichtung; -
18 eine Darstellung eines Trigger-Konzeptes zur Bildverarbeitung der mittels der Beleuchtungseinrichtung innerhalb des Bildaufnahmenverfahrens aufgenommenen Bilder; -
19 eine Darstellung der Konfiguration einer Steuervorrichtung des Verfahrens zur dynamischen Prüfung einer Bauteiloberfläche, insbesondere zur Darstellung eines Trigger- und Kommunikationskonzeptes; -
20 eine schematische Darstellung des zur Auswertung benötigten Softwarekonzeptes; -
21 eine schematische Darstellung des Softwarekonzeptes, insbesondere der FPGA-Funktionen gemäß den19 und20 ; -
22 eine schematische Darstellung des Softwarekonzeptes, insbesondere der GPU-Funktionen gemäß den19 und20 ; -
23 eine schematische Darstellung des Softwarekonzeptes, insbesondere der CPU-Funktionen gemäß den19 und20 .
-
1 the test system according to the invention for surface inspection on a component, in particular on a bumper exemplified; -
2 an external view of a test head of the test system; -
3 a schematic diagram illustrating a lighting device and a light guide within the test head of the test system; -
4A a perspective view of the internal structure of the test head shown cut open; -
4B a perspective view of the lighting elements of the illumination device within the probe; -
5 a schematic representation (top view) of an arrangement of the preferably used as lighting elements LEDs within the illumination device; -
6 a schematic representation (side view) of the lighting elements; -
7 a schematic representation (side view) of the lighting elements; -
8th a schematic representation of an arrangement of cameras within a camera system according to the method principle stereo camera for controlling a distance constancy; -
9 a representation and definition and nomenclature of periods taken into account during the dynamic surface inspection of components; -
10 a representation and definition and nomenclature of image sizes, measuring ranges and overlapping areas within an image recording method according to the invention; -
11 a schematic representation of several overlapping measuring windows; -
12 a definition and nomenclature of a two-dimensional array of multiple measurement windows within the image capture process; -
13 the arrangement of a camera of a camera system in an intolerable inclination relative to the component to be tested; -
14 the arrangement of the camera in an orthogonal arrangement with respect to the component to be tested; -
15 a representation for explaining the meaning of the positioning of the camera taking into account a depth of field within the measuring field; -
16 an inventively provided timing of the image recordings between two successive measurements within the image recording method by means of the illumination device; -
17 a definition and nomenclature of the illumination parameters within the image acquisition process by means of the illumination device; -
18 a representation of a trigger concept for image processing of the captured by means of the illumination device within the image recording method images; -
19 a representation of the configuration of a control device of the method for dynamically testing a component surface, in particular for representing a trigger and communication concept; -
20 a schematic representation of the software concept required for the evaluation; -
21 a schematic representation of the software concept, in particular the FPGA functions according to the19 and20 ; -
22 a schematic representation of the software concept, in particular the GPU functions according to the19 and20 ; -
23 a schematic representation of the software concept, in particular the CPU functions according to the19 and20 ,
Prüfsystem: Test system:
Vorgesehen ist der parallele Einsatz von einem oder mehreren robotergeführten, scannenden Prüfsystemen
Die Prüfung des Bauteils
Prüfkopf und Lichtführung:Test head and light guide:
Das robotergestütze Prüfsystem
Die
Im oberen Bereich des hohlzylindrischen Gehäuseteils
Im oberen Bereich ist eine Öffnung ausgeführt, die eine Belüftung des Gehäuseteils
Im unteren Bereich des hohlzylindrischen Gehäuseteils
In
Das mindestens eine Beleuchtungselement
Die Innenwand des hohlzylindrischen Gehäuseteils
Das an dem zylindrischen Reflektor
Die Beleuchtungseinrichtung umfasst somit das mindestens eine Beleuchtungselement
Die opake Halbkugel ist dabei derart ausgeführt, dass die Wandstärke im unteren Teil in Richtung des oberen Teils zum oberen Teil hin deutlich abnimmt.The opaque hemisphere is designed such that the wall thickness decreases significantly in the lower part in the direction of the upper part towards the upper part.
