DE10110994A1 - Vorrichtung zur Bildabtastung eines Objektes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bildabtastung eines Objektes, insbesondere einer frisch lackierten Karosse, mit einer Beleuchtung/Kamera-Einheit oberhalb des Objekts, welche eine Anzahl von parallel zueinander angeordneten Leuchtstoffröhren zur Erzeugung abwechselnder symmetrischer streifenförmiger Hell-Dunkel-Felder quer auf dem Objekt sowie eine Reihe nebeneinander liegender und parallel zu den Leuchtstoffröhren angeordneter CCD (Computer Controlled Display)-Kameras zur Betrachtung der Hell-Dunkel-Felder aufweist und mittels eines Portal aufweisenden Bewegungssystems in einer oder mehreren, vorzugsweise drei Dimension(en) kontinuierlich in äquidistantem Abstand über der Oberfläche des Objekts bewegbar und dabei eine kontinuierliche Bildaufnahme und digitale Bildverarbeitung durchführbar ist, so dass jede Bildaufnahme ein relativer Positionswert des Objekts zugeordnet und damit eindeutige Koordinaten feststellbarer topologischer Fehler bestimmbar sind, sowie mit Mitteln zum Feststellen dunkler Punkte in dem Hellfeld, d. h. im Bereich direkter Reflexion, heller Punkte im Dunkelfeld, d. h. im Bereich indirekter Reflexion, und/oder Deformation der Übergänge zwischen Hellfeld und Dunkelfeld, z. B. durch Berechnung lokaler Kontrastsprünge und ggf. Segmentierung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bildabtastung eines Objek­ tes, insbesondere einer frisch lackierten Karosse.

In einer Lackierstraße z. B. für Kraftfahrzeugkarossen ist es nicht zu vermeiden, dass Staubpartikel zu Verunreinigungen des Lackes führen. Auch andere Lack­ fehler treten auf. Trotz der häufig nur geringen Größe dieser Fehlstellen sind diese mit dem bloßen Auge gut sichtbar und stören.

Aus der DE-A-34 11 578 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Lackfehlern, z. B. Staubteilchen, sogenannten Läufern oder Benetzungsfehlern auf einer Lack­ oberfläche, vorzugsweise einer Lackoberfläche in der Automobilindustrie be­ kannt, bei welcher die Lackoberfläche derart bestrahlt wird, dass ein Spiegelbild einer Leuchtstoffröhre von der Lackoberfläche erzeugt wird. Neben dem Spie­ gelbild der Leuchtstoffröhre werden die durch den gewählten Strahlengang leuchtenden Lackfehler mit opto-elektronischen Mitteln quantitativ erfasst. Als opto-elektronisches Mittel kann ein CCD-Array mit vorgeschalteter Optik vorge­ sehen sein, da es parallel zur Leuchtstoffröhre und unter einem vorgegebenen aber nicht näher definierten Winkel zur Lackoberfläche angeordnet ist. Die Ka­ mera sowie die Leuchtstoffröhre sind fest installiert, während die Karosse vor­ beifährt. Die Bildauswertung erfolgt lediglich empirisch.

Aus der DE-C-34 18 317 ist ein Prüfraum zur Überprüfung der Oberfläche von Fahrzeugkarosserien bekannt, bei dem oberhalb und seitlich davon parallel zu­ einander verlaufende Leuchtreihen angeordnet sind. Zur Verbesserung der Kon­ trolle und zur Beleuchtung werden die Fahrzeugkarosserien mittels eines För­ derbandes durch den länglich gestalteten Prüfraum der Länge nach hindurchge­ schleppt. Die Leuchtreihen sind alle quer zur Förderrichtung angeordnet und erstrecken sich zum Teil bis in den Bodenbereich hinein. Außerdem sind sie gruppenweise zu Mehrfach-Leuchtreihen mit nicht leuchtenden und nicht reflek­ tierenden schmalen Zwischenstreifen zwischen den Einzelleuchtreihen zusam­ mengefasst. Durch diese Art der Prüfleuchten-Anordnung soll ein besseres Prüfergebnis erzielt werden. Kamera und Leuchtstoffröhren sind auch hier fest installiert, während die Karosse vorbeigeführt wird. Die Bildauswertung erfolgt empirisch.

