DE102006044307A1 - Multi-sensorial inspection of natural wood surfaces - Google Patents

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Abstract

Es wird ein multisensorielles Verfahren zur automatischen Inspektion von Naturholzoberflächen wie z. B. furnierte Möbelplatten und Tischlerplatten behandelt, welches die bekannten multisensoriellen Verfahren mit 3-D-Kameras und Tracheid-Kameras, nämlich die mangelende Auflöstung (Bildpunkte pro Zeile), schlechtes Signal/Rausch-Verhältnis, hohe Kosten, schwierige Ausrichtung von Laserlinienprojektoren und Matrixkameras und schlechte Unterdrückung der natürlichen Holzmaserung vermeidet. Die Erfindung verwendet eine erste Anordnung aus gerichteter Linienbeleuchtung und im Hellfeld/Dunkelfeld aufnehmenden Zeilenkamera zur gemeinsamen Erkennung einer Vielzahl von lokalen Defekten der Oberfläche, welche sich als Änderung des Glanzes und/oder der Dicke und/oder der Oberflächennormalenrichtung ausdrücken, sowie eine zweite Anordnung aus diffuser UV-Beleuchtung und bildgebender UV-empfindlichen Zeilenkamera, welche diejenigen Defekte stark hervorhebt, welche sich durch eine zu kurzen Wellenlängen hin ansteigenden Rückstreuung ausdrücken. Die UV-Kamera liefert weiterhin ein Bild, in welchem sich die natürliche Holzmaserung nur noch sehr konstrastschwach ausdrückt, so daß durch Kombination beider Anordnungen eine gute Erkennung aller Defekte mit hoher geometrischer Auflösung, niedrigen Kosten und einfacherem Aufbau möglich wird.It is a multi-sensorial method for the automatic inspection of natural wood surfaces such. B. veneered furniture panels and Tischlerplatten treated, the known multi-sensorial methods with 3-D cameras and tracheid cameras, namely the lack of resolution (pixels per line), poor signal-to-noise ratio, high cost, difficult alignment of laser line projectors and matrix cameras and avoid bad suppression of natural wood grain. The invention utilizes a first array of directional line illumination and brightfield / darkfield line scan camera for common detection of a variety of surface local defects, which are manifested as a change in gloss and / or thickness and / or surface normal direction, and a second array Diffuse UV illumination and imaging UV-sensitive line scan camera, which highlights those defects, which are expressed by a too short wavelengths increasing backscatter. The UV camera continues to provide an image in which the natural wood grain expresses only very low in contrast, so that by combining both arrangements, a good detection of all defects with high geometric resolution, low cost and simpler structure is possible.

Description

Die automatische visuelle Kontrolle von Naturholz-Oberflächen ist eine wichtige produktivitäts-steigernde Automatisierungsaufgabe sowohl im Bereich der sekundären Holzindustrie (Sortierung von Profilholz, automatische Ansteuerung von Kappsägen zur Entfernung von Ästigkeit, optimiertes Zuschneiden von gesägten Baumstämmen usw.) als auch der tertiären Holzindustrie (Inspektion von furnierten Platten, Inspektion von Echtholz- und Lamellenplatten, Inspektion von Parkettstäbchen usw.).The automatic visual inspection of natural wood surfaces is an important productivity-enhancing automation task both in the field of secondary wood industry (sorting of Profiled wood, automatic activation of chop saws for Removal of knots, optimized cutting of sawn ones Tree trunks, etc.) as well as the tertiary wood industry (Inspection of veneered panels, inspection of real wood and Slat plates, inspection of parquet sticks, etc.).

Es ist Stand der Technik, hierfür sog. multisensorielle Kamera-basierte Systeme einzusetzen, welche unterschiedliche Beleuchtungs- und Bildaufnahmeverfahren kombinieren, um die unterschiedlichen Defekte und Eigenschaften wie gesunde und tote Äste, Harzgallen, Markröhren, Rattermarken, Blaufäule usw. zu erfassen. Fast alle Anbieter wie die führenden Firmen Woodeye ( www.woodeyeinc.com ), LuxScan Technologies ( www.luxscan.com ) und Microtec ( www.microtec.org ) setzen neben s/w und Farbkameras für die Oberflächeninspektion sog. Tracheid-Kameras ein um optisch ähnliche Objekte wie gesunde und kranke Aster, Harzgalle und Markröhre zu differenzieren. Diese unter der

