Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit der Vermessung transparenter Objekte, wie z.B. von Flaschen
und insbesondere von Flaschenböden.The
present invention employs
deals with the measurement of transparent objects, e.g. of bottles
and in particular bottled bottoms.
Die
Herstellung von Glasflaschen für
Nahrung, Chemikalien oder pharmazeutische Produkte erfordert eine
hohe Produktionsqualität
und hohe Prozesszuverlässigkeit.
Das Einhalten der Kundenspezifikationen durch die Produkte ist von
hoher Bedeutung für
den Kunden und folglich auch für
den Hersteller. Aus diesem Grund wurden Online-Inspektionssysteme
innerhalb der Qualitätssicherung
immer populärer,
da sie es dem Hersteller ermöglichen,
einen 100%-Test ihrer Produkte durchzuführen. Aufgrund der Geschwindigkeitsanforderungen
von 3 bis 10 Objekten pro Sekunde sind kontaktlos arbeitende Hochgeschwindigkeitslösungen notwendig.The
Production of glass bottles for
Food, chemicals or pharmaceuticals require one
high production quality
and high process reliability.
Compliance with the customer specifications by the products is of
high importance for
the customer and therefore also for
the manufacturer. For this reason, were online inspection systems
within quality assurance
increasingly popular,
since they allow the manufacturer
perform a 100% test of their products. Due to the speed requirements
From 3 to 10 objects per second, contactless high-speed solutions are required.
Es
existieren verschiedene Möglichkeiten,
die Überprüfung von
Flaschenböden
durchzuführen.
Die meisten davon erlauben jedoch nicht den erwünschten 100%-Test bei Einhaltung
der gleichzeitig erwünschten Präzision.
Eine optische interferometrische punktweise Vermessung ist für eine flächenhafte
Vermessung der Flaschenböden
zu langsam. Tomographische Verfahren zur Inspektion oder die Anwendung
codierten Lichts ermöglichen
ebenfalls nicht hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Normale Durchlichtverfahren,
die 2-D-Informationen
sammeln, ermöglichen
zwar die Erfassung von unerwünschten
Einschlüssen
von Blasen in dem Glas, ermöglichen
aber nicht die Überprüfung weiterer
wichtiger Parameter auf ihre Einhaltung von Spezifikationen hin,
wie z.B. die Überprüfung der
Einhaltung einer minimalen Boden-Dicke, einer maximalen Boden-Dicke,
einer maximalen Schiefe des Innenbodens, einer maximalen Einstich-Tiefe,
einer maximalen Einstich-Tiefe oder einer maximalen Tiefe des Einstichs
oder von Dicke-, Planaritäts-
und Parallelitätsvorgaben.It
There are different possibilities
the review of
bottle bottoms
perform.
However, most of them do not allow the desired 100% compliance test
the simultaneously desired precision.
An optical interferometric pointwise measurement is for a planar
Measuring the bottle bottoms
too slow. Tomographic procedures for inspection or application
enable coded light
also not high processing speeds. Normal transmitted light method,
the 2-D information
collect, allow
Although the detection of unwanted
inclusions
of bubbles in the glass, allow
but not the review of others
important parameters for their compliance with specifications,
such as. the review of
Maintaining a minimum floor thickness, a maximum floor thickness,
a maximum skewness of the inner bottom, a maximum penetration depth,
a maximum puncture depth or a maximum depth of the puncture
or thickness, planarity
and parallelism specifications.
Es
wäre deshalb
wünschenswert,
ein entsprechendes Vermessungsverfahren für transparente Objekte zu haben,
dass es ermöglicht,
schnell relativ genaue Vermessungsergebnisse von transparenten Objekten zu
erhalten, die sich auf die Außen-
und Innenfläche
bzw. eine vordere und eine hintere Fläche des Objekts beziehen, wie
z.B. die Bodendicke oder die anderen oben genannten Kriterien.It
That would be why
desirable,
to have a corresponding measurement method for transparent objects,
that makes it possible
quickly obtain relatively accurate survey results from transparent objects
received referring to the external
and inner surface
or refer to a front and a back surface of the object, such as
e.g. the floor thickness or the other criteria mentioned above.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Vermessung eines transparenten Objekts
zu schaffen, dass es ermöglicht,
schnell relativ genaue Vermessungen von transparenten Objekten zu
erhalten, die sich auf sowohl deren vordere als auch hintere Fläche beziehen.The
The object of the present invention is therefore a method
and a device for measuring a transparent object
to create that it allows
fast, relatively accurate measurements of transparent objects
obtained, which refer to both the front and the rear surface.
Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren
gemäß Anspruch
16 gelöst.These
The object is achieved by a device according to claim 1 and a method
according to claim
16 solved.
Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Vermessung eines transparenten Objekts umfasst eine Strahlenebenenerzeugungseinrichtung
zum Erzeugen einer Strahlenebene, die das transparente Objekt schneidet, um
eine erste Profillinie an einer vorderen Fläche des transparenten Objekts
und eine zweite Profillinie an einer hinteren Fläche des transparenten Objekts
zu definieren, an der Strahlung der Strahlenebene gestreut wird. Eine
Aufnahmeeinrichtung ist vorgesehen, um die an der ersten und der
zweiten Profillinie gestreute Strahlung aus einer vorbestimmten
Blickrichtung schräg
zur Strahlenebene aufzunehmen, um eine Profillinienaufnahme der
ersten und zweiten Profillinie zu erhalten. Ferner umfasst die Vorrichtung
eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Profillinienaufnahme,
um basierend auf derselben ein Vermessungsergebnis für das transparente
Objekt zu erhalten, das auf die vordere Fläche und die hintere Fläche des
transparenten Objekts bezogen ist.A
inventive device
for measuring a transparent object comprises a beam plane generating device
for generating a beam plane intersecting the transparent object
a first profile line on a front surface of the transparent object
and a second profile line on a rear surface of the transparent object
to define at the radiation of the beam plane is scattered. A
Receiving device is provided to the at the first and the
second profile line scattered radiation from a predetermined
Viewing direction at an angle
to record the beam plane to a profile line recording the
to receive first and second profile line. Furthermore, the device comprises
an evaluation device for evaluating the profile line recording,
based on the same a survey result for the transparent
Object obtained on the front surface and the back surface of the
transparent object is related.
Eine
Erkenntnis, auf der die vorliegende Erfindung beruht, besteht dabei
darin, dass die Vermessung von transparenten Objekten bezüglich ihrer
vorderen und hinteren Fläche
beispielsweise bei Flaschenböden ermöglicht wird,
weil die Flächen
häufig
so beschaffen sind, dass sie nicht nur eine Totalreflexion bzw.
eine spiegelnde Reflexion ermöglichen,
sondern eben auch eine diffuse Reflexion bzw. Streuung. Aufgrund
der Transparenz wird ermöglicht,
dass ein restliches, nicht diffus gestreutes Licht, auch die hintere
Fläche
erreichen kann, so dass durch Aufnahme schräg zur Strahlenebene mittels
Triangulation auf die vorder- und rückseitige Fläche bezogene
Vermessungsgrößen ermittelt
werden können.A
Knowledge on which the present invention is based, consists in this case
in that the measurement of transparent objects with respect to their
front and back surface
for example, in bottle bottoms,
because the surfaces
often
such that they are not just a total reflection or
enable a specular reflection
but also a diffuse reflection or scattering. by virtue of
Transparency is made possible
that a residual, not diffusely scattered light, even the rear
area
can reach, so that by receiving obliquely to the beam plane by means of
Triangulation related to the front and back surface
Survey variables determined
can be.
Damit
erfüllt
die vorliegende Erfindung alle Kriterien, die für die Qualitätsprüfung im
Rahmen einer Massenfertigung erfüllt
sein sollten. Zunächst
erfolgt die Prüfung
bzw. Vermessung berührungslos,
was die Installation und den Einbau in einer Fertigungsstraße erleichtert.
Für eine
flächenhafte
Vermessung transparenter Objekte ist zwar eine Relativbewegung zwischen
Strahlenebene und transparenten Objekten notwendig, aber meistens
müssen
die zu vermessenden bzw. zu prüfenden
transparenten Objekte ohnehin in einem Förderband von einer Verarbeitungseinheit
zur anderen transportiert werden, so dass auch hier kein zusätzlicher Aufwand
anfällt.In order to
Fulfills
the present invention all the criteria required for quality inspection in
Met mass production
should be. First
the exam takes place
or measurement without contact,
which facilitates installation and installation in a production line.
For one
areal
Surveying transparent objects is indeed a relative movement between
Radiation level and transparent objects necessary, but mostly
have to
the ones to be measured or tested
transparent objects anyway in a conveyor belt of a processing unit
be transported to the other, so that there is no additional effort
accrues.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Strahlenebene senkrecht zur Relativbewegungsrichtung
zwischen Strahlenebene und transparentem Objekt ausgerichtet, während das
Pixelarray derart angeordnet ist, dass eine Linie senkrecht zur
Relativbewegungsrichtung und der Bestrahlungsrichtung im Wesentlichen
parallel zu einer Pixelzeile des Pixelarrays ist. Auf diese Weise
wird es ermöglicht, die
Höheninformation
und die laterale, d.h. senk recht zur Relativbewegungsrichtung und
zur Bestrahlungsrichtung definierte, Lageinformation getrennt auf
die Zeilen- und Spaltenkoordinate innerhalb des Pixelarrays aufzuteilen.
Eine die Profillinien in dem Pixelarrayhelligkeitsbild suchende
Einheit kann sich deshalb auf eine spaltenweise Untersuchung beschränken.According to one
embodiment
According to the present invention, the beam plane is perpendicular to the direction of relative movement
aligned between beam plane and transparent object while the
Pixel array is arranged such that a line perpendicular to
Relative movement direction and the irradiation direction substantially
is parallel to a pixel row of the pixel array. In this way
it will enable the
height information
and the lateral, i. perpen- dicular to the direction of relative movement and
to the direction of irradiation defined, location information on separately
divide the row and column coordinates within the pixel array.
A seeker of the profile lines in the pixel array brightness image
Unity can therefore be limited to a column-by-column investigation.
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine Extraktionseinrichtung dazu
verwendet, für
jede Pixelspalte eine erste und eine zweite Pixelposition zu extrahieren,
die als Kandidaten für
Orte dienen, an denen die erste bzw. zweite Profillinie auf das
Pixelarray abgebildet wird. Dies geschieht beispielsweise durch
Auffinden von Helligkeitsmaxima innerhalb der jeweiligen Spalte
unter der Verwendung von Schwellwerten. Die so gefundenen Pixelpositionen
werden in metrische Höhenwerte
umskalliert, um auf diese Weise Höhenbilder zu erhalten, eines
pro Kanal bzw. Ebene. Die Halbbilder können gefiltert werden. Zudem
ermöglicht
eine Manipulation der Halbbilder derart, dass sich die durch die
Höhenbilder
repräsentierte
vordere oder hintere Fläche
im Wesentlichen senkrecht zu einer Höhenachse der Höhenbilder
erstreckt, dass darauffolgend über
die Bestimmung eines Höhenwerthistogramms
aus den lagekorrigierten Höhenbildern
die Höhenwerte
der lagekorrigierten Höhenbildern
der vorderen bzw. hinteren Fläche
zugeordnet werden können,
um eine die vordere Fläche
repräsentierende
Punktwolke und eine die hintere Fläche repräsentierende Punktwolke zu erhalten.
Die Vorgehensweise ist einfach und ermöglicht somit die Durchführung der
entsprechenden Verarbeitungsschritte in einer ausreichend geringen
Zeit, um die Auswertung beispielsweise online durchführen zu
können.According to one
another embodiment
The present invention provides an extraction device
used for
each pixel column to extract a first and a second pixel position
who are candidates for
Serve places where the first or second profile line on the
Pixel array is mapped. This happens, for example, by
Find brightness maxima within each column
using thresholds. The pixel positions thus found
are in metric height values
re-scaled to get height images in this way, one
per channel or level. The fields can be filtered. moreover
allows
a manipulation of the fields in such a way that the through the
Depth images
represented
front or back surface
substantially perpendicular to a height axis of the elevation images
that extends beyond
the determination of a height value histogram
from the position-corrected height images
the altitude values
the position corrected height images
the front or rear surface
can be assigned
around the front surface
representing
To obtain point cloud and a point cloud representing the rear surface.
The procedure is simple and thus allows the implementation of the
corresponding processing steps in a sufficiently small
Time, for example, to carry out the evaluation online
can.
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:preferred
embodiments
The present invention will be described below with reference to FIGS
enclosed drawings closer
explained.
Show it:
1 eine
Skizze einer Vorrichtung zur Vermessung transparenter Objekte gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 1 a sketch of a device for measuring transparent objects according to an embodiment of the present invention;
2a eine
Skizze zur Veranschaulichung des Messaufbaus von 1 im
Hinblick auf seine Fähigkeit
der Höhenwertermittlung; 2a a sketch to illustrate the measurement setup of 1 in view of its ability to determine height;
2b eine
Skizze einer Variation der Vorrichtung von 1 in Hinblick
auf den Aufbau zur Strahlenebenenerzeugung und Bildaufnahme, um
die Aufnahme aus zwei verschiedenen Blickrichtungen zu ermöglichen,
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 2 B a sketch of a variation of the device of 1 in view of the structure for beam plane generation and image pickup to enable the recording from two different directions of view, according to another embodiment of the present invention;
2c eine
Raumschnittteilansicht eines Flaschenbodens; 2c a partial sectional view of a bottle bottom;
3a und 3b Grauwertbilder,
wie sie mit dem Aufbau gemäß 2b erhalten
wurden; 3a and 3b Gray value images, as they are with the structure according to 2 B were obtained;
4 einen
Graphen einer exemplarischen abschnittsweise linearen Umskalierungsfunktion
zur Umskalierung der Profillinienpixelpositionen in Profillinienhöhenwerte; 4 a graph of an exemplary partial linear rescaling function for rescaling the profile line pixel positions in profile line height values;
5a einen
Graphen, der die Ausgabe der Kamera aus dem Aufbau von 2b darstellt,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 5a a graph showing the output of the camera from the construction of 2 B represents, according to an embodiment of the present invention;
5b einen
Graphen, der die Höhenwerte
darstellt, wie sie aus der Kameraausgabe von 5a durch
Umskallierung erhalten worden sind; 5b a graph representing the altitude values as seen from the camera output of 5a obtained by reprecipitation;
6 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Vorrichtung
gemäß 2b von
der Profillinienaufnahme über
die Auswertung derselben bis hin zum Erhalt der gewünschten
Vermes sungsergebnisse gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 6 a flowchart for illustrating the operation of the device according to 2 B from the profile line recording on the evaluation of the same up to the receipt of the desired Vermes sungs results according to an embodiment of the present invention;
7 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte zur Rauschentfernung
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 7 a flowchart illustrating the steps for noise removal according to an embodiment of the present invention;
8a einen
Graphen, der ein Histogramm zeigt, das zur Rauschentfernung nach 7 bestimmt und
verwendet wird; 8a a graph showing a histogram after that for noise removal 7 is determined and used;
8b einen
Graphen, der ein Histogramm zeigt, dass zur Zuweisung der Höhenwerte
zu der vorderen oder hinteren Fläche
in 6 bestimmt und verwendet wird; 8b a graph showing a histogram that assigns the height values to the front or back surface in 6 is determined and used;
9a und 9b Grauwertdarstellungen
eines Höhenbildes,
wie es gemäß dem Aufbau
von 2b erhalten worden ist, vor und nach der Rauschentfernung
nach 7; 9a and 9b Gray value representations of a height image, as it is in accordance with the structure of 2 B has been obtained before and after the noise removal 7 ;
10 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte, wie sie zum Übereinanderlegen
der Höhenbilder
der verschiedenen Ansichten in 6 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden; 10 a flowchart illustrating the steps, as for superimposing the height images of the different views in 6 be carried out according to an embodiment of the present invention;
11 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte, wie sie in 6 zur
Einebnung der Höhenbilder
ausgeführt
werden, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 11 a flow chart illustrating the steps as shown in 6 for leveling the height images, according to an embodiment of the present invention;
12 eine
Raumdarstellung der Punktwolken für die Bodenunterseite und Bodeninnenseite,
wie sie sich in dem Verfahren nach 6 ergeben;
und 12 a spatial representation of the point clouds for the bottom bottom and bottom inside, as reflected in the method 6 yield; and
13 Graphen
zur Veranschaulichung der Ergebnisse von Reproduzierbarkeitstests,
die an einer Implemen tierung einer Vorrichtung gemäß 2b durchgeführt worden
sind; 13 Graphs illustrating the results of reproducibility tests, which at an Implementation of a device according to 2 B have been carried out;
Obwohl
im Folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung näher
beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche oder funktionsgleiche
Elemente in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind,
und dass von einer wiederholten Beschreibung ihrer Funktion abgesehen wird.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass sich zwar die nachfolgenden
Ausführungsbeispiele
mit der Vermessung von Flaschenböden
beschäftigen,
dass die vorliegende Erfindung aber auch auf die Vermessung anderer
transparenter Objekte anwendbar ist, wie z.B. Glasgeschirr und dergleichen.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele
beschränkt,
wie es im Anschluss an die Figurenbeschreibung noch erörtert wird.Even though
in the following preferred embodiments
closer to the present invention
be noted that the same or functionally identical
Elements in the figures are provided with the same reference numerals,
and that a repeated description of their function is omitted.
It should also be noted that, although the following
embodiments
with the measurement of bottle bottoms
employ,
but that the present invention also to the measurement of others
transparent objects, such as e.g. Glassware and the like.
Furthermore, the present invention is not limited to those shown
embodiments
limited,
as will be discussed after the figure description.
1 zeigt
eine Vorrichtung zur Vermessung und anschließenden Klassifikation von Flaschenböden. Die
Vorrichtung umfasst eine Laserdiode 10 und eine davor angeordnete
Zylinderlinse 12 zur Erzeugung eines Lichtfächers 14.
Ferner umfasst die Vorrichtung ein Pixelarray, wie z.B. eine CCD-Matrixkamera, 16 und
ein Optik, wie z.B. ein Objektiv, 18 zum Abbilden eines
relevanten Abschnitts 20 des Lichtfächers 14 bzw. ein
Inspektionsvolumen auf das Pixelarray 16. Ein Förderer 22 bewegt
die zu vermessenden Flaschen 24 in einer Bewegungsrichtung 26 derart,
dass die Flaschenböden 28 den
Bildbereich bzw. den relevanten Abschnitt 20 passieren,
und zwar derart, dass der Flaschenboden 28 jeweils den
Lichtfächer 14 in
einer Ausrichtung quert, bei der der Flaschenboden 28 bis
auf betriebsbedingte Ungenauigkeiten im Wesentlichen senkrecht zum
Lichtfächer 14 steht.