Aus der DE-C-37 12 513 sind ein Verfahren zum Prüfen einer wenigstens matt glänzenden Oberfläche eines Prüflings auf Oberflächenfehler, insbesondere zur Überprüfung der Oberfläche einer lackierten Kraftfahrzeug-Karosserie auf La­ ckierungsfehler, und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfah­ rens bekannt. Zur möglichst genauen Feststellung von Oberflächenfehlern wird der Prüfling langsam einer Beobachtungsstelle vorbeibewegt und mit diffusem Licht von einer ortsfesten Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtbandes auf sei­ ner Oberfläche beleuchtet, da es von einer opto-elektronischen Videokamera innerhalb einer Erfassungszone erfasst und in Form von rechnerauswertbaren Signalen einem Rechner zugeführt wird. Zur Erzeugung eines kontrastreichen Signals eines Oberflächenfehlers wird die Erfassungszone aus unmittelbar ne­ beneinanderliegenden Stellen beleuchtet und beobachtet, werden in Bewe­ gungsrichtung des Prüflings hintereinander liegende und sich überlappende Er­ fassungszonen erfasst, und wird der Beobachtungsstrahlengang einem der op­ toelektronischen Videokamera durch die Topografie der Oberfläche und der Bewegung des Prüflings bedingten Ausweichen des Lichtbandes der Art nach­ geführt, dass das erfasste Bild des Lichtbandes auf die Mitte des Erfassungsbe­ reiches der opto-elektronischen Videokamera fällt. Kamera und Beleuchtungs­ einheit sind auch hier fest installiert. Durch Adaptionswinkel werden der Licht­ strahl und der Bildaufnahmebereich der vorbeifahrenden Karosse angepasst.

Aus der DE-C-195 11 397 ist ein Gerät zur Feststellung eines Lackschadens mit einem magnetfeldabhängigen Sensor und Anzeigeelementen bekannt. Ein Dis­ kriminator gibt das von der Dicke der Lackschicht auf einem Grundmaterial ab­ hängige Signal des Sensors in Abhängigkeit von einer Größe auf einen von mindestens zwei Kanälen. Jedem Kanal ist ein Anzeigeelement zugeordnet, das bei Vorliegen eines Signals auf seinem Kanal anzeigt.

Aus der DE-C-198 20 536 ist eine Einrichtung zur Überprüfung einer Lackober­ fläche eines Kraftfahrzeuges bekannt, welche einen Boden mit Leuchtkörpern aufweist. Die Leuchtkörper begrenzen Längsseiten eines Aufbaus des Kraftfahr­ zeugs und strahlen ihn an. Der Boden ist mit Bodenlinien versehen, welche quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Diese Bodenlinien spiegeln sich dank der Leuchtkörper als Linienmuster im Lack der Oberfläche des Kraftfahrzeuges und dienen zur Feststellung, inwieweit besagte Oberfläche eine oder mehrere Unre­ gelmäßigkeiten - Delle, Welle, Beule - aufweist. Diese Überprüfung erfolgt durch eine Person und zwar durch Augenscheinnahme. Auch hier sind die Leuchtstoff­ röhren fest installiert, während die Karosse vorbeigeführt wird.

Aus der US-A-5 734 742 ist ein Inspektionssystem für Oberflächen bekannt, bei welchem elektronische Bilder der zu inspizierenden Oberfläche unter unter­ schiedlichen Positionen gebildet werden, indem ein Bildbereich relativ zu der zu inspizierenden Oberfläche bewegt wird. Mögliche Fehlerbereiche werden aus einer Reihe von Bildern herausgenommen und es wird festgestellt, ob die Be­ wegung eines möglichen Fehlerbereiches zu einem anderen möglichen Bereich proportional zur Bewegung des Bildbereiches ist. Wenn die Bewegung zwischen den möglichen Fehlerbereichen proportional zu der Bewegung des Bildberei­ ches ist, stellt das System fest, dass die möglichen Bereiche Abbildungen eines Fehlers auf der inspizierten Oberfläche sind. Die Beleuchtungseinheit und die davon gesonderte CCD-Kamera sind fest angeordnet, während sich die zu in­ spizierende Oberfläche unter ihnen hinweg bewegt.

