DE102004033526A1 - Analysis of at least partly reflecting surfaces involves varying relative orientation/position of object, pattern generation device and/or image receiver(s) for image reflected at surface, to obtain surface, especially geometry, information - Google Patents

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Abstract

The method involves varying the relative orientation and/or the relative position of the object (200), at least one pattern generation device/source in the visible and/or invisible region, especially at least one pattern generator (10) and/or at least one image receiver (20) for an image reflected at the surface (202), especially at least one optical sensor in order to obtain information about the surface, especially its geometry. An independent claim is also included for a device for analysis of at least partly reflecting surfaces.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Analysierens und/oder des Vermessens, insbesondere des Inspizierens und/oder des Prüfens, von zumindest teilweise reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberflächen.The The present invention relates to the technical field of analysis and / or surveying, especially inspecting and / or of testing, of at least partially reflective, in particular shiny and / or reflective surfaces.

Generell gilt, dass die Untersuchung von Oberflächen, die ein partiell oder vollständig spiegelndes Verhalten aufweisen, eine häufige Aufgabe von Systemen zur automatisierten Sichtprüfung darstellt. Beispiele hierfür sind Formwerkzeuge, Karosserieteile, Linsen, lackierte Oberflächen, Parfümflakons, Presswerkzeuge, spanend bearbeitete Teile und Spiegel.As a general rule that applies to the investigation of surfaces that are a partially or completely specular Have behavior, a common one Task of automated visual inspection systems. Examples include molds, Body parts, lenses, painted surfaces, perfume bottles, pressing tools, metal cutting machined parts and mirrors.

Ein bekanntes Verfahren zur Untersuchung von zumindest teilweise reflektierenden Oberflächen ist hierbei die Deflektometrie. Hierbei wird ein örtliches Muster elektromagnetischer Strahlung am zu vermessenden Objekt reflektiert. Das reflektierte Bild wird mit einem optischen Sensor ausgewertet.One Known method for the examination of at least partially reflective Surfaces is here the deflectometry. Here, a local pattern becomes electromagnetic Radiation reflected at the object to be measured. That reflected Image is evaluated with an optical sensor.

In der Druckschrift DE 196 43 018 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein aus mindestens zwei verschiedenen Lichtintensitäten bestehendes Muster an einer zu untersuchenden Oberfläche reflektiert wird. Mindestens eine Kamera beobachtet den Bereich, in dem das Muster reflektiert wird. Die Auswertung erfolgt durch Bestimmung der Abweichung zwischen dem direkten und dem reflektierten Bild des Musters.In the publication DE 196 43 018 A1 a method is described in which a pattern consisting of at least two different light intensities is reflected on a surface to be examined. At least one camera observes the area where the pattern is reflected. The evaluation is carried out by determining the deviation between the direct and the reflected image of the pattern.

Aus der Druckschrift DE 199 44 354 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei dem ein sinusförmiges Muster auf ein spiegelndes oder transparentes Objekt abgebildet wird. Das durch das Objekt deformierte Muster wird auf seine lokale Phase hin untersucht.From the publication DE 199 44 354 A1 For example, an apparatus and method is known in which a sinusoidal pattern is imaged onto a specular or transparent object. The pattern deformed by the object is examined for its local phase.

In der Druckschrift DE 101 10 994 A1 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung von Objekten beschrieben, bei der über dem zu untersuchenden Objekt parallel Leuchtstoffröhren angeordnet sind, die ein Hell-Dunkel-Muster in der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts erzeugen. Parallel zu den Leuchtstoffröhren angeordnete Kameras detektieren das durch die Oberfläche deformierte Hell-Dunkel-Muster.In the publication DE 101 10 994 A1 a device for the examination of objects is described in which fluorescent tubes are arranged above the object to be examined in parallel, which generate a light-dark pattern in the surface of the object to be examined. Cameras arranged parallel to the fluorescent tubes detect the light-dark pattern deformed by the surface.

Aus der Druckschrift DE 101 27 304 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei denen ein an der zu untersuchenden Oberfläche reflektiertes Raster auf seine Deformation durch die Reflexion hin untersucht wird, um auf die dreidimensionale Form der Oberfläche zu schließen.From the publication DE 101 27 304 A1 For example, an apparatus and a method are known in which a raster reflected on the surface to be examined is examined for its deformation by the reflection in order to conclude the three-dimensional shape of the surface.

Bei allen vorstehend aufgeführten Vorrichtungen und Verfahren aus dem Stand der Technik werden die Bilder, auch wenn sie aus verschiedenen Blickrichtungen aufgenommen werden, jeweils für eine einzige bestimmte Blickrichtung getrennt ausgewertet; es wird also keine Verknüpfung der Bilder aus verschiedenen Blickrichtungen durchgeführt.at all listed above Prior art devices and methods become the Pictures, even when taken from different angles be, one for each single determined viewing direction evaluated separately; it will be so no link The pictures are taken from different perspectives.

Bei der Deflektometrie können lediglich Gradienten der Oberfläche bestimmt werden. Zur Berechnung der dreidimensionalen Topographie der Oberfläche müssen die Gradientendaten integriert werden, was eine große Fehlerquelle darstellt. Triangulatorische Methoden können zwar dreidimensionale Daten direkt bestimmen, weisen aber prinzipbedingt eine größere Ungenauigkeit als deflektometrische Methoden auf.at of deflectometry only gradients of the surface be determined. To calculate the three-dimensional topography the surface have to the gradient data are integrated, which is a big source of error represents. Although triangular methods can be three-dimensional Determine data directly, but in principle have a greater inaccuracy as deflektometric methods.

Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention: Task, solution, advantages

Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung bzw. Vorrichtung zum Analysieren und/oder zum Vermessen, insbesondere zum Inspizieren und/oder zum Prüfen, von zumindest teilweise reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberflächen so weiterzuentwickeln, dass unter Einsatz der Methodik der Deflektometrie die vorstehend dargelegten Probleme überwunden werden.outgoing from the disadvantages and shortcomings set out above as well as in appreciation of the prior art is the present invention the object of a method and an arrangement or device for Analyzing and / or measuring, in particular for inspection and / or for testing, of at least partially reflective, in particular shiny and / or reflective surfaces To further develop that using the method of deflectometry the problems outlined above are overcome.

Diese Aufgabe wird gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch eine Anordnung bzw. Vorrichtung mit den im Anspruch 12 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.These Task will be according to the teaching of the present invention by a method as in claim 1 mentioned features and by an arrangement or device solved with the features mentioned in claim 12. Advantageous embodiments and appropriate developments of present invention are characterized in the respective subclaims.

Mithin liegt der Kern der vorliegenden Erfindung in einer neuartigen deflektometrischen Oberflächen- und Formuntersuchung unter Ausnutzung der Bewegung von Komponenten der Anordnung bzw. Vorrichtung, das heißt es wird die von der Oberfläche reflektierte Bildfolge des Musters bei Änderung der Position und/oder der Orientierung mindestens eines optischen Sensors relativ zum zu untersuchenden Objekt unter Verwendung mindestens einer Auswerte-/Steuereinheit genutzt.therefore the core of the present invention lies in a novel deflektometric Surfaces- and shape examination taking advantage of the movement of components the device, that is, it is reflected from the surface Image sequence of the pattern on change the position and / or the orientation of at least one optical Sensor relative to the object to be examined using at least used an evaluation / control unit.

Hierbei können durch Verändern der Position und/oder der Drehlage der einzelnen Komponenten der Anordnung Informationen, insbesondere geometrische Informationen, über die zu untersuchende Oberfläche gewonnen werden, wobei die Methode der Deflektometrie Verwendung findet.This can be done by changing the position and / or the rotational position of the individual components the arrangement information, in particular geometric information, are obtained on the surface to be examined, using the method of deflectometry is used.