  • EP 0765471 : Arrangement and method for the detection of defects in timber (priority: 08.03.1994)
beschriebene, in der Literatur auch als „Tracheid-Verfahren" bekannte Methode verwendet den sog. Lichthof-Effekt. Ein Laserpunkt oder eine Laserlinie verbreitet sich durch laterale optische Ausbreitung stärker im Bereich von weichem Holz als von hartem, ebenso stärker im Bereich einer flüssigen Harzgalle als einer (optisch und farblich sehr ähnlich aussehenden) Markröhre. Die Lichtausbreitung folgt bevorzugt den die Holzfaser bildenden Röhrchen (den sog. Tracheiden) und lässt damit auch sehr gut die Jahresringe usw. erkennen. Die Firma SICK-IVP ( www.sickivp.com ) stellt eine solche multisensorielle Kamera her, welche durch einen besonderen CMOS Bildsensor mit integrierter digitaler Bildvorverarbeitung gleichzeitig ein Helligkeitsbild, ein 3D-Bild und ein Tracheid-Bild erzeugt und damit eine kompakte multisensorielle Kamera für die Holzinspektion darstellt, welche heute von fast allen führenden Anbieter von Inspektionssystemen eingesetzt wird.It is state of the art to use so-called multi-sensorial camera-based systems which combine different illumination and image recording methods in order to detect the different defects and properties such as healthy and dead branches, resin galls, pith tubes, chatter marks, blue pillar, etc. Almost all providers such as the leading companies Woodeye ( www.woodeyeinc.com ), LuxScan Technologies ( www.luxscan.com ) and Microtec ( www.microtec.org In addition to black and white and color cameras for surface inspection, so-called tracheid cameras are used to differentiate visually similar objects such as healthy and sick aster, resin gall and pith tube. This under the
  • EP 0765471 : Arrangement and method for the detection of defects in timber (priority: 08.03.1994)
The method known as the "Tracheid Method", also referred to in literature as the "Tracheid Method", utilizes the so-called "halation effect." A laser spot or laser line propagates more strongly in the range of soft wood than hard, as well as in the area of a liquid resinous bile due to lateral optical propagation The light propagation preferably follows the tubes forming the wood fiber (the so-called tracheids) and thus makes it very easy to recognize the annual rings, etc. The company SICK-IVP ( www.sickivp.com ) manufactures such a multi-sensor camera, which simultaneously generates a brightness image, a 3D image and a tracheid image by means of a special CMOS image sensor with integrated digital image preprocessing and thus represents a compact multisensor camera for wood inspection, which is today used by almost all leading suppliers used by inspection systems.

So interessant diese Lösung ist, so ist sie dennoch mit einer Reihe von technischen und wirtschaftlichen Nachteilen behaftet:

  • a) die Kombination analoger und digitaler Bildverarbeitung on-chip führt zwangsläufig zu schlechteren Signal/Rauschverhältnissen als bei einer off-chip Digitalisierung
  • b) der IVP-Sensor ist ein hochkomplexer Matrixsensor mit einer bei vergleichbaren Kosten erzwungenermassen deutlich niedrigen Anzahl von Bildpunkten pro Bildzeile (derzeit 1536 Pixel) als dies mit klassischen Zeilensensoren ohne on-chip Digitalisierung und Bildverarbeitung erreicht wird (derzeit typ. 8000 Pixel). Die Inspektion von breiten Holzprodukten wie furnierte Möbelplatten, Naturholz-Tischlerplatten usw. erfordert daher eine grosse Anzahl von parallel arbeitenen Tracheid-Kameras, was zu deutlich höheren Kosten führt
  • c) die 3D Vermessung mit dem IVP-Sensor beruht auf dem Triangulationsprinzip. Die Oberfläche des zu vermessenden Holzteils wird mit einem Laserlinienprojektor beleuchtet, welcher unter einem sehr konstanten Winkel und genau in Richtung der Zeilen des CMOS Sensors ausgerichtet werden muss. Diese Bedingung ist schwierig einzustellen und einzuhalten, insbesondere wenn die Bildfeldkrümmung durch die optische Abbildung berücksichtigt werden muss
  • d) der Tracheid-Effekt erfordert die Beleuchtung mit einem weiteren Laserlinienprojektor, welcher ebenfalls sehr genau in Richtung der Zeilen des CMOS Sensors ausgerichtet werden muss. Kleinste Verdrehungen oder aber auch Wölbungen und Schüsselungen der Holzoberfläche, eine häufig vorkommende, normale Eigenschaft der zu inspizierenden Produkte, stören das erzeugte Tracheid-Bild erheblich und verringern dadurch substantiell die Fehlstellenerkennung.
  • e) der Tracheid-Effekt vergrössert die Sichtbarkeit der natürlichen Holzmaserung so stark, daß es oft schwierig ist, zwischen dem für die Qualität belanglosen Bild der Maserung und den zu erkennenden Defekte wie Risse, Astlöcher, Harzgallen usw. zu unterscheiden.
As interesting as this solution is, it nevertheless has a number of technical and economic disadvantages:
  • a) the combination of analog and digital image processing on-chip inevitably leads to poorer signal / noise ratios than with off-chip digitization
  • b) the IVP sensor is a highly complex matrix sensor with a comparably low cost compellingly low number of pixels per image line (currently 1536 pixels) than is achieved with classic line sensors without on-chip digitizing and image processing (currently typ. 8000 pixels). The inspection of wide wood products such as veneered furniture panels, natural wood blockboards, etc. therefore requires a large number of tracheid cameras working in parallel, which leads to significantly higher costs
  • c) the 3D measurement with the IVP sensor is based on the triangulation principle. The surface of the wooden part to be measured is illuminated with a laser line projector, which must be aligned at a very constant angle and exactly in the direction of the lines of the CMOS sensor. This condition is difficult to set and maintain, especially when the field curvature needs to be taken into account by the optical imaging
  • d) the tracheid effect requires illumination with another laser line projector, which must also be aligned very accurately in the direction of the lines of the CMOS sensor. The slightest twisting, or even bulging and bruising of the wood surface, a frequently occurring, normal property of the products to be inspected, disturb the generated tracheid image considerably and thereby substantially reduce the defect detection.
  • e) the tracheid effect increases the visibility of the natural wood grain so much that it is often difficult to distinguish between the quality of the grain image and the defects to be recognized such as cracks, knotholes, resin galls, etc.

Es gibt daher ein hohes technisches und wirtschaftliches Interesse an einer multisensoriellen Kamera-basierten Inspektion von Naturholzoberflächen, welche die beschriebenen Nachteile insbesondere bei der Inspektion von breiten Produkten nicht aufzeigt.It gives therefore a high technical and economical interest on a multi-sensorial camera-based inspection of natural wood surfaces, which the disadvantages described in particular in the inspection of broad products does not show.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zu inspizierende Naturholzoberfläche mit einer multisensoriellen Anordnung aus mindestens zwei physikalisch verschiedenen Beleuchtungs-/Kameraanordnungen abgetastet wird wobei die erste Anordnung aus mindestens einer linienförmigen Beleuchtung besteht, welche die Oberfläche unter einem flachen Winkel gerichtet beleuchtet und mindestens einer s/w-Zeilenkamera, welche das an der Oberfläche reflektierte Glanzlicht unter einem ebenfalls flachen, zumindestens näherungsweise gleichen symmetrischen Winkel erfasst und dass aus dem von der mindestens einen s/w Zeilenkamera erzeugten Grauwertbild diejenigen lokalen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung extrahiert werden, welche zu einer lokalen Änderung der Glanzeigenschaften und/oder einer lokalen Änderungen der Materialdicke und/oder einer lokalen Änderungen der Richtung der Oberflächennormalen führen, dass weiterhin mit einer zweiten Anordnung aus mindestens einer ultravioletten und für das menschliche Auge nicht sichtbaren Linienbeleuchtung die Oberfläche beleuchtet wird und mit einer ebenfalls nur für den ultravioletten Spektralbereich der Beleuchtung empfindlichen mindestens einen Zeilenkamera die UV-beleuchtete Oberfläche erfasst wird und dass aus dem Grauwertbild der mindestens einen Zeilenkamera die jenigen lokalen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung extrahiert werden, welche zu einer zu kurzen Wellenlängen hin stark ansteigenden Rückstreuung des UV Lichtes führen, und dass aus der Kombination beider Bildauswertungen eine Qualitätsbewertung der einzelnen Regionen der Holzoberfläche sowie des gesamten Produktes berechnet wird.This is inventively achieved in that the natural wood surface to be inspected is scanned with a multi-sensorial arrangement of at least two physically different illumination / camera arrangements wherein the first arrangement consists of at least one linear illumination, which illuminates the surface directed at a shallow angle and at least one s / w line camera, which detects the reflected light at the surface at a flat, at least approximately the same symmetric angle and that extracted from the generated by the at least one black and white line camera grayscale image those local physical properties of the surface with methods of image processing and pattern recognition which results in a local change of the glare properties and / or a local change the material thickness and / or a local change in the direction of the surface normal, that further with a second arrangement of at least one ultraviolet and not visible to the human eye line illumination the surface is illuminated and sensitive to at least one sensitive only for the ultraviolet spectral region of the illumination Line camera, the UV-illuminated surface is detected and that are extracted from the gray scale image of the at least one line camera that person's local physical properties of the surface with methods of image processing and pattern recognition, which lead to a too short wavelengths strongly increasing backscatter of the UV light, and that from the combination of both image evaluations a quality assessment of the individual regions of the wood surface as well as of the entire product is calculated.

