DE102005038535A1 - Rotationssymetrischer Streifenprojektor für die symetrische Ausleuchtung reflektierender Freiformflächen zur Detektierung von Oberflächenfehlern - Google Patents

Abstract

Die durch den zylindrischen Streifenprojektor bewirkte Verbesserung des Verfahrens ermöglicht dessen Anwendung in praktisch allen Gewerbezweigen, die glänzende oder spiegelnde, metallische oder mineralische Produkte herstellen, deren Qualität durch die störungsfreie Oberfläche bestimmt wird. DOLLAR A Hier sind erhebliche Rationalisierungspotentiale sichtbar, die gleichzeitig mit einer erheblichen Objektivierung durch maschinelle und damit dokumentierbare und reproduzierbare Inspektionsergebnisse einhergehen.

Description

• Die Deflektometrie ist ein Verfahren, bei dem Freiformhochglanzoberflächen, wie z.B. polierte Armaturen oder Töpfe und Kannen, die metallisch glänzende Grenzflächen aufweisen, auf Oberflächenfehler, wie z.B. Lunker, Einschlüsse, Poren oder Gasblasenreste, untersucht werden. (Zum Verfahren siehe beiliegende Veröffentlichungen.)
• Dabei werden streifige Graustufenmuster durch einen flächigen Projektor, z.B. ein Flachbildschirm, erzeugt und auf der Oberfläche des Objektes gespiegelt. Durch Bewegen der Streifen auf dem Bildschirm wird ein durch die Oberflächenkrümmung verzerrtes Muster erzeugt, das dynamisch mit mehreren Kamerabildern erfasst wird.
• Dabei wandern die Graustufen abhängig von der lokalen Krümmung unterschiedlich schnell über die Oberfläche. Aus dem lokalen Geschwindigkeitgradienten kann auf den lokalen Radius des Flächensegments geschlossen werden.
• Oberflächenfehler wie Einschlüsse weisen eine von der Umgebung unterschiedliche Reflektivität auf und erscheinen unabhängig von der termporären Streifenfarbe als dunkle Flecken. Diese Störmuster können mit entsprechender Analysesoftware detektiert werden.
• Lunker, Poren oder Gasblasen weisen nach dem Polieren verrundete Ränder auf. Diese erscheinen unabhängig von der termporären Streifenfarbe immer glänzend, da ihr kleiner lokaler Radius die gesamte ebene Projektorfläche spiegelt.
• Für Risse, die durch Schrumpfungsprozesse beim Erkalten einer Gussform entstehen, gilt das vorher Dargestellte, mit dem Unterschied, dass sie unregelmäßige längliche Formen aufweisen.
• Quellenangaben
• Dr. Sören Kammel, UNI Karlsruhe Deflektometrie zur Qualitätsprüfung spiegelnd reflektierender Oberflächen Defekterkennung auf stark gekrümmten spiegelnden Oberflächen (siehe Anlage)
• Dr. Wansong Li, Dipl-Ing. Thorsten Bothe, Dr. Christoph von Kopylow, Prof. Dr. Werner Jüptner (alle Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik (BIAS)) Evaluation Methods for Gradient Measurement Techniques (siehe Anlage)
• Dr. Christoph Wagner, Uni Erlangen Informationstheoretische Grenzen optischer 3D-Sensoren (siehe Anlage)
• Professor T. Grundhöfer DIE PARTIELLEN DIFFERENTIALGLEICHUNGEN DER FLÄCHENTHEORIE (siehe Anlage)
• Derzeit greift das Verfahren auf ebene Streifenprojektoren zurück. Bei stark gekrümmten Oberflächen ist der aufnehmenden Kamera nur ein kleines Oberflächenareal mit Streifen sichtbar, so dass zu einer vollständigen Oberflächenuntersuchung das zu messende Objekt mehrfach neu positioniert werden muss.
• Der dabei auftretende Zeitaufwand von mehr als einer Minute ist in industrieller Produktionsumgebung nicht vertretbar, da die Taktzeiten automatischer Fertigungslinien häufig wesentlich kürzer sind.
• Damit ist das Verfahren z.B. in der Sanitär und Badarmaturenindustrie nicht anwendbar, da hier typische Taktzeiten von ca. 20–30 Sekunden realisiert sind.
• Beschreibung der Erfindung
• Es handelt sich um einen zylindrischen (auf jeden Fall rotationssysmetrischen) Hohlkörper, dessen Innenwand mit einer geeigneten flächigen Lichtquelle (z.B. Elektrolumineszenzfolie) belegt oder beschichtet ist. Die Folie ist mit farbigen oder graustufigen senkrechten oder waagerechten transparenten Streifen versehen, die entweder aufgedruckt oder mit Hilfe einer zweiten durchsichtigen, ebenfalls mit Streifen versehenen Folie belegt oder beklebt wird. Dabei werden ca. 305° der Kreiszylinderwand abgedeckt. Höhe und Durchmesser des Zylinders sind variabel, abhängig von der Größe der zu vermessenden Objekte.
• Der Hohlkörper wird derart in einem zweiten, äußeren Hohlkörper eingeführt, das er mechanisch in eine Rotationsbewegung versetzt werden kann. Diese Rotationsbewegung ersetzt die softwaretechnisch erzeugte Streifendrift auf den Bildschirmen der derzeitigen Technik. (siehe beiliegende Zeichnung)
• Der Zylinder wird von oben geschlossen, um Fremdlichteinwirkungen weitestgehend auszuschließen. Das Messobjekt wird möglichst von unten in den inneren Hohlzylinder geführt, um es an geeigneter Stelle durch mehrere Kameras inspizieren zu lassen. Das Auflösungsvermögen der einzusetzenden Kameras ist abhängig von der Größe der zu detektierenden Fehler. Je größer der CCD – Chip, je besser die laterale Auflösung.
• Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren
• Die Streifenprojektion ebenflächiger Projektoren erfordert wiederholtes Positionieren des Prüfobjektes. Das ist mit einem teilweise erheblichen Zeitaufwand verbunden, was das Verfahren in der industriellen Anwendung starken Einschränkungen unterwirft.
• Die Umschließung des Messobjektes durch einen zylindrischen, rotationssymetrischen Streifenprojektor beleuchtet dieses in einer Art, dass entsprechend angebrachte Kameras nur noch eine Objektposition benötigen, um die gesamte von den Kameras erfasste Oberfläche zu inspizieren. Damit verbessert sich der Zeitaufwand erheblich, so dass das Verfahren im industriellen Umfeld rationell eingesetzt werden kann.
• Die Analysesoftware basiert derzeit auf einem euklidischen Geometrieansatz, da lediglich eine Ebene gespiegelt wird. Gegenüber dem herkömmlichen Verfahren wird ein anderer Ansatz programmiert: Die Spiegelung einer strukturierten, rotationssymetrischen Kreiszylinderinnenfläche auf einer Freiformfläche.
• Als zusätzlicher Effekt tritt der Tatbestand ein, dass die Oberfläche des Messobjektes auf Formentreue untersucht werden kann, da die Positionierungenauigkeiten bei wiederholtem Posiitonieren entfallen. Dies ist mit dem herkömmlichen Verfahren nicht möglich.
• Gewerbliche Anwendbarkeit
• Das Verfahren ist in weiten Teilen des metallveredelnden Gewerbes einsetzbar. Hier seien genannt:
• • Bad-, Küchen- und Sanitätarmaturenhersteller
• • Scheinwerfer und Beleuchtungsreflektoren
• • Besteckhersteller
• • Küchengerätehersteller
• • Porzellanmanufakturen
• • Glasmanufakturen