In diesem Zusammenhang handelt es sich bei einer "Oberfläche" im Sinne der vorliegenden Erfindung im Regelfall

  • – um eine glatte Oberfläche mindestens eines Gegenstands, insbesondere mindestens eines Prüflings, oder
  • – um eine strukturierte Oberfläche zum Beispiel mindestens eines Gegenstands, insbesondere mindestens eines Prüflings.
In this context, a "surface" in the context of the present invention as a rule
  • A smooth surface of at least one object, in particular at least one test object, or
  • - To a structured surface, for example, at least one item, in particular at least one DUT.

Unabhängig davon, ob bei diesen Oberflächen eine vollständig spiegelnde Reflektanz oder nur eine teilweise spiegelnde Reflektanz vorliegt, wird durch die vorliegende Erfindung ein geeignetes Verfahren für die Prüfung beider Arten von Oberflächen, das heißt für die Prüfung strukturierter Oberflächen und für die Prüfung glatter Oberflächen, bereitgestellt:
Erfindungsgemäß wird die Position und/oder die Orientierung mindestens einer Komponente der Anordnung oder Vorrichtung gezielt geändert, so dass eine Veränderung der Bilddaten aktiv genutzt werden kann; dementsprechend kann die vorliegende Erfindung auch mit der Bezeichnung "aktive Deflektometrie" (englisch: "active deflectometry") belegt werden.
Regardless of whether these surfaces have a completely specular reflectance or only a partially specular reflectance, the present invention provides a suitable method for testing both types of surfaces, that is, for the inspection of structured surfaces and for the inspection of smooth surfaces :
According to the invention, the position and / or the orientation of at least one component of the arrangement or device is selectively changed, so that a change in the image data can be actively used; Accordingly, the present invention can also be referred to by the term "active deflectometry" (English: "active deflectometry").

Hierzu werden im Rahmen der Deflektometrie unterschiedliche und/oder zeitlich veränderliche Muster an einer zumindest partiell reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberfläche reflektiert. Über ein oder mehrere Bilder mindestens eines in der Oberfläche reflektierten Musters können Aussagen insbesondere über die Geometrie der Oberfläche gemacht werden, an der das Muster oder die Muster reflektiert wurde(n).For this become different and / or temporal in the context of deflectometry changeable patterns on an at least partially reflective, in particular shiny and / or reflective, surface reflected. about one or more images of at least one pattern reflected in the surface can Statements in particular about the geometry of the surface be made at which the pattern or patterns were reflected (s).

Die Anordnung oder Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist als Komponenten

  • – mindestens eine Mustererzeugungseinheit zum Erzeugen des Musters, zum Beispiel mittels mindestens einer L[ight]E[mitting]D[iode],
  • – das zu untersuchende Objekt, das heißt das Objekt mit der zu untersuchenden Oberfläche sowie
  • – mindestens einen optischen Sensor
auf.The arrangement or device according to the present invention has as components
  • At least one pattern generation unit for generating the pattern, for example by means of at least one L [ight] E [mitting] D [iode],
  • The object to be examined, that is the object with the surface to be examined as well as
  • - At least one optical sensor
on.

Auf diese Weise kann der Einfluss der Veränderung der Position und/oder der Drehlage mindestens einer dieser Komponenten der Anordnung oder Vorrichtung auf das im optischen Sensor detektierte Bild des in der Oberfläche reflektierten Musters in das Messverfahren einbezogen werden.On this way, the influence of changing the position and / or the rotational position of at least one of these components of the arrangement or device on the detected image in the optical sensor of the reflected surface Pattern in the measurement procedure.

Insbesondere

  • – bei Kenntnis der relativen Positionen und/oder der relativen Drehlagen der Komponenten der Anordnung oder Vorrichtung sowie
  • – bei Kenntnis der ausgeführten Änderung(en) der Positionen und/oder der Drehlagen mindestens einer der Komponenten der Anordnung oder Vorrichtung
kann aus der Veränderung mindestens eines der reflektierten Muster auf die geometrische Eigenschaften der Oberfläche, insbesondere auf deren dreidimensionale Koordinaten, geschlossen werden.Especially
  • - With knowledge of the relative positions and / or the relative rotational positions of the components of the arrangement or device as well
  • - with knowledge of the executed change (s) of the positions and / or the rotational positions of at least one of the components of the arrangement or device
can be concluded from the change of at least one of the reflected patterns on the geometric properties of the surface, in particular on their three-dimensional coordinates.

Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung können durch mathematisches Verknüpfen der Bildinformation verschiedener, insbesondere aus verschiedenen Blickwinkeln und/oder aus verschiedenen Positionen aufgenommener Bilder, die den Bildpunkten als Skalar oder als Vektor zugeordnet sind, zusätzliche Informationen über die Oberfläche, insbesondere über deren dreidimensionalen räumlichen Verlauf, gewonnen werden.According to one Particularly inventive development can be achieved by mathematically linking the Image information of different, especially from different angles and / or images taken from different positions, containing the Pixels are assigned as a scalar or as a vector, additional information about the surface, especially about their three-dimensional spatial Course, be won.

Durch die Auswertung der Bildinformationen, insbesondere von vorherigen Messungen am selben Objekt, können bisher nicht untersuchte Bereiche erkannt werden und gezielt weitere Messungen initiiert werden, um diese Bereiche zu untersuchen.By the evaluation of image information, especially from previous ones Measurements on the same object, can previously uninvestigated areas are identified and targeted more Measurements are initiated to investigate these areas.

Alternativ oder in Ergänzung hierzu können durch die Auswertung der Bildinformation in vorteilhafter Weise Aussagen über die Güte der Messung in mindestens einem bestimmten Bereich der zu untersuchenden Oberfläche gemacht werden und gezielt weitere Messungen initiiert werden, um die Messgenauigkeit zumindest in diesem Bereich zu erhöhen.alternative or in addition this can by the evaluation of image information advantageously statements about the Goodness of Measurement in at least one specific area of the examined surface be made and targeted further measurements are initiated to to increase the measuring accuracy at least in this area.

Hierzu kann in bevorzugter Weise mindestens eine Auswerte-/Steuereinheit vorgesehen sein, mittels derer mindestens ein Aktor derart steuerbar und/oder regelbar ist, dass die relative Orientierung und/oder die relative Position des Objekts, der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung und/oder der Aufnahmeeinrichtung zueinander verändert werden können.For this may be provided in a preferred manner, at least one evaluation / control unit be, by means of which at least one actuator so controllable and / or It can be regulated that the relative orientation and / or the relative Position of the object, the pattern generating / providing device and / or the Recording device can be changed to each other.

Mittels weiterer Messverfahren kann die Auswerte-/Steuereinheit in zweckmäßiger Ausgestaltung Informationen über die relative Orientierung und/oder die relative Position des Objekts, der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung und/oder der Aufnahmeeinrichtung zueinander erhalten.through Further measurement method, the evaluation / control unit in an appropriate embodiment information about the relative orientation and / or relative position of the object, the pattern generating / providing device and / or the receiving device to each other.

In der Folge kann dann die Auswerte-/Steuereinheit

  • – aus den von der Aufnahmeeinrichtung mittels der erfassten Bilder gewonnenen Bildinformationen und/oder
  • – aus den weiteren Informationen
geeignete Stellsignale für den Aktor ermitteln.As a result, then the evaluation / control unit
  • From the image information obtained by the recording device by means of the captured images and / or
  • - from the further information
determine suitable actuating signals for the actuator.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht bei der Messung die Möglichkeit, das durch die Oberfläche zu reflektierende Muster zeitlich zu verändern. Hierdurch kann in zweckmäßiger Weise eine Zuordnung oder Zuweisung zwischen einem Bildpunkt des optischen Sensors und einer Koordinate im unverzerrten Muster des betrachteten reflektierten Musters mittels örtlicher Kodierung und/oder mittels zeitlicher Kodierung bestimmt werden.According to one appropriate embodiment of present invention, the measurement has the possibility that through the surface to change reflective patterns in time. This can be done in an appropriate manner an association or assignment between a pixel of the optical sensor and a coordinate reflected in the undistorted pattern of the considered one Pattern by means of local Coding and / or be determined by means of temporal coding.