Wir beschreiben den Erfindungsgedanken beispielhaft anhand der Inspektion von Tischplatten mit einer Naturholzoberfläche, bei welcher die automatische optische Inspektion qualitätsmindernde Fehlstellen wie Astlöcher, Harzgallen, Risse, Leimreste, Kantenausbrüche usw. erkennen und lokalisieren muss. Wir verwenden hierbei folgende Abbildungen:We describe the idea of the invention by way of example based on the inspection of tabletops with a natural wood surface, in which the automatic optical inspection reduces quality defects such as knotholes, resin galls, cracks, glue residues, edge breakouts etc. must recognize and locate. We use the following pictures:

1 zeigt beispielhaft eine erste Anordnung mit einer unter einem flachen Winkel -13- die Holzoberfläche -12- beleuchtenden gerichteten Linienbeleuchtung -12- und einer unter einem näherungsweise gleichen Winkel -13- das reflektierte Glanzlicht erfassende s/w Zeilenkamera -15-, wobei die Anordnung sich in einem das Fremdlicht abschirmenden Gehäuse -16- befindet. 1 shows by way of example a first arrangement with one at a shallow angle - 13 - the wooden surface - 12 - lighting directed line lighting - 12 - and one at approximately the same angle - 13 - the reflected highlight capturing b / w line scan camera - 15 -, Wherein the arrangement is in a shielding the extraneous light housing - 16 - is located.

2 zeigt schematisch wie lokale Änderungen des reflektierenden Glanzlichtes -21- durch eine Fehlstelle mit veränderter lokalen Reflekion, wie lokale Änderungen der Materialdicke -22- und wie lokale Änderungen der Richtung der Oberflächennormalen -23- jeweils zu einer Veränderung der Intensität I(x,y) des von der Zeilenkamera erfassten Lichtes führen, welche als Produkt der einzelnen Veränderungen beschrieben werden kann 2 shows schematically how local changes of the reflective highlight - 21 by a defect with altered local reflection, such as local changes in material thickness 22 - and how local changes in the direction of the surface normals - 23 - In each case lead to a change in the intensity I (x, y) of the detected by the line scan light, which can be described as a product of the individual changes

3 zeigt beispielhaft eine zweite Anordnung mit einer aus senkrechter Richtung diffus beleuchtenden UV-Linienbeleuchtung -31- und einer ebenfalls aus senkrechter Richtung beobachtenden UV-empfindlichen Zeilenkamera -32- Nach 1 wird mit einer ersten Anordnung mit einer unter einem flachen Winkel -13- die Holzoberfläche -12- beleuchtenden gerichteten Linienbeleuchtung -12- und einer unter einem näherungsweise gleichen Winkel -13- das reflektierte Glanzlicht erfassende Zeilenkamera -15-, wobei die Anordnung sich in einem das Fremdlicht abschirmenden Gehäuse -16- befindet, die zu inspizierende Tischplatte im Durchlauf abgetastet. Diese in der Fachwelt unter dem Namen „Hellfeld" oder „Dunkelfeld" bekannte Anordnung erfasst, wie in 2 schematisch gezeigt, gleichzeitig drei verschiedene Eigenschaften der Oberfläche:

  • a) lokale Änderungen des Glanzlichtes -21-, d. h. der lokalen Reflekion ΔR(x,y) an der Stelle (x,y). Hierdurch können z. B. qualitätsmindernde Stellen durch Reste von Lacken (lokal zu hohe Reflekion) oder faule Äste (lokal zu niedrige Reflexion) als Grauwertunterschied im Kamerabild erkannt werden
  • b) lokale Änderungen der Oberflächenhöhe -22- bzw. Materialdicke Δz(x,y). Hierdurch können z. B. überstehende Äste (Δz(x,y)>0) bzw. leere Astlöcher, Ausbrüche oder Risse (Δz(x,y)<0) als Grauwert-unterschied im Kamerabild erkannt werden
  • c) lokale Änderungen der Oberflächennormalen Δα(x,y). Hierdurch können Beulen und Dellen erkannt werden
3 shows by way of example a second arrangement with a diffuse illuminating UV line illumination from the vertical direction, 31 and also a UV-sensitive line scan camera observing from a vertical direction, 32 - To 1 with a first arrangement with one at a shallow angle - 13 - the wooden surface - 12 - lighting directed line lighting - 12 - and one at approximately the same angle - 13 - the reflected highlight detecting line scan camera - 15 -, Wherein the arrangement is in a shielding the extraneous light housing - 16 - Is scanned, the tabletop to be inspected in the pass. This arrangement known in the art under the name "bright field" or "dark field" detects, as in 2 shown schematically, simultaneously three different properties of the surface:
  • a) local changes of the highlight - 21 -, ie the local reflection ΔR (x, y) at the point (x, y). As a result, z. B. quality-reducing points by residues of paints (locally too high reflection) or lazy branches (locally too low reflection) are recognized as gray value difference in the camera image
  • b) local changes in surface height - 22 - or material thickness .DELTA.z (x, y). As a result, z. B. protruding branches (.DELTA.z (x, y)> 0) or empty knotholes, outbreaks or cracks (.DELTA.z (x, y) <0) are detected as gray value difference in the camera image
  • c) local changes of the surface normals Δα (x, y). As a result, bumps and dents can be detected

Diese gerichtete Beleuchtungs/Aufnahmeanordnung benötigt keinerlei präzise ausgerichtete Laserlinienprojektoren; sie kann kostengünstig mit sehr hochauflösenden Zeilenkameras mit z. b. 8000 Pixel pro Sensor durchgeführt werden und führt damit zu einem Grauwertbild, in welchem sich alle drei Effekte multiplikativ durch Intensitätsunterschiede ΔI(x,y) ausdrücken: ΔI(x,y) ~ ΔR(x,y) × Δz(x,y) × Δα(x,y) 1 This directional illumination / acquisition arrangement does not require any precisely aligned laser line projectors; It can be carried out cost-effectively with very high-resolution line scan cameras with, for example, 8000 pixels per sensor and thus leads to a gray value image in which all three effects are expressed multiplicatively by intensity differences ΔI (x, y): ΔI (x, y) -ΔR (x, y) × Δz (x, y) × Δα (x, y) 1

Durch die flache gerichtete Beleuchtung wird das Hintergrundbild der Holzmaserung bereits signifikant abgeschwächt, so dass lokale Intensitätsänderung Unterschiede nach /1/ tatsächlich weitgehend von qualitätsmindernden Fehlstellen stammen und nur noch selten Fehldetektion aufgrund dunkler oder heller Maserung erzeugt werden.By the flat directional lighting becomes the background image of the wood grain already significantly weakened, causing local intensity change Differences to / 1 / actually largely from quality-reducing Defects originate and only rarely misdetection due to darker or bright grain.