Sämtliche bekannte Verfahren und Vorrichtungen führen noch nicht zu einer befriedigenden Fehlererkennung, insbesondere auch was Art und Größe der festgestellten Fehler anbetrifft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und mit verhältnismäßig geringem Aufwand - insbesondere Hardware betreffend - eine Vorrichtung zur Bildabtastung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche zu zuverlässigeren und aussagekräftigeren Prüfergebnissen führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung zur Bildabtastung eines Objekts, insbesondere einer frisch lackierten Karosse, z. B. dadurch ge­ löst, dass eine Beleuchtung/Kamera-Einheit oberhalb des Objekts, welche eine Anzahl von parallel zueinander angeordneten Leuchtstoffröhren zur Erzeugung abwechselnder symmetrischer streifenförmiger Hell-Dunkel-Felder quer auf dem Objekt (bezogen auf dessen Längsachse bez. Bewegungsrichtung) sowie eine Reihe nebeneinander liegender und parallel zu den Leuchtstoffröhren angeord­ neter CCD-(Computer Controlled Display) Kameras zur Betrachtung der Hell- Dunkel-Felder aufweist und mittels eines z. B. ein Portal aufweisenden Bewe­ gungssystems in einer oder mehreren, vorzugsweise drei Dimension(en) konti­ nuierlich in äquidistanten Abstand über der Objektoberfläche bewegbar und da­ bei eine kontinuierliche Bildaufnahme und digitale Bildverarbeitung durchführbar ist, so dass jeder Bildaufnahme ein relativer Positionswert des Objekts und da­ mit eindeutige Koordinaten feststellbarer topologischer Fehler bestimmbar sind, sowie Mittel zum Feststellen dunkler Punkte im Hellfeld, also im Bereich direkter Reflektion, heller Punkte im Dunkelfeld, also im Bereich indirekter Reflektion, und/oder Deformationen der Übergänge zwischen Hellfeld und Dunkelfeld, z. B. durch Berechnung lokaler Kontrastsprünge und ggf. Segmentierung, vorgese­ hen sind.

Aufgrund der ständig gleich bleibenden Distanz der Beleuchtung/Kamera- Einheit während der Relativbewegung zwischen dem Objekt und der Beleuch­ tung/Kamera-Einheit werden die Messergebnisse bei geringem Bildverarbei­ tungsaufwand wesentlich präziser als beim Stand der Technik, insbesondere wenn die Feststellung dunkler Punkte im Hellfeld, heller Punkte im Dunkelfeld und von Deformationen der Übergänge zwischen Hellfeld und Dunkelfeld gemeinsam ausgewertet werden.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens können auch Mittel zur Verbesse­ rung der Bildqualität durch lineare Filterung, z. B. n-ten Grades im Falle lokaler Kontrastverbesserung, vorgesehen sein, um mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung noch eindeutigere Ergebnisse erzielen zu können.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass Mittel zum Feststellen der Veränderung der Erscheinung topologischer Fehler in Abhängigkeit von der Positionierung des Fehlers in dem Hellfeld und dem Dunkelfeld vorgesehen sind, da sich hieraus Rückschlüsse über die Art des Fehlers ziehen lassen.

Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass Mittel zum Feststellen der Art und/oder tatsächlichen Größe des Fehlers durch Vergleich der Ergebnisse der Auswertung mehrerer aufeinanderfolgender Bilder vorgesehen sind.

Es ist aber auch möglich, Mittel zum Feststellen der Art und/oder tatsächlichen Größe des Fehlers vorzusehen, indem ein Vergleich der Ergebnisse der Aus­ wertung von Bildern in dem Hellfeld und in dem Dunkelfeld vorgesehen werden.

Bei einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung können bspw. Mittel zum Mo­ dellieren des Fehlers als lokale Kontrastveränderung und/oder Intensitätsgebir­ ge vorgesehen sein.

Um relevante Inspektionsbereiche festzulegen und die Bildabtastung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu beschleunigen, können auch Mittel zum Ausblenden nicht relevanter Flächen vorgesehen sein, was z. B. durch die konti­ nuierliche Zuordnung der aktuellen Bildaufnahmeposition zu der Karosse auf einfache Weise erfolgen kann.

Auch Mittel zur Lokalisierung der erkannten Fehler können vorgesehen sein.

Der allgemeine Erfindungsgedanke besteht also im Wesentlichen aus einer op­ timalen Kombination aus der besonderen Art der Beleuchtung/Betrachtung der zu überprüfenden Oberfläche, aus der Art und Zielrichtung digitaler Bildverarbei­ tung der dadurch erhaltenen Signale durch Analyseverfahren, der Modellierung, der Filterung zur allgemeinen Bildverbesserung und der Kontrastverbesserung und/oder der Segmentierung, sowie durch Bestimmung von Art und Größe des ermittelten Fehlers mit Hilfe von Fehlermodellierung z. B. als lokale Kontrastver­ änderung und/oder Intensitätsgebirge. Bei der Ermittlung der topologischen Fehler können auf Grund der erfindungsgemäßen Techniken bspw. Einschlüsse (Partikel, Luft), Lackläufer, Nadelstiche, Krater, Kratzer, Orangenhaut, Pickeln, Beulen, Dellen, Lunkern und Farbfehler voneinander unterschieden bzw. klassi­ fiziert werden. Durch Klassifikation der Fehler aufgrund umfangreicher Merk­ malsauswertung kann ein Aussortieren von Pseudofehlern erfolgen.