In Verbindung mit den teilabsorbierenden Eigenschaften der opaken Halbkugel wird dadurch eine Lichtmengensteuerung erreicht, die besonders für Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Bauteile
Das von dem mindestens einen Befestigungselement
Eine Prüfung auf matten Oberflächen ist mit dem gleichen Prüfkopfaufbau jedoch ebenfalls möglich, so dass mit dem Prüfkopfaufbau in vorteilhafter Weise sowohl matte als auch glänzende Oberflächen des zu prüfenden Bauteils detektiert werden können.However, a check on matte surfaces is also done with the same probe setup possible, so that both matte and glossy surfaces of the component to be tested can be detected in an advantageous manner with the test head structure.
Die nur Einzelheiten darstellende
Die
Aufgrund der kurzen Belichtungszeiten, die zur Minimierung der Empfindlichkeiten gegenüber auftretenden Bauteilschwingungen erforderlich ist, von Δtb = 40 - 50 µs sind hohe Lichtströme
Es werden Lichtströmen zwischen ΦνN = 25.000lm und ΦνN = 80.400lm eingesetzt. Wegen der hohen Lichtströme und der spiegelnden zu prüfenden Oberfläche kann, wie zuvor erläutert, nur indirekte, diffuse Beleuchtung eingesetzt werden.Luminous fluxes between Φν N = 25.000lm and Φν N = 80.400lm are used. Because of the high luminous flux and the reflective surface to be tested, as explained above, only indirect, diffuse illumination can be used.
Die Beleuchtungselemente
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Prüftechnologie:Testing Technology:
Jedes Prüfsystem
Als Prüftechnologie beziehungsweise als Verfahren zur Oberflächenprüfung eines Bauteils
Die erforderliche Genauigkeit der Bauteilpositionierung des Bauteils
Der Tiefenschärfebereich der Kameras
Eine Roboterbahn wird für alle Bauteiltypen bei der Inbetriebnahme programmiert, wobei mit der Roboterbahn die Schwenkbewegung des Roboterarms
Das Bauteil
Dieses messtechnische Erfassen der Bauteilposition ist nur erforderlich, wenn die Toleranzen der Bauteillagerung so groß sind, dass die Bauteiloberfläche außerhalb des Tiefenschärfebereichs der Kameras
In einem Messbetrieb wird die dreidimensionale Lage des Bauteils
Anschließend wird eine Abweichung
Das korrigierte Programm zur Steuerung des Roboters
Die Reichweite des Roboters
Es wird darauf geachtet, dass das Prüfsystem am Messort in einer so genannten Messposition steht. Der Roboter
Es ist vorgesehen, dass der Roboterarm
Für jede durchzuführende Messung an dem jeweiligen Messort
Die Robotersteuerung sendet beim Erreichen des Roboterbahn-Stützpunktes
Beim Erreichen des Bahn-Stützpunkts
Analog dazu wird die Ortsinformation des Bahn-Stützpunkts
Die Bahnprogrammierung wird derart ausgeführt, dass an jedem Messort
Falls durch die lokale Krümmung des Bauteils
Die sich dadurch ergebenden Verschiebungen der Messorte
Der Roboterarm
Richtungsänderungen durch Umorientierung des Roboterarms
Abstandskonstanz:Distance Konstanz:
Die
Dieses messtechnische Erfassen der Bauteilposition ist nur erforderlich, wenn die Toleranzen der Bauteillagerung so groß sind, dass die Bauteiloberfläche außerhalb des Tiefenschärfebereichs der Kameras
Er werden signifikante Identifikationsmerkmale am Bauteil
Zur Lageerkennung mittels Stereomessung werden die beiden Kameras
Der erforderliche Abstand zwischen den Kameras
Für eine prozesssichere 6D-Bauteillokalisierung im Raum (
Geeignete Prüfmerkmale stellen beispielsweise in verschiedenen Ebenen angeordnete Öffnungen oder dergleichen dar. Suitable test features represent, for example, openings arranged in different planes or the like.
