CN104568966A - 评价反射表面的结构差异的方法和测量设备 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“评价反射表面的结构差异的方法和测量设备”。本发明涉及借助具有光源(14)和照相机(16)的测量设备(10)评价反射的表面(13)的结构差异的方法。规定，用光源(14)在表面(13)上产生线状的反射区(15)；用照相机(16)拍摄反射区(15)的照片；在反射区(15)和表面(13)之间的过渡内检测照片(18)的线状的光边缘(20)；比较光边缘(20)的至少一个区域与参考边缘；和评价该比较。

Description

评价反射表面的结构差异的方法和测量设备
技术领域
本发明涉及评价反射表面的结构差异的方法和测量设备。
背景技术
反射表面例如板的表面，例如涂漆的或者压延的板，具有一种光学的表现形象，它的质量决定性地通过平滑的表面影响或者确定。特别在高价值的表面的情况下，例如车辆或者飞机的涂漆的表面，期望高的和均匀的质量。
在如车辆或者飞机上的较大的表面或者平面的情况下，漆的质量对于外面的表现形象或者外观多仅由员工抽样地检查。用于人工评价的标准有规律地定义和规定。为评定表面质量或者漆质量可以使用的测量设备为批量生产中例如汽车工业中的自动化的测量在很大程度上不适用。
涂漆过程中的涂漆经常收到波动的影响，如温度、空气湿度、空气压力、漆的粘度和化学成分。这些因素在对平滑的和闭合的漆层化开的情况下影响涂敷的漆。在非优化的处理条件的情况下可能产生不平整的表面，这样的表面不均匀地反射入射的光。这样的表面结构经常也称为Orange Peel(桔皮)。
已知使用“BYK Gardner”公司的测量设备，它在手持设备内为在涂漆完成的表面上设置而包括红外高能LED和CCD照相机并且这样确定结构谱。
此外存在这样的测量设备，它们基于共焦的显微镜并且确定漆层中的粗糙度或者不平整度。
因此通常员工不用测量设备而以光学方式评估漆来抽样地检验它。
DE 10 2010 060 851 A1说明了一种用于分析工件表面的微结构的方法。在此沿线观察灰度值并且使用傅立叶变换关于它的振幅和纤维进行评估。该方法适合表面特征或者表面结构，例如研磨条纹。
DE 41 23 916 C2表示一种用于动态照明的识别和分类物体的表面特征和表面缺陷的方法和设备。多个照明源顺序地并且漫射地照亮物体，使得能够确定形状。
EP 1 882 896 A1公开了一种方法和设备，用于三维地测量优选镜反射的物体的形状和局部的表面粗糙。
DE 697 03 487 T2说明一种用于自动地检验运动的表面的方法和设备。要检测和分类的表面缺陷是刮痕、凹点、节等。可识别的缺陷尺寸可以从0.1mm直到数米变化。在这种情况下表面根据暗场方法照明。
DE 197 26 094 B4说明一种借助缺陷点的三维结构的测量来检测表面缺陷点的方法。
市场上可以使用的技术在操纵上具有决定性的缺点，因此测量装置在工业中并且特别在汽车工业中仅勉强被接受。
在涂漆的表面上放置测量设备是有问题的，因为它可能导致损坏。(备选地)用机器人在汽车表面上引导测量头花费大并且能够在刚做好的涂漆的表面上导致损坏。
通过人工放上的测量仅限于非常小的区域。在大面积的情况下通过多次放上测量设备的表面分析需要极大的时间花费并且由于不精确性在定位时不可复制。例如“BYK Gardner”公司的测量设备仅确定结构谱并且为长波纹和短波纹说明至少一个测量值。测量的谱或者长波纹和短波纹对平滑的表面的主观的印象的普遍有效的分配多年来都未能实现。
基于共焦的显微镜的测量设备仅能在最上面的漆层上执行测量。然而因为像桔皮的情况下的不平整性通过位于下面的基漆引起，所以这些测量系统不适合那些例如用于汽车的漆系统的质量控制。另外例如共焦的测量系统必须非常接近表面引导，由此测量花费大。另外由测量原理决定不能测量大的面积。
发明内容
现在本发明的任务在于，改进反射表面的表现形象的评价。
该任务根据权利要求1或者8解决。
本发明的用于借助具有光源和照相机的测量设备评价反射的表面的结构差异的方法包括步骤：
-用光源在表面上产生线状的反射区；
-用照相机拍摄反射区的照片；
-在反射区和表面之间的过渡内检测照片的线状的光边缘；
-比较光边缘的至少一个区域与参考边缘；
-评价该比较。