Diese dem Fachmann der Bildverarbeitung bekannte Anordnung, welche aber in der Inspektion von Naturholzflächen noch wenig eingesetzt wird, ist allerdings nicht in der Lage, die besondere Stärke der Tracheid-Kamera bei der Erkennung von flüssiger Phase (z. B. störende gefüllte Harzgalle, störende Leimreste u. ä.) zu erreichen. Erfindungsgemäß wird dies durch eine zweite Anordnung nach 3 erreicht, bei welcher zusätzlich zur gerichteten Anordnung von Beleuchtung/Kamera die Holzoberfläche diffus mit für das menschliche Auge unsichtbarem ultravioletten Licht -31- beleuchtet wird und mit einer nur für diesen Wellenlängenbereich empfindlichen Kamera -32- ebenfalls aus senkrechter Richtung erfasst wird. Die Rückstreuung von Licht aus einem transluzenten Medium steigt extrem stark mit kürzer werdenden Wellenlänge an: ΔI(x,y) ~ 1/λ4 2 However, this arrangement, which is familiar to the person skilled in the art of image processing and is scarcely used in the inspection of natural wood surfaces, is not able to cope with the particular strength of the tracheid camera in the detection of liquid phase (eg disturbing filled resin galls, disturbing Glue residues and the like). This is according to the invention by a second arrangement after 3 reached, in which in addition to the directed arrangement of lighting / camera, the wood surface diffuse with invisible to the human eye ultraviolet light - 31 - illuminated and with a sensitive only for this wavelength range camera - 32 - Also detected from vertical direction. The backscattering of light from a translucent medium increases extremely strongly with shorter wavelength: ΔI (x, y) ~ 1 / λ 4 2

Die Verwendung von möglichst kurzwelligem Licht, für welche es noch empfindliche Bildsensoren gibt, führt daher zu einer extrem hellen Reflektion von Defekten wie gefüllte Harzgallen, Leimreste u. ä.. Übliche CCD Bildsensoren besitzen eine (wenn auch verringerte) Empfindlichkeit bis zu ca. 360 nm. Für diesen Bereich gibt es auch geeignete Linienbeleuchtungen (Fluoreszenzröhren bzw. UV-LED Zeilen). Die Begrenzung des Sensors auf diesen Bereich kann z. B. durch ein vorgeschaltetes optische Filterglas geschehen, welches nur schmalbandig Licht im UV Bereich durchlässt.The Use of shortest possible light, for Which there are still sensitive image sensors, therefore leads to an extremely bright reflection of defects like filled ones Harzgallen, glue residue u. ä .. Usual CCD image sensors have a (albeit reduced) sensitivity up to about 360 nm. There are also suitable line illuminations for this area (Fluorescent tubes or UV-LED lines). The limit the sensor on this area can z. B. by an upstream optical filter glass happen, which only narrowband light in the Lets through UV area.

Gleichzeitig wird erfindungsgemäß mit dieser Anordnung erreicht, daß trotz der senkrechten Beobachtung die die Fehlererkennung störende Holzmaserung stark unterdrückt wird. In der Tat haben die organischen Pigmente von Holz, welche weitgehend im sichtbaren rötlichgelben Bereich liegen, im ultravioletten Bereich ein praktisch gleiches Reflexionsverhalten. Dies bedeutet, dass der Kontrast zwischen heller und dunkler Maserung sehr stark zurückgeht und damit für die automastische Bildauswertung des UV Bildes kaum noch stört. Dies ist ein Vorteil, welcher die Tracheid-Kamera nicht hat, da diese im Gegenteil die Maserung stark hervorhebt.simultaneously is achieved according to the invention with this arrangement, that despite the vertical observation, the error detection disturbing wood grain is strongly suppressed. In fact, the organic pigments of wood, which have largely in the visible reddish yellow area, in the ultraviolet Range a practically the same reflection behavior. This means, that the contrast between light and dark grain is very strong goes back and thus for the automatic image analysis the UV image hardly bothers. This is an advantage which the tracheid camera does not have, because on the contrary the grain strongly emphasizes.

Erfindungsgemäß können weitere Aussagen durch Verknüpfung der Bilder der ersten und der zweiten Anordnung geschehen, z. B. durch bildpunktweise Überlagerung oder durch Überlagerung nach der Segmentierung der echten oder scheinbaren Fehlstellen. Diese Verfahre der sog. „sensor fusion" sind dem Fachmann der Bildverarbeitung bekannt.According to the invention further statements by linking the pictures of the first and the second arrangement happen, for. B. by pixel overlay or by superposition after segmentation of the real ones or apparent defects. This procedure of the so-called "sensor fusion "are known to those skilled in image processing.

Erfindungsgemäß können weitere Kanäle wie Farbkanal, Grauwertkanal usw. hinzugefügt werden.According to the invention additional channels such as color channel, grayscale channel etc. added become.