Anders ausgedrückt,
trägt bzw.
hält der
Förderer 22 die
zu vermessenden Flaschen 24 in einer Ausrichtung, bei der
eine Flaschenachse 30 im wesentlichen parallel zu einer
Lichteinfallsrichtung bzw. einer Bestrahlungsrichtung 32 ist.
Pixelarray 16 und Objektiv 18 sind angeordnet,
um den rele vanten Abschnitt 20 entlang einer Blickrichtung 34 aufzunehmen,
die schräg
zur Ebene des Lichtfächers 14 ist
und in einer Ebene liegt, die durch die Blickrichtung 32 und
die Bewegungsrichtung 26 aufgespannt wird. Bevorzugte Winkelangaben
folgen im Folgenden noch. Das Pixelarray 16 ist in der
Bildebene angeordnet, auf die das Objektiv 18 den interessierenden
Abschnitt 20 des Lichtfächers 14 abbildet,
und zwar derart, dass sich eine Spaltenrichtung 36 der
Pixel 16a des Pixelarrays 16 in einer Ebene erstreckt,
die durch die Bewegungsrichtung 26 und die Bestrahlungsrichtung 32 aufgespannt
wird, während
die Zeilenrichtung 38 des Pixelarrays 16 senkrecht
zu dieser Ebene ausgerichtet ist. 1 shows a device for measuring and subsequent classification of bottle bottoms. The device comprises a laser diode 10 and a cylinder lens disposed in front of it 12 for generating a light fan 14 , Furthermore, the device comprises a pixel array, such as a CCD matrix camera, for example. 16 and an optic, such as a lens, 18 for mapping a relevant section 20 of the fan of light 14 or an inspection volume on the pixel array 16 , A conveyor 22 moves the bottles to be measured 24 in a direction of movement 26 such that the bottle bottoms 28 the image area or the relevant section 20 happen, in such a way that the bottom of the bottle 28 each the light fan 14 traverses in an orientation at the bottom of the bottle 28 except for operational inaccuracies substantially perpendicular to the light fan 14 stands. In other words, the conveyor carries or holds 22 the bottles to be measured 24 in an orientation where a bottle axis 30 essentially parallel to a direction of light incidence or an irradiation direction 32 is. pixel array 16 and lens 18 are arranged to the rele vant section 20 along a line of sight 34 to record obliquely to the plane of the fan of light 14 is and lies in a plane that is through the line of sight 32 and the direction of movement 26 is spanned. Preferred angles will follow below. The pixel array 16 is arranged in the image plane to which the lens 18 the section of interest 20 of the fan of light 14 maps, in such a way that a column direction 36 the pixel 16a of the pixel array 16 extending in a plane passing through the direction of movement 26 and the direction of irradiation 32 is spanned while the row direction 38 of the pixel array 16 is aligned perpendicular to this plane.
Ein
Drehgeber 40 ist mit dem Förderer 22 gekoppelt,
um das Fortschreiten bzw. die Position der zu vermessenden Flaschen 24 entlang
der Bewegungsrichtung 26 zu erfassen und in äquidistanten
Abständen, d.h.,
wenn der Förderer 22 wieder
ein vorbestimmtes Inkrement zurückgelegt
hat, über
eine Leitung 42 ein Auslösesignal an das Pixelarray 16 auszugeben,
um das Pixelarray 16 mit der Bewegung des Förderers 22 zu synchronisieren.
Das Pixelarray 16 synchronisiert seine Bildaufnahmen mit
den Auslösesignalen
auf der Leitung 42 und gibt das die jeweilige Bildaufnahme
repräsentierende
Ausgangssignal an eine Steuereinheit 44 aus, die beispielsweise
ein Computer ist, auf dem u.a. ein Auswerteprogramm abläuft, das
im Folgenden noch näher
beschrieben wird, und die eigentlichen Vermessungsaufgaben übernimmt,
sowie weitere Steuerprogramme, wie z.B. solche, die basierend auf
dem Vermessungsergebnis die Einhaltung bestimmter Spezifikationen
für den
Flaschenboden 28 überprüfen, und
solche, die basierend auf dem Überprüfungsergebnis
eine Aussonderung defekter Flaschen veranlassen.A rotary encoder 40 is with the sponsor 22 coupled to the progression or position of the bottles to be measured 24 along the direction of movement 26 to capture and at equidistant intervals, ie, if the conveyor 22 again a predetermined increment has covered, over a line 42 one Trigger signal to the pixel array 16 output to the pixel array 16 with the movement of the conveyor 22 to synchronize. The pixel array 16 synchronizes his pictures with the trigger signals on the line 42 and outputs the output signal representing the respective image recording to a control unit 44 from, for example, a computer on which, inter alia, an evaluation program runs, which will be described in more detail below, and the actual surveying tasks takes over, and other control programs, such as those based on the survey results compliance with certain specifications for the bottom of the bottle 28 and those that cause a rejection of defective bottles based on the result of the check.
Nachdem
der Aufbau der Vorrichtung von 1 beschrieben
worden ist, werden im Folgenden zunächst einmal anhand von 1 die
Aufgaben und Probleme beschrieben, die die Vorrichtung von 1 zu bewältigen hat.
Insbesondere ist es Aufgabe der Vorrichtung von 1,
die aus Glas herge stellten Flaschen 24 auf eine schnelle
und kontaktlose Art und Weise zu inspizieren. Etwas spezieller ausgedrückt, sollen
die Flaschenböden 28 überprüft werden.
Diese sind durch drei Oberflächen
charakterisiert, nämlich
die Bodenberührungsfläche bzw.
die Standfläche 28a,
den Innenboden bzw. die Innenbodenfläche 28b und den Einstich bzw.
die Einstichfläche 28c.
Diese Flächen
müssen
bestimmte Kriterien erfüllen,
wie es im Folgenden noch deutlicher wird. Dabei übernimmt die Vorrichtung von 1 die
Erfassung der Istwerte, wohingegen die Steuereinrichtung 44 den
Vergleich der Istwerte mit Sollwerten übernimmt und die entsprechenden
Maßnahmen
in dem Fall der Nicht-Übereinstimmung übernimmt.After the construction of the device of 1 are described below, first by means of 1 Described the tasks and problems that the device of 1 has to cope with. In particular, it is the task of the device of 1 made of glass bottles 24 to inspect in a fast and contactless manner. More specifically, the bottle bottoms are supposed to 28 be checked. These are characterized by three surfaces, namely the ground contact surface or the footprint 28a , the inner bottom or the inner bottom surface 28b and the puncture or the puncture area 28c , These areas must fulfill certain criteria, as will become clearer in the following. The device takes over from 1 the detection of the actual values, whereas the control device 44 takes over the comparison of the actual values with nominal values and adopts the corresponding measures in the event of non-compliance.
Ein
Beispiel für
eine Leistungsanforderung ist beispielsweise 5 Flaschen pro Sekunde.
Dieser Anforderung begegnet die Vorrichtung von 1 durch
Verwendung eines 3D-Entfernungssensors,
der sich aus den kompetenten 10, 12, 16, 18, 40 und 44 zusammensetzt
und die Böden 28 scannt,
während
die Flaschen 24 den Lichtfächer bzw. die Lichtebene 14 passieren,
wobei beispielsweise eine Auflösung
von 1 mm in Transportrichtung 26 und eine Auflösung von
0,10 mm senkrecht hierzu erzielbar ist.An example of a power request is, for example, 5 bottles per second. This requirement is met by the device of 1 by using a 3D range sensor that is made up of the most competent 10 . 12 . 16 . 18 . 40 and 44 composed and the floors 28 scans while the bottles 24 the light fan or the light plane 14 happen, for example, a resolution of 1 mm in the transport direction 26 and a resolution of 0.10 mm perpendicular thereto can be achieved.
Im
Folgenden wird nun anhand von 1 auch zunächst einmal
das Messprinzip grob erläutert.
Das Messprinzip zur Erfassung der 3D-Formen der Böden 28 basiert
auf der Laser-Triangulation
oder der Lichtschichtlagen- bzw. sheet-off-light-Entfernungsmessung. Um dies zu
veranschaulichen, zeigt 2 eine Seitenansicht
des Beleuchtungs- und Bildaufnahmeteils von 1 aus einer
Richtung senkrecht zur durch die Belichtungsrichtung 32 und
die Bewegungsrichtung 26 aufgespannte Ebene. Wie es zu
sehen ist, bezeichnet in 2a der
Winkel α den
Winkel zwischen der Blickrichtung bzw. der optischen Achse 34 der
sich aus dem Objektiv 18 und dem Pixelarray zusammensetzenden
Kamera 46 und dem Lot 48 von der optischen Mitte
des Objektivs 18 auf die Lichtebene 14. Der Abstand
der optischen Mitte des Objektivs 18 von der Lichtebene 14 ist
mit B bezeichnet. Mit b ist der bildseitige Abstand des Pixelarrays 16 von
der optischen Mitte bzw. der Hauptebene oder der bildseitigen Hauptebene
des Objektivs 18 bezeichnet. Die optische Achse 34 der
Kamera 46 schneidet die Lichtebene 14 in einem
Punkt 50, um den herum sich der relevante Abschnitt 20 der
Lichtebene 14 erstreckt, den die Kamera 46 darauf
aufnimmt bzw. scharf auf das Pixelarray 16 abbildet. Mit
r wird nun in 2a eine Länge bezeichnet, die sich von
dem Punkt 50 in Belichtungsrichtung 32 erstreckt.
r wird im Folgenden auch als Höhenwert
bezeichnet. Die Höhenwerte
r geben also an, an welcher Stelle bzw. in welcher Höhe r das
zu vermessende Objekt 24 an einer bestimmten Position in
Bewegungsrichtung 26 die Beleuchtungsrichtung bzw. Beleuchtungsachse 32 schneidet.
Auf ähnliche
Weise wird mit Flächenpunkten
des zu vermessenden Objekts 24 verfahren, die sich außerhalb
der Ebene befinden, die durch die Achsen 32 und 34 aufgespannt
wird. Für
sie wird der Höhenwert
r ebenfalls parallel zur Beleuchtungsachse 32 bestimmt,
und zwar von der Linie aus, die durch den Ort 50 verläuft und
senkrecht auf den Achsen 32 und 34 steht.The following will now be based on 1 First of all, the measuring principle roughly explained. The measuring principle for detecting the 3D shapes of the floors 28 is based on laser triangulation or light-sheet or sheet-off-light distance measurement. To illustrate this, shows 2 a side view of the illumination and image receiving part of 1 from a direction perpendicular to the exposure direction 32 and the direction of movement 26 spanned level. As you can see, inscribed in 2a the angle α is the angle between the viewing direction and the optical axis 34 which is out of the lens 18 and the pixel array composing camera 46 and the lot 48 from the optical center of the lens 18 to the light level 14 , The distance of the optical center of the lens 18 from the light plane 14 is labeled B. With b is the image-side distance of the pixel array 16 from the optical center or the main plane or the image-side main plane of the objective 18 designated. The optical axis 34 the camera 46 cuts the light plane 14 in one point 50 around which the relevant section 20 the light plane 14 extends the camera 46 on it or sharp on the pixel array 16 maps. With r is now in 2a a length that is different from the point 50 in the direction of exposure 32 extends. r is also referred to below as the height value. The height values r thus indicate at which point or at which height r the object to be measured r 24 at a certain position in the direction of movement 26 the illumination direction or illumination axis 32 cuts. Similarly, with surface points of the object to be measured 24 Procedures that are located outside the plane, through the axes 32 and 34 is spanned. For them, the height value r is also parallel to the illumination axis 32 determined, and indeed from the line, through the place 50 runs and perpendicular to the axes 32 and 34 stands.
Wie
es im Folgenden erörtert
wird, werden die Aufnahmen der Kamera 46 bzw. die einzelnen
Bilder der Kamera 46 durch entsprechende Helligkeitswertarrays
gebildet, die dem Bild des interessierenden Bereichs 20 entsprechen,
auf den der Lichtfächer 14 projiziert
wird. Eine im Folgenden noch näher
erörterte
Extraktionseinrichtung 52, die entweder, wie in 1 angedeutet,
in der Steuereinrichtung 44 oder, wie in 2a angedeutet,
in der Kamera 46 selbst, angeordnet sein kann, extrahiert
jedoch aus den Helligkeitsbildern die für das weitere Messverfahren
relevantere Information dadurch, dass sie spaltenweise Pixelpositionen
als Kandidaten für
Orte bestimmt, an denen die durch die Bestrahlung mit dem Lichtfächer 14 auf
dem zu vermessenden Objekt 24 erzeugte Laser- bzw. Profillinie 54 durch
das Objektiv 18 auf das Pixelarray 16 abgebildet wird.
Diese Information bildet nämlich
das eigentlich relevante Ausgangssignal der Kamera 46 bzw.
der Einrichtung 52, wobei die Kandidatenpixelpositionen
beispielsweise in Pixelzeilennummern angegeben werden, oder, wie
es in 2a angedeutet ist, in Einheiten
von Pixelzeilen als Versatz zur optischen Mitte 56 des
Pixelarrays 16 bzw. zu der Pixelzeile, die durch die optische
Mitte 56 verläuft,
wobei dieser Versatz in 2a mit s
angegeben ist. In 1 ist beispielsweise der Verlauf
des Bildes 58 der Laserlinie 54 auf dem Pixelarray 16 angedeutet.As will be discussed below, the shots are taken by the camera 46 or the individual pictures of the camera 46 formed by respective brightness value arrays corresponding to the image of the region of interest 20 correspond to the light fan 14 is projected. An extraction device discussed in more detail below 52 that either, as in 1 indicated in the control device 44 or, as in 2a indicated in the camera 46 itself, can be arranged, but extracts from the brightness images the information more relevant to the further measurement method by determining column-by-pixel positions as candidates for locations at which the images are irradiated by the light fan 14 on the object to be measured 24 generated laser or profile line 54 through the lens 18 on the pixelarray 16 is shown. This information forms the actually relevant output signal of the camera 46 or the institution 52 where the candidate pixel positions are given, for example, in pixel line numbers, or, as shown in FIG 2a is indicated, in units of pixel lines as an offset to the optical center 56 of the pixel array 16 or to the pixel line passing through the optical center 56 runs, this offset in 2a with s is specified. In 1 is for example the course of the picture 58 the laser line 54 on the pixelarray 16 indicated.
Nachdem
nun alle maßgeblichen
Größen des
Messaufbaus erläutert
worden sind, wird mit der Erklärung
des Messprinzips fortgefahren. Die Lichtebene 14, die durch
den Laser 10 erzeugt wird, steht senkrecht zur inspizierenden
Oberfläche 28.
Die Beugungsprojektionslinse 12 weitet zur Erzeugung der
Lichtebene 14 bzw. des Lichtfächers den Lichtstrahl 60 des
Lasers 10 orthogonal zu der Transportrichtung 26 auf,
was beispielsweise eine Lichtebene 14 von etwa 0,10 mm
Dicke ergibt. Die Kamera bzw. der Sensor 46, der die Szene 20 betrachtet,
ist um einen Winkel, der in einem Bereich von 20° bis 70° und vorzusgweise in einem Bereich von
30° bis
60° und
noch mehr bevorzugt etwa 55° oder
alternativ etwa 35° beträgt, gegenüber der
Beleuchtungsrichtung 32 geneigt, um ein kubisches Inspektionsvolumen
von beispielsweise etwa 50 mm-Kantenlänge zu beobachten, was eine
theoretische Auflösung
von 0,08 mm für
die aus Triangulationsbasis bestimmten Höhenwerte r liefert.Now that all relevant parameters of the measurement setup have been explained, the explanation of the measurement principle is continued. The light plane 14 passing through the laser 10 is generated, is perpendicular to the inspecting surface 28 , The diffraction projection lens 12 widens to the generation of the light plane 14 or the light fan the light beam 60 the laser 10 orthogonal to the transport direction 26 on what, for example, a light plane 14 of about 0.10 mm thickness. The camera or the sensor 46 who is the scene 20 is an angle which is in a range of 20 ° to 70 °, and more preferably in a range of 30 ° to 60 °, and more preferably about 55 °, or alternatively about 35 °, with respect to the illumination direction 32 inclined to observe a cubic inspection volume of, for example, about 50 mm edge length, which provides a theoretical resolution of 0.08 mm for the height values r determined from triangulation basis.
Die
Profilerfassung hängt
von dem diffus reflektierten Teil des einfallenden Lichts ab, das
für die
Konturlinien 58 in dem erfassten Bild in dem Pixelarray 16 verantwortlich
ist. Betrachtet man die Laser-Objekt-Wechselwirkung näher, tritt
eine solche Reflexion dann auf, wenn der Laserfächer 14 auf die Objektoberfläche auftritt.
Abhängig
von der Lichtundurchlässigkeit
des Materials des zu vermessenden Objekts dringt ein Teil des Laserlichts
unter bestimmten Brechungseffekten ein und wird wieder ein zweitel
Mal diffus reflektiert, nämlich
dann, wenn das Laserlicht das Objekt wieder verlässt. Aufgrund dieser zwei Reflektionen
enthält
das erfasste Bild des Pixelarrays 16 eigentlich zwei Laserlinienkonturen,
nämlich
eine für
die obere bzw. die vordere Fläche 28a, 28c und
eine weitere für
die untere bzw. hintere Fläche 28b,
wobei jedoch in 1 der Übersichtlichkeit halber lediglich
eine Konturlinie 58 für
die Oberfläche
bzw. vordere Fläche 28c, 28a gezeigt
ist. Die Tiefen- bzw. Höheninformationen,
die aus diesen zwei Linien erhalten werden, können aufeinander bezogen werden,
was Dicke-, Parallelitäts-
und Planaritätsmessungen
ermöglicht,
wie es im Folgenden beschrieben wird.The profile detection depends on the diffusely reflected part of the incident light, that for the contour lines 58 in the captured image in the pixel array 16 responsible for. Looking closer at the laser-object interaction, such reflection occurs when the laser fan 14 occurs on the object surface. Depending on the opacity of the material of the object to be measured, a part of the laser light penetrates under certain refraction effects and is again diffusely reflected a second time, namely when the laser light leaves the object again. Because of these two reflections, the captured image of the pixel array contains 16 actually two laser line contours, namely one for the top and the front surface 28a . 28c and another for the lower and rear surfaces, respectively 28b , however, in 1 for clarity, only a contour line 58 for the surface or front surface 28c . 28a is shown. The depth information obtained from these two lines can be related to each other, allowing for thickness, parallelism, and planarity measurements, as described below.
Wenn
nicht-koplanare-Flächen
mit einem orthogonalen Laserprojektor und einem geneigten Kameraaufbau
inspiziert werden, wie es in dem Aufbau von 1 bei den
Flächen 28c, 28b,
der Beleuchtung durch Laser 10 und Linse 12 und
die Kamera 46 der Fall ist, können Occlusionseffekte auftreten,
die zu einem Verlust von Höhen-
bzw. Tiefendaten führen.
