DE102010032241A1 - Method for detecting surface defects e.g. cracks at plastic surface of corrugated pipe, involves testing differential image between two partial region images to determine whether coherent regions are provided with grey values - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern.The invention relates to a method and a device for detecting surface defects.
Ebene und gekrümmte, insbesondere zylindrische Oberflächen weisen häufig Fehlstellen auf, beispielsweise Lunker, Risse, Löcher, Einkerbungen, Kratzer, Erhebungen, Verfärbungen und dergleichen. Wenn solche Fehlstellen nicht erkannt werden, bewirken diese eine Wertminderung des jeweiligen Gegenstands bis hin zu einer Unbrauchbarkeit.Plane and curved, especially cylindrical surfaces often have defects, such as voids, cracks, holes, notches, scratches, bumps, discoloration and the like. If such defects are not recognized, they cause a depreciation of the respective item up to a uselessness.
Häufig werden daher solche Oberflächen optisch auf Fehlstellen untersucht, wobei sich bei solchen optischen Verfahren die Probleme ergeben können, dass einige Fehlstellen nicht erkannt werden, andererseits aber Einflüsse wie Helligkeitsschwankungen oder Reflexionen dazu führen, dass Oberflächen als mit Fehlstellen behaftet klassifiziert werden, die gar keine Fehlstellen aufweisen.Often, therefore, such surfaces are visually inspected for defects, which may result in such optical methods, the problems that some defects are not recognized, but on the other hand, influences such as brightness variations or reflections lead to surfaces classified as flawed, the none at all Have defects.
Aus der
Die
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern bereitzustellen, die unabhängig von äußeren Einflüssen und ohne Benutzereingriff Fehlstellen in Oberflächen zuverlässig auffindet. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern sollen sich für sämtliche Oberflächen, also nicht nur für ebene, sondern auch für gekrümmte und insbesondere zylindrische Oberflächen eignen und auch Oberflächenfehler aufspüren können, die in Randbereichen der betrachteten Oberfläche liegen.It is therefore an object of the present invention to provide a method and apparatus for detecting surface imperfections that reliably detects defects in surfaces regardless of external influences and without user intervention. Such a method and such a device for detecting surface defects should be suitable for all surfaces, ie not only flat, but also for curved and in particular cylindrical surfaces, and also be able to detect surface defects which lie in edge regions of the considered surface.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects are achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments emerge from the dependent claims.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erkennen von Oberflächen wird mit einer Kamera ein Bild von einer Oberfläche aufgenommen, und dieses Bild wird in eine Anzahl von Teilbereichen unterteilt. Aus einem ersten Teilbereich wird ein invertiertes Teilbereichs-Bild erzeugt, und dieses invertierte Teilbereichs-Bild wird mit einem zweiten Teilbereichs-Bild überlagert. Dieses überlagerte Bild wird im Folgenden Differenzbild genannt. Dieses Differenzbild wird daraufhin untersucht, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden, und insbesondere dunkler sind als ein vorgegebener Toleranz-Grauwert.In a method according to the invention for detecting surfaces, a picture is taken of a surface with a camera, and this picture is subdivided into a number of partial areas. An inverted sub-area image is generated from a first sub-area, and this inverted sub-area image is superimposed with a second sub-area image. This superimposed image is called difference image in the following. This difference image is then examined to see if there are contiguous regions of gray values that differ from a tolerance value and, in particular, are darker than a given tolerance gray value.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten, die dunkler sind als ein vorgegebener Grauwert, ausreichenden Kontrast zur unmittelbaren und somit einer Umgebung im Differenzbild haben, zuverlässig erkannt. Solche zusammenhängende Bereiche stellen, wenn es nicht gewollte Merkmale der Oberfläche sind, Oberflächenfehler dar, insbesondere Lunker, Risse, Einkerbungen, Kratzer, Erhebungen, Verfärbungen, Löcher und dergleichen.With the method according to the invention, coherent regions with gray values which are darker than a predefined gray value, have sufficient contrast to the immediate and thus to an environment in the difference image, reliably recognized. Such contiguous areas, if not intended features of the surface, are surface imperfections, in particular voids, cracks, indentations, scratches, bumps, discolorations, holes and the like.
Durch das Überlagern eines invertierten Teilbereichs-Bilds eines ersten Teilbereichs mit einem zweiten nicht-invertierten Teilbereichs-Bild heben sich die Grauwerte weitgehend gegeneinander auf, mit Ausnahme von Fehlstellen, die kein Pendant in dem jeweils anderen Bild haben. Diese Fehlstellen werden somit in dem Differenzbild sichtbar.By superimposing an inverted sub-area image of a first sub-area with a second