Insbesondere können das Objekt und/oder der optische Sensor in Bewegung sein, während diese Zuordnung oder Zuweisung erfolgt. Bei bekannter Geschwindigkeit und bei bekannter Richtung der Bewegung können diese Informationen in die Bestimmung der Zuordnung bzw. Zuweisung eingehen.Especially can the object and / or the optical sensor will be in motion while this Assignment or assignment takes place. At known speed and if the direction of motion is known, this information may be in determine the assignment or assignment.

Die Verfahrensweise oder Methodik gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich wie folgt beschreiben:
Zunächst wird mittels mindestens einer Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung, insbesondere mittels mindestens eines Mustergenerators, mindestens ein Muster in der Umgebung der zu analysierenden Oberfläche, zum Beispiel auf mindestens einem Schirm, erzeugt; alternativ oder in Ergänzung hierzu kann auch mindestens ein bereits bestehendes Muster verwendet werden.
The procedure or methodology according to the present invention can be described as follows:
First, at least one pattern is generated in the vicinity of the surface to be analyzed, for example on at least one screen, by means of at least one pattern generation / provision device, in particular by means of at least one pattern generator; alternatively or in addition thereto, at least one already existing pattern can be used.

Mindestens eine optische Aufnahme- oder Sensoreinrichtung, insbesondere mindestens eine Kamera, dient nun dazu, Bilder des Musters aufzunehmen, wobei die optische Aufnahme- oder Sensoreinrichtung zur zu analysierenden bzw. zu überprüfenden, insbesondere zu inspizierenden bzw. zu untersuchenden, Oberfläche ausgerichtet ist und das Spiegelbild des Musters an der Oberfläche aufgenommen wird.At least an optical recording or sensor device, in particular at least a camera, is now used to take pictures of the pattern, where the optical recording or sensor device to be analyzed or to be checked, especially to be inspected or examined, surface aligned is and the mirror image of the pattern is recorded on the surface becomes.

Erfindungsgemäß wird bzw. werden das Muster und/oder das Objekt und/oder die optische Aufnahme- oder Sensoreinrichtung nun rotatorisch und/oder translatorisch bewegt, das heißt in ihrer räumlichen Position verändert, und zu unterschiedlichen Zeitpunkten werden an der Oberfläche gespiegelte Bilder des Musters deflektometrisch aufgenommen; in diesem Zusammenhang kann ein Satz von Bildern unterschiedlicher Muster, die mit der Aufnahme- oder Sensoreinrichtung aufgenommen werden, als "Bildserie" bezeichnet werden.According to the invention the pattern and / or the object and / or the optical recording or sensor device is now moved in a rotational and / or translatory manner, this means in their spatial Changed position, and at different times are mirrored at the surface Images of the pattern taken in a reflectometry; in this context can be a set of images of different patterns with the Recording or sensor device are recorded, be referred to as "image series".

Die im Rahmen des vorliegenden Verfahrens sowie bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangenden Sensoren können virtuell in dem Sinne sein, dass die Verwendung einer einzigen Aufnahmeeinrichtung, insbesondere einer einzigen Kamera, genügen kann, um sämtliche Bilder mit unterschiedlichen Beleuchtungsmustern aufzuzeichnen.The in the context of the present proceedings and in the present case Invention used sensors may be virtual in the sense that the use of a single receiving device, in particular a single camera can to all To record images with different lighting patterns.

Die aufgenommenen unterschiedlichen Bilder werden direkt oder nach einer Bildvorverarbeitung insbesondere mathematisch, zum Beispiel mithilfe mindestens eines Digitalrechners, zu mindestens einem neuen Bild verknüpft, so dass im entstehenden Ergebnisbild defektbehaftete und defektfreie Bereiche visuell oder rechnerisch unterschieden werden können.The taken different pictures are taken directly or after a Image preprocessing in particular mathematical, for example using at least one digital computer, to at least one new image connected, so that in the resulting result image defective and defect-free areas can be distinguished visually or computationally.

Bei mathematischer Verknüpfung der Bilder erfolgt dieses Verknüpfen zumindest punktweise, das heißt die Intensitätswerte des Ergebnisbilds ergeben sich aus einer Verknüpfung der Intensitätswerte der unterschiedlichen Bilder der Bildserie zumindest für denselben Punkt der Oberfläche.at mathematical link the images are made this linking at least pointwise, that is the intensity values of the result image result from a combination of the intensity values the different images of the image series at least for the same Point of the surface.

Bei Bedarf erfolgt eine Weiterverarbeitung des Ergebnisbilds, etwa um eine Klassifikation der ermittelten Defekte, wie etwa der ermittelten Beulen, Blasen, Dellen, Einschlüsse, Kratzer, Orangenhaut, nachzubearbeitenden Stellen, Welligkeiten oder dergleichen, durchzuführen.at Demand is a further processing of the result image, about a classification of the detected defects, such as the determined Bumps, blisters, dents, inclusions, Scratches, orange peel, rework areas, ripples or the like.

Fallstudien belegen, dass eine zuverlässige und trotzdem kostengünstige, mithin den Bedürfnissen der Industrie gerecht werdende Analyse und/oder Vermessung, insbesondere Inspektion und/oder Prüfung, von zumindest partiell reflektierenden, insbesondere von glänzenden und/oder spiegelnden, Oberflächen erzielt wird.case studies prove that a reliable and nevertheless inexpensive, hence the needs industry-appropriate analysis and / or surveying, in particular Inspection and / or testing, of at least partially reflective, in particular shiny and / or reflective surfaces is achieved.

Mithin weisen sowohl das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung als auch die Anordnung oder Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Vorteilen auf, die nachstehend dargelegt werden:
Die Änderung der Drehlage und/oder der Orientierung und/oder der Position von mindestens einer Komponente der Anordnung oder Vorrichtung und die resultierende Verknüpfung der Bilder aus verschiedenen Blickrichtungen ermöglichen eine Gewinnung von hilfreichen zusätzlichen Informationen (oder "Beobachtungen" im messtechnischen Sinne) über die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts.
Thus, both the method according to the present invention and the arrangement or device according to the present invention have a number of advantages, which are set forth below:
The change of the rotational position and / or the orientation and / or the position of at least one component of the device or device and the resulting linkage of the images from different viewing directions allow for the acquisition of helpful additional information (or "observations" in the metrological sense) about the surface of the object to be examined.

Diese zusätzlichen Informationen blieben in der Deflektometrie konventionellerweise, das heißt bei einer Vorgehensweise gemäß dem Stand der Technik ungenutzt, so dass die deflektometrische Oberflächen- und Formuntersuchung unter Ausnutzung der Bewegung von Komponenten der Anordnung bzw. Vorrichtung eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich effektivere Lösung darstellt.These additional Information remained conventional in deflectometry, that is at a procedure according to the state the technology unused, so that the deflektometric surface and shape investigation taking advantage of the movement of components of the arrangement or Device one opposite represents the state of the art much more effective solution.

Wenn nun das zu untersuchende Objekt an der Anordnung oder Vorrichtung vorbei oder durch die Anordnung oder Vorrichtung hindurch bewegt wird, kann die Untersuchung des Objekts erfolgen, ohne dass eine Änderung der Position und/oder der Drehlage von mindestens einem Mustergenerator und/oder vom zu reflektierenden Muster und/oder von mindestens einem optischen Sensor erforderlich ist.If now the object to be examined is moved past the arrangement or device or through the arrangement or device, the examination of the object can take place. without a change in the position and / or the rotational position of at least one pattern generator and / or the pattern to be reflected and / or at least one optical sensor is required.