Dieser Verlust kann beispielsweise durch ungewollte Totalreflexionen
an dem zu inspizierenden Objekt 24 entstehen. Eine mögliche Gegenmaßnahme gegen
solche Effekte besteht darin, redundante Informationen aus unterschiedlichen
Blickwinkeln zu erfassen. Eine einfache Möglichkeit bestünde darin,
den Aufbau aus Objektiv 18 und Pixelarray 16 in 1 symmetrisch
zur Sichtebene 14 noch einmal vorzusehen. In 2a entspräche dies
einer Spiegelung der Kamera 46 an der Ebene 14.
Dieser Aufbau wäre
aber teuer, weswegen 2b eine hierzu alternative Lösung bereitstellt,
bei der es möglich
ist, auf ein- und demselben Pixelarray zwei Ansichten aufzunehmen,
die eine auf der einen Hälfte
des Pixelarrays und die andere auf der anderen Hälfte. Dies verhilft zur Minimierung
der Kosten und reduziert den Synchronisationsaufwand gegenüber der
Implementierung mit einer zweiten Kamera.When inspecting non-coplanar surfaces with an orthogonal laser projector and a tilted camera assembly, as in the construction of FIG 1 at the surfaces 28c . 28b , the lighting by laser 10 and lens 12 and the camera 46 If this is the case, occlusion effects can occur resulting in a loss of altitude or depth data. This loss can be caused, for example, by unwanted total reflections on the object to be inspected 24 arise. One possible countermeasure against such effects is to capture redundant information from different perspectives. An easy way would be to build the lens 18 and pixel array 16 in 1 symmetrical to the viewing plane 14 to provide again. In 2a this would correspond to a reflection of the camera 46 at the level 14 , This structure would be expensive, so 2 B an alternative solution is provided in which it is possible to record on one and the same pixel array two views, one on one half of the pixel array and the other on the other half. This helps to minimize costs and reduces the overhead of synchronization with a second camera implementation.
Wie
es in 2b gezeigt ist, wird das Konzept
der Redundanz mittels einer Kamera 46 dadurch realisiert,
dass die Kamera 46 ein System aus drei Spiegeln 62a, 62b und 62c aufnimmt,
das die Bildaufnahme aus zwei unterschiedlichen Richtungen 34a und 34b ermöglicht.
Insbesondere zeigt 2b nur denjenigen Teil der Vermessungsvorrichtung,
der sich von demjenigen in 1 unterscheidet.
Der relevante Teil umfasst die Beleuchtungs- und die Bildaufnahmeseite.
Wie zu erkennen ist, sind die Spiegel 62a–62c parallel
zur Lichtebene 14 angeordnet. Dabei ist der Spiegel 62b im
Wesentlichen koplanar zur Lichtebene 14 angeordnet, derart,
dass die Lichtebene 14 knapp an dem Spiegel 62b vorbeiläuft, um
auf die zu vermessende Flasche 24 zu treffen. Die Spiegel 62a und 62c sind
im Wesentlichen achsensymmetrisch zueinander und versetzt zur Lichtebene 14 angeordnet.
Die Kamera 46 ist wiederum unter der gewünschten
Neigung zur Beleuchtungsachse 32 angeordnet, wie es auch
bei 1 der Fall war. Ihre optische Achse 34 ist
dabei vorzugsweise derart positioniert, dass sie auf eine dem zu
vermessenden Objekt 24 nächstgelegene Kante des Umlenkspiegels 62a trifft.
Auf diese Weise wird die erfassbare Szene (46) in zwei
Teile aufgeteilt, nämlich
einen Teil, der Licht aufnimmt, das von dem Inspektionsvolumen 20 über den
Spiegel 62a in die Kamera 46 einfällt und
andererseits Licht, das von dem Inspektionsvolumen 20 über den
Spiegel 62c und den Umlenkspiegel 62b in die Kamera 46 einfällt, was
mit ein- und derselben
Kamera 46 die Aufzeichnung bzw. Aufnahme des Inspektionsvolumens 20 aus
zwei unterschiedlichen Blickrichtungen 34a und 34b ermöglicht,
die in dem in 2b dargestellten Fall zudem
symmetrisch zur Lichtebene 14 sind.As it is in 2 B is shown, the concept of redundancy by means of a camera 46 realized by the fact that the camera 46 a system of three mirrors 62a . 62b and 62c that captures the image from two different directions 34a and 34b allows. In particular shows 2 B only that part of the measuring device which differs from the one in 1 different. The relevant part includes the illumination and image pickup pages. As you can see, the mirrors are 62a - 62c parallel to the light plane 14 arranged. Here is the mirror 62b essentially coplanar with the plane of light 14 arranged such that the light plane 14 close to the mirror 62b passes to the bottle to be measured 24 hold true. The mirror 62a and 62c are substantially axisymmetric to each other and offset to the light plane 14 arranged. The camera 46 is again below the desired inclination to the illumination axis 32 arranged, as well as at 1 the case was. Your optical axis 34 is preferably positioned so that it is on an object to be measured 24 nearest edge of the deflecting mirror 62a meets. In this way, the detectable scene ( 46 ) is divided into two parts, namely a part which receives light, that of the inspection volume 20 over the mirror 62a into the camera 46 and on the other hand light, that of the inspection volume 20 over the mirror 62c and the deflecting mirror 62b into the camera 46 think of something with one and the same camera 46 the recording or recording of the inspection volume 20 from two different directions 34a and 34b allows in the in 2 B also shown symmetrically to the light plane 14 are.
Wieder
zurückkehrend
zur Erläuterung
des Messprinzips sei anhand von 2a erläutert, wie
die durch das Pixelarray 16 erhaltenen Helligkeits- bzw.
Grauwertbilder im Zusammenhang mit der Höheninformation r stehen. Wie
es in 1 zu sehen ist, projiziert der Aufbau aus Diode 10 und
Linse 12 eine dünne
Laserlinie 54 auf das Objekt 28, wobei die Kamera 18, 16 bzw. 46 diese
Linie 54 aus einer anderen Position betrachtet, nämlich unter
dem vorerwähnten
Winkel von beispielsweise 55° zur
Beleuchtungsrichtung 32. Dies lässt die Laserlinie 54 bildseitig
wie die Kontur eines Schnitts des Objekts 24 erscheinen,
weshalb die, wie später erläutert, aus
der Konturlinie 58 erhaltene Höheninformation auch häufig als
Profil bzw. Profillinie bezeichnet wird. Die 3D-Form des Objekts 24 wird dann
schließlich
Profil für
Profil rekonstruiert, während
dasselbe die Kamera 18, 16 bzw. 54 und
den Laseraufbau 10, 12 passiert.Returning to the explanation of the principle of measurement, let us refer to 2a explains how the through the pixel array 16 obtained brightness or gray value images in connection with the height information r. As it is in 1 can be seen projected the construction of diode 10 and lens 12 a thin laser line 54 on the object 28 , where the camera 18 . 16 respectively. 46 this line 54 viewed from another position, namely at the aforementioned angle of for example 55 ° to the illumination direction 32 , This leaves the laser line 54 image like the contour of a section of the object 24 appear, which is why, as explained later, from the contour line 58 obtained height information is often referred to as a profile or profile line. The 3D shape of the object 24 is then finally reconstructed profile by profile while the same camera 18 . 16 respectively. 54 and the laser setup 10 . 12 happens.
Wie
bereits erwähnt,
sind die interessierenden Informationen die Profile r(t) ∊ |Rn und nicht das
vollständige
Graustufenbild I(t) ∊ |N(m,n), wobei t die Zeit repräsentiere
und m,n eine Pixelposition in Zeile und Spalte angebe. Folglich
müssen
die Auftreffpositionen der Laserebene 14 aus der zu vermessenden
Fläche
aus dem Grauwertbild des Pixelarrays 16 extrahiert werden,
was die Extraktionseinrichtung 52 übernimmt, und schließlich zu
dem eigentlich interessierenden Ausgangssignal führt, nämlich den Sensorversatzwerten
si(t) ∊ |N,
die für
eine jeweilige Spalte eine Pixelposition bzw. eine Pixelzeile innerhalb
dieser Spalte angeben, an der möglicherweise
die Laserlinie 54 auf das Pixelarray 16 abgebildet
worden ist bzw. an der die jeweilige Pixelspalte von den Konturlinie 58 geschnitten
wird. Sobald diese Versatzwerte bzw. Offsets extrahiert worden sind, können die
entsprechenden Höhenwerte
ri(t), die die Höhe der zu vermessenden Fläche 28 wie
in 2a angezeigt, definieren, durch eine Abbildungberechnet werden, die durch
die Triangulationsgeometrie definiert ist, wie sie in 2a angezeigt
ist: |Nn → |Rn : s(t) → r(t) wobei
B, wie bereits erwähnt,
die Baslinie b den Abstand zwischen der optischen Mitte der Kamera 46 und
dem Pixelarray bzw. der Sensorebene 16 angibt und α den Betrachtungs winkel
bezüglich
der Basislinie angibt, wobei ergänzend
hierbei auf Ranger, I.M.: Introduction to 3-d range imaging verwiesen
wird.As already mentioned, the information of interest are the profiles r (t) ε | R n and not the complete grayscale image I (t) ε | N (m, n) , where t represents the time and m, n indicate a pixel position in row and column. Consequently, the landing positions of the laser plane must 14 from the area to be measured from the gray value image of the pixel array 16 be extracted what the extraction device 52 takes over, and finally leads to the actually interesting output signal, namely the sensor offset values s i (t) ε | N, which indicate a pixel position or a row of pixels within that column for a given column, possibly at the laser line 54 on the pixelarray 16 has been imaged or at the respective pixel column of the contour line 58 is cut. Once these offset values or offsets have been extracted, the corresponding height values r i (t) representing the height of the surface to be measured 28 as in 2a displayed, defined by an illustration which is defined by the triangulation geometry, as in 2a is displayed: | N n → | R n: s (t) → r (t) where B, as already mentioned, the baseline b the distance between the optical center of the camera 46 and the pixel array or sensor plane 16 and α indicates the viewing angle with respect to the baseline, reference being additionally made to Ranger, IM: Introduction to 3-d range imaging.
Wie
es zu erkennen ist, haben die Wahl der Basislinie B und das Triangulationswinkels α den größten Einfluss
auf die Auflösung
und die Genauigkeit der Messungen, weshalb große Sorgfalt bei Ihrer Auswahl
angewendet werden sollte.As
As can be seen, the choice of the baseline B and the triangulation angle α have the greatest influence
on the resolution
and the accuracy of the measurements, which is why great care in your selection
should be applied.
Wie
es aus dem Vorhergehenden hervorging, liegen die eigentlich relevanten
Informationen nicht in den Grauwert- bzw. Helligkeitsbildern, wie sie durch
das Pixelarray 16 erzeugt werden, sondern in den hieraus durch
die Extraktionseinrichtung 52 extrahierten Pixelpositionen
s pro Spalte. Dies sei anhand von 1 nochmal
erläutert.
Aufgrund des Aufbaus entspricht eine Spalte des Pixelarrays 16 im
Wesentlichen einer Linie, die in der Lichtebene 14 parallel
zu der Beleuchtungsrichtung 32 verläuft. Die Folge von Pixelspalten
tasten somit quasi die Laserlinie 54 in Querrichtung, d.h.
senkrecht zu der durch die Beleuchtungsrichtung 32 und
Bewegungsrichtung 26 aufgespannte Ebene, ab. Das Licht,
das an der Profillinie 54 an derjenigen Stelle diffus reflektiert
wird, die eine der so definierten virtuellen Linien schneidet, wird
innerhalb der dieser Linie entsprechenden Pixelspalte auf ein bestimmtes
Pixel innerhalb dieser Pixelspalte durch das Objektiv 18 abgebildet.
Die durch die Extraktionseinrichtung 52 ausgegebene Information
s gibt diese Pixelinformation für
diese Pixelspalte an.As it emerged from the preceding, the actually relevant information is not in the gray scale or brightness images as they are through the pixel array 16 be generated, but in the latter by the extraction device 52 extracted pixel positions s per column. This is based on 1 explained again. Due to the structure, one column corresponds to the pixel array 16 essentially a line that is in the light plane 14 parallel to the direction of illumination 32 runs. The sequence of pixel columns thus virtually touch the laser line 54 in the transverse direction, ie perpendicular to the through the illumination direction 32 and direction of movement 26 spanned level, from. The light that is on the profile line 54 is diffusely reflected at the location that intersects one of the thus defined virtual lines, within the pixel column corresponding to that line, to a particular pixel within that pixel column through the lens 18 displayed. The through the extraction device 52 output information s indicates this pixel information for this pixel column.
Nun
bestimmt in dem vorliegenden Fall die Extraktionseinrichtung 52 pro
Spalte natürlich
nicht nur eine Pixelposition, da ja nicht nur die Konturlinie 58 der
Außenfläche 28c bzw. 28a zu
einer Konturlinie 58 auf dem Pixelarray 16 führt, sondern
auch das an der Innenseite 28b diffus reflektierte Licht.
Es sei beispielsweise in 1 angenommen, dass die Konturlinie 58 das
Bild der Laserlinie 58 auf der Außenfläche 28c, 28a entspreche.
Dann ist eine weitere Konturlinie (nicht gezeigt) oberhalb, d.h.
entgegen der Pfeilrichtung 36 in 1 von, der
Konturlinie 58 zu erwarten, die der Innenseite 28b entspricht.
Die Extraktionseinrichtung 52 gibt deshalb mindestens zwei
Pixelpositionen für
jede Pixelspalte in ihrem Ausgangssignal aus, eine für die Konturlinie 58 der
vorderen Fläche
und eine weitere für
die hintere Fläche.Now, in the present case, the extraction means determines 52 Of course, not just one pixel position per column, because not just the contour line 58 the outer surface 28c respectively. 28a to a contour line 58 on the pixelarray 16 leads, but also on the inside 28b diffuse reflected light. It is for example in 1 assumed that the contour line 58 the image of the laser line 58 on the outside surface 28c . 28a corresponded. Then another contour line (not shown) is above, ie opposite to the direction of the arrow 36 in 1 from, the contour line 58 to be expected from the inside 28b equivalent. The extraction device 52 Therefore, it outputs at least two pixel positions for each pixel column in its output, one for the contour line 58 the front surface and another for the rear surface.
Nun
entstehen aber in dem Helligkeitsbild des Pixelarrays 16 außer an den
Konturlinien 58 weitere helle Stellen wie z.B. aufgrund
der oben erwähnten
unerwünschten
Totalreflexionen an der betrachteten Glasflasche. Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
extrahiert die Extraktionseinrichtung 52 deshalb sogar mehr
als zwei, nämlich
exemplarisch vier Pixelpositionen für jede Spalte, die Kandidaten
für Orte
darstellen, an denen eine der Konturlinien 58 die jeweilige
Spalte kreuzt. Die jeweils erste Pixelposition aus den vier Pixelpositionen
für jede
Spalte bilden dabei einen ersten Kanal oder eine erste Ebene des
Ausgangssignals der Extraktionseinrichtung 52. Die jeweils
zweite Pixelposition der jeweils vier Pixelpositionen für jede Spalte
bilden den zweiten Kanal bzw. die zweite Ebene usw. Dabei sind die
Pixelpositionen einer Spalte in den verschiedenen Kanäle vorzugsweise
in abfallender oder aufsteigender Reihenfolge angeordnet. Eine Möglichkeit,
auf die die Extraktionseinrichtung 52 die Bestimmung der
vier Pixelpositionen pro Pixelspalte vornimmt, besteht beispielsweise
in der Verwendung individueller Schwellwerte. Dabei führt die
Extraktionseinrichtung 52 für jede Spalte folgende Schritte
aus:
Sie beginnt bei der Pixelposition innerhalb der aktuellen
Pixelspalte, die objektseitig einem Punkt in der Lichtebene 14 entspricht,
der der Beleuchtung am nächsten
liegt. Von dort aus überprüft sie die
Helligkeitswerte daraufhin, ob sie einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten,
der erste Helligkeitswert, der den Schwellwert überschreitet, definiert die
erste Pixelposition für
den ersten Kanal. Ab die ser Zeile wird der Schwellwert gegebenenfalls
aktualisiert, wie z.B. verringert. Letzteres trägt dem Umstand Rechnung, dass
unter normalen Umständen,
d.h. unter Abwesenheit von Reflexionen, damit zu rechnen ist, dass
die zuerst gefundene Pixelposition der Konturlinie der Außenfläche 28c, 28a entspricht,
die natürlich
am Hellsten ist, da das von der Innenseite 28b diffus zurück reflektierte
Licht nur noch von dem an der Außenfläche 28c, 28a hindurchgelassenen
Lichts stammt. Unmittelbar anschließende Pixelzeilen, für die die
Helligkeitswerte in dieser Spalte den aktualisierten Schwellwert überschreiten,
werden zunächst
ignoriert, weil angenommen wird, dass die gesuchten Konturlinien
bildseitig beabstandet sind. Ab der Zeile, da die Helligkeitswerte
in der Spalte die aktuelle Schwelle wieder unterschreiten, bestimmt
die Extraktionseinrichtung 52 im weiteren für die einzelnen
Pixel in der Pixelspalte in der vorgegebenen Richtung, ob eine der
Helligkeitswerte dieser Pixel den aktuellen Schwellwert wieder überschreitet
und gibt, sobald dies der Fall ist, die entsprechende Pixelposition
für den
zweiten Kanal für
die entsprechende Spalte aus. Daraufhin werden die entsprechenden
Schritte erneut durchgeführt,
nämlich der
Schwellwert aktualisiert, d.h. verringert, die den aktualisierten
Schwellwert überschreitenden
Helligkeitswerte ignoriert und die Pixelposition bestimmt, an der
der Helligkeitsverlauf in dieser Spalte den neuen Schwellwert wieder überschreitet
usw.But now arise in the brightness image of the pixel array 16 except at the contour lines 58 other bright spots such as due to the above-mentioned unwanted total reflections on the considered glass bottle. According to the present embodiment, the extraction means extracts 52 Therefore, even more than two, for example, four pixel positions for each column representing candidates for locations where one of the contour lines 58 crosses the respective column. The first pixel position from the four Pi Xelpositions for each column thereby form a first channel or a first level of the output signal of the extraction device 52 , The respective second pixel position of the respective four pixel positions for each column form the second channel or the second level, etc. In this case, the pixel positions of a column in the different channels are preferably arranged in descending or ascending order. One way in which the extraction device 52 For example, the determination of the four pixel positions per pixel column involves the use of individual thresholds. In this case leads the extraction device 52 For each column, follow these steps:
It starts at the pixel position within the current pixel column, the object side to a point in the light plane 14 corresponds closest to the lighting. From there, it checks the brightness values to see if they exceed a predetermined threshold, the first brightness value that exceeds the threshold defines the first pixel position for the first channel. From this line the threshold is updated if necessary, such as reduced. The latter takes into account the fact that under normal circumstances, ie, in the absence of reflections, it is to be expected that the pixel position first found will be the contour line of the outer surface 28c . 28a which, of course, is the brightest, because of the inside 28b Diffused back reflected light only from that on the outer surface 28c . 28a transmitted light is derived. Immediately adjacent pixel lines for which the brightness values in this column exceed the updated threshold are initially ignored because it is assumed that the searched contour lines are spaced on the image side. From the line, since the brightness values in the column fall below the current threshold again, determines the extraction device 52 furthermore, for the individual pixels in the pixel column in the predetermined direction, whether one of the brightness values of these pixels exceeds the current threshold value again and, if this is the case, outputs the corresponding pixel position for the second channel for the corresponding column. Thereafter, the corresponding steps are performed again, namely the threshold value is updated, ie reduced, ignoring the brightness value exceeding the updated threshold value and the pixel position at which the brightness curve in this column exceeds the new threshold value, etc., again.