Nach der erfindungsgemäßen vollautomatischen Fehlererkennung kann nach­ folgend auch die selbsttätige Markierung und schließlich Beseitigung der Lack­ fehler erfolgen, wofür die Daten der vorherigen Fehlerfeststellung verwendbar sind.

Das Durchführen des Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt bspw. im sogenannten "Waschstraßenprinzip", so dass die Kombination mit üb­ lichen Lackierstraßen in Automobilfabriken einfach erfolgen kann.

Anhand des Vergleiches von Lackfehlerkarten bezogen auf ein Referenzkoordi­ natensystem können auch systematische Lackfehler einer Lackierstraße ermit­ telt und selbsttätig beseitigt werden.

Die Fördergeschwindigkeit des Objektes, also im Spezialfall einer Karosse kann zwischen 4 und 8 m/min. liegen, die Auflösung zwischen 0,05 und 0,2.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Standardleuchtröhren und Stan­ dard-CCD-Kameras ausgestattet sein.

Im Falle der Überwachung von Karossen auf Oberflächenfehler kann eine ge­ meinsame Beleuchtung/Kamera-Einheit für Dach und Haube vorgesehen sein, ferner zwei identische Beleuchtung/Kamera-Einheiten für die Karosserieseiten und der Radkästen.

Bei der Ausführung des Verfahrens können in der Vorrichtung Schwellwerte für Fehlergröße, geometrische Eigenschaften und/oder Kontrasteigenschaften vor­ gegeben sein.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Bildabtastung eines Objektes, insbesondere einer frisch lackierten Karosse, mit einer Beleuchtung/Kamera-Einheit oberhalb des Objekts, welche eine Anzahl von parallel zueinander angeordneten Leuchtstoffröhren zur Erzeugung abwechselnder symmetrischer streifenförmiger Hell-Dunkel-Felder quer auf dem Objekt sowie eine Reihe nebeneinander liegender und parallel zu den Leuchtstoffröhren angeordneter CCD (Computer Controlled Display)- Kameras zur Betrachtung der Hell-Dunkel-Felder aufweist und mittels eines Por­ tal aufweisenden Bewegungssystems in einer oder mehreren, vorzugsweise drei Dimension(en) kontinuierlich in äquidistantem Abstand über der Oberfläche des Objekts bewegbar und dabei eine kontinuierliche Bildaufnahme und digitale Bildverarbeitung durchführbar ist, so dass jede Bildaufnahme ein relativer Posi­ tionswert des Objekts zugeordnet und damit eindeutige Koordinaten feststellba­ rer topologischer Fehler bestimmbar sind, sowie mit Mitteln zum Feststellen dunkler Punkte in dem Hellfeld, d. h. im Bereich direkter Reflektion, heller Punkte im Dunkelfeld, d. h. im Bereich indirekter Reflektion, und/oder Deformation der Übergänge zwischen Hellfeld und Dunkelfeld, z. B. durch Berechnung lokaler Kontrastsprünge und ggf. Segmentierung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit Mitteln zur Verbesserung der Bildquali­ tät durch Filterung, z. B. lineare Filter n-ten Grades.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit Mitteln zum Feststellen der Ver­ änderung der Erscheinung topologischer Fehler in Abhängigkeit von der Positi­ onierung des Fehlers in dem Hellfeld und dem Dunkelfeld.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln zum Feststellen der Art und/oder tatsächlichen Größe des Fehlers durch Vergleich der Ergebnisse der Auswertung mehrerer aufeinanderfolgender Bilder.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln zum Feststellen der Art und/oder tatsächlichen Größe des Fehlers durch Vergleich der Ergebnisse der Auswertung von Bildern des Fehlers im Hellfeld und im Dun­ kelfeld.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln zum Modellieren des Fehlers als lokale Kontrastveränderung und/oder Intensitätsge­ birge.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln zur Ausblendung nicht relevanter Bereiche auf dem Objekt, z. B. aufgrund kontinu­ ierlicher Zuordnung der aktuellen Position der Beleuchtung/Kamera-Einheit zu einer Karosse als Objekt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Mitteln zur Lokalisierung der erkannten Fehler auf dem Objekt.