Ohne den Arbeitsablauf in einer Fertigungsstraße zu unterbrechen, kann auf diese Weise eine Untersuchung erfolgen, bei der mit Ausnahme des zu untersuchenden Objekts alle Komponenten der Anordnung oder Vorrichtung unbewegt bleiben können.Without can interrupt the workflow in a production line, on this way an investigation is made, with the exception of the object to be examined all the components of the arrangement or device can remain unmoved.

Bei Objekten, die mit einer einzelnen Konfiguration mindestens eines Mustergenerators und mindestens eines optischen Sensors nicht in hinreichendem Maße untersucht werden können, kann eine Bewegung von mindestens einem Mustergenerator und/oder des Objekts und/oder von mindestens einem optischen Sensor den hinreichend untersuchbaren Bereich des Objekts derart erweitern, dass die gesamte Oberfläche oder der interessierende Bereich der Oberfläche abgedeckt ist.at Objects that have a single configuration of at least one Pattern generator and at least one optical sensor not in sufficient extent can be examined may be a movement of at least one pattern generator and / or the object and / or at least one optical sensor sufficient expandable area of the object such that the entire surface or the area of interest of the surface is covered.

Gleichzeitig mit der Abdeckung der gesamten oder interessierenden Oberfläche des Objekts kann bei der Bewegung in vorteilhafter Weise der Blickwinkel mindestens eines optischen Sensors auf die Oberfläche gezielt variiert werden, um Informationen über die zu untersuchende Oberfläche zu gewinnen; insbesondere lassen sich hierdurch große Oberflächen vollständig mit einer einzigen Messanordnung vermessen, die zu jedem Zeitpunkt nur einen Teil der Oberfläche vermisst.simultaneously with the covering of the entire or interesting surface of the Object can in the movement in an advantageous manner, the angle of view Targeted at least one optical sensor on the surface be varied to obtain information about the surface to be examined; In particular, this makes it possible to completely cover large surfaces with a single measuring arrangement measured, which misses only a part of the surface at any time.

Bei Verwendung von bekannten Mustern und von bekannten Objekten sowie bei bekannter Anordnung mindestens eines Mustergenerators und mindestens eines optischen Sensors ist eine Kalibrierung der vorliegenden Anordnung bzw. Vorrichtung sowie des vorliegenden Verfahrens möglich.at Use of known patterns and known objects as well in a known arrangement of at least one pattern generator and at least An optical sensor is a calibration of the present arrangement or device and the present method possible.

Die Kalibrierung kann auch ohne zu vermessendes Objekt erfolgen, indem mindestens ein optischer Sensor direkt oder über mindestens einen Spiegel, dessen Geometrie zumindest näherungsweise bekannt ist, auf mindestens einen Mustergenerator gerichtet wird und diesen Mustergenerator beobachtet.The Calibration can also be done without an object to be measured by: at least one optical sensor directly or via at least one mirror, its geometry at least approximately is known to be directed to at least one pattern generator and observed this pattern generator.

Insbesondere durch die Bewegung mindestens eines Mustergenerators und/oder eines bekannten Messobjekts und/oder mindestens eines optischen Sensors und/oder mindestens eines Spiegels, dessen Geometrie bekannt ist, können Informationen für die Kalibrierung gewonnen werden. Die Kalibrierdaten lassen sich aus der Gesamtheit aller Beobachtungen mit bekannten Methoden, wie beispielsweise mit der Methode der Bündelausgleichung, bestimmen.Especially by the movement of at least one pattern generator and / or a known measuring object and / or at least one optical sensor and / or at least one mirror whose geometry is known can information for the calibration can be won. The calibration data can be from the totality of all observations with known methods, such as For example, with the method of bundle adjustment, determine.

Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung eines Verfahrens gemäß der vorstehend dargelegten Art und/oder mindestens einer Anordnung oder Vorrichtung gemäß der vorstehend dargelegten Art zum Detektieren und/oder zum Ermitteln von Defekten, wie etwa von Beulen, von Blasen, von Dellen, von Einschlüssen, von Kratzern, von Orangenhaut, von nachzubearbeitenden Stellen, von Welligkeiten oder von dergleichen, zum Beispiel auf der Oberfläche eines sich im Bau befindlichen Kraftfahrzeugs.The The present invention finally relates to the use of a Method according to the above set forth and / or at least one arrangement or device according to the above Type for detecting and / or detecting defects, such as of bumps, blisters, dents, inclusions, scratches, orange peel, reworked areas, ripples or the like, for example on the surface a motor vehicle under construction.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Wie bereits vorstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die den Ansprüchen 1 und 12 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend anhand dreier durch die 1A bis 3B veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert.As already discussed above, there are various possibilities for embodying and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. Reference is made on the one hand to the claims subordinate to claims 1 and 12, on the other hand, further embodiments, features and advantages of the present invention will be described below with reference to the three 1A to 3B illustrated embodiments explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

1A in schematischer Aufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel für eine prinzipielle Anordnung oder Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet und bei der das Messobjekt durch einen Aufbau von Mustergeneratoren und von optischen Sensoren bewegt wird; 1A a schematic plan view of a first embodiment of a basic arrangement or device according to the present invention, which operates according to the method according to the present invention and in which the measurement object is moved by a structure of pattern generators and optical sensors;

1B in schematischer Seitenansicht die Anordnung oder Vorrichtung aus 1A; 1B in a schematic side view of the arrangement or device 1A ;

2 in schematischer Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel für eine prinzipielle Anordnung oder Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet; 2 a schematic side view of a second embodiment of a basic arrangement or device according to the present invention, which operates according to the method according to the present invention;

3A in schematischer Aufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel für eine prinzipielle Anordnung oder Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet; und 3A in schematic plan view, a third embodiment of a basic arrangement or device according to the present invention, which operates according to the method according to the present invention; and

3B in schematischer Seitenansicht die Anordnung oder Vorrichtung aus 3A. 3B in a schematic side view of the arrangement or device 3A ,

Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in den 1A bis 3B mit identischen Bezugszeichen versehen.The same or similar embodiments, elements or features are in the 1A to 3B provided with identical reference numerals.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindungbest way for execution the invention

Grundsätzlich beruht die vorliegende Erfindung auf einer deflektometrischen Untersuchung der Oberfläche 202 und damit der Form eines oder mehrerer Objekte 200 unter Ausnutzung der Bewegung von Komponenten der Anordnung oder Vorrichtung 100 (= erstes Ausführungsbeispiel gemäß den 1A und 1B) bzw. 100' (= zweites Ausführungsbeispiel gemäß 2) bzw. 100'' (= drittes Ausführungsbeispiel gemäß den 3A und 3B). Mithin ist die Anordnung oder Vorrichtung 100 bzw. 100' bzw. 100'' für die Abbildung glatter Oberflächen 202 ausgelegt.Basically, the present invention is based on a deflektometric examination of the surface 202 and thus the shape of one or more objects 200 taking advantage of the movement of components of the assembly or device 100 (= first embodiment according to the 1A and 1B ) respectively. 100 ' (= second embodiment according to 2 ) respectively. 100 '' (= third embodiment according to the 3A and 3B ). Thus, the arrangement or device 100 respectively. 100 ' respectively. 100 '' for imaging smooth surfaces 202 designed.

Für eines der bevorzugten Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung, nämlich für die Untersuchung von Werkstücken 200 in einer Fertigungsstraße, zum Beispiel die Prüfung von Karosserieteilen, etwa von lackierten Autotüren, bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen, bietet es sich an, das zu untersuchende Objekt 200 mittels einer Translationsbewegung T200 an der Messanordnung 100 vorbeizubewegen (vgl. 1A und 1B); hierdurch wird der Produktionsablauf nach Möglichkeit nicht unterbrochen.For one of the preferred fields of application of the present invention, namely for the examination of workpieces 200 In a production line, for example, the inspection of body parts, such as painted car doors, in the manufacture of motor vehicles, it makes sense to the object to be examined 200 by means of a translatory movement T 200 on the measuring arrangement 100 to pass (cf. 1A and 1B ); As a result, the production process is not interrupted if possible.