Natürlich müssen bei
der Extraktion 52 die Anforderungen an Durchsatz und Verarbeitungsgeschwindigkeit
erfüllt
werden. Eine Möglichkeit
hierfür
bietet die IVP Ranger M50, die einen Intel StrongARM-Prozessor und
einen proprietären
CMOS-Bildsensor
mit einer Auflösung
von 1536 × 512
Pixeln mit quadratischen Pixeln von 18 μm Seitenlänge aufweist. Eine volle Zeile
wird dort sogar parallel verarbeitet: Jede Spalte dieses „Smart Vision
Sensors" weist einen
eigenen RISC-Prozessor auf, der sehr schnell nach Laserlinien-Auftreffpunkten in ihrer
zugeordneten Spalte suchen. Natür lich
bestehen andere Aufbaumöglichkeiten,
außer
der hier vorgestellten.Of course, in the extraction 52 the throughput and processing speed requirements are met. One option is the IVP Ranger M50, which features an Intel StrongARM processor and a proprietary CMOS image sensor with a resolution of 1536 × 512 pixels with square pixels of 18 μm page length. A full line is even processed there in parallel: each column of this "smart vision sensor" has its own RISC processor, which very quickly searches for laser line impingement points in its assigned column, of course, there are other design possibilities, except those presented here.
Wie
also oben beschrieben, extrahiert die Extraktionseinrichtung 52 vier
Offset-Vektoren aus jedem Bild des Pixelarrays 16, nämlich einen
Offsetvektor pro Kanal bzw. Ebene. Diese Offsetvektoren werden im Folgenden
mit s(i)(t), i=0, ..., 3 bezeichnet, wobei
i den Kanal bzw. die Ebene indexiert, und s ein Vektor ist, der einen
Koeffizienten pro Spalte aufweist. Anders ausgedrückt, lassen
sich die Vektoren s(i)(t) darstellen als s(i)(t)
= (s(i)0 (t), ..., s(i)(n-1) (t)) ∊ |Nn i = 0, ..., (l-1) (2)wobei sj (i)(t) somit der
extrahierten Pixelposition aus dem Bild zum Zeitpunkt t in der Spalte
j für den
Kanal i entspricht, und wobei, um bei dem obigen exemplarischen
Aufbau zu bleiben, l = 4 die Anzahl der Kanäle ist und n = 1.536 die Anzahl
der Pixelzeilen bzw. Pixelpositionen in jeder Pixelspalte angibt.As described above, the extractor extracts 52 four offset vectors from each image of the pixel array 16 , namely one offset vector per channel or plane. These offset vectors are referred to below as s (i) (t), i = 0,..., 3, where i indexes the channel or plane, and s is a vector having one coefficient per column. In other words, the vectors s (i) (t) can be represented as s (I) (t) = (s (I) 0 (t), ..., s (I) (N-1) (t)) ε | N n i = 0, ..., (l-1) (2) where s j (i) (t) thus corresponds to the extracted pixel position from the image at time t in column j for channel i, and where, in the above exemplary construction, l = 4 is the number of channels and n = 1,536 indicates the number of pixel rows or pixel locations in each pixel column.
Wie
bereits erwähnt,
würde es
aus theoretischer Sicht ausreichen, lediglich zwei Kanäle bzw.
Linien zu extrahieren, um Planaritäts- und Parallitätsmessungen
zu erzielen, aber in der Praxis können die zusätzlichen
Kanäle
bzw. Linien zur Fehlererfassung- und Korrekturzwecken verwendet
werden. Bei der folgenden weiteren Beschreibung der Funktionsweise
der Vorrichtung von 1 wird dabei davon ausgegangen,
dass sie gemäß der Variationen
von 2b aufgebaut ist, d.h., derart, dass zwei verschiedene
Ansichten auf das Pixelarray 16 abgebildet werden, die
zwei unterschiedlichen Blickrichtungen 34a und 34b entsprechen.As already mentioned, from a theoretical point of view, it would be sufficient to extract only two channels or lines to achieve planarity and parallity measurements, but in practice the additional channels or lines can be used for error detection and correction purposes. In the following further description of the operation of the device of 1 It is assumed to be in accordance with the variations of 2 B is constructed, ie, such that two different views on the pixel array 16 be imaged, the two different directions 34a and 34b correspond.
Wie
oben erwähnt,
wird der Sensor bzw. Pixelarray 16 durch den externen Drehgeber 40 getriggert, der
das Fortschreiten des Förderbandes 22 erfasst,
was die im Folgenden noch näher
erörterte
Vermessung unabhängig
von den unterschiedlichen Produktionszyklen macht. Dabei kann auch,
obwohl inAs mentioned above, the sensor or pixel array becomes 16 through the external encoder 40 triggered the progression of the conveyor belt 22 what makes the measurement discussed in more detail below regardless of the different production cycles. It can also, although in
1 nicht
dargestellt, beispielsweise der Laser 10 durch den Drehgeber 40 getriggert
werden, wie z.B. dann immer aktiviert werden, wenn wieder die nächste zu
vermessende Flasche 24 beginnt durch die Lichtebene 14 hindurchzutreten,
um wieder ausgeschaltet zu werden, wenn diese Flasche die Lichtebene 14 verlässt, bis
wieder die nächste
Flasche der Lichtebene 14 erreicht usw. 1 not shown, for example, the laser 10 through the encoder 40 be triggered, such as always be activated when the next bottle to be measured again 24 begins through the light plane 14 go through to be switched off again when this bottle is the light plane 14 leaves until the next bottle of light level 14 reached, etc.
Da
das Ausgangssignal des Triangulationssensors bestehend aus Objektiv 18,
Pixelarray 16 und Extraktionseinrichtung 52 die
Laserlinienauftreffpositionen s(t) sind, die nichtdimensionale Sensoroffsetwerte
si(t) aufweisen, ist noch eine Abbildung
der Versatzwerte auf metrische Höhen
notwendig und im Allgemeinen kann dies durch Anwenden der Gleichung
1 geschehen, was die Profile r(t) ergibt. Aufgrund von konstruktionsbedingten
Gegebenheiten, die die Spiegelkonfiguration betreffen, sind die
Sensor-Offsetwerte aber nicht optimal zu den Bildachsen ausgerichtet,
wie es beispielsweise in 5a zu
sehen ist, die das Ausgangssignal der Extraktionseinrichtung 52 in
einem exemplarischen Fall für
3 Kanäle,
Laser Line 1, Laser Line 2 und Laser Line 3, zeigt. Dies führt wiederum
zu eine Scherung aufweisenden Konturlinien, wie es in 5b gezeigt
ist, die die in metrische Höhen
umskallierten Offsetwerte aus 5a zeigt,
wobei darauf hingewiesen wird, dass in 5a und 5b entlang
der x-Achse die Pixelspaltennummer aufgetragen ist, während in 5a entlang der
y-Achse die Offsetwerte in willkürlichen
Einheiten aufgetragen ist und in 5b die
metrischen Höhen ebenfalls
in willkürlichen
Einheiten aufgetragen sind.Since the output signal of the triangulation sensor consists of lens 18 , Pixel array 16 and extraction device 52 are the laser line impact positions s (t) having non-dimensional sensor offset values s i (t), mapping of the offset values to metric heights is still necessary, and generally, this can be done by applying Equation 1, yielding the profiles r (t). Due to design-related conditions that affect the mirror configuration, the sensor offset values are not optimally aligned to the image axes, as for example in 5a you can see the output of the extraction device 52 in an exemplary case for 3 channels, Laser Line 1, Laser Line 2 and Laser Line 3, shows. This in turn leads to a sheared contour lines, as in 5b is shown, the recalculated in metric heights offset values 5a indicating that in 5a and 5b along the x-axis the pixel column number is plotted while in 5a along the y-axis the offset values are plotted in arbitrary units and in 5b the metric heights are also plotted in arbitrary units.
Die
Kompensation dieser Störung
sowie die Übersetzung
der Sensoroffsetwerte in metrische Höhen wird deshalb gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung durch ein Kalibrierungsverfahren bewerkstelligt,
das folgende Abbildung liefert: The compensation of this perturbation as well as the translation of the sensor offset values into metric heights is therefore accomplished in accordance with an embodiment of the present invention by a calibration method which provides the following figure:
Bei
diesem Kalibrierungsverfahren wird in die Vermessungsvorrichtung
von 1, 2b ein koplanares Kalibrationsziel,
wie z.B. ein Quader, innerhalb des Inspektionsvolumens 20 mit
einer geeigneten Auflösung,
wie z.B. einer Auflösung
von 0,5 mm, auf- und abbewegt. Die auf das Ziel projizierte Laserlinie 54 wird wie
beschrieben von der Extraktionseinrichtung 52 zu Sensoroffsetwerten
umgewandelt, die der Höhe
zugeordnet werden, auf die das Ziel positioniert ist. Durch Wiederholen
dieses Vorgangs bei unterschiedlichen Positionen des Ziels in dem
Inspektionsvolumen 20 wird das als Detektionsvolumen 20 gescannt
und somit ein Kalibrationsgitter erhalten, dass für alle spalten
gemeinsam oder für
jede Spalte individuell den bestimmten Pixelpositionen die jeweils
eingestellten Kalibrationshöhen
zuweist. Basierend auf diesem Stützstellengitter
können
fehlenden Werten für
Pixelpositionen, denen keine Kalibrationshöhe zugewiesen worden ist, interpolierte Werte
zugewiesen werden, die beispielsweise durch lineare Interpolation
aus den Stützstellen
erhalten werden, wodurch die Abbildungvervollständigt wird.
Die Abbildung kann dabei für
alle Spalten gleich sein oder für
jede Spalte einzeln bestimmt werden, um weitere Lagefehler von beispielsweise
den Spiegeln 62a-62c auszugleichen.In this calibration method is in the measuring device of 1 . 2 B a coplanar calibration target, such as a box, within the inspection volume 20 with a suitable resolution, such as a resolution of 0.5 mm, moved up and down. The laser line projected onto the target 54 is as described by the extraction device 52 converted to sensor offset values associated with the height at which the target is positioned. By repeating this process at different positions of the target in the inspection volume 20 is that as a detection volume 20 scanned and thus obtained a calibration grid, that for all columns together or for each column individually assigns the particular pixel positions the set calibration levels. Based on this support grid, missing values for pixel positions to which no calibration height has been assigned can be assigned interpolated values obtained, for example, by linear interpolation from the sample points, thereby reducing the image is completed. The image can be the same for all columns or be determined individually for each column to further misalignment of example, the mirrors 62a - 62c compensate.
Für den Kalibrationsvorgang
wird beispielsweise ein höhenverstellbarer
Tisch mit Mikrometerschraube verwendet. Als Ziel in obigem Beispiel
dient beispielsweise eine Glasplatte ähnlichen Materials wie die
zu prüfenden
Flaschen 24, d.h. mit ähnlichem
Brechungsindex, und ggf. mit gleicher Dicke wie die Prüfobjekte,
d.h. mit einer ähnlichen
Dicke wie die Flaschenböden 28.
Dann können
beispielsweise M Messungen bei verschiedenen Höhen H mit beispielsweise einer
Schrittweise von dH = 1 mm durchgeführt werden. Bei jeder Messung ergeben
sich N × B
Höhenprofile,
wobei N der Anzahl der Kanäle,
bei dem vorliegenden exemplarischen Fall also 4, und B der Blockgröße für die zeitliche
Ermittlung der Profile, d.h., der Anzahl an Aufnahmen, wie sie durch
das Triggersignal auf der Leitung 42 ausgelöst werden,
entspricht. Gleichzeitig wird jeweils der mm-Wert einer Mikrometerschraube
in maximaler Genauigkeit bestimmt. Durch Mittelung ergibt dies M
Wertepaare, nämlich
ein Wertepaar m mit m=1...M aus dem jeweiligen erfassten mm-Wert ρG,m und
dem zugehörigen
Positionswert aus den N Kanälen
bzw. Offsetwert ρ ~G,m. Für die Offsetwerte p ~ zwischen
diesen Stützstellenoffsetwerten
kann dann die Abbildung in die metrischen Höhen ρ stückweise linear vorgenommen
werden, wie dies in der 4 und durch die folgenden Formen
veranschaulicht wird: For example, a height-adjustable table with micrometer screw is used for the calibration process. The target in the above example, for example, serves a glass plate similar material as the bottles to be tested 24 , ie with a similar refractive index, and possibly with the same thickness as the test objects, ie with a similar thickness as the bottle bottoms 28 , Then, for example, M measurements can be performed at different heights H with, for example, a stepwise of dH = 1 mm. N × B height profiles are obtained for each measurement, where N is the number of channels, in the present exemplary case 4, and B is the block size for determining the profile of the profiles, ie the number of shots taken by the trigger signal on the management 42 be triggered corresponds. At the same time, the mm value of a micrometer screw is determined with maximum accuracy. By averaging, this yields M value pairs, namely a value pair m with m = 1... M from the respective acquired mm value ρ G, m and the associated position value from the N channels or offset value ρ ~ G, m . For the offset values p ~ between these interpolation point offset values, the mapping into the metric heights ρ can then be carried out piecewise in a linear manner, as shown in FIG 4 and is illustrated by the following forms:
Im
Folgenden wird nun die Funktionsweise der Vorrichtung von 1 in
der Variation nach 2b während der Vermessung der Flaschen 24 bzw.
der Flaschenböden 28 beschrieben.
Bevor auf die einzelnen Schritte detailliert Bezug genommen wird,
wird dar Verfahrensablauf vorab grob erläutert. Das Verfahren startet
bei der Ausgabe der Extraktionseinrichtung 52. Aus den
kalibrierten Profilen, die die Höheninformation
aus entgegengesetzten Ansichten der Flasche 24 aufweisen,
wird ein Höhenbild
erzeugt. Die zwei Ansichten werden zueinander ausgerichtet, um Daten
wiederzugewinnen, die während
der Profilaufnahme teilweise verloren gingen. Sodann wird die Bodenberührungsfläche der
Flasche extrahiert bzw. ermittelt, woraufhin eine Ausrichtungskorrektur
durchgeführt
wird, die positionstoleranzen bei der Positionierung der Flaschen 24 kompensiert. Schließlich wird
ein Histogramm berechnet, basierend auf welchem eine Identifikation
der Flaschenflächen durchgeführt wird,
woraufhin die Parameter berechnet werden, die es ermöglichen, über Akzeptieren
oder Zurückweisen
des Prüflings
zu entscheiden.The functioning of the device is now described below 1 in the variation 2 B during the measurement of the bottles 24 or the bottle bottoms 28 described. Before reference is made in detail to the individual steps, the procedure is explained in advance roughly. The process starts at the output of the extraction device 52 , From the calibrated profiles, the height information from opposite views of the bottle 24 have a height image is generated. The two views are aligned with each other to recover data that was partially lost during profile recording went. Then, the bottom contact surface of the bottle is extracted, whereupon an alignment correction is performed, the positional tolerances in the positioning of the bottles 24 compensated. Finally, a histogram is calculated on the basis of which an identification of the bottle surfaces is carried out, after which the parameters are calculated which make it possible to decide whether to accept or reject the test object.
Bevor
mit der detaillierten Darstellung des Verfahrens begonnen wird,
soll auch noch die verwendete Notation erläutert werden. Und zwar wird
ein Höhenbild
mit m Zeilen, n Spalten und p Ebenen bzw. Kanälen als A ∊ |F(m,n,p), wobei |F ⊂ |R Fließkommahöhenwerte
aufweist. Die i-te-Ebene bzw. der i-te-Kanal wird mit A(i) bezeichnet,
wobei der Wert des Pixels an (x,y) durch A(i)(x,y)
bezeichnet wird. Die Abbildung wandelt ein Fließkommabild
in eine (vorzeichenlose) Ganzzahldarstellung um.Before starting with the detailed presentation of the procedure, the notation used should also be explained. Namely, a height image with m rows, n columns and p levels or channels as A ε | F (m, n, p) , where | F | | | R has floating point height values. The i-th plane or i-th channel is denoted by A (i) , where the value of the pixel at (x, y) is denoted by A (i) (x, y). The illustration converts a floating-point image into an (unsigned) integer representation.
Die
Vermessung eines Prüflings 24 beginnt
mit der Datenerfassung 102, d.h., den Aufnahmen des transparenten
Objekts 24. Wie bereits im Vorhergehenden erwähnt, wird
bei dem Schritt 102 der Laser 10 durch den Drehgeber 40 eingeschaltet
unmittelbar bevor der Prüfling 24 die
Lichtebene 14 erreicht. Während die Flasche 24 die
Ebene quert, steuert der Drehgeber 40 das Pixelarray 16 derart
an, dass dasselbe Aufnahmen zu Zeitpunkten durchführt, bei
denen die Flasche 24 ein ganzzahliges Vielfaches einer
inkrementalen Wegstrecke in Bewegungsrichtung 26 zurückgelegt
hat. Auf diese Weise entstehen r Aufnahmen zu je vier Kanälen, für die die
Extraktionseinrichtung 52 vier Offsetvektoren s(0)(t), ..., s(3)(t)
pro Aufnahme bzw. Bild zum jeweiligen Zeitpunkt t bereitstellt.