Wichtig für den Erfindungsgedanken ist, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren und die enstprechenden Anordnungen die Nachteile der hohen Kosten, des schlechten Signal/Rauschverhältnisses, der begrenzten geometrischen Auflösung, der empfindlichen Ausrichtung von Laserlinienprojektoren und Matrixsensoren für die bekannten 3D Kamers und Tracheid-Kameras sowie die störende Sichtbarkeit der Holzmaserung bei der letzteren technisch und kostenmäßig wirksam reduziert werden können, ohne dass dies mit erhöhten Anforderungen an die Bildverarbeitung und Mustererkennung erkauft werden muss.Important for the inventive idea is that by the inventive Process and the corresponding arrangements the disadvantages of the high Cost, the poor signal to noise ratio, the limited geometric resolution, the sensitive orientation of laser line projectors and matrix sensors for the known ones 3D cameras and tracheid cameras as well as the disturbing visibility the wood grain in the latter technically and in terms of cost can be effectively reduced without this having increased Requirements for image processing and pattern recognition are bought got to.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt daher insbesondere für den Bereich der Inspektion von Naturholzoberflächen, bei denen die natürliche Maserung nicht bewertet werden muss, zu wesentlich einfacheren, robusteren und kostensparenden Systemem.The inventive method therefore leads especially for the field of inspection of natural wood surfaces, where the natural grain is not evaluated must, to much simpler, more robust and cost-saving Systemem.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • - www.microtec.org [0002] - www.microtec.org [0002]
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Verfahren zur automatischen optischen Inspektion von Naturholzoberflächen in der Produktionslinie dadurch gekennzeichnet daß daß die zu inspizierende Naturholzoberfläche mit einer multisensoriellen Anordnung aus mindestens zwei physikalisch verschiedenen Beleuchtungs-/Kameraanordnungen abgetastet wird wobei die erste Anordnung aus mindestens einer linienförmigen Beleuchtung besteht, welche die Oberfläche unter einem flachen Winkel gerichtet beleuchtet und mindestens einer s/w-Zeilenkamera, welche das an der Oberfläche reflektierte Glanzlicht unter einem ebenfalls flachen, zumindestens näherungsweise gleichen symmetrischen Winkel erfasst und dass aus dem von der mindestens einen s/w Zeilenkamera erzeugten Grauwertbild diejenigen lokalen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung extrahiert werden, welche zu einer lokalen Änderung der Glanzeigenschaften und/oder einer lokalen Änderungen der Materialdicke und/oder einer lokalen Änderungen der Richtung der Oberflächennormalen führen, dass weiterhin mit einer zweiten Anordnung aus mindestens einer ultravioletten und für das menschliche Auge nicht sichtbaren Linienbeleuchtung die Oberfläche beleuchtet wird und mit einer ebenfalls nur für den ultravioletten Spektralbereich der Beleuchtung empfindlichen mindestens einen Zeilenkamera die UV-beleuchtete Oberfläche erfasst wird und dass aus dem Grauwertbild der mindestens einen Zeilenkamera diejenigen lokalen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung extrahiert werden, welche zu einer zu kurzen Wellenlängen hin stark ansteigenden Rückstreuung des UV Lichtes führen, und dass aus der Kombination beider Bildauswertungen eine Qualitätsbewertung der einzelnen Regionen der Holzoberfläche sowie des gesamten Produktes berechnet wird.Method for the automatic optical inspection of natural wood surfaces in the production line, characterized in that the natural wood surface to be inspected is scanned with a multi-sensor arrangement of at least two physically different illumination / camera arrangements, the first arrangement consisting of at least one line-shaped illumination which places the surface under a flat Angle directionally illuminated and at least one black and white line camera, which detects the reflected light at the surface at a flat, at least approximately the same symmetric angle and that from the generated by the at least one black and white line camera gray scale image those local physical properties of the surface be extracted with methods of image processing and pattern recognition, resulting in a local change in the gloss properties and / or a local changes in material thickness and / or a lo Changes in the direction of the surface normal lead, that further with a second arrangement of at least one ultraviolet and not visible to the human eye line illumination the surface is illuminated and with a sensitive also only for the ultraviolet spectral region of the light sensitive at least one line scan the UV-illuminated surface is detected and that extracted from the gray value image of the at least one line camera those local physical properties of the surface with methods of image processing and pattern recognition, which lead to a too short wavelengths strongly increasing backscatter of UV light, and that from the combination of both image evaluations a quality assessment the individual regions of the wood surface and the entire product. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die mit der ersten Anordnung detektierten physikalischen Eigenschaften der Oberfläche das Vorhandensein von Ästen und/oder Ausbrüchen und/oder Risse und/oder Faulstellen und/oder Harzgallen und/oder Markröhren und/oder Löcher und/oder Rindeneinschlüsse und/oder Eindrücke und/oder Beulen und/oder Leim und/oder Kontaminationen sindMethod according to claim 1, characterized that detected with the first arrangement physical Properties of the surface the presence of branches and / or outbreaks and / or cracks and / or fouling and / or resin galls and / or pith tubes and / or holes and / or Bark inclusions and / or impressions and / or Bumps and / or glue and / or contamination are Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die mit der zweiten Anordnung detektierten physikalischen Eigenschaften der Oberfläche das Vorhandensein von Leim und/oder von Harzgallen und/oder Beschichtungsreste sindMethod according to claim 1, characterized that detected with the second arrangement physical Properties of the surface the presence of glue and / or resin galls and / or coating residues Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß die gerichtete Beleuchtung in einem Wellenlängenbereich arbeitet, welcher für das menschliche Auge nicht sichtbar istA method according to claim 1 characterized that the directional illumination in a wavelength range works, which is not visible to the human eye is Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß die zu inspizierende Naturholzoberfläche auf einem Trägermaterial aufgebracht istA method according to claim 1 characterized that the natural wood surface to be inspected a carrier material is applied Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß die zu inspizierende Oberfläche aus einer Anordnung verschiedener Naturhölzer bestehtA method according to claim 1 characterized that the surface to be inspected from a Arrangement of different natural woods exists Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß die zu inspizierende Oberfläche aus einer Anordnung von Naturholz- und Nicht-Naturholz-Elementen bestehtA method according to claim 1 characterized that the surface to be inspected from a Arrangement of natural wood and non-natural wood elements Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß die Zeilenkameras der ersten und/oder der zweiten Anordnung aus flächenhaften Bildsensoren bestehen, bei welchen lediglich mindestens eine Bildzeile ausgelesen wirdA method according to claim 1 characterized that the line scan cameras of the first and / or the second arrangement consist of areal image sensors in which only at least one image line is read out Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur ersten und zweiten Anordnung weitere Beleuchtungs-/Kameraanordnungen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften angebracht sindMethod according to claim 1, characterized in addition to the first and second arrangements further illumination / camera arrangements with different optical Properties are appropriate Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet daß eine zu inspizierende Naturholzoberfläche in einer Produktionlinie durch eine erste Inspektionszone transportiert wird, daß die Oberfläche dort mit mindestens einer linienhaften, gerichteten Beleuchtung unter einem flachen Winkel bezogen auf die Oberflächenebene beleuchtet wird, daß das an der Oberfläche reflektierte Glanzlicht unter einem ebenfalls flachen Winkel bezogen auf die Oberflächenebene von mindestens einer Zeilenkamera erfasst wird und dass die Signale der mindestens einen Zeilenkamera einem Bildauswerterechner zugeführt werden, daß in einer zweiten, der ersten Station folgenden oder vorgeschalteten Inspektionszone die Oberfläche mit mindestens einer linienhaften ultravioletten Beleuchtung belichtet wird, daß das an der Oberfläche reflektierte UV-Licht mit mindestens einer, nur für den ultravioletten Bereich der Wellenlängen empfindlichen Zeilenkamera erfasst wird und dass die Signale der mindestens einen Zeilenkamera einem Bildauswerterechner zugeführt werden und daß durch Bildauswertung beider Kamerasignale lokale und globale Qualitätsinformationen für die Holzoberfläche erzeugt werden.Arrangement for carrying out the method according to Claims 1 to 8 characterized in that one to be inspected Natural wood surface in a production line by one first inspection zone is transported that the surface there with at least one line, directional lighting below illuminated at a shallow angle relative to the surface plane is that the reflected light on the surface at an equally flat angle relative to the surface plane is detected by at least one line scan camera and that the signals the at least one line scan camera is supplied to an image evaluation computer be that in a second, following the first station or upstream inspection zone the surface with at least a line-like ultraviolet lighting is exposed that the at the surface UV light reflected with at least one, only for the ultraviolet range of wavelengths sensitive line scan is detected and that the signals of at least fed to a line scan camera image evaluation and that by image analysis of both camera signals local and global quality information for the wood surface are generated.
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