Auf dieser Basis der 6D-Bauteillokalisierung im Raum (
Vor Beginn der Messung wird somit zusammengefasst die Lage des Bauteils
Die Base ist die Ursprungskoordinate des Roboters
Zeitsteuerung:Time control:
Definition und Nomenklatur:Definition and nomenclature:
- ΔtH1 = erste HandhabungsdauerΔt H1 = first handling time
- ΔtH2 = zweite HandhabungsdauerΔt H2 = second handling time
-
ΔtPges = Prüfdauer gesamt für die Prüfung von einem oder mehreren Bauteilen
Bn entspricht der so genannten Taktzeit.Δt Pges = total test duration for the test of one or more componentsB n corresponds to the so-called cycle time. -
ΔtP = Prüfdauer pro Bauteil
Bn . In diesem Zeitraum wird ein BauteilBn komplett geprüft. Es werden dabeinM Messungen durchgeführt.Δt P = test duration per componentB n , During this period becomes a componentB n completely tested. It will be theren M Measurements performed. -
ΔtM = Messdauer. In diesem Zeitraum erfolgt eine Messung. Im Rahmen einer Messung werden jeweils mehrere Bilder (entspricht der Belichtungsdauer
ΔtB ), im Ausführungsbeispiel vier Bilder in der ZeitΔtM aufgenommen.Δt M = measurement duration. During this period, a measurement takes place. As part of a measurement, several images (corresponding to the exposure timeΔt B ), in the exemplary embodiment four pictures in timeΔt M added. - Anzahl der Messungen = nM Number of measurements = n M
- ΔtB= Belichtungsdauer. In diesem Zeitraum wird ein Bild aufgenommen.Δt B = exposure time. During this period, a picture is taken.
- ΔtR= Roboter(arm)bewegungsdauer.Δt R = robot (arm) movement time.
In diesem Zeitraum bewegt sich der Roboterarm
ΔtK= Kamera-Datenübertragungszeitraum. In diesem Zeitraum wird ein Bild von der Kamera
Die Prüfdauer gesamt beträgt ΔtPges = Taktzeit = beispielsweise 60s
Prüfdauer pro Bauteil beträgt ΔtP = beispielsweise 25s
ΔtH1+ΔtH2+ΔtR = 10s
ΔtB ~ 40-50µs.The test duration total is Δt Pges = cycle time = for example 60s
Test duration per component is Δt P = 25 s, for example
Δt H1 + Δt H2 + ΔtR = 10s
Δt B ~ 40-50μs.
Unter dieser Angabe ist im gewählten Ausführungsbeispiel eine angestrebte Belichtungsdauer
Die Belichtungsdauer
Zuerst wird das erste Bauteil
Innerhalb der Prüfdauer
Bildaufnahmekonzeption:Image capture design:
Definition und Nomenklatur:Definition and nomenclature:
Die Bildgröße einer Kachel beziehungsweise eines Messbereichs/Messfensters
Die Messbereichsgröße ist definiert als
Ein Aufnahmeversatz zwischen zwei Messbereichen/Messfenstern beträgt insbesondere ΔSA = 120 Pixel und ist konstant, wobei auch andere Aufnahmeversätze möglich sind.A recording offset between two measuring ranges / measuring windows is in particular ΔS A = 120 pixels and is constant, although other recording offsets are possible.
Die Überlapplänge zwischen zwei Messbereichen/Messfenstern beträgt im Ausführungsbeispiel ΔSU = 10 Pixel und ist konstant, wobei auch andere Überlapplängen möglich sindIn the exemplary embodiment, the overlap length between two measuring ranges / measuring windows is ΔS U = 10 pixels and is constant, although other overlap lengths are also possible
Der schraffierte Messbereich
Der in
Die
Positionierung der Kamera
Die Anforderung an die Ausrichtung der Kamera
Die Tiefenschärfe
Im Ausführungsbeispiel ist die Messebene eine x/y-Ebene. Es ist erkennbar, dass die Form des Bauteils
Die Kamera
In der ersten Zeile liegen die Rechtecke ausgerichtet nebeneinander, während die Rechtecke in der zweiten Zeile zueinander verdreht angeordnet sind.In the first line, the rectangles lie aligned next to each other, while the rectangles are arranged twisted in the second line.