Diese Vektoren können
als die Zeilen eines neuen erzeugten Bildes betrachtet werden, wobei
s(i)(tp) mit p =
0 bis r der i-ten Ebene zugeordnet ist. Durch das Aneinanderreihen
dieser aufeinanderfolgend erhaltenen Vektoren erhält man also
Offsetwertbilder S(0), ..., S(3),
nämlich
eines Prokanal bzw. Ebene. Hieraus wird in dem Schritt 104 jeweils
ein Höhenbild
R gewonnen, indem die Offsetwerte der in diesen Offsetwertbildern
enthaltenen Profillinien in metrische Höhen umskaliert werden, wie
z.B. unter Verwendung der oben bereits erwähnten Abbildung The measurement of a test object 24 begins with data collection 102 that is, the shots of the transparent object 24 , As already mentioned above, at step 102 the laser 10 through the encoder 40 switched on immediately before the test object 24 the light plane 14 reached. While the bottle 24 the plane crosses, controls the encoder 40 the pixel array 16 such that the same takes pictures at times when the bottle 24 an integer multiple of an incremental distance in the direction of movement 26 has covered. This results in r recordings of four channels each, for which the extraction device 52 provides four offset vectors s (0) (t), ..., s (3) (t) per shot or image at the respective time t. These vectors can be considered as the lines of a new generated image, with s (i) (t p ) associated with p = 0 to r of the i-th plane. By juxtaposing these successively obtained vectors, one thus obtains offset value images S (0) ,..., S (3) , namely a pro-channel or plane. This will be in the step 104 in each case one height image R is obtained by rescaling the offset values of the profile lines contained in these offset values into metric heights, such as, for example, using the illustration already mentioned above
Die
i-te Ebene R(i) enthält die Profile r(i)(tj), die aus den r Aufnahmen zu den Zeitpunkten
tj erhalten wurden. Bei geeigneter Wahl
der Triggerauslösung
durch den Drehgeber 40 bzw. bei geeigneter Wahl des Weglängeninkrements
des Drehgebers 40, besteht R beispielsweise aus r = 50
Zeilen, die die unverzerrten metrischen Höhenwerte enthalten.The i-th plane R (i) contains the profiles r (i) (t j ) obtained from the r acquisitions at the times t j . With a suitable choice of trigger triggering by the rotary encoder 40 or with a suitable choice of Weglängeninkrements the encoder 40 For example, R consists of r = 50 lines containing the undistorted metric height values.
In
einem nachfolgenden Schritt 106 wird daraufhin eine Rauschentfernung
an jedem Höhenbild
R(i) durchgeführt. Die Rauschentfernung ist
in 7 näher
dargestellt. Nach 7 wird in einem ersten Teilschritt 106a eine
effiziente Entfernung von ungültigen
Höhendaten
durchgeführt
bzw. alle Höhendaten
auf einen erlaubten Höhenbereich
eingeschränkt,
indem eine einfache Clipp- bzw. Schneide-Transformation C auf die Höhenbilder R angewendet wird.
Dabei wird ein apriori-Wissen über
das Inspektionsvolumen 20 ausgenutzt, nach welchem die
Höhenwerte
nur in einem bestimmten Höhenbereich
liegen können.
Insbesondere wird in dem Schritt 106a jeder Höhenwert
aus R gemäß der folgenden
Gleichung modifiziert, woraus sich das verbesserte Bild R erhalten
wird. wobei
rlo den niedrigsten und rhi den
höchsten
Höhenwert
bezeichnen soll, der aus den Abmessungen des Inspektionsvolumens 20 bekannt
bzw. zu erwarten ist.In a subsequent step 106 Then, a noise removal is performed on each height image R (i) . The noise removal is in 7 shown in more detail. To 7 will be in a first step 106a performed an efficient removal of invalid height data or restricted all height data to an allowable height range by a simple clipping transformation C is applied to the height images R. This is an apriori knowledge about the inspection volume 20 exploited, according to which the altitude values can only be in a certain altitude range. In particular, in the step 106a each height value of R is modified according to the following equation, from which the improved image R is obtained. where r lo is to denote the lowest and r hi the highest altitude value, from the dimensions of the inspection volume 20 known or expected.
Leider
erzeugen die irregulären
Oberflächen
der Prüflinge 24 unerwünschte Totalreflexionen,
die die erfassten Höhendaten
stören.
Dieser Effekt ist fast immer dann beobachtbar, wenn die Flasche 24 gerade
in die Lichtebene 14 eindringt oder sie verlässt und
manchmal auch dazwischen. Glücklicherweise
ist diese Art der Störung
gekennzeichnet durch lediglich gelegentliche Ausreißer, wohingegen
die Höhenwerte,
die tatsächlich
von den zu untersuchenden Flächen
stammen, allgemein ähnliche
Pegel aufweisen. Dies rechtfertigt den nachfolgenden Teilschritt 106b,
bei dem die verbesserten Bilder R - noch einmal einem Histogramm-abhängigen Clippen
bzw. Schneiden unterzogen werden.Unfortunately, the irregular surfaces of the specimens produce 24 unwanted total reflections that the interfere with collected altitude data. This effect is almost always observable when the bottle 24 straight into the light plane 14 invades or leaves, and sometimes in between. Fortunately, this type of disturbance is characterized by only occasional outliers, whereas the elevation values actually coming from the areas to be examined generally have similar levels. This justifies the subsequent sub-step 106b in which the improved images R - are again subjected to a histogram-dependent clipping or cutting.
Bei
dem Teilschritt 106b wird ein Zwischenhistogrammberechnet, für das ein
exemplarisches Beispiel in 8a gezeigt
ist. Insbesondere gibt das Histogrammin willkürlichen Einheiten an, in welcher
Häufigkeit
oder Frequenz ein vorbestimmter Höhenwert r in den Höhenbildern R -(0) ...., R -(3) vorkommt.
In 8a ist das Histogrammin einer Darstellung gezeigt,
bei der die x-Achse den Höhenwerten
r in mm und die y-Achse der Frequenz bzw. Häufigkeit des jeweiligen Höhenwerts
r in willkürlichen
Einheiten entspricht.In the sub-step 106b becomes an intermediate histogram for which an exemplary example in 8a is shown. In particular, the histogram gives in arbitrary units, in which frequency or frequency a predetermined height value r in the altitude images R - (0) ...., R - (3) occurs. In 8a is the histogram in a representation in which the x-axis corresponds to the height values r in mm and the y-axis corresponds to the frequency of the respective height value r in arbitrary units.
Wie
es aus 8a zu ersehen ist, lässt das
Zwischenhistogrammmerkliche Peaks für die interessierenden
Oberflächen 28a-28c erkennen,
wohingegen die durch Störungen verursachten
Ausreißer
lediglich mit niedrigerer Frequenz bzw. Häufigkeit vorhanden sind. Dementsprechend werden
in dem Teilschritt 106b alle Höhenwerte R -(i)(x,y),
die einen vorbestimmten Höhenschwellwert
rth überschreiten,
unterdrückt
bzw. auf Null gesetzt, was zu dem verbesserten Bild R ^ bzw. den verbesserten
Höhenbildern R ^(0), ..., R ^(3) führt. Like it out 8a can be seen leaves the intermediate histogram significant peaks for the surfaces of interest 28a - 28c whereas the outliers caused by disturbances are only present at a lower frequency. Accordingly, in the substep 106b all altitude values R - (I) (X, y) which exceed a predetermined altitude threshold r th are suppressed, resulting in the improved image R 1 and the enhanced altitude images, respectively R ^ (0) , ..., R ^ (3) leads.
Der
Parameter rth steht mit dem Parameter hth in der Gleichung 4 derart im Zusammenhang,
dass er den in 8a äußersten rechten bzw. den höchsten Höhenwert
r bezeichnet, der eine vorbestimmte Frequenz bzw. Häufigkeitsschwelle
hth überschreitet. Dabei kann beispielsweise
der Schwellwert hth derart gewählt werden,
dass der Parameter rth der Bodenberührungsfläche 28a entspricht.
Bei geeigneter Wahl von hth kann somit der
höchste
gültige
Höhenwert
automatisch aus dem Histogrammberechnet werden, was eine
effektive und insbesondere auch adaptive Ausreißerentfernung 106b liefert.The parameter r th is related to the parameter h th in the equation 4 such that it corresponds to the in 8a denotes the extreme right or the highest height value r, which has a predetermined frequency or frequency threshold h th exceeds. In this case, for example, the threshold value h th can be selected such that the parameter r th of the ground contact area 28a equivalent. With a suitable choice of h th , the highest valid altitude value can thus be automatically obtained from the histogram which is an effective and especially adaptive outlier distance 106b supplies.
Die
Wahl von hth kann beispielsweise automatisiert
dadurch geschehen, dass diese Schwelle auf eine vorbestimmten Prozentsatz
des absoluten Maximums des Zwischenhistogramms eingestellt wird.For example, the choice of hth may be automated by adjusting this threshold to a predetermined percentage of the absolute maximum of the intermediate histogram.
Wieder
zurückkehrend
zu der 6 werden die durch die Rauschentfernung 106 verbesserten
Höhenbilder R ^ in
einem nachfolgenden Schritt 108 verarbeitet, um die in
diesen Bildern nebeneinander vorliegenden Ansichten übereinanderzulegen,
wodurch eine Wiedergewinnung von verlorengegangen Daten in einer der
beiden Ansichten durch die jeweilige andere Ansicht ermöglicht wird.
Dazu wird vorab noch einmal kurz auf 2b Bezug
genommen, bezugnehmend auf welche erläutert worden ist, dass das
Pixelarray 16 zu einer Hälfte dazu verwendet wird, das
Inspektionsvolumen 20 aus einer Blickrichtung 24a zu
erfassen, und zu einer andern Hälfte
aus einer anderen Blickrichtung 34b. Die sich ergebenden
Helligkeits- bzw. Grauwertbilder, die von dem Pixelarray 16 erfasst
werden, sind exemplarisch in 3a dargestellt.
Wie es zu sehen ist, wird in der linken Hälfte des Pixelarrays der Flaschenboden
von einer anderen Ansicht aus aufgenommen als in der rechten Hälfte. Wie
es ferner zu sehen ist, ist die Konturlinie der linken Ansicht aufgrund
ungewollter Reflektionen gestört.
Die Störung
spiegelt sich natürlich
auch in dem Ausgangssignal der Extraktionseinrich tung 52 wieder
bzw. in dem Höhenbild
R. 9a zeigt beispielsweise die Grauskalierungsdarstellung
des Höhenbildes R,
wie sie beim Aufbau von 2b erhalten
wird, während 9b die
dazugehörige
Rausch-gefilterte Höheninformation R ^ darstellt.
Wie es durch Vergleich der 9a und 9b zu
erkennen ist, führt
die Rauschentfernung in Schritt 106 zwar zur Beseitigung
vieler Störungen
in den Höhenbildern
R, aber es existieren weiterhin Bereiche, an denen Daten verloren
gegangen sind, was in 9b an den schwarzen Bereichen
innerhalb der Ellipse, die ja die Fläche 28a und 28c mit
grauskalierter Höheninformation
darstellt, zu erkennen ist. Der Schritt 108 hat nun zum
Ziel, die aus den beiden Ansichten links und rechts in 3a erhaltenen
Höheninformationen
der 9b in der Mitte aufzutrennen, und die entstehenden
Höhenbildhälften so
zu manipulieren, dass innerhalb derselben die Positionen (x,y) zueinander
ausgerichtet sind, wobei die x-Achse ja der Pixelspaltennummer und
somit der Dimension quer zur Bewegungsrichtung 26 entspricht,
und die y-Achse der Dimension entlang der Bewegungsrichtung 26 entspricht.Returning to the 6 Be the ones by the noise removal 106 improved height images R ^ in a subsequent step 108 to superimpose the views juxtaposed in these images, thereby allowing recovery of lost data in one of the two views by the other view. This will be briefly in advance again 2 B With reference to which it has been explained that the pixel array 16 to half is used to the inspection volume 20 from a line of sight 24a to capture, and to another half from a different perspective 34b , The resulting brightness or gray level images taken from the pixel array 16 are included in the examples 3a shown. As can be seen, in the left half of the pixel array, the bottom of the bottle is picked up from a different view than the bottom of the pixel array right half. As can also be seen, the contour line of the left view is disturbed due to unwanted reflections. Of course, the disturbance is also reflected in the output signal of the extraction device 52 again or in the height image R. 9a shows, for example, the gray scale representation of the height image R, as in the construction of 2 B is obtained while 9b the corresponding noise-filtered height information R ^ represents. As it is by comparing the 9a and 9b can be seen leads the noise removal in step 106 Although to eliminate many disturbances in the height images R, but there are still areas where data has been lost, resulting in 9b on the black areas within the ellipse, which is the area 28a and 28c with gray scaled altitude information, can be seen. The step 108 now has the goal, from the two views left and right in 3a obtained height information of the 9b in the middle, and to manipulate the resulting height picture halves so that within them the positions (x, y) are aligned with each other, the x-axis of the pixel column number and thus the dimension transverse to the direction of movement 26 corresponds, and the y-axis of the dimension along the direction of movement 26 equivalent.
Um
nun die löchrigen
Regionen wiederherzustellen bzw. aufzufüllen, die sich aufgrund eines
Datenverlusts während
der Profilerfassung ergeben, werden in Schritt 108 beide
Ansichten zueinander ausgerichtet. Zu diesem Zweck wird in einem
Teilschritt 108a jedes rauschgefilterte Höhenbild R ^ (9b)
auf ein grauskaliertes Bild B durch abgebildet, wobei M ein Medianfilter
darstellt. Aus dem sich ergebenden geglätteten Bild B werden die Rand- bzw.
Grenzpunkte beider Ansichten, d.h. in der linken und rechten Hälfte, in
einem darauffolgenden Schritt 108d extrahiert. Dies wird
durchgeführt,
indem die Scanlinien aus B(0), d.h. die
Zeilen des für
die 0-te Ebene erhaltenen grauskalierten Bildes B, in der linken
und rechten Hälfte
untersucht werden, um diejenigen äußersten linken und äu ßersten
rechten Pixelpositionen B(0)(x,y) zu identifizieren,
die eine Intensität
gleich oder größer einer
Benutzerdefinierbaren Schwelle Bth aufweisen.In order to restore or replenish the holey regions that result from data loss during profile acquisition, in step 108 both views aligned. For this purpose, in a sub-step 108a every noise-filtered height image R ^ ( 9b ) to a gray scaled image B M is a median filter. The resulting smoothed image B becomes the boundary points of both views, that is, in the left and right halves, in a subsequent step 108d extracted. This is done by examining the scan lines from B (0) , that is, the lines of the gray scale image B obtained for the 0th plane, in the left and right halves, to those leftmost and outermost right pixel positions B (0). (x, y) having an intensity equal to or greater than a user definable threshold B th .
Die
in Schritt 108b detektierten bzw. extrahierten Randpixel
entsprechen der Grenze bzw. dem Rand der Flaschen 24 in
den beiden Ansichten. Somit ergeben sich aus dem Schritt 108d zwei
Sätze von
Randpixeln, einer für
jede Ansicht. Die Elemente eines Satzes fungieren in einem darauffolgenden
Teilschritt 108c als Kontrollpunkte für einen beispielsweise nicht-iterativen
Ellipsen-Fit-Prozess, wie er beispielsweise in Fitzgibbon, A., Pilu,
M., Fisher, R.: Direct least fitting of ellipses, Intern. Conference
on Pattern Recognition (1996), S. 253-257, beschrieben wird. Eine
Implementierung, wie sie in Flusser, J.Halir, R.: Numerically stable
direct least square fitting of ellipses. International Conference
on Computer Graphics, Visulization and Interactive Digital Media
(WSCG'98) 1 (1998),
S. 125-132, beschrieben ist, ist ebenfalls möglich, wobei dieselbe speziell
im Hinblick auf die numerische Stabilität und den Berechnungsaufwand
verbessert ist. Aus Schritt 108c ergeben sich zwei Ellipsen
El und Er, die den
Rand bzw. die Grenze der Flasche in der linken bzw. rechten Ansicht
approximieren, wobei die Ellipsen El und
Er in 9b mit 109a und 109b zu
sehen sind.The in step 108b detected or extracted edge pixels correspond to the boundary or the edge of the bottles 24 in the two views. Thus arise from the step 108d two sets of edge pixels, one for each view. The elements of a sentence function in a subsequent sub-step 108c as control points for, for example, a non-iterative elliptical fit process, as described, for example, in Fitzgibbon, A., Pilu, M., Fisher, R .: Direct Least Fitting of Ellipses, Intern. Conference on Pattern Recognition (1996) pp. 253-257. An implementation as described in Flusser, J. Halir, R .: Numerically stable direct least square fitting of ellipses. International Conference on Computer Graphics, Visulization and Interactive Digital Media (WSCG'98) 1 (1998), pp. 125-132 is also possible, the same being especially improved in terms of numerical stability and computational effort. Off step 108c result in two ellipses E l and E r , which approximate the edge or the boundary of the bottle in the left and right view, wherein the ellipses E l and E r in 9b With 109a and 109b you can see.
Auf
diese Ellipsen wird in einem darauffolgenden Teilschritt 108d eine
affine Transformation zur Überführung der
beiden Ellipsen 109a und 109b ineinander bestimmt,
die die Form aufweist.
Die Transformation A bildet den Inhalt der rechten Ellipse 109b auf
die linke Ellipse 109a ab.On these ellipses is in a subsequent sub-step 108d an affine transformation to transfer the two ellipses 109a and 109b Into each other determines the shape having. The transformation A forms the content of the right ellipse 109b on the left ellipse 109a from.
Diese
Transformation wird nun in Schritt 108e auf die Höhenbilder R ^ der
verschiedenen Kanäle
bzw. Ebenen angewendet, wodurch zueinander ausgerichtete Bilder R ~ erhalten
werden. Dies kann folgendermaßen ausgedrückt werden: This transformation will now be in step 108e applied to the height images R ^ of the various channels, thereby obtaining aligned images R ~. This can be expressed as follows:
Die
Anwendung der Transformation A auf die Höhenbilder R ^ wird in dem Teilschritt 108e durchgeführt und
führt zu
lagekorrigierten Höhenbildern R ~,
die lediglich noch die Hälfte
der Spaltenanzahl aufweisen aber dafür doppelt soviel an Zahl sind,
da jetzt unter diesen lagekorrigierten Höhenbildern R ~ jeweils zwei für einen Kanal
bzw. eine Ebene vorhanden sind.The application of the transformation A to the height images R ^ is in the sub-step 108e Performs and results in position-corrected height images R ~, which have only half the number of columns but are twice as many in number, since now under these location-corrected height images R ~ each two for a channel or a level are available.
Wieder
zurückkehrend
zu 6 wird nach dem Übereinanderlegen 108 der
beiden Ansichten eine Manipulation der erhaltenen lagekorrigierten
Höhenbilder R ~ in
Schritt 110 derart durchgeführt, dass sich die interessierenden
Flächen 28a, 28c einerseits
und 28b andererseits des transparenten Objekts 24 innerhalb dieser
Bilder im wesentlichen senkrecht zur Höhenachse bzw. Höhenrichtung
erstrecken. In anderen Worten ausgedrückt, versucht der Schritt 110 auszugleichen,
dass sich aufgrund von Positionierungstoleranzen des Förderers 22 in
den meisten Fällen
die Flaschenböden 28 nicht
exakt in paralleler Ausrichtung zu der xy-Ebene bzw. zu der Ebene
senkrecht zur Beleuchtungsrichtung 32 befinden, was das
Vorhandensein eindeutiger bzw. klarer und klar voneinander getrennter
Histogramm-Peaks in einem Histogramm der Höhenbilder R ~ verhindern wird.Returning to 6 will after superimposing 108 the two views, a manipulation of the obtained position-corrected height images R ~ in step 110 performed such that the areas of interest 28a . 28c on the one hand and 28b on the other hand, the transparent object 24 extend substantially perpendicular to the height axis or height direction within these images. In other words, the step tries 110 compensate that due to positioning tolerances of the conveyor 22 in most cases the bottle bottoms 28 not exactly parallel to the xy plane or to the plane perpendicular to the illumination direction 32 which will prevent the presence of clear and clearly separated histogram peaks in a histogram of height images R ~.