Claims (1)

1. Verfahren zur symetrischen Ausleuchtung und Projezierung von Streifen auf Freiformflächen, bestehend aus: a) einem zylindrischen aüßeren Hohlkörper (Aussenwand) b) einer geeigneten flächigen Lichtquelle (z.B. Elektrolumineszenzfolie) c) einer Folie die mit farbigen oder graustufigen senkrechten oder waagerechten transparenten Streifen bedruckt ist d) einem zweiten, inneren Hohlkörper der mechanisch in eine Rotationsbewegung versetzt werden kann e) einem Deckel zum Abschließen des äußeren Hohlkörpers wobei gilt, f) die Lichtquelle (b) ist mit farbigen oder graustufigen senkrechten oder waagerechten transparenten Streifen versehen, die entweder aufgedruckt oder mit Hilfe einer zweiten durchsichtigen, mit Streifen versehenen Folie (c) belegt oder beklebt wird. d) damit werden ca. 305°–360° der Kreiszylinderwand abgedeckt. Höhe und Durchmesser des Zylinders sind variabel, abhängig von der Größe der zu vermessenden Objekte und der benötigten Streifenbreite e) der Hohlkörper wird derart in einem zweiten, äußeren (a) Hohlkörper eingeführt, das er mechanisch in eine Rotationsbewegung versetzt werden kann. Diese Rotationsbewegung ersetzt die softwaretechnisch erzeugte Streifendrift auf den Bildschirmen der derzeitigen Technik. (siehe beiliegende Zeichnung) f) Der Zylinder wird von oben geschlossen, um Fremdlichteinwirkungen weitestgehend auszuschließen. g) das Messobjekt wird möglichst von unten in den inneren Hohlzylinder geführt, um es an geeigneter Stelle durch mehrere, innen liegende Kameras inspizieren zu lassen.