Es wird verdeutlicht, dass die Kamera
Taktung Shape-From-Shading:Clocking Shape-From-Shading:
Definition und Nomenklatur:Definition and nomenclature:
Die Ortskoordinate einer Messung
Bsp.:
- S1.1 = erster Messbereich
M1 und erste Bildaufnahme - S2.3 = zweiter Messbereich
M2 und dritte Bildaufnahme
Eine Strecke/Länge = □
Zeitpunkt Messung
Bsp.:
- t1.1 = Zeitpunkt der ersten Bildaufnahme im ersten Messbereich
M1 - t2.3 = Zeitpunkt der dritten Bildaufnahme im zweiten Messbereich
M3
Zeitdauer = □tx The location coordinate of a measurement
Ex .:
- S1.1 = first measuring range
M 1 and first image capture - S2.3 = second measuring range
M 2 and third image capture
A distance / length = □
Time measurement
Ex .:
- t1.1 = time of the first image acquisition in the first measurement range
M 1 - t2.3 = time of the third image acquisition in the second measuring range
M 3
Duration = □ t x
In
Wesentlich ist, dass der durch einen roboterseitigen Master-Trigger
Beleuchtungsparameter:Lighting parameters:
In diesem Zeitraum wird ein Bild aufgenommen.
Innerhalb der Beleuchtungsdauer
Der Zeitraum, in dem die
Folgende Werte werden bevorzugt eingestellt.
Es wird vorgeschlagen, in der Zukunft verfügbare
Nach dem Einschalten des Moduls aus Beleuchtungselementen
Eine Aufnahme erfolgt innerhalb der dargestellten Belichtungsdauer
Trigger-Konzept:Trigger concept:
Mittels einer Graphikkarte GPU „graphics processing unit“.By means of a graphics card GPU "graphics processing unit".
Mittels eines integrierten Schaltkreises FPGA „field programmable gate array“.By means of an integrated circuit FPGA "field programmable gate array".
Der Roboter
Das Master-Trigger-Signal
Zunächst wird mittels einer Slave-Triggers-
In einem kurzen zeitlichen Versatz wird eine Slave-Triggers-Kamera (vergleiche
Das aufgenommene Bild
Die Vorgehensweise wiederholt sich Bild für Bild
Trigger- und Kommunikationskonzept:Trigger and communication concept:
Softwarekonzept zur Auswertung:Software concept for evaluation:
Das Softwarekonzept umfasst die Infrastrukturfunktionalitäten für die Software , insbesondere für Bedienoberfläche „GUI“, eine Profibusanbindung „PROFIBUS“, Signalverarbeitung, insbesondere Eingänge und Ausgänge „I/O“, ein Fehlerbehandlungsbaustein zur „Fehlerbehandlung“, ein Logger, der auftretende Fehler loggt „Datei-Logger“ und einen Diagnosebaustein „Diagnostics“, der trotzdem auftretenden Fehler in dem Komponenten diagnostiziert und meldet.The software concept includes the infrastructure functionalities for the software, in particular for the user interface "GUI", a Profibus connection "PROFIBUS", signal processing, especially inputs and outputs "I / O", an error handling block for "error handling", a logger that logs errors "file -Logger "and a diagnostics module" Diagnostics ", which diagnoses and reports errors that still occur in the components.
Eine weitere Komponenten ist der FPGA, der für die Bildaufnahme, die Shape-from-Shading-Algorithmen, Filterfunktionen, Korrekturen, die ROI „region of interest“ und die Maskierung sowie die Erstellung der lokalen Koordinaten organisiert.Another component is the FPGA, which organizes image capture, shape-from-shading algorithms, filter functions, corrections, region of interest ROI, masking, and local coordinate generation.
Die GPU findet aus den vorverarbeiteten Bildaufnahmen vom FPGA kommend die auf der Bauteiloberfläche gesuchten Fehler und klassifiziert die Fehler. Ferner ermittelt die GPU die globale Koordinate.The GPU finds from the preprocessed images taken by the FPGA coming from the component surface sought errors and classifies the errors. The GPU also determines the global coordinate.
Dieser grundsätzliche Aufbau ist in den
Softwarekonzept FPGA-Funktionalität:Software concept FPGA functionality:
In einem ersten Schritt a) erfolgen mittels des FPGA die Bildaufnahmen
In einem zweiten Schritt b) erfolgt im FPGA eine Verschiebungskorrektur der vorgeplanten überlagerten Messbereiche
In einem dritten Schritt c) erfolgt die Berechnung des Shape-from-Shading-Algorithmus, aus dem nach der Berechnung von p und q, der Albedo als Maß für das Rückstrahlvermögen von diffus reflektierenden, also nicht selbst leuchtenden Oberflächen abgeleitet werden kann.In a third step c), the calculation of the shape-from-shading algorithm is carried out, from which, after the calculation of p and q, the albedo can be derived as a measure of the retroreflectivity of diffusely reflecting, ie not self-luminous surfaces.