Aus
diesem Grund wird in Schritt 110 die Lage der interessierenden
Fläche,
und insbesondere der signaltechnisch günstigeren Außenfläche 28a, 28c geschätzt, und
zwar insbesondere durch Einpassen bzw. Fitten einer Ebene in die
Höhenwerte,
die die Bodenberührungsfläche 28a bilden.
Die hierzu erforderlichen Kontrollpunkte bzw. Stützpunkte werden aus den lagekorrigierten
Höhenbildern R ~ durch
Anwenden der Schritte, wie sie in 11 gezeigt
sind, auf jede der r Zeilen (im Vorhergehenden exemplarisch gleich
50) extrahiert.For this reason, in step 110 the location of the surface of interest, and in particular the signal technically favorable outer surface 28a . 28c in particular, by fitting a plane into the elevation values representing the ground-contacting area 28a form. The necessary control points or interpolation points are obtained from the position corrected height images R ~ by applying the steps as shown in FIG 11 are extracted on each of the r rows (previously exemplified 50).
In
einem Teilschritt 110a werden zunächst die Informationen der
Höhenbilder R ~(0) und R ~(4) zusammengeführt. Diese
Höhenbilder
beinhalten, abgesehen von Ausreißern, wie sie in 9d noch erkenntlich sind, eine Höhendarstellung
der Außenoberfläche 28a, 28c des
Flaschenbodens, wobei die Ebene 0 der linken Ansicht und die Ebene
4 der rechten Ansicht in 9b entspricht,
d.h. aus verschiedenen Blickrichtungen gewonnen worden sind.In a partial step 110a First, the information of the altitude images R ~ (0) and R ~ (4) merged. These elevation images, except for outliers, include, as in 9d are still recognizable, a height representation of the outer surface 28a . 28c Bottom of the bottle, with the level 0 of the left view and the level 4 of the right view in 9b corresponds, ie have been obtained from different perspectives.
Die
Zusammenführung
in dem Teilschritt 110a dient der Zusammenführung der
Informationen beider Ansichten. Da es wahrscheinlich ist, dass Daten
in einer der beiden Ebenen 0 und 4 fehlen, werden in dem Teilschritt 110a geeignete
Höhenwerte
aus den Höhenbildern
dadurch extrahiert, dass für
eine bestimmte Position (x,y) der gültige, d.h. der nicht auf Null
gesetzte, Höhenwert
aus dem einen Höhenbild
ausgewählt
wird, wenn der entsprechende Höhenwert
in der anderen Ebene ungültig
bzw. auf Null gesetzt ist, und in dem Fall, dass für eine bestimmte
Position (x,y) die Höhenbilder
beider Ebenen einen gültigen
Höhenwert
aufweisen, der entsprechende Höhenwert
durch Bilden des Mittelwerts dieser beiden Höhenwerte berechnet wird. Liegt für eine spezielle
Position x,y sowohl in der einen als auch der anderen Ansicht keine
Höheninformation
vor, so kann auch keine rekonstruktion durchgeführt werden. Dies wird ausgedrückt durch
folgende Regel:
vr = (v0,
..., vn) mit wobei
mit vr = (v0, ...,
vn) die rekonstruierten bzw. kombinierten
Profile bezeichnet werden.The merge in the sub-step 110a serves to merge the information of both views. Since it is likely that data is missing in either of the two levels 0 and 4, in the substep 110a extract appropriate altitude values from the altitude images by selecting, for a given position (x, y), the valid, ie non-zero, altitude value from the one altitude image if the corresponding altitude value in the other plane is invalidated is, and in the case that for a given position (x, y) the height images of both planes have a valid height value, the corresponding altitude value is calculated by taking the average of these two altitude values. If there is no height information for a specific position x, y in both the one view and the other view, no reconstruction can be performed either. This is expressed by the following rule:
v r = (v 0 , ..., v n ) with where v r = (v 0 , ..., v n ) the reconstructed or combined profiles are called.
In
einem Teilschritt 110b wird auf jede so gewonnene kombinierte
Zeile vr ein eindimensionales Medianfilter
zur Entfernung von vereinzelten Ausreißern angewendet. Daraufhin
wird in einem Teilschritt 110c jede gefilterte Zeile vr einer Maximumsuche unterzogen, um das Maximum
in der linken Hälfte
und das Maximum in der rechten Hälfte
dieser Zeile zu finden. Jedes so gefundene links angeordnete und
rechts angeordnete Maximum wird als dreidimensionaler Vektor einem
anfänglich
leeren Satz C ~ hinzugefügt,
wie es folgendermaßen
ausgedrückt
werden kann: wobei
arg max Vl beispielsweise die Spaltennummer
bzw. diejenige Komponente des Vektors Vl angibt,
an der das Maximum von Vl liegt, und arg
max Vr diejenige Komponente des Vektors
Vr angibt, an der dort das Maximum vorliegt.
In dem Satz C ~ sammeln sich somit Punkte im dreidimensionalen Raum,
die in Koordinaten angegeben werden, von denen sich die erste auf
die Richtung senkrecht zur Belichtungsrichtung 32 und senkrecht
zur Bewegungsrichtung 26 in Einheiten von Spaltenummern
bezieht, die zweite Komponente auf die Achse entlang der Bewegungsrichtung 26 in
Einheiten der Aufnahmen bzw. der vorerwähnten Weginkremente und die
dritte Komponente auf die Höhenrichtung
r, wie beispielsweise in 2a angedeutet,
in den vorerwähnten metrischen
Einheiten.In a partial step 110b For each removed line v r, a one-dimensional median filter is applied for the removal of isolated outliers. Thereupon will be in a sub-step 110c each Filtered line v r subjected to a maximum search to find the maximum in the left half and the maximum in the right half of this line. Each maximum located on the left and arranged on the right is added as a three-dimensional vector to an initially empty set C ~, as it can be expressed as follows: where arg max l V indicates, for example, the column number or the component of the vector V l, is at the maximum of V l and V r arg max that component of the vector V r indicates there is present at the maximum. In the set C ~ thus accumulate points in three-dimensional space, which are given in coordinates, of which the first to the direction perpendicular to the exposure direction 32 and perpendicular to the direction of movement 26 in units of column numbers, the second component refers to the axis along the direction of movement 26 in units of the recordings or the aforementioned path increments and the third component on the height direction r, such as in 2a indicated in the aforementioned metric units.
Um
einen robusteren Ebenen Fit zu erzielen, wird zunächst in
einem Teilschritt 110d aus dem Satz C ~ wieder jedes Element
entfernt, das potentiell ein Artefakt darstellten könnte, nämlich jedes
Element p = (px, py, pz)T ∊ C ~,
dessen Höhenwert
pz um mehr als die Standardabweichung σ von dem
Mittelwert μ über alle
Höhenwerte
pz der Menge C ~ abweicht, das also nicht folgende
Bedingung erfüllt:
|pz – μ| < σ, To achieve a more robust levels of fit, is first in a sub-step 110d each element removed from the set C ~ that could potentially constitute an artifact, namely, each element p = (p x, p y, p z) T ε C ~, whose height value p z more than the standard deviation σ from the mean value μ over all height values p z of the quantity C ~ deviates, which does not fulfill the following condition:
| p z - μ | <σ,
Basierend
auf dem verbleibenden Satz von dreidimensionalen Punkten in der
Menge C ~ wird in einem Teilschritt 110e dann die Ebene F
: n·x – d = 0
berechnet, wie z.B. durch einen Least-Square-Fit bzw. ein Verfahren
der kleinsten Fehlerquadrate, wie es z.B. in Feddema, J.T., Little,
C.Q.: Rapid range data to geometric primitices. Intern. Conference
on Robotics And Automation (1997), S. 2807-2812 beschrieben wird,
wobei in der dargestellten Hesseschen Normalenform n dem Normalenvektor
der durch den Fit in die Bodenberührungsfläche 28a erhaltenen
Ebene, d einem Abstand dieser Ebene vom Ursprung, wie z.B. dem Punkt 50 in 2a,
in Richtung n und x einem Vektor auf einen Punkt der Ebene entspricht.Based on the remaining set of three-dimensional points in the set C ~ is in a sub-step 110e then the plane F: n x -d = 0 is computed, such as by a least squares fit or least squares method such as in Feddema, JT, Little, CQ: Rapid range data to geometric primitives. Intern. Conference on Robotics And Automation (1997), pp. 2807-2812, wherein in the Hessian normal form n shown, the normal vector is represented by the fit in the ground contact surface 28a received plane, d a distance of this plane from the origin, such as the point 50 in 2a , in direction n and x corresponds to a vector on a point of the plane.
Der
Roll- (roll) und Längsneigungs-
(pitch) winkel der so bestimmten Bodenberührungsflächenebene codieren die Ausrichtung
der Flasche 24 im Raum und werden in einem Teilschritt 110f dazu
verwendet, eine Abbildung zu berechnen, die eine Ausrichtung mit
der x-y-Ebene senkrecht zur Höhenrichtung
ergibt. Aus diesem Grund wird eine neue Ebene, nämlich die Referenzebene Fref : nref·x – d = 0,
nref = (0,1,0)T definiert.
Betrachtet man das Höhenbild
R, so ist man lediglich an seinen Werten R ~(i)(x,y) interessiert
und an der Beziehung zwischen denselben. Da ihre Positionen (x,y)
nicht von Bedeutung sind, ist es in dem Teilschrift 110f ausreichend,
eine Schertransformation und nicht eine aufwändigere Rotationstransformation
durchzuführen,
wobei die Schertransformation, die in dem Teilschrift 110f verwendet
werden kann, beschrieben werden kann mit wobei
die dist(Fref, F) den Normalenabstand zwischen
Fref und F an der Stelle (x,y) beschreiben
soll. Nach der Ausrichtekorrektur in dem Teilschrift 110f sind
die Höhenwerte
ausgerichtet zu der xy-Ebene, was deutlich voneinander unterscheidbare
Peaks für
die Oberfläche
in dem Histogramm der Höhenwerte über die
so erhaltenen gekippten Höhenbilder R ‿(0), .., R ‿(7) ergibt.The roll and pitch angles of the ground touch surface plane thus determined encode the orientation of the bottle 24 in the room and are in a partial step 110f used to compute an image that aligns with the xy plane perpendicular to the height direction. For this reason, a new plane, namely the reference plane F ref : n ref x -d = 0, n ref = (0,1,0) T is defined. Looking at the height picture R, one is only at its values R ~ (I) (X, y) interested and in the relationship between them. Since their positions (x, y) are not significant, it is in the section 110f sufficient to perform a shear transformation and not a more elaborate rotation transformation, wherein the shear transformation described in the part 110f can be used with where the dist (F ref , F) is to describe the normal distance between F ref and F at the location (x, y). After the alignment correction in the part 110f are the elevation values aligned with the xy plane, which are clearly distinguishable peaks for the surface in the histogram of elevation values over the resulting tilted elevation images R ‿ (0) , .., R ‿ (7) results.
Wieder
zurückkehrend
zur 6, wird, nachdem die Höhenbilder in Schritt 110 gekippt
bzw. eingeebnet worden sind, in einem Schritt 112 eine
Zuweisung der Höhenwerte
der gekippten Höhenbilder
zu den interessierenden Flächen,
nämlich
der Einstichfläche 28c einerseits
und der Innenfläche 28b des
Flaschenbodens 28 andererseits, basierend auf dem Histogramm über alle
Bilder R ‿ durchgeführt.Returning to the 6 , will, after the height pictures in step 110 tilted or leveled, in one step 112 an assignment of the height values of the tilted height images to the areas of interest, namely the puncture area 28c on the one hand and the inner surface 28b the bottom of the bottle 28 on the other hand, based on the histogram over all images R ‿ performed.
Genauer
ausgedrückt,
wird basierend auf den korrigierten Höhenbildern R ‿(0),
..., R ‿(7) ein endgültiges Histogramm erzeugt und dazu verwendet,
um die Höhenwerte
aus den Bildern R ‿ jeden für
sich, d.h. individuell, der jeweiligen Fläche 28c oder 28b zuzuordnen,
dem derselbe angehört
bzw. entspricht. Ein Beispiel für
das sich ergebene Histogramm ist in 8b gezeigt.
Ein Vergleich mit dem Histogramm aus 8a ergibt
ohne weiteres, dass vor der Orientierungskorrektur nach Schritt 110 in
dem Histogramm der Peak für
die Bodenberührungsfläche 28a einer
geneigten Flasche nicht klar identifiziert werden kann bzw. mit
dem Peak für
den Einschnitt 28c verschmolzen ist, wohingegen dies in
dem endgültigen
Histogrammnach der Ausrichtungskorrektur 110 sehr
wohl möglich
ist, da der Peak 113a, der an der Höhe der Bodenberührungsfläche 28a angeordnet
ist, deutlich von dem Peak 113c getrennt ist, der der Einschnittfläche 28c zugeordnet
ist.More specifically, based on the corrected height images R ‿ (0) , ..., R ‿ (7) a final histogram generated and used to the height values from the images R ‿ each for themselves, ie individually, the respective area 28c or 28b to associate, to which it belongs or corresponds. An example of the resulting histogram is in 8b shown. A comparison with the histogram off 8a readily yields that before the orientation correction after step 110 in the histogram the peak for the ground contact area 28a a tilted bottle can not be clearly identified or with the peak for the incision 28c whereas this is in the final histogram after the alignment correction 110 is very possible because the peak 113a at the height of the ground contact surface 28a is arranged, clearly from the peak 113c is separated, that of the incision surface 28c assigned.
In
dem Schritt 112 wird deshalb bezüglich der Einschnittfläche 28c die
Position des Peaks 113c, nämlich die Position rζ aus
dem endgültigen
Histogrammextrahiert. Von diesem Punkt
aus wird das Histogrammnach links, d.h. zu kleineren
r hin bzw. in eine Richtung der Höhenwerte r, die zu der Innenfläche 28b hin
gerichtet ist, nach der Position rζ1 durchsucht,
wo die Histogrammfrequenz bzw. -häufigkeit einen vorbestimmten Schwellwertunterschreitet. Daraufhin
wird das Gleiche in der anderen Suchrichtung, nämlich die Suchrichtung nach
rechts in In the step 112 is therefore regarding the incision area 28c the position of the peak 113c , namely the position r ζ from the final histogram extracted. From this point, the histogram becomes to the left, ie towards smaller r or in a direction of the height r, leading to the inner surface 28b is searched for the position r ζ1 where the histogram frequency is a predetermined threshold below. Thereupon, the same in the other search direction, namely the search direction to the right in
8b,
von der Peak-Position rζ des Peaks 113c aus
durchgeführt,
wodurch die Position rζr erhalten wird, an der
in dieser Suchrichtung die Frequenz bzw. die Häufigkeit wieder den Schwellwert
hζ unterscheidet. 8b , from the peak position r ζ of the peak 113c from which the position r ζr is obtained, at which the frequency or the frequency in this search direction again differentiates the threshold h ζ .
Basierend
auf den so erhaltenen Höhenwerten
rζl und
rζr werden
dann diejenigen Höhenwerte
aus den Höhenbildern R ‿ der
Einstichfläche 28c zugeordnet,
die innerhalb des Bereiches zwischen diesen Werten liegen, wodurch
unter Einbeziehung derer xy-Koordinaten ein Satz von 3D-Punkten
bzw. eine Punktwolke Pζ zur Darstellung der Einstichfläche 28c erhalten
wird, die folgendermaßen
dargestellt werden kann: Pζ = {(x, y, R ‿(i)(x,
y))T : rζ1 < R ‿(i)(x,
y) ≤ rζr}Based on the height values r ζl and r ζr thus obtained, those height values from the height images R ‿ of the puncturing surface then become 28c which are within the range between these values, whereby, taking into account those xy coordinates, a set of 3D points or a point cloud P ζ for representing the puncture area 28c P ζ = {(x, y, R ‿ (i) (x, y)) T : r ζ1 <R ‿ (i) (x, y) ≦ r ζr }
Auf
dieselbe Art und Weise wird in Schritt 112 in Bezug auf
den Peak 113b vorgegangen, der die Innenseite 28b betrifft.
Wiederum wird zunächst
die Höhenposition
rι des
Peaks 113b bestimmt, woraufhin in die beiden Suchrichtungen
links und rechts hiervon die Positionen rιl und
rιl bestimmt
werden, an denen das Histogramm von rι aus
eine bestimmte Schwelle hι unterschreitet, woraufhin
wieder diejenigen 3D-Punkte für
die Innenseite 28b als Punktwolke Pι erhalten
werden, die durch Pι =
{(x, y, R ‿(i)(x, y))T :
rιl ≤ R ‿(i)(x,
y) ≤ rιr}dargestellt
werden können.In the same way will step in 112 in terms of the peak 113b proceeded to the inside 28b concerns. Again, first the height position r ι of the peak 113b determined, whereupon in the two search directions left and right thereof, the positions r ιl and r ιl be determined at which the histogram of r ι from a certain threshold h ι below, whereupon again those 3D points for the inside 28b obtained as a point cloud P ι , by P ι = {(x, y, R ‿ (I) (x, y)) T : r ιl ≤ R ‿ (I) (x, y) ≤r ιr } can be represented.
Das
Ergebnis des Schrittes 112 ist beispielsweise in 12 gezeigt,
wobei jedoch dort zusätzlich
zu den Punktwolken Pζ und Pι auch
die Punkte aufgetragen worden sind, die die Außenfläche 28a bzw. die Bodenberührungsfläche 28a außerhalb
der Einstichfläche 28c betreffen.The result of the step 112 is for example in 12 shown, but there in addition to the point clouds P ζ and P ι have also been applied to the points that the outer surface 28a or the ground contact surface 28a outside the puncture area 28c affect.
Zurückkehrend
zur 6 wird in einem Schritt 114 eine Auswertung
der erhaltenen Punktwolken durchgeführt, um die gewünschten
und notwendigen Parameter zur Bestimmung dessen zu erhalten, ob
die vermessene Flasche vorbestimmte Spezifikationen erfüllt oder
nicht. Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
werden die Abstände
zwischen der Referenzebene Fref und den
Elementen p aus den Punktwolken Pζ und
Pι berechnet,
was die Grundlage für
Paralallität-
und Planaritätsmessparameter
ergibt.Returning to 6 gets in one step 114 an evaluation of the obtained point clouds is carried out to obtain the desired and necessary parameters for determining whether or not the measured bottle meets predetermined specifications. According to the present embodiment, the distances between the reference plane F ref and the elements p from the point clouds P ζ and P ι calculated, which provides the basis for Paralallität- and Planaritätsmessparameter.