Das Objekt 200 wird mit insbesondere bekannter Geschwindigkeit durch die Anordnung bzw. Vorrichtung 100 hindurch bewegt, wobei diese Anordnung bzw. Vorrichtung 100 vier symmetrisch zueinander angeordnete, zum Erzeugen sowie zum Bereitstellen eines Musters in der Umgebung der Oberfläche 202 bestimmte Mustergeneratoren 10 sowie vier symmetrisch zueinander angeordnete optische Sensoren 20 aufweist.The object 200 is in particular known speed through the arrangement or device 100 moved through, this arrangement or device 100 four symmetrically arranged to generate and provide a pattern in the vicinity of the surface 202 certain pattern generators 10 and four symmetrically arranged optical sensors 20 having.

Unter Ausnutzung insbesondere der Änderung des reflektierten Musters durch die Bewegung des Objekts 200 werden Informationen über das Objekt 200 gewonnen, insbesondere über dessen dreidimensionale Gestalt. Hierzu werden die aus verschiedenen Blickrichtungen aufgenommenen Bilder nicht getrennt ausgewertet; vielmehr wird eine Verknüpfung der Bilder aus verschiedenen Blickrichtungen durchgeführt.Taking advantage, in particular, of the change of the reflected pattern by the movement of the object 200 Be information about the object 200 gained, in particular on its three-dimensional shape. For this purpose, the images taken from different directions of view are not evaluated separately; rather, a linkage of the images from different directions is performed.

Zu diesem Zwecke wird die Bildfolge der Reflexion des Musters auf dem Objekt 200 in einer Auswerte-/Steuereinheit 40 analysiert, die

  • – mit den jeweils vorhandenen Mustergeneratoren 10,
  • – mit den jeweils vorhandenen optischen Sensoren 20 sowie
  • – mit einem jeweils zum Anzeigen der verarbeiteten Bilder vorhandenen Bildschirm oder Display 50
in Verbindung steht.For this purpose, the image sequence of the reflection of the pattern on the object 200 in an evaluation / control unit 40 analyzed that
  • - with the existing pattern generators 10 .
  • - with the existing optical sensors 20 such as
  • - with a screen or display for displaying the processed images 50
communicates.

Wird der Strahlengang eines einzelnen Punkts des Musters betrachtet, so lässt sich der Einfallswinkel in die Kamera 20 (und damit die Bildkoordinate) bei bekannter Position und bei bekannter Orientierung sowohl des Mustergenerators 10 als auch der Kamera 20 mit aus der Literatur bekannten Verfahren als Funktion der Entfernung und der Orientierung der Oberfläche 202 des Objekts 200 zur Kamera 20 formulieren.If the beam path of a single point of the pattern is considered, then the angle of incidence in the camera can be 20 (and thus the image coordinate) at a known position and with known orientation of both the pattern generator 10 as well as the camera 20 with known from the literature method as a function of the distance and the orientation of the surface 202 of the object 200 to the camera 20 formulate.

In umgekehrter Weise erlaubt die Kenntnis der Bildkoordinaten der Abbildung eines bestimmten Punkts des Musters selbst bei bekannter Messanordnung 100 nicht die eindeutige Rekonstruktion der Entfernung sowie der Orientierung der Oberfläche 202 des Objekts 200. Dies wird – anschaulich gesprochen – dadurch verursacht, dass durch diese Beobachtungen mehr Unbekannte als Gleichungen entstehen.Conversely, knowledge of the image coordinates allows imaging of a particular point of the pattern even with a known measurement arrangement 100 not the clear reconstruction of the distance as well as the orientation of the surface 202 of the object 200 , This is explained - graphically speaking - by the fact that more unknowns than equations arise from these observations.

Wird nun die Anzahl der Aufnahmen etwa

  • – durch Rotationsbewegung R20 der Kamera 20 und/oder durch Translationsbewegung T20 der Kamera 20 (vgl. zweites Ausführungsbeispiel gemäß 2, in der die Anordnung 100' von Mustergenerator 10 und Messobjekt 200 vor und nach Änderung R20 und/oder T20 der Position des optischen Sensors 20 illustriert ist) und/oder
  • – durch Rotationsbewegung R20 sowie durch Translationsbewegung T20 (vgl. drittes Ausführungsbeispiel gemäß 3A und 3B, in der die Messanordnung 100'' mit dem Mustergenerator 10 und mehreren optischen Sensoren 20 an einer Roboterhand 30 befestigt ist)
erhöht, so werden für jeden Punkt der Oberfläche 202 weitere Informationen gewonnen. Die Zuordnung zwischen Bildpunkten mehrerer Bilder und einem bestimmten Punkt auf der Oberfläche 202 kann insbesondere durch eine gegenseitige Ausrichtung der gewonnenen Daten entlang der Epipolarlinien bezüglich der erfassten Bilder erreicht werden.Will now be the number of shots about
  • - By rotation R 20 of the camera 20 and / or by translational movement T 20 of the camera 20 (see second embodiment according to 2 in which the arrangement 100 ' from pattern generator 10 and measuring object 200 before and after change R 20 and / or T 20 of the position of the optical sensor 20 illustrated) and / or
  • - By rotational movement R 20 and by translational movement T 20 (see third embodiment according to 3A and 3B in which the measuring arrangement 100 '' with the pattern generator 10 and a plurality of optical sensors 20 on a robot hand 30 attached)
increases, so for every point of the surface 202 gained further information. The mapping between pixels of multiple images and a specific point on the surface 202 can be achieved in particular by a mutual alignment of the acquired data along the epipolar lines with respect to the captured images.

Werden nun pro Aufnahme nur sechs zusätzliche Unbekannte, nämlich drei Translationsparameter und drei Rotationsparameter, jedoch pro Punkt auf der Oberfläche 202 eine zusätzliche Gleichung erhalten, so ergibt sich bei einer hinreichenden Menge und bei durch geeignete Bewegungen gewonnenen Aufnahmen ein sogar überbestimmtes Gleichungssystem, das mit Standardmethoden, wie etwa mit der Bündelausgleichung, die Berechnung der gewünschten Größen, nämlich der Entfernung und der Orientierung jedes Oberflächenpunkts, und der weiteren Unbekannten, wie etwa der Position und/oder der Orientierung, erlaubt.Now only six additional unknowns per shot, namely three translation parameters and three rotation parameters, but per point on the surface 202 obtained an additional equation, given a sufficient amount and taken by suitable movements recordings even an overdetermined system of equations, by standard methods, such as the bundle adjustment, the calculation of the desired sizes, namely the distance and orientation of each surface point, and the other unknowns, such as position and / or orientation allowed.

Als weiterer Vorteil erlaubt die Bestimmung der Position und der Orientierung der Messkomponenten relativ zum Objekt 200 die stückweise Vermessung auch großer Objekte 200 und die inhärente Zusammensetzung der einzelnen vermessenen Bereiche zu einer ganzheitlichen Beschreibung des Gesamtobjekts.Another advantage is the determination of the position and orientation of the measuring components relative to the object 200 the piecewise Ver measuring even large objects 200 and the inherent composition of the individual surveyed areas for a holistic description of the overall object.

Beim dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein zumindest einachsiger Roboterarm 30 vorgesehen, an dem zwei optische Sensoren 20 symmetrisch zum Roboterarm 30 befestigt sind. Der Mustergenerator 10 kann entweder fest installiert sein und/oder ebenfalls an mindestens einem zumindest einachsigen Roboterarm befestigt sein. Dieser Roboterarm ist insbesondere mit dem zumindest einachsigen Roboterarm 30 identisch, an dem die optischen Sensoren 20 befestigt sind, so wie dies in den 3A und 3B dargestellt ist.In the third embodiment of the present invention is an at least uniaxial robot arm 30 provided at the two optical sensors 20 symmetrical to the robot arm 30 are attached. The pattern generator 10 can either be permanently installed and / or also be attached to at least one at least uniaxial robot arm. This robot arm is in particular with the at least uniaxial robot arm 30 identical to which the optical sensors 20 are attached, as in the 3A and 3B is shown.