Insbesondere können in den verschiedenen Messbereichen
In einem vierten Schritt d) wird das Ergebnis mit entsprechenden Algorithmen gefiltert und korrigiert.In a fourth step d), the result is filtered and corrected with appropriate algorithms.
In einem fünften Schritt e) findet eine Analyse der Messbereiche
In einem sechsten Schritt werden die interessierenden Bereiche mit lokalen Koordinaten versehen, wie in
Dieses Ergebnis wird zur Berechnung an die CPU (vergleiche
Softwarekonzept GPU-Funktionalität:Software concept GPU functionality:
In einem weiteren Schritt g) erfolgt eine Defekterkennung. Mit anderen Worten, es werden potentielle Defekte
Diese potentiellen Defekte
Sind beispielsweise „echte“ Defekte
Das heißt, die lokalen Koordinaten der Defekte
Der in
Softwarekonzept CPU-Funktionalität:Software concept CPU functionality:
Über die CPU des Computers und die GUI des Computers wird gemäß
In einem zusätzlichen letzten Schritt k) werden die Ergebnisse in Fehlertabellen unter entsprechender Lokalisierung mit Defektart und Defektgröße abgespeichert und zur Auswertung bereitgestellt.In an additional last step k) the results are stored in error tables with appropriate localization with defect type and defect size and provided for evaluation.
Abschließend werden weitere Vorteile der Erfindung genannt.Finally, further advantages of the invention are mentioned.
Ein Vorteil besteht darin, dass das Prüfsystem
Das Prüfsystem
Durch die durchgängig robotergeführte Ausgestaltung des Prüfsystems wird die Möglichkeit eröffnet, dass bei Systemänderungen, worunter Änderungen am Bauteiltyp und somit Änderungen der dreidimensionalen Freiform verstanden werden, nur Änderungen an den Computerprogrammen, insbesondere der Auswertung und Roboterprogrammierung, vorgenommen werden müssen. Das Prüfsystem
Zudem ist das Prüfsystem
Zudem ist es, wie erläutert, möglich, robotergeführt dreidimensionales Konturfolgen von Freiformflächen zu untersuchen. Mit anderen Worten, Oberflächenprüfung gekrümmter Flächen ist möglich, insbesondere dynamisiert möglich.In addition, as explained, it is possible to investigate robotically guided three-dimensional contouring of free-form surfaces. In other words, surface inspection of curved surfaces is possible, in particular dynamized possible.
Durch das vorgesehene System zur 6D-Lageerkennung des Bauteils
Das dynamisierte Prüfsystem
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- PrüfsystemTest System
- 200200
- Roboterrobot
- 201201
- Roboterarmrobot arm
- SFSSFS
- Shape-from-ShadingShape from shading
- TT
- Bauteilträgercomponent carrier
- BB
- Bauteilcomponent
- Bn B n
- n-tes Bauteilnth component
- 101101
- Prüfkopfprobe
- K0K0
- Kameracamera
- 101A101A
- Gehäuseteilhousing part
- 101B101B
- Beleuchtungselementlighting element
- 101B-1101B-1
- DiffussorelementDiffussorelement
- 101B-2101B-2
- Kühlkörperheatsink
- 101C101C
- Elektronikelectronics
- 101D101D
- Streukörper, Lichtverteiler (opake Halbkugel)Diffuser, light distributor (opaque hemisphere)
- 101D-1101D-1
- Sichtöffnungview port
- 101E101E
- NeigungsverstellelementNeigungsverstellelement
- 101F 101F
- Trägerplattesupport plate
- 101G101G
- Lichtreflektorlight reflector
- 102102
- StereokamerasystemStereo Camera System
- K1K1
- Kameracamera
- K2K2
- Kameracamera
- tt
- ZeitTime
- Ln L n
-
n-te Beleuchtungsvorgang in einem Messbereich
Mn nth lighting process in one measuring rangeM n - Δtb Δt b