Zu
unterscheiden ist hier zwischen inneren und äußeren Messparametern. Die letztgenannten
sind keinen Brechungseffekten unterworfen und werden wie folgt definiert: wobei die Argumente des Minimum
und des Maximum-Operators in den soeben genannten Gleichungen den Normalenabstand
des Punktes p zur Referenzebene Fref : nref·p – d = 0
darstellen. Anders ausgedrückt,
stellt ζmin die minimale Höhe des Einstichs, bezogen auf
die Referenzebene Fref dar, während ζmax die
maximale Höhe des
Einstichs bezogen auf die Referenzebene Fref darstellt. ζobliquity ist
definiert als die Differenz von ζmax und ζmin und entspricht somit der Schiefe des Einstichs 28c.It is important to distinguish between internal and external measurement parameters. The latter are not subject to refraction effects and are defined as follows: where the arguments of the minimum and the maximum operator in the just mentioned equations represent the normal distance of the point p to the reference plane F ref : n ref * p -d = 0. In other words, ζ min represents the minimum height of the groove relative to the reference plane F ref , while ζ max represents the maximum height of the groove relative to the reference plane F ref . ζ obliquity is defined as the difference between ζ max and ζ min and thus corresponds to the obliquity of the puncture 28c ,
Im
Gegensatz dazu sollten für
die auf die Innenfläche 28d bezogenen
Messparameter die Brechungseffekte berücksichtigt werden. Da die Brechung
nur denjenigen Abschnitt des Lichts beeinträchtigt, der das Glas durchläuft, muss
lediglich der Abstand dg(p) entsprechend
korrigiert werden, der den senkrechten Abstand von p zu der Einschnittfläche 28c bezeichnet,
wohingegen der Abschnitt des Strahlengangs, der die Luft durchläuft, unbeeinträchtigt bleibt.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ergeben sich somit für die die Innenseite betreffenden
Messparameter: wobei δ(p) = dg(p)·(1 – ρ) gilt und ρ hier den
Brechungseffekt modellieren soll. dg(p)
wird bestimmt bezogen auf eine Ebene, die in den Satz von Einschnittpunkten
Pζ gefittet
worden ist. Tatsächlich
aber hängt
der Einfluss des Brechungseffekts nicht nur von dem Brechungsindex
des Materials, sondern auch von der Flächenorientierung ab, so dass
ein orientierungsabhängiger
Korrekturfaktor ρ geeigneter
wäre als
ein lediglich konstanter Faktor.By contrast, for those on the inner surface 28d related measurement parameters, the refraction effects are taken into account. Since the refraction affects only that portion of the light passing through the glass, only the distance d g (p), which is the perpendicular distance from p to the incision surface, has to be corrected accordingly 28c whereas the portion of the beam path through which the air passes remains unaffected. According to an exemplary embodiment of the present invention, the measurement parameters relating to the inner side thus result in: where δ (p) = d g (p) · (1 - ρ) and ρ here is to model the refraction effect. d g (p) is determined relative to a plane which has been fitted into the set of entry points P ζ . In fact, the influence of the refraction effect depends not only on the refractive index of the material, but also on the surface orientation, so that an orientation-dependent correction factor ρ would be more suitable than a merely constant factor.
Das
oben beschriebene System nach 1 unter
der Variation nach 2b wurde sowohl unter Laborbedingungen
als auch in einer Produktionslinie mit einer Referenzzufallsprobe
aus 66 Flaschen getestet. Im Wesentlichen wurden drei Arten von
Tests durchgeführt,
die im Folgenden kurz beschrieben werden, bevor die Ergebnisse präsentiert
werden.The system described above 1 according to the variation 2 B was tested both under laboratory conditions and in a production line with a reference random sample of 66 bottles. Essentially, three types of tests were performed, which are briefly described below, before the results are presented.
Das
erste Experiment war ausgelegt, um den Beweis zu erbringen, dass
das System für
identische Flaschen beinahe die gleichen Messwerte liefert. Aus
diesem Grund wurde ein und dieselbe Flasche dem Inspektionssystem
bzw. der Inspektionsvorrichtung wiederholt zugeführt. Die Ergebnisse sind in 13a dargestellt und zeigen die Leistungsfähigkeit
der gelieferten Inspektionen. Die wiederholten Messwerte für das Minimum
der Einschnittfläche
betrugen im Mittel 1,25 mm mit einer Standardabweichung von 0,004
mm. Die Differenz aus dem minimalen und maximalen Messwert beträgt 1,26
mm – 1,25
mm = 0,01 mm und stellt die Bandbreite der Messwerte dar. Vergleicht
man das Ergebnis mit der theoretisch erzielbaren Systemauflösung von
0,08 mm, so stellt dies ein gutes Ergebnis dar. Die Messwerte für den maximalen
Einschnitt bzw. die maximale Einschnitttiefe zeigen ein vergleichbares
Ergebnis mit einem Durchschnitt 1,48 mm, einer Standardabweichung
von 0,01 mm und einer Bandbreite von 1,51 mm – 1,47 mm = 0,04 mm.The first experiment was designed to prove that the system provides nearly identical readings for identical bottles. For this reason, one and the same bottle was repeatedly supplied to the inspection system or the inspection device. The results are in 13a and show the performance of the delivered inspections. The repeated measurements for the minimum of the incision area averaged 1.25 mm with a standard deviation of 0.004 mm. The difference between the minimum and maximum measured value is 1.26 mm - 1.25 mm = 0.01 mm and represents the bandwidth of the measured values. If one compares the result with the theoretically achievable system resolution of 0.08 mm, this is correct The results for the maximum incision or the maximum incision depth show a comparable result with an average of 1.48 mm, a standard deviation of 0.01 mm and a width of 1.51 mm - 1.47 mm = 0, 04 mm.
Die
Messempfindlichkeit in Abhängigkeit
von den unterschiedlichen Höhen
der Flaschen innerhalb des Inspektionsvolumens ist Gegenstand des
zweiten Tests gewesen. Wieder wurde eine Flasche wiederholt inspiziert,
diesmal jedoch in einer um 6 mm angehobenen Stellung, was die unterschiedlichen
Höhen der
Flaschen simuliert, in denen dieselben dem Inspektionssystem innerhalb
einer Produktionsumgebung präsentiert werden
können.
Die Ergebnisse sind in 13b dargestellt,
und unterscheiden sich leicht von denjenigen aus dem ersten Test
bzw. 13a. Hier beträgt nun der
Messwert für
das Minimum der Einschnittfläche
im Mittel 1,22 mm mit einer Standardabweichung von 0,004 mm und
einer Bandbreite von 1,23 mm – 1,21
mm = 0,02 mm. Wieder zeigen die Messwerte für die maximale Einschnitttiefe
vergleichbare Ergebnisse. Der Mittelwert beträgt 1,43 mm, die Standardabweichung
0,011 mm und die Bandbreite 1,47 mm – 1,44 mm = 0,03 mm.Sensitivity as a function of the different heights of the bottles within the inspection volume has been the subject of the second test. Again, a bottle was repeatedly inspected, this time in a 6mm raised position, simulating the different heights of the bottles in which they can be presented to the inspection system within a production environment. The results are in 13b and slightly different from those from the first test or 13a , Here, the measurement for the minimum of the incision area averages 1.22 mm with a standard deviation of 0.004 mm and a bandwidth of 1.23 mm - 1.21 mm = 0.02 mm. Again, maximum cut depth readings show comparable results. The mean value is 1.43 mm, the standard deviation 0.011 mm and the bandwidth 1.47 mm - 1.44 mm = 0.03 mm.
In
dem dritten Experiment wurde eine Sequenz von bekannten Flaschen
durch das System überprüft und die
Fehler in den Messwerten, die die äußere und innere Oberfläche betreffen,
sind in 13c und 13d gezeigt.
Das Ergebnis zeigt, dass sich die Außenmesswertfehler besser verhalten
als die auf die Innenbodenfläche
bezogenen; im Mittel beträgt
der Fehler der Einschnittflächenmesswerte
0,03 mm für
den Minimummesswert und 0,07 mm für den Maximummesswert, wohingegen
der Fehler für
die Innenbodenflächenmesswerte
0,16 mm für
den Minimummesswert und 0,06 mm für den Maximummesswert beträgt. Die
Streuung, die durch die Standardabweichung wiedergegeben wird, beträgt 0,05
mm für
den Minimummesswert und 0,04 mm für den Maximummesswert in dem
Fall für
die Außenmesswerte
und 0,16 mm für
die Minimummesswerte und 0,15 mm für die Maximummesswerte in dem
Falle der Innenbodenflächenmesswerte.
Aufgrund der Vereinfachung der Brechung verhalten sich die Innenmesswerte
allgemein etwas schlechter. Als eine untere Grenze für die Genauigkeit
betreffend die Innenmesswerte konnte 0,2 mm aus den Experimenten
extrahiert werden, wohingegen die Genauigkeit für die Außenmesswerte durch 0,1 mm gegeben
ist. Tests, die mit einem Förderband
in einer Produktionslinie durchgeführt wurden, ergeben vergleichbare
Ergebnisse wie denjenigen, die durch die Experimente im Labor erzielt
wurden.In the third experiment, a sequence of known bottles was checked by the system and the errors in the measurements concerning the outer and inner surfaces are in 13c and 13d shown. The result shows that the outside measurement errors behave better than those related to the inside bottom surface; on average, the error of the incision area measurements is 0.03 mm for the minimum reading and 0.07 mm for the maximum reading, whereas the error for the inner tray readings is 0.16 mm for the minimum reading and 0.06 mm for the maximum reading. The variance represented by the standard deviation is 0.05 mm for the minimum reading and 0.04 mm for the maximum reading in the case for the external readings and 0.16 mm for the minimum readings and 0.15 mm for the maximum readings in the Trap of interior floor surface measurements. Due to the simplification of the refraction, the inner measurements generally behave slightly worse. As a lower limit for the accuracy of the inner measurement values, 0.2 mm could be extracted from the experiments, whereas the accuracy for the outer measurement values is 0.1 mm. Tests carried out on a conveyor belt in a production line give results comparable to those achieved by laboratory experiments.
Die
obigen Ausführungsbeispiele
präsentieren
folglich eine Technik, die in der Lage ist, aus Glas hergestellte
Flaschen auf eine schnelle und kontaktlose Art und Weise zu inspizieren.
Insbesondere wurde ein Histogramm-basierter Algorithmus beschrieben,
der die Entfernung von ungewünschten
Reflexionen ermöglicht,
sowie eine Zuordnung der Höhendaten
zu der inneren und äußeren Fläche. Aus
den Punktwolken, die die Flächen
bilden, wurden metrische Messwerte für Planarität und Parallelität auf eine
Art und Weise erhalten, die reproduzierbar ist. Die tatsächlich erzielte
Genauigkeit betrug 0,20 mm für
Außenmesswerte
und 0,30 mm für
diejenigen Messwerte, die auf die innere Fläche bezogen waren.The
above embodiments
present
hence a technique that is capable of being made of glass
Inspect bottles in a quick and contactless manner.
In particular, a histogram-based algorithm has been described,
the removal of unwanted
Allows reflections,
as well as an assignment of the height data
to the inner and outer surface. Out
the point clouds covering the surfaces
metric measurements of planarity and parallelism were made to one
Get fashion that is reproducible. The actually scored
Accuracy was 0.20 mm for
Outside measurements
and 0.30 mm for
those measurements that were related to the inner surface.
Das
Verfahren ist besonders dort geeignet, wo die Flächen des Objekts fast parallel
zueinander ausgerichtet sind, damit der histogrammbasierte Lösungsansatz
funktioniert. Tat sächlich
werden Flaschen, die Böden
mit starker Schiefe aufweisen, richtig klassifiziert, aber für sie werden
keine korrekten Messwerte erhalten. Dies liegt an dem Entwurf des
Algorithmus, der auf der Identifikation von Konzentrationen von
gleichen oder ähnlichen
Höhenwerten
basiert, die unterscheidbare Peaks im Histogramm ergeben. Bei Flaschen,
die Böden
mit starker Schiefe besitzen, verschwinden diese Peaks, wodurch
eine Extraktion der Flächen
schwieriger wird.The
Method is particularly suitable where the surfaces of the object are almost parallel
aligned to the histogram-based approach
works. Indeed
be bottles, the bottoms
show a strong skewness, correctly classified, but become for them
no correct measured values were obtained. This is due to the design of the
Algorithm based on the identification of concentrations of
same or similar
height values
which give distinguishable peaks in the histogram. For bottles,
the floors
with strong skewness, these peaks disappear, causing
an extraction of the surfaces
becomes more difficult.
Durch
das Vorabwissen über
das Inspektionsvolumen, das aus dem Systementwurf erhalten worden ist,
ist der beschriebene Algorithmus unempfindlich für Rauschen, dass durch unerwünschte Reflexion
an dem Inspektionsobjekt oder beim Komponenten der Herstellungslinie,
wie z.B. dem Förderband,
bewirkt wird.By
the preliminary knowledge about
the inspection volume obtained from the system design,
The algorithm described is insensitive to noise caused by unwanted reflection
on the object under inspection or on the components of the production line,
such as. the conveyor belt,
is effected.
Der
verfügbare
Raum für
die Integration des Systems in eine bestehende Produktionsumgebung
beeinflusst die Trianuglationsgeometrie und insbesondere ihre Basislinie
B (siehe 2a). Dies wiederum bildet einen
Haupteinfluss auf die theoretisch erzielbare Auflösung und
damit auch auf die Genauigkeit des Inspektionssystems. Ein zweiter
begrenzender Faktor ist durch die Optik betreffend den Fokusbereich
der Kamera und die Brechungsprojektionslinse gegeben, die die Lichtschicht
aufspannt, da die physikalische Dicke der Laserlinie sowie die Schärfe des
Bildes der Kamera eine wesentliche Grundlage für die Genauigkeit und Auflösung des
Systems sind.The space available for integrating the system into an existing production environment affects the triangulation geometry, and in particular its baseline B (see 2a ). This in turn forms a major influence on the theoretically achievable resolution and thus also on the accuracy of the inspection system. A second limiting factor is provided by the optics relating to the focus area of the camera and the refractive projection lens which spans the light layer, since the physical thickness of the laser line and the sharpness of the image of the camera are an essential basis for the accuracy and resolution of the system.
Vielversprechende
Verbesserungen betreffend die Genauigkeit sind mit hoher Wahrscheinlichkeit durch
eine kompliziertere Modulierung der Brechungseffekte und eine Vorausrichtung
der linken und rechten Ansicht erzielbar, wobei letzteres die Ungenauigkeiten
beim Extrahieren der Kontrollpunkte für den Ellipsenfitt mildern
würde.Promising
Improvements in accuracy are likely due to
a more complicated modulation of the refraction effects and a pre-alignment
the left and right view achievable, the latter the inaccuracies
when extracting the control points for the elliptical fit
would.
Noch
einmal in anderen Worten ausgedrückt,
bilden die obigen Ausführungsbeispiele
eine Möglichkeit zur
Qualitätsüberprüfung von
Glasflaschen, die es ermöglicht,
automatisch 3D-Höhendaten
auszuwerten, die durch einen Lichtschnittsensor erfasst wurden,
und zwar zum Zweck des Erfassens von Diskrepanzen der Bodenmesswerte
der transparenten Objekte zu Sollwerten. Insbesondere stellen die
Ausführungsbeispiele
einen schnellen Histogramm-basierten Lösungsansatz dar, um die Punktwolken
zu bestimmen, die die Flächen
des Bodens darstellen, die Gegenstand der Überprüfung sind. Aus diesen Punktwolken
werden automatisch Parameter hergeleitet, die wiederum für die Klassifikation
des inspizierten Objekts herangezogen werden. Ein Hauptvorteil dieser
Vorgehensweise ist die hohe Inspektionsgeschwindigkeit, wodurch
die Anforderungen einer 100%-Überprüfung in
Produktionslinien erfüllt
wird, die bei einer Geschwindigkeit von 3–10 Flaschen pro Sekunde laufen.
Die obigen Ausführungsbeispiele
erfüllen
damit beides, die Forderung nach einer schnellen Inspektion, aber
auch die Forderung nach einer hohen Inspektionsgenauigkeit, da beispielsweise
die Herstellung chemisch-pharmazeutischer Glasbehälter eine
hohe Qualität
bei der Produktion und damit eine hohe Prozentsicherheit erfordern,
bzw. dort eine maßgenaue
Anfertigung nach kundenspezifischen Anforderungen für den Hersteller
von zentraler Bedeutung ist. Anders ausgedrückt, ermöglicht der Flascheninspizierer
nach 1 bzw. 1, 2b integriert
in die Fertigungslinie eine 100%-Prüfung mit Hilfe eines 3D-Scanners,
der darauf ausgelegt ist, auf Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten
der Bodendicke bzw. Bodenplanarität zu identifizieren und zu
dokumentieren. Mittels des 3D-Scanners wird eine vollständige Abtastung
der zu prüfenden
Oberfläche
ermöglicht.
Digitale Messwerte können
dabei in Echtzeit verarbeitet und für das Qualitätsmanagement
protokolliert sowie in Form digitaler Ausgabesignale zur Anbindung
an die Fertigungssteuerung bereitgestellt werden. Eine integrierte
Spezialkamera realisiert die schnelle Messwerterfassung mittels
Lichtschnittverfah ren. Das Vefahren lässt sich sowohl auf spezielle
Glas- als auch auf Plastikflaschenherstellung anwenden.Once again, in other words, the above embodiments provide a way of quality checking glass bottles that allows to automatically evaluate 3D height data acquired by a light section sensor for the purpose of detecting discrepancies in the ground measurements of the transparent objects to set points , In particular, the embodiments provide a quick histogram-based approach to determining the point clouds that represent the areas of the ground that are the subject of the review. From these point clouds, parameters are derived automatically, which in turn are used for the classification of the inspected object. A major advantage of this approach is the high inspection speed, which meets the requirements of a 100% inspection in production lines running at a speed of 3-10 bottles per second. The above embodiments thus meet both the demand for a quick inspection, but also the demand for a high inspection accuracy, since for example the production of chemical-pharmaceutical glass containers require a high quality of production and thus a high percent reliability, or there a dimensionally accurate production according to customer-specific requirements is of central importance to the manufacturer. In other words, the Flascheninspizierer allows after 1 respectively. 1 . 2 B integrates 100% inspection into the production line with the aid of a 3D scanner designed to identify and document deviations from specified floor thickness or floor planarity setpoint values. By means of the 3D scanner, a complete scan of the surface to be tested is made possible. Digital measured values can be processed in real time and logged for quality management and provided in the form of digital output signals for connection to the production control. An integrated special camera realizes the fast data acquisition by means of light-slit methods. The procedure can be applied to both special glass and plastic bottle production.