本发明的方法具有优点：能够完全无接触地工作并且同时能够检测大的表面。通过拍摄和评价表面上的反射区，与直接观察表面不同能够评价表面的表现形象。在确定的领域内，例如在机动车的情况下，涂漆的车辆的完美的表现形象和单个表面缺陷的最小化同样重要。迄今自动化的检验从顾客的观点看，也就是说从漆的表现形象看，几乎不可能。除检测表现形象外本方法同样适合检测漆中的缺陷，例如夹杂物、腐蚀孔或者气泡。此外本方法首次允许统一地以光学方式评定表面质量，其可以自动地执行，也就是说无需由员工采样式评定。
特别有利的是，该评价方法能够在制造方法中例如在车辆车身的涂漆时集成。这样通过确定每一个车身上的漆的质量能够在涂漆时快速对处理波动反应。通过涂漆处理的精细调整和再调节提高无缺陷的一次交检合格车身的数量。由此能够实现关于漆质量的闭合的调节回路。能够可联机使用地和几乎实时地评定车身的单个区域或者一部分或者整个车身的质量。由此也能够作出对单个涂漆站甚至单个涂漆喷嘴的结论，由此能够监视和再调节它们。
在本发明的优选的扩展方案中规定，检测并且比较照片的两个光边缘并且为评价构成两个比较的平均值。以这种方式能够把照片的信息内容更好地用于提高本方法的可靠性。
为比较和/或评价可以把光边缘沿该边缘细分为区域。由此能够提高本方法的分辨率并且同时能够更好地适应计算花费。
特别有利的是，为检测、比较和/或评价而产生在光边缘上变化的数学函数。在产生数学函数例如傅立叶变换前可以为该光边缘执行对比度匹配和/或物体识别。分析或者比较和/或评价然后例如可以通过三次幂的样条函数和系数选择实现。来自拍摄的反射的函数生成允许减少数据和快速处理。
表面和测量设备优选彼此相对运动。这样可以动态地观察和评价。这提高了通过量并且允许在现有的流程中简单地集成该方法。
在本发明的优选的扩展方案中规定，物体的表面尤其是车辆的表面，并且光源至少部分包围该物体。本方法特别适合弯曲的表面，也适合多重弯曲的表面，因为评价不直接接触表面而借助反射进行。
在本发明的另外优选的扩展方案中规定，在相应于光边缘的纵向的第一方向上检测、比较和/或评价结构差异，并且在第二方向上至少采样式检测、比较和/或评价结构差异，其中所述第二方向对于第一方向具有角度，尤其是直角。在大多数应用中由此可以考虑，在某方向上检测的结构差异与在另外的方向上相似或者相同。如果应该存在偏差和/或如果还要进一步改进控制，则可以再次在一个或者多个其他的方向上亦即在所述表面和光源之间的方向上观察所述表面。
本发明的用于评价反射的表面的结构差异的测量设备包括光源和至少一个照相机，其中光源成线状在用于所述表面的测量空间上构造，照相机设置用于，建立具有线状的反射区的表面的照片，并且评估单元设置用于在反射区和表面之间的过渡内检测照片的线状的光边缘，比较光边缘的至少一个区域与参考边缘并且评价该比较。适用与前面为方法说明的同样的优点和修改。
在本发明的优选的扩展方案中规定，线状的光源跨越测量空间并且多个照相机对准多个测量段，其中这些测量段沿光源设置。在这种情况下照相机的检测或者拍摄区域可以重叠或者彼此分开。在重叠的情况下通过观察两个照相机图像能够提高本方法的健壮性。通过该扩展方案能够快速地和可靠地评价大的表面或者具有多个表面的物体。
在本发明的另外优选的扩展方案中规定，照相机是移动的计算机设备的照相机，光源在该移动的计算机设备上设置，并且评估单元是该移动的计算机设备的计算单元。由此可以使用移动设备例如平板计算机用于评价表面。光源例如可以作为氖管在移动设备上固定并且由该设备供给电压，例如借助USB接口。由此能够简单地实现本发明并且能够广泛地使用，例如在车间内或者在点修复之后，也就是说直接在车辆上修复涂漆。
本发明的另外优选的扩展方案从其余的、在从属权利要求中说明的特征产生。
附图说明
下面在实施例中根据附图说明本发明。附图中：
图1表示一种用于评价反射表面的结构差异的测量设备的示意图；
图2表示一种用于评价反射表面的结构差异的测量设备的另一示意图；
图3表示表面上的线状的反射区的照片；以及
图4表示具有所述照片的评估的两个图表。
具体实施方式
图1表示测量设备10，具有用于容纳具有反射表面13的工件12的测量空间11。线状的光源14跨越测量空间11。线状的光源14例如可以具有一个或者多个发光材料管、LED灯，必要时具有偏转镜或者激光器。