- Belichtungszeitexposure time
- ΔtB Δt B
- Belichtungsdauerexposure time
- ΔtL Δt L
- Beleuchtungsdauerlighting time
- ΔtLc Δt Lc
- Beleuchtungsdauer mit konstantem LichtstromLighting duration with constant luminous flux
- Φν Φ ν
- LichtstromLuminous flux
- ΦνN Φν N
- Nenn-LichtstromRated luminous flux
- LEDLED
- Leuchtdiodeled
- ΦνNLED Φν NLED
-
Nennlichtstrom eines
LED -ModulsRated luminous flux oneLED modulus - ΔsR Δs R
-
Abweichung der Lage des Bauteils
Bn zu einer Null-PositionDeviation of the position of the componentB n to a zero position - M(ix, iy)M (i x , i y )
- Messort, Messposition, Messfenster, Messbereich (zweidimensional)Measuring location, measuring position, measuring window, measuring range (two-dimensional)
- VR V R
-
variable Geschwindigkeit des Roboterarms
201 variable speed of therobot arm 201 - Δd.DELTA.d
- Tiefenschärfedepth of field
- ΔSBx x ΔSBy ΔS Bx x ΔS By
- Bildgrößeimage size
- ΔSMx; ΔSMy ΔS Mx ; ΔS My
- MessbereichsgrößeMeasuring range Size
- ΔSA; ΔSA ΔS A ; ΔS A
- AufnahmeversatzCapture offset
- ΔSU ΔS U
- Überlapplängeoverlap length
- ΔsR Δs R
- Abstandsgenauigkeitdistance accuracy
- x, y, z, α, β, γx, y, z, α, β, γ
- Raumparameter zur 6D-BauteillokalisierungRoom parameters for 6D component localization
- Kn K n
- n-tes Bildnth picture
- ΔtH1 Δt H1
-
Handhabungsdauer des ersten Bauteils
B1 Handling time of the first componentB 1 - ΔtH2 Δt H2
-
Handhabungsdauer des ersten Bauteils
B2 Handling time of the first componentB 2 - ΔtPges Δt Pges
-
Prüfdauer gesamt eines oder mehrerer Bauteile
Bn Test duration of one or more componentsB n - ΔtP Δt P
-
Prüfdauer pro Bauteil
Bn Test duration per componentB n - ΔtM Δt M
- Messdauermeasuring time
- Mn M n
-
Anzahl der Messungen innerhalb der Prüfdauer pro Bauteil
Bn , n = aufeinanderfolgende n-te MessungNumber of measurements within the test duration per componentB n , n = consecutive nth measurement - ΔtB Δt B
- Belichtungsdauerexposure time
- ΔtR Δt R
- Roboter(arm)bewegungsdauermotion duration robot (arm)
- ΔtK Δt K
- Kamera-DatenübertragungszeitraumCamera data transfer period
- Sx,y S x, y
-
Ortskoordinate einer Messung
x , Bildy Location coordinate of a measurementx , Imagey - ΔSx ΔS x
- Strecke/LängeDistance / length
- tx,y t x, y
-
Zeitpunkt einer Messung
x , Bildy Time of a measurementx , Imagey - Δtx Δt x
- Zeitdauertime
- R1 R 1
- erster Triggerfirst trigger
- R2 R 2
- zweiter Triggersecond trigger
- ΔtK Δt K
- Auslesezeitraum einer Aufnahme und ÜbertragungszeitraumReadout period of a recording and transmission period
- Rn R n
- Mastertrigger RoboterMaster trigger robot
- Dn D n
- n-te potentielle Defektenth potential defects
- p, qp, q
- Albedoalbedo
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2004/051186 A1 [0006]WO 2004/051186 A1 [0006]
- EP 1567827 B1 [0006]EP 1567827 B1 [0006]
- DE 20317095 U1 [0007]DE 20317095 U1 [0007]
- DE 102004038761 A1 [0008]DE 102004038761 A1 [0008]
- EP 1949673 B1 [0009, 0011]EP 1949673 B1 [0009, 0011]
- EP 1864081 B1 [0010]EP 1864081 B1 [0010]
- WO 2015/000898 A1 [0012]WO 2015/000898 A1 [0012]
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017221649.2A DE102017221649A1 (en) | 2017-12-01 | 2017-12-01 | Test method for detecting surface defects on matt and shiny surfaces and associated device and test arrangement between the device and component |
Applications Claiming Priority (1)
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