Mittels dieser Anordnung bzw. Vorrichtung 100'' ist die Untersuchung des Objekts 200 von mehreren Seiten aus möglich. Durch die Verwendung der Informationen, die vom Roboterarm 30 über dessen räumliche Lage ermittelt werden, ist insbesondere eine genaue Bestimmung der Position und/oder des Blickwinkels des Mustergenerators 10 und/oder der optischen Sensoren 20 möglich.By means of this arrangement or device 100 '' is the investigation of the object 200 possible from several sides. By using the information provided by the robotic arm 30 is determined by its spatial position, in particular an accurate determination of the position and / or the angle of view of the pattern generator 10 and / or the optical sensors 20 possible.

Grundsätzlich können die Orientierungen sowie die Positionen der Muster und der Kamera(s) 20 aus der Bildfolge bestimmt werden. Durch Nutzung einer Approximation dieser Größen aus externer Sensorik des Roboters lässt sich die vorgenannte Berechnung jedoch in erheblicher Weise vereinfachen und stabilisieren.Basically, the orientations as well as the positions of the patterns and the camera (s) 20 be determined from the image sequence. By using an approximation of these variables from external sensors of the robot, however, the aforementioned calculation can be considerably simplified and stabilized.

Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß den 3A und 3B steuert die Auswerte-/Steuereinheit 40 zusätzlich

  • – die rotatorischen Bewegungen R10 des Mustergenerators 10 und
  • – die rotatorischen Bewegungen R20 sowie die translatorischen Bewegungen T20 der Kameras 20.
In the third embodiment according to the 3A and 3B controls the evaluation / control unit 40 additionally
  • - The rotatory movements R 10 of the pattern generator 10 and
  • - The rotational movements R 20 and the translatory movements T 20 of the cameras 20 ,

Schließlich werden der Auswerte-/Steuereinheit 40 Solldaten einschließlich Toleranzen des zu vermessenden Objekts 200 zur Verfügung gestellt. Die Auswerte-/Steuereinheit 40 kann dann die gemessene Gestalt und die Reflexionseigenschaften der Oberfläche 202 des Objekts 200 mit den Solldaten vergleichen und Toleranzüberschreitungen signalisieren.Finally, the evaluation / control unit 40 Target data including tolerances of the object to be measured 200 made available. The evaluation / control unit 40 then the measured shape and the reflection properties of the surface 202 of the object 200 compare with the setpoint data and signal tolerance violations.

Das erste Ausführungsbeispiel gemäß den 1A und 1B, das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 und das dritte Ausführungsbeispiel gemäß den 3A und 3B können bei Bedarf auch kombiniert werden, so dass sowohl die Bewegung des zu untersuchenden Objekts 200 (vgl. erstes Ausführungsbeispiel gemäß den 1A und 1B) als auch die Bewegung mindestens eines optischen Sensors 20 (vgl. zweites Ausführungsbeispiel gemäß 2) und/oder die Bewegung mindestens eines Mustergenerators 10 (vgl. drittes Ausführungsbeispiel gemäß den 3A und 3B) möglich ist.The first embodiment according to the 1A and 1B , the second embodiment according to 2 and the third embodiment according to the 3A and 3B If required, they can also be combined so that both the movement of the object to be examined 200 (cf., first embodiment according to FIGS 1A and 1B ) as well as the movement of at least one optical sensor 20 (see second embodiment according to 2 ) and / or the movement of at least one pattern generator 10 (see third embodiment according to the 3A and 3B ) is possible.

Zusammenfassend ist im Hinblick auf die drei vorstehenden Ausführungsbeispiele festzustellen, dass mit dem vorbeschriebenen Verfahren nicht nur Blasen, Einschlüsse oder Kratzer in zuverlässiger Weise detektiert, sondern mit derselben Anordnung 100 bzw. 100' bzw. 100'' auch Beulen oder Dellen erfasst werden können, indem einfach die Fokusebene der verwendeten Kamera(s) 20 verschoben wird.In summary, with regard to the above three embodiments, it can be stated that with the above-described method, not only bubbles, inclusions or scratches are detected reliably, but with the same arrangement 100 respectively. 100 ' respectively. 100 '' Bumps or dents can also be detected simply by selecting the focal plane of the camera (s) used. 20 is moved.

In erfindungswesentlicher Weise kann der Anwendungsbereich der vorbeschriebenen Verfahren ohne weiteres auf diffus reflektierende Oberflächen, wie zum Beispiele auf unlackierte Autokarosserieteile, erweitert werden, indem Licht einer größeren Wellenlänge verwendet wird und die sich ergebenden Bilder mit einer Infrarotkamera aufgezeichnet werden.In Essential to the invention, the scope of the above Method readily on diffusely reflecting surfaces, such as for example, on unpainted auto body parts, to be expanded, by using light of a larger wavelength and the resulting images are recorded with an infrared camera.

Insgesamt ist zu konstatieren, dass sich das anhand dreier Ausführungsbeispiele erläuterte, sich der Vorrichtung 100 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 100' (= zweites Ausführungsbeispiel) bzw. 100'' (= drittes Ausführungsbeispiel) bedienende Verfahren als äußerst zuverlässig erweist.Overall, it should be noted that explained with reference to three embodiments, the device 100 (= first embodiment) or 100 ' (= second embodiment) or 100 '' (= third embodiment) proves to be extremely reliable.

Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung bei Systemen zur automatisierten Sichtprüfung, zum Beispiel von Formwerkzeugen, von Karosserieteilen, von Linsen, von lackierten Oberflächen, von Parfümflakons, von Presswerkzeugen, von spanend bearbeiteten Teilen und natürlich von Spiegeln eingesetzt werden.Accordingly For example, the present invention may be applied to automated systems Visual inspection, for example, molds, body parts, lenses, of painted surfaces, from Perfume bottles, of pressing tools, of machined parts and of course of Mirrors are used.

100100
Anordnung oder Vorrichtungarrangement or device
(erstes Ausführungsbeispiel; vgl. 1A und 1B)(first embodiment; 1A and 1B )
100'100 '
Anordnung oder Vorrichtungarrangement or device
(zweites Ausführungsbeispiel; vgl. 2)(second embodiment; 2 )
100''100 ''
Anordnung oder Vorrichtungarrangement or device
(drittes Ausführungsbeispiel; vgl. 3A und 3B)(third embodiment; 3A and 3B )
1010
Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung,Pattern generation - / - ready provision means,
insbesondere Mustergenerator,especially Pattern generator
im speziellen Videoprojektor oder Bilderzeugungssystemin the special video projector or imaging system
2020
Aufnahmeeinrichtung, insbesondere optischer Sensor,Receiving device, in particular optical sensor,
im speziellen Kamera und/oder Mikroskopin the special camera and / or microscope
3030
Roboterarm oder Roboterhandrobot arm or robotic hand
4040
Auswerte-/SteuereinheitEvaluation / control unit
5050
Bildschirm oder Displayscreen or display
200200
Objekt, insbesondere MessstückObject, in particular measuring piece
202202
Oberfläche des Objekts 200 Surface of the object 200
R10 R 10
rotatorische Bewegung oder Rotation(sbewegung)rotatory Movement or rotation
der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung 10 the pattern generating / providing device 10
R20 R 20
rotatorische Bewegung oder Rotation(sbewegung)rotatory Movement or rotation
der Aufnahmeeinrichtung 20 the receiving device 20
R200 R 200
rotatorische Bewegung oder Rotation(sbewegung) des Objekts 200 rotational movement or rotation of the object 200
T10 T 10
translatorische Bewegung oder Translation(sbewegung) dertranslational Movement or translation (movement) of the
Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung 10 Pattern generation - / - ready provision means 10
T20 T 20
translatorische Bewegung oder Translation(sbewegung) dertranslational Movement or translation (movement) of the
Aufnahmeeinrichtung 20 recording device 20
T200 T 200
translatorische Bewegung oder Translation(sbewegung) destranslational Movement or translation (movement) of the
Objekts 200 object 200