线状的光源14在表面13上产生线状的反射区15。线状的光源14的图像在漆或者表面的非优化的表面结构的情况下在表面13上简单地作为波状线表现。该波状线通过表面13的局部的倾斜角引起，由此产生明亮的区域，在这儿光朝向观察者反射；和黑暗的区域，在这儿没有光或者很少光朝向观察者反射。
明亮的和黑暗的区域或者线状的反射区15的该印象由一个或者多个照相机16拍摄。理想的方式是这些照相机是高分辨率的。照相机16的光学器件在这种情况下在表面13上聚焦。优选在测量空间11内或者在测量空间11的周围环境中存在微小干扰的散射光影响。光源14的集中的光在表面13上产生直接的光反射15。因此本方法是亮区域方法。
一个或多个照相机16与评估单元17连接。评估单元17用于继续加工和/或处理反射15的照片，这在下面继续说明。
表面13的结构差异的评价或者表面质量或者漆质量的确定面向人工检验并且针对表面13的表现形象，正像顾客注意到的那样。由此本方法与检测单个缺陷点如刮痕、砂眼等的纯粹的缺陷识别方法不同。根据本发明检查微米范围内的结构差异。通过根据本发明的对表面13的评价，该表面不仅在点状的区域上而且伸展到具有从几厘米直到几十厘米的长度的线状的反射区15上，优选检测和处理具有1-30厘米特别优选5-10厘米的长度的线状的反射区15。
通过这个行为方法在漆的情况下也能够推断位于最上面的漆层下面的基漆中的不平整性。因此本方法不仅允许纯粹地观察表面13，而且也允许观察所有位于其下的层，包括板。这样使用本方法在完美的最上面的漆层的情况下也能够检测位于其下的层内的波纹。
因为工件12在线状的反射区15上方几乎间接地和无接触地被扫描，所以也能够测量和评价弯曲的或者多重弯曲的表面。另外能够，工件12或者测量设备10在测量过程期间运动，以便在测量过程中实现高的通过量。
现在根据图2讨论测量设备10的另一个实施例。这里测量空间11通过地板或者传送带以及在其上成弧形设置的线状的光源14定义。工件12在这里是机动车，其例如来自清漆干燥并且驶入终点线。在干燥过程期间或者结束之后那时根据本发明的方法检测和评价表面13、或者机动车12的许多弯曲的表面13。
在这种情况下涂漆的车身12以恒定的速度，例如每分钟5米的带速驶过一个或者多个线状的光源14。一个或者多个照相机16，例如CCD照相机，在这种情况下拍摄光源14在车辆表面13上的一次或者多次反射并且向评估单元17提供这些照片或者反射图供使用。示范地表示照相机16和评估单元之间的连接。为明显起见未表示照相机16和评估单元17之间的其他连接。光源14和照相机16位于离开测量空间11或者车辆12约1到2米的地方。
分析单元17可以是测量设备10的一部分或者是处理控制系统的组成部分。通过评估单元17的车辆12的实时的漆质量的评价允许该测量结果与车辆12的涂漆过程绑定。由此能够实现关于机动车12的漆质量的闭合的调节回路。
在产生在表面13上产生线状的反射区15和通过至少一个照相机16拍摄它之后，下面详细说明表面13特别表面13的结构差异的分析和评价。
图3表示线状的反射区15或者反射区15的段或者区域的照片18。除表现为明亮的或者白色的反射区15外照片18还包括表现为黑色的另一个不反射的区域19。线状的反射区15的定义也可以包括不反射的区域19。
在明亮的反射区15和暗黑的不反射的区域19之间的对比度过渡内各有光边缘20延伸。该光边缘20在理想的情况下是直线，在测量情况下该形状具有波状线。
在拍摄反射图或者照片18后首先执行照片18的对比度匹配。接着借助物体识别识别一个或者多个光边缘20。在接着的照片18的分段中自由切割光边缘20并且分成具有约5到10厘米的边缘长度的区域。该分段提高本方法的健壮性和分辨率。
现在评估抽取的光边缘20。为此产生数学的函数，它在反射的光源14的光边缘20上变化。为此使用傅立叶变换或者快速傅立叶变换。如果检测和使用两条光边缘20，则可以关于这两个边缘取平均。然后光边缘20的评估例如在三次幂的样条函数上进行，通过该样条函数实现光边缘20的近似或者模仿，以及用于变换为谱的系数选择。
图4中示范地表示这种谱，在那里表示谱中的系数。在上面的图表A中表示短波纹的谱中的系数，而在下面的图表B中表示中波谱中的系数。第三长波谱在这里为明显起见未表示。这些谱的表示或者结构谱面向现有的测量设备例如“BYK Gardner”公司的测量设备的测量结果。