An
dieser Stelle soll noch einmal kurz auf 6 eingegangen
werden. Die Beschreibung von 6 endet
im Wesentlichen mit der Erfassung der für die Klassifiktation der Flaschen
notwendigen Messwertparameter. Diese Messwertparameter können beispielsweise
von einem Programm mit Sollwerten bzw. mit einer Sollspezifikation
verglichen werden, das ebenfalls auf dem Computer 44 abläuft und
beispielsweise von demjenigen getrennt ist, das ebenfalls auf dem
Computer 44 läuft
und die Vermessungsaufgabe nach 6 übernimmt.
In dem Fall von Serum-Flaschen könnten
die Spezifikationen beispielsweise vorsehen, dass die durch die
optische Vermessung des der Flaschenböden erhaltenen Messwerte folgende
Kriterien erfüllen
müssen, damit
die entsprechende Flasche als gut eingestuft wird und nicht als
Ausschuss klassifiziert wird:
- 1) Die Bodendicke
darf nicht eine minimale Boden-Dicke unterschreiten, d. h. es soll
gelten ζmin – ιmax > dmin;
- 2) Die Bodendicke darf eine maximale Bodendicke nicht überschreiten,
d.h. es soll gelten ζmax – ιmin < dmax.
- 3) Die Schiefe des Innenbodens 28b darf eine maximale
Schiefe nicht überschreiten,
d. h. es soll gelten ιobliquity < Smax,Innenboden.
- 4) Die Einstich-Tiefe darf eine minimale Einstich-Tiefe nicht
unterschreiten, d. h. es soll gelten ζmin > πmin;
- 5) Die Einstich-Tiefe darf eine maximale Einstich-Tiefe nicht überschreiten,
d. h. es soll gelten ζmax < πmax;
- 6) Der Einstich darf eine maximale Schiefe nicht überschreiten,
d.h. es soll gelten ζobliquity < Smax,Einstich.
At this point should briefly again 6 To be received. The description of 6 essentially ends with the acquisition of the measurement parameters necessary for the classification of the bottles. These measured value parameters can, for example, be compared by a program with nominal values or with a nominal specification, which is also available on the computer 44 expires and, for example, is separate from the one that is also on the computer 44 runs and the surveying task after 6 takes over. For example, in the case of serum bottles, the specifications could provide that the measurements obtained by optical measurement of the bottoms of the bottles must meet the following criteria in order for the bottle to be considered good and not classified as waste: - 1) The floor thickness must not fall below a minimum floor thickness, ie it should apply ζ min - ι max > d min ;
- 2) The floor thickness must not exceed a maximum floor thickness, ie it should apply ζ max - min <d max .
- 3) The obliquity of the inner bottom 28b may not exceed a maximum skewness, ie it should apply ι obliquity <S max, inner bottom .
- 4) The puncture depth must not be less than a minimum puncture depth, ie it should apply ζ min > π min ;
- 5) The puncture depth must not exceed a maximum puncture depth, ie it should apply ζ max <π max ;
- 6) The puncture must not exceed a maximum skewness, ie it should apply ζ obliquity <S max, puncture .
Wenn
eines dieser Kriterien nicht erfüllt
ist, stuft die Steuereinrichtung 44 die entsprechende Flasche 24 als
Ausschuss ein und sondert sie im Anschluss an die Vermessung und
Klassifikation beispielsweise aus, indem sie dieselbe im Anschluss
an die Vermessung und Klassifikation an einen entsprechenden Ausschussort
entsorgt, wohingegen Flaschen, die positiv klassifiziert worden
sind, an eine weitere Protektionsstufe weitergegeben werden, wie
z.B. durch den Förderer 22 an
eine Produktionsstufe zur Befüllung
der Flaschen oder dergleichen.If one of these criteria is not met, the controller classifies 44 the corresponding bottle 24 As a committee, for example, after the surveying and classification, it discards it by disposing of it at a corresponding reject location following surveying and classification, whereas bottles that have been positively classified are passed on to another level of protection, such as through the sponsor 22 to a production stage for filling the bottles or the like.
Im
Folgenden sollen noch einmal ganz kurz auf eine mögliche Realisierung
des Systems nach 1 bzw. 2b bzw.
auf mögliche
Realisierungen der einzelnen Komponenten eingegangen werden. Hinsichtlich der
Bildaufnahmekomponenten kann beispielsweise die Bildaufnahme der
Oberfläche
mit einer hochauflösenden
Spezialkamera für
Laser-Lichtschnittverfahren
erfolgen. Wie oben beschrieben, wird das Prüfobjekt mittels einer Fördereinrichtung 22 gradlinig
an einer Kamera 46 vorbeigeführt, wobei das Prüfobjekt
dabei mittels beispielsweise eines Hochleistungslasers mit Linienoptik
beleuchtet wird, und wobei zur Synchronisation der Bildaufnahme
mit der Objektbewegung ein Wegmesssystem, wie z.B. ein Drehgeber 40,
verwendet wird, das in konstanten Intervallen Impulse liefert, mit
denen jeweils die Aufnahme einer Zeile ausgelöst wird. Insbesondere kann
nun für
die Kamera beispielsweise die IVP Ranger M50 mit 512 × 1.536
Bildpunkten, einem HSSI-Hochgeschwindigkeitskameraanschluss
und einem Objektivanschluss CMount verwendet werden. Als Lichtquelle
kommt beispielsweise folgender Typ in Betracht: StockerYale Magnum
2W 10° Linienoptik.In the following, let's look briefly at a possible realization of the system 1 respectively. 2 B or possible implementations of the individual components. With regard to the image recording components, for example, the image recording of the surface can be carried out with a high-resolution special camera for laser light-section method. As described above, the test object is conveyed by a conveyor 22 straight to a camera 46 passed, wherein the test object is illuminated by means of, for example, a high-power laser with line optics, and wherein for synchronizing the image recording with the object movement, a distance measuring system, such as a rotary encoder 40 , is used, which provides pulses at constant intervals, with each of which the recording of a line is triggered. In particular, the IVP Ranger M50 with 512 × 1.536 pixels, an HSSI high-speed camera connection and a lens mount CMount can now be used for the camera. The following types of light source are considered: StockerYale Magnum 2W 10 ° line optics.
Die
Bildauswerteelektronik 44 besteht beispielsweise aus einem
Rechner auf PC-Plattform. Sie übernimmt
beispielsweise die Aufgaben der digitalen Aufzeichnung und Auswertung
der Kamerabilder nach 6. Es kann beispielsweise eine
Ausführung
im 19'' Gehäuse verwendet
werden. Der Rechner kann beispielsweise mit Einsteckkarten zur Anschaltung
der oben erwähnten
Spezialkamera ausgerüstet
sein, wie z.B. der Einsteckkarte HSSI Adapter Board für PCI-Anschluss.
Ferner kann der Rechner mit einer Einsteckkarte zur Anschaltung
von Digital-I/O-Signalen ausgerüstet
sein, wie z.B. mit folgenden Typen: AddiData APCI-1500 (Digital-i/O)
und APCI-1710 (funktionsprogrammierbare
Zählerkarte).
Dafür können Auswerte-Elektronik,
Bedienelemente sowie Energieversorgung für Kamera, Beleuchtung in einem
Schaltschrank untergebracht sein.The image evaluation electronics 44 consists, for example, of a computer on a PC platform. It handles, for example, the tasks of digital recording and evaluation of the camera images 6 , For example, an embodiment in the 19 "housing may be used. The computer can be equipped, for example, with plug-in cards for connecting the special camera mentioned above, such as the plug-in card HSSI adapter board for PCI connection. Furthermore, the computer can be equipped with a plug-in card for the connection of digital I / O signals, such as the following types: AddiData APCI-1500 (digital i / o) and APCI-1710 (function-programmable counter card). Evaluation electronics, operating elements and power supply for the camera, lighting can be accommodated in a control cabinet.
Die
Software, die auf dem Auswerterechner 44 läuft, kann
folgende applikationsspezifische Funktionen umfassen, nämlich eine
Bedienoberfläche
zur sicheren Bedienung der Prüfstation,
Programmmodule für die
Synchronisation des Messablaufs mit der Teilezuführung, eine Datenbank zur Speicherung
der spezifischen Parametersätze,
ein Prüfprogramm,
das im automatischen Messbetrieb synchronisiert mit den Signalen der
automatischen Teilezuführung
die Prüfung
aller relevanten Oberflächen
der Prüfteile
vornimmt, das Prüfergebnis
generiert, das Prüfergebnis
in einer Datei protokolliert, sowie ein entsprechendes Signal an
der Digital-I/O-Schnittstelle
ausgibt, einen Einrichtbetrieb, in welchem alternativ die Funktionen
einer Parameterverwaltung, Bildausstellung und Einzelprüfung angewählt werden
können,
usw. Die Bilddarstellung kann die Einstellung der Bildaufnahme-Einheit unterstützen. Mit
der Einzelprüfung
kann die Station auf ihre Prüfleistung
hin überprüft werden.
Die Software könnte
beispielsweise unter dem Betriebssystem Windows 2000 lauffähig sein.The software on the evaluation calculator 44 running, may include the following application-specific functions, namely a user interface for safe operation of the test station, program modules for the synchronization of the measurement process with the parts feeder, a database for storing the specific parameter sets, a test program synchronized in automatic measuring mode with the signals of the automatic parts feeder Checking all relevant surfaces of the test parts, generating the test result, logging the test result in a file, and outputting a corresponding signal to the digital I / O interface, a set-up mode in which alternatively the functions of a parameter ver management, image display and individual test, etc. The image representation can support the setting of the image acquisition unit. With the individual test, the station can be checked for its test performance. For example, the software could run on the Windows 2000 operating system.
Die
oben beschriebene Vermessung der Oberflächen wird ermöglicht durch
die Projektion einer Laserlinie und Erfassung unter einem Triangulationswinkel,
wobei die Erfassung insbesondere die diffuse Reflexion an dem äußeren und
inneren Flaschenboden betrifft und nicht die Total- bzw. spiegelnde
Reflexion. Eine Möglichkeit,
dies zu ermöglichen,
besteht beispielsweise darin, die Laserstrahlquelle mit ei ner aufweitenden 10°-Grad Optik
zu verknüpfen,
die dann im Abstand von 420 mm eine ca. 50 mm lange Laserlinie senkrecht auf
den Glasboden projiziert. Die in 2d gezeigten
Vorderflächenspiegel,
von denen die Spiegel 62a und 62c für die Blickrichtung
zuständig
sind, und der Spiegel 62b für die Aufteilung in zwei Perspektiven,
können jedweder
Art sein. Die Kamera, die die Laserlinie auf dem Flaschenboden durch
diese Spiegel von zwei Seiten aus betrachtet, kann wie oben erwähnt, mit
einem Winkel von ca. 55°C
angeordnet sein. Die Kamera kann, wie im Vorhergehenden erwähnt, so
ausgelegt sein, dass sie insbesondere auch gleich die Aufgaben der
Extraktionseinrichtung 52 übernimmt, sowie es auch bei
der oben erwähnten
IVP Ranger M50 der Fall ist. Dabei müssen jedoch nicht vier Linien
bzw. Kanäle
vorhanden sein. Es könnten
auch lediglich drei Linien sein, wenigstens jedoch zwei, die beispielsweise
mit einem individuellen Schwellwert aus dem Grauwertbild der Kamera
extrahiert werden.The measurement of the surfaces described above is made possible by the projection of a laser line and detection at a triangulation angle, the detection in particular relates to the diffuse reflection on the outer and inner bottle bottom and not the total or specular reflection. One way to make this possible, for example, is to combine the laser beam source with egg ner expanding 10 ° degree optics, which then projects at a distance of 420 mm, an approximately 50 mm long laser line perpendicular to the glass bottom. In the 2d shown front surface mirrors, of which the mirrors 62a and 62c responsible for the line of sight, and the mirror 62b for splitting into two perspectives, can be of any kind. The camera, which views the laser line on the bottom of the bottle through these mirrors from two sides, can be arranged at an angle of approximately 55 ° C., as mentioned above. As mentioned above, the camera can be designed such that in particular it also performs the tasks of the extraction device 52 as is the case with the above-mentioned IVP Ranger M50. However, four lines or channels do not have to exist. It could also be only three lines, but at least two, which are extracted, for example, with an individual threshold from the gray value image of the camera.
Die
Kalibrierung des Systems von Pixelkoordinaten auf symmetrische Werte
kann, wie oben erwähnt, mittels
mechanischen Verschiebetischs mit Mikrometerskala und einer Look-up- bzw. Nachschlagtabelle
geschehen. Dabei kann beispielsweise die Ausgabe der Kamera 8 Bit
oder 16-Bit-Pixelpositionsangaben
umfassen, d.h. ein 8/16-Bit-Integer-Profilbild mit Höhenwerten auf N Kanälen des
Bildobjekts ausgeben. Die Ausgabe der Extraktionseinrichtung könnte eine
64-Bit-Fließ-Profilbilddarstellung
mit kalibrierten Höhen
in beispielsweise mm sein.The
Calibrate the system from pixel coordinates to symmetric values
can, as mentioned above, means
Mechanical translation table with micrometer scale and a look-up or lookup table
happen. In this case, for example, the output of the camera 8 bits
or 16-bit pixel position information
include, i. an 8/16 bit integer profile picture with height values on N channels of the
Output image object. The output of the extraction device could be a
64-bit floating-profile image display
with calibrated heights
in, for example, mm.
Abschließend wird
noch auf folgende Variationsmöglichkeiten
hingewiesen, die sich zu der oben beschriebenen synchronen Auswertung
der 2- oder mehr Laserlinien, außen und innen, und zu der damit
ermöglichten
Vermessung des äußeren wie
auch inneren Bodens bezüglich
Ebenheit bzw. Dickenbestimmung ergeben. Hinsichtlich der Bildaufnahme
ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Konfigurationen von 1 oder 2b beschränkt. Es
könnte
beispielsweise auch eine parallele Aufnahme aus zwei Blickrichtungen
verwendet werden, bei denen die Blickrichtungen nicht spiegelsymmetrisch
zur Lichtebene sind. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht
auf den dargestellten Auswertealgorithmus nach 6 beschränkt. Insbesondere
könnte
der Algorithmus ganz anders ausgelegt sein, insofern, als nicht
erst zuerst Kandidatenpixelpositionen innerhalb jeder Spalte als
die möglichen
Konturlinienpunkte bestimmt werden müssen. Vielmehr könnte ein
Algorithmus verwendet werden, der aus dem Helligkeitsbild mittels
eines anderen Mustererkennungsalgorithmus die Konturlinien direkt
aus dem Bild bzw. den beiden Bildern der zwei Ansichten oder dergleichen
bestimmt. Der gewählte
Algorithmus ist jedoch insofern vorteilhaft, als er einfach ist
und somit online durchführbar
ist.Finally, reference is made to the following variation possibilities, which result in the above-described synchronous evaluation of the 2 or more laser lines, outside and inside, and the thus made possible measurement of the outer and inner ground with respect to flatness or thickness determination. With regard to image acquisition, the present invention is not limited to the configurations of 1 or 2 B limited. For example, it would also be possible to use a parallel recording from two viewing directions, in which the viewing directions are not mirror-symmetrical to the light plane. Furthermore, the present invention is not based on the illustrated evaluation algorithm 6 limited. In particular, the algorithm could be designed quite differently in that it is not first necessary to determine candidate pixel positions within each column as the possible contour line points. Rather, an algorithm could be used which determines the contour lines directly from the image or the two images of the two views or the like from the brightness image by means of another pattern recognition algorithm. The chosen algorithm, however, is advantageous in that it is simple and thus feasible online.
Ferner
könnte
es vorgesehen sein, dass die Schritte in 6, 7, 10 und 11 teilweise weggelassen
oder in ihrer Reihenfolge variiert werden. So könnte beispielsweise die Umskallierung
in Schritt 104 auch erst später durchgeführt werden.
Ferner könnte
die Beleuchtung auch eine Lichtebene definieren, die nicht unbedingt
senkrecht zur Bewegungsrichtung ist.Furthermore, it could be provided that the steps in 6 . 7 . 10 and 11 partially omitted or varied in order. For example, the rescaling in step 104 also be done later. Furthermore, the illumination could also define a plane of light that is not necessarily perpendicular to the direction of movement.
Zudem
ist die vorliegende Erfindung weder auf Glas- noch Kunststoffobjekte
beschränkt,
solange sie für
die verwendete Strahlung ausreichend transparent sind, wobei letztere
auch keine licht sein muss, sondern auch elektromagnetische Strahlung
anderer Wellenlänge
sein könnte.
Im Hinblick auf die Spiegel 62a-66c wird auf die
Möglichkeit
alternativer Anordnungs- und Ausrichtungsmöglichkeiten ebenfalls hingewiesen.In addition, the present invention is not limited to glass or plastic objects, as long as they are sufficiently transparent to the radiation used, the latter also does not have to be light, but could also be electromagnetic radiation of different wavelengths. In terms of the mirror 62a - 66c attention is also drawn to the possibility of alternative arrangements and orientations.
Bezüglich der
oben beschriebenen Implementierungsmöglichkeiten wird noch darauf
hingewiesen, dass die in 6, 7, 10 und 11 gezeigten
Schritte in den Blöcken
der Flussdiagramme einzeln oder zu mehreren in Unterprogrammroutinen
implementiert sein können.
Alternativ hierzu ist aber auch eine Implementierung in Form einer
integrierten Schaltung möglich,
bei der diese Blöcke
beispielsweise als einzelne Schaltungsteile einer ASIC implementiert
sind.With regard to the implementation possibilities described above, it is also pointed out that the in 6 . 7 . 10 and 11 shown steps in the blocks of the flow charts individually or may be implemented in several subroutine routines. Alternatively, however, an implementation in the form of an integrated circuit is possible, in which these blocks are implemented, for example, as individual circuit parts of an ASIC.
Auf
die Möglichkeit
der Implementierung des Auswertealgorithmus in Software wird abschließend aber noch
mal extra hingewiesen. Die Implementierung kann auf einem digitalen
Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch
auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren
Computersystem zusammenwirken können,
dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht
die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf
einem maschinenlesbaren Träger
gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In
anderen Worten ausgedrückt,
kann die Erfindung als ein Computerprogramm mit einem Programmcode
zur Durchführung
des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf
einem Computer abläuft.Finally, the possibility of implementing the evaluation algorithm in software is mentioned again. The implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or a CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the corresponding method is executed. In general, the invention thus also consists in a computer program product with a machine Baren carrier stored program code for performing the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.