Claims (30)

Verfahren zum Analysieren und/oder zum Vermessen, insbesondere zum Inspizieren und/oder zum Prüfen, mindestens einer zumindest partiell reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberfläche (202) mindestens eines Objekts (200), dadurch gekennzeichnet, dass die relative Orientierung und/oder die relative Position – des Objekts (200), – mindestens einer zum Generieren mindestens eines im sichtbaren und/oder nichtsichtbaren Bereich elektromagnetischer Strahlung liegenden, insbesondere örtlichen Musters vorgesehenen Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10), insbesondere mindestens eines Mustergenerators, und/oder – mindestens einer zum Aufnehmen jeweils mindestens eines an der Oberfläche (202) reflektierten Bilds des Musters vorgesehenen Aufnahmeeinrichtung (20), insbesondere mindestens eines optischen Sensors, zueinander verändert werden, um Informationen über die Oberfläche (202), insbesondere über die Geometrie der Oberfläche (202), zu erhalten.Method for analyzing and / or measuring, in particular for inspecting and / or testing, at least one surface (at least partially reflecting, in particular shiny and / or reflecting) ( 202 ) at least one object ( 200 ), characterized in that the relative orientation and / or the relative position of the object ( 200 ), At least one pattern generating / providing device (for generating at least one in the visible and / or non-visible region of electromagnetic radiation, in particular local pattern provided) 10 ), in particular at least one pattern generator, and / or - at least one for receiving in each case at least one on the surface ( 202 ) reflected image of the pattern recording device ( 20 ), in particular at least one optical sensor, to one another in order to obtain information about the surface ( 202 ), in particular about the geometry of the surface ( 202 ), to obtain. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung und/oder die Position der Aufnahmeeinrichtung (20) gegenüber dem Objekt (200) verändert werden, indem das Objekt (200) gegenüber der Aufnahmeeinrichtung (20) bewegt (R200, T200) wird.Method according to claim 1, characterized in that the orientation and / or the position of the receiving device ( 20 ) against the object ( 200 ) are changed by the object ( 200 ) relative to the receiving device ( 20 ) (R 200 , T 200 ) is moved. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung und/oder die Position der Aufnahmeeinrichtung (20) gegenüber dem Objekt (200) verändert werden, indem die Aufnahmeeinrichtung (20) gegenüber dem Objekt (200) bewegt (R20, T20) wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the orientation and / or the position of the receiving device ( 20 ) against the object ( 200 ) are changed by the recording device ( 20 ) against the object ( 200 ) (R 20 , T 20 ) is moved. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Orientierung und/oder die relative Position der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10), der Aufnahmeeinrichtung (20) und des Objekts (200) zueinander, insbesondere gezielt, eingestellt werden.Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the relative orientation and / or the relative position of the pattern generating / providing device ( 10 ), the receiving device ( 20 ) and the object ( 200 ) to each other, in particular targeted, can be set. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Abbildungsparameter der Aufnahmeeinrichtung (20) zum Zwecke der Gewinnung von Bildinformationen zeitlich verändert werden.Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the optical imaging parameters of the recording device ( 20 ) are temporally changed for the purpose of obtaining image information. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Muster in periodischer Form, insbesondere in Form sinusförmiger Intensitätsmuster oder in Form binärer Streifenmuster, erzeugt werden oder existieren.Process according to at least one of the claims 1 to 5, characterized in that the patterns in periodic Shape, in particular in the form of a sinusoidal intensity pattern or in the form of binary striped patterns, be created or exist. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Oberfläche (202) reflektierte Bild des Musters mittels der zur Oberfläche (202) ausgerichteten Aufnahmeeinrichtung (20) aufgenommen wird.Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the surface ( 202 ) reflected image of the pattern by means of the surface ( 202 ) receiving device ( 20 ) is recorded. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einer Position der Aufnahmeeinrichtung (20) im Raum aus deflektometrisch aufgenommen und/oder vermessen wird.Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that at least one position of the receiving device ( 20 ) is recorded and / or measured in the room from reflectometry. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere der diffus reflektierte Anteil des Musters für eine insbesondere triangulatorische Auswertung herangezogen wird.Process according to at least one of the claims 1 to 8, characterized in that in particular the diffusely reflected Proportion of the pattern for a particular triangulatory evaluation is used. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100; 100'; 100''), insbesondere der Messaufbau, mittels mindestens eines bekannten Musters kalibriert wird.Method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the device ( 100 ; 100 '; 100 '' ), in particular the measurement setup, is calibrated by means of at least one known pattern. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen des vermessenen Objekts (200) mit vorgegebenen Sollwerten, insbesondere – mit Daten mindestens eines Referenzobjekts, – mit Daten einer C[omputer]A[ided]D[esign]-Zeichnung und/oder – mit Toleranzendaten, verglichen werden, um Abweichungen des Objekts (200) von seinem Sollzustand zu ermitteln und um eine Korrektur der ermittelten Abweichungen des Objekts (200) von seinem Sollzustand einzuleiten.Method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the information of the measured object ( 200 ) with predetermined setpoints, in particular - with data of at least one reference object, - with data of a computer [A] Dedicated drawing and / or - with tolerance data, in order to detect deviations of the object ( 200 ) of its desired state and to a correction of the determined deviations of the object ( 200 ) from its nominal state. Vorrichtung (100; 100'; 100'') zum Analysieren und/oder zum Vermessen, insbesondere zum Inspizieren und/oder zum Prüfen, mindestens einer zumindest partiell reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberfläche (202) mindestens eines Objekts (200), aufweisend – mindestens eine zum Generieren mindestens eines im sichtbaren und/oder nichtsichtbaren Bereich elektromagnetischer Strahlung liegenden, insbesondere örtlichen Musters vorgesehene Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10), insbesondere mindestens einen Mustergenerator, und – mindestens eine Aufnahmeeinrichtung (20), insbesondere mindestens einen optischen Sensor, zum Aufnehmen jeweils mindestens eines an der Oberfläche (202) reflektierten Bilds des Musters, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Orientierung und/oder die relative Position des Objekts (200), der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10) und/oder der Aufnahmeeinrichtung (20) zueinander variierbar sind, um Informationen über die Oberfläche (202), insbesondere über die Geometrie der Oberfläche (202), zu erhalten.Contraption ( 100 ; 100 '; 100 '' ) for analyzing and / or measuring, in particular for inspecting and / or testing, at least one surface (at least partially reflecting, in particular shining and / or reflecting, 202 ) at least one object ( 200 ), comprising - at least one pattern generating / providing device (for generating at least one in the visible and / or non - visible region of electromagnetic radiation lying, in particular local pattern provided) 10 ), in particular at least one pattern generator, and - at least one receiving device ( 20 ), in particular at least one optical sensor, for receiving in each case at least one on the surface ( 202 ) reflected image of the pattern, characterized in that the relative orientation and / or the relative position of the object ( 200 ), the pattern generating / providing device ( 10 ) and / or the recording device ( 20 ) are mutually variable to provide information about the surface ( 202 ), in particular about the geometry of the surface ( 202 ), to obtain. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch zwei oder mehr Aufnahmeeinrichtungen (20), deren Orientierung und/oder deren Position zueinander und/oder zum Objekt (200) insbesondere gezielt einstellbar ist.Device according to claim 12, characterized by two or more receiving devices ( 20 ), their orientation and / or their position relative to one another and / or to the object ( 200 ) is specifically adjustable. Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Orientierung und/oder die relative Position der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10), der Aufnahmeeinrichtung (20) und des Objekts (200) zueinander, insbesondere gezielt, einstellbar sind.Device according to claim 12 or 13, characterized in that the relative orientation and / or the relative position of the pattern generating / providing device ( 10 ), the receiving device ( 20 ) and the object ( 200 ) to each other, in particular targeted, are adjustable. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens einen zumindest einachsigen Roboterarm (30), mittels dessen Bewegung die angesteuerte Orientierung und/oder die angesteuerte Position der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10), der Aufnahmeeinrichtung (20) und des Objekts (200) zueinander zumindest näherungsweise definierbar ist.Device according to at least one of claims 12 to 14, characterized by at least one at least uniaxial robot arm ( 30 ), by means of which movement the controlled orientation and / or the controlled position of the pattern generating / providing device ( 10 ), the receiving device ( 20 ) and the object ( 200 ) is at least approximately definable to each other. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch mindestens ein Fließband, mittels dessen das Objekt (200) bewegbar (T200) ist.Device according to at least one of claims 12 to 15, characterized by at least one assembly line, by means of which the object ( 200 ) is movable (T 200 ). Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens eine Unterlage, auf der das Objekt (200) drehbar und/oder kippbar und/oder verschiebbar gelagert ist.Device according to at least one of claims 12 to 16, characterized by at least one base on which the object ( 200 ) is mounted rotatably and / or tiltable and / or displaceable. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch mindestens eine Auswerte-/Steuereinheit (40), mittels derer mindestens ein Aktor derart steuerbar und/oder regelbar ist, dass die relative Orientierung und/oder die relative Position des Objekts (200), der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10) und/oder der Aufnahmeeinrichtung (20) zueinander verändert werden können.Device according to at least one of claims 12 to 17, characterized by at least one evaluation / control unit ( 40 ), by means of which at least one actuator can be controlled and / or regulated such that the relative orientation and / or the relative position of the object ( 200 ), the pattern generating / providing device ( 10 ) and / or the recording device ( 20 ) can be changed to each other. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte-/Steuereinheit (40) mittels weiterer Messverfahren, insbesondere der Bildanalyse, der Aufnahmeeinrichtung (20) Informationen über die relative Orientierung und/oder die relative Position des Objekts (200), der Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10) und/oder der Aufnahmeeinrichtung (20) zueinander erhält.Device according to claim 18, characterized in that the evaluation / control unit ( 40 ) by means of further measuring methods, in particular image analysis, of the recording device ( 20 ) Information about the relative orientation and / or the relative position of the object ( 200 ), the pattern generating / providing device ( 10 ) and / or the recording device ( 20 ) receives each other. Vorrichtung gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte-/Steuereinheit (40) – aus den von der Aufnahmeeinrichtung (20) mittels der erfassten Bilder gewonnenen Bildinformationen und/oder – aus weiteren Informationen geeignete Stellsignale für den Aktor ermittelt.Device according to claim 18 or 19, characterized in that the evaluation / control unit ( 40 ) - from the reception facility ( 20 ) determined by the captured images image information and / or - suitable for further information control signals for the actuator. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mustererzeugungs-/- bereitstellungseinrichtung (10) zum Erzeugen des Musters – mindestens eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer L[ight]E[mitting]D[iode] oder – mindestens ein Heizelement, insbesondere mindestens einen Quarzstrahler, oder – mindestens eine Kathodenstrahlröhre oder – mindestens eine flüssigkeitsdurchflossene Leitung oder – mindestens ein Polymerdisplay oder – mindestens einen Videoprojektor, zum Beispiel mindestens einen L[iquid]C[rystal]D[isplay]-basierten Projektor oder mindestens einen D[igital]M[icromirror]D[evice]-basierten Projektor, oder – mindestens eine mechanisch bewegte, insbesondere beheizte, Fläche mit insbesondere örtlich variierendem Abstrahlverhalten für elektromagnetische Strahlung aufweist.Device according to at least one of claims 12 to 20, characterized in that the pattern generating / providing device ( 10 ) for generating the pattern - at least one illumination device with at least one light emitting element [iode] or at least one heating element, in particular at least one quartz emitter, or at least one cathode ray tube or at least one liquid-carrying line or at least one Polymer display or - at least one video projector, for example at least one L [iquid] C [rystal] D [isplay] -based projector or at least one D [igital] M [icromirror] D [evice] -based projector, or - at least one mechanical has moved, in particular heated, surface in particular spatially varying radiation behavior for electromagnetic radiation. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10) so ausgelegt ist, dass das Muster eine elektromagnetische Strahlung ausstrahlt, deren Wellenlänge größer als die Wellenlänge von sichtbarem Licht ist.Device according to at least one of claims 12 to 21, characterized in that the pattern generating / providing device ( 10 ) is designed so that the pattern emits an electromagnetic radiation whose wavelength is greater than the wavelength of visible light. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (10) von der Auswerte-/Steuereinheit (40) aus steuerbar ist.Device according to at least one of claims 12 to 22, characterized in that the pattern generating / providing device ( 10 ) from the evaluation / control unit ( 40 ) is controllable. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (20) im nichtsichtbaren Bereich, insbesondere im thermischen I[nfra]R[ot]-Bereich, empfindlich für elektromagnetische Strahlung ist.Device according to at least one of claims 12 to 23, characterized in that the receiving device ( 20 ) in the non-visible region, especially in the thermal I [nfra] R [ot] region, is sensitive to electromagnetic radiation. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 24, gekennzeichnet durch mindestens einen Bildschirm oder durch mindestens ein Display (50) zum Anzeigen der verarbeiteten Bilder.Device according to at least one of claims 12 to 24, characterized by at least one screen or by at least one display ( 50 ) to display the processed images. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgang der Auswerte-/Steuereinheit (40) mit mindestens einem Eingang des Bildschirms oder des Displays (50) verbunden ist.Device according to claim 25, characterized in that at least one output of the evaluation / control unit ( 40 ) with at least one input of the screen or the display ( 50 ) connected is. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass – sowohl die mindestens eine Aufnahmeeinrichtung (20) – als auch der mindestens eine Bildschirm oder das mindestens eine Display (50) fest zueinander angeordnet sind.Device according to at least one of claims 12 to 26, characterized in that - both the at least one receiving device ( 20 ) - as well as the at least one screen or the at least one display ( 50 ) are fixed to each other. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgang der Aufnahmeeinrichtung (20) mit mindestens einem Eingang der Auswerte-/Steuereinheit (40) verbunden ist.Device according to at least one of claims 12 to 27, characterized in that at least one output of the receiving device ( 20 ) with at least one input of the evaluation / control unit ( 40 ) connected is. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte-/Steuereinheit (40) – Bestandteil der Aufnahmeeinrichtung (20) ist und/oder – in die Aufnahmeeinrichtung (20) integriert ist.Device according to at least one of claims 12 to 28, characterized in that the evaluation / control unit ( 40 ) - part of the reception facility ( 20 ) and / or - in the receiving device ( 20 ) is integrated. Verwendung eines Verfahrens gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder mindestens einer Vorrichtung (100; 100'; 100'') gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 29 zum Detektieren und/oder zum Ermitteln von Defekten, wie etwa von Beulen, von Blasen, von Dellen, von Einschlüssen, von Kratzern, von Orangenhaut, von nachzubearbeitenden Stellen, von Welligkeiten oder von dergleichen, zum Beispiel in der Oberfläche (202) eines sich im Bau befindlichen Kraftfahrzeugs.Use of a method according to at least one of claims 1 to 11 and / or at least one device ( 100 ; 100 '; 100 '' ) according to any one of claims 12 to 29 for detecting and / or detecting defects such as dents, blisters, dents, inclusions, scratches, orange peel, reworked areas, ripples or the like Example in the interface ( 202 ) of a motor vehicle under construction.
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