在现在完全以数学方法检测线状的光边缘20后，把光边缘20的至少一个区域与参考边缘或者参考光边缘比较。该参考边缘通过一个或者多个在玻璃板、镜子、抛光的金属表面和/或涂漆的参考表面上的参考照片产生。在这种情况下使用上述数学的评估或者检测方法。通过光边缘20与参考边缘比较或者相关能够进行测量的自动的评价。
在标准化阶段或者校准阶段中漆表面13的质量的评价通过专家进行或者调整。相关或者相关系数的评价或者分析导致测量值或者质量尺寸数，其可以具有例如从0到100的值区域。由专家进行的该值区域的标准化例如可以是这样的：一种非常好的漆表面或者质量具有80和100之间的尺寸数，一种良好的质量具有50和80之间的尺寸数，而差的质量包括0和50之间的尺寸数。
借助这种实时产生的漆质量的数值的评价，员工或者处理指导系统能够直接调适涂漆过程的处理参数。此外能够为涂漆处理的文献使用质量尺寸数。
当能够仅在确定的构件例如发动机罩、顶盖或者门上执行漆评定时，有利的是评定整个车辆表面。因为关于表面13的湿润和漆的延伸特性在竖直的和水平的表面13之间能够给出大的差异，所以通过整体观察能够更好地识别和考虑问题点。
附图标记列表
10  测量设备
11  测量空间
12  工件
13  表面
14  光源
15  反射区
16  照相机
17  评估单元
18  照片
19  不反射的区域
20  光边缘

Claims (10)

1.借助具有光源(14)和照相机(16)的测量设备(10)评价反射的表面(13)的结构差异的方法，其特征在于，
-用所述光源(14)在所述表面(13)上产生线状的反射区(15)；
-用所述照相机(16)拍摄反射区(15)的照片；
-在所述反射区(15)和所述表面(13)之间的过渡内检测照片(18)的线状的光边缘(20)；
-比较光边缘(20)的至少一个区域与参考边缘；
-评价所述比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测并且比较照片(18)的两个光边缘(20)并且形成两次比较的平均值用于评价。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为比较和/或评价所述光边缘(20)沿所述光边缘分成区域。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为检测、比较和/或评价生成在光边缘(20)上变化的数学函数。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述表面(13)和所述测量设备(10)彼此相对运动。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，物体的表面(13)优选是车辆的表面，并且所述光源(14)至少部分包围所述物体。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在相应于光边缘(20)的纵向的第一方向上检测、比较和/或评价结构差异，并且在第二方向上至少采样式检测、比较和/或评价结构差异，其中所述第二方向对于第一方向具有角度，优选是直角。
8.测量设备(10)，用于使月光源(14)和至少一个照相机(16)评价反射的表面(13)的结构差异，其特征在于，所述光源(14)成线状在测量空间(11)之上为表面(13)构造，使得照相机(16)设置用于，建立具有线状的反射区(15)的表面(13)的照片(18)，并且评估单元(17)设置用于在反射区(15)和表面(13)之间的过渡内检测照片(18)的线状的光边缘(20)，比较光边缘(20)的至少一个区域与参考边缘并且评价所述比较。
9.根据权利要求8所述的测量设备(10)，其特征在于，线状的光源(14)跨越测量空间(11)并且多个照相机(16)对准多个测量段，其中所述测量段沿光源(14)设置。
10.根据权利要求8所述的测量设备(10)，其特征在于，所述照相机(16)是移动的计算机设备的照相机，所述光源(14)在所述移动的计算机设备上设置，并且所述评估单元(17)是所述移动的计算机设备的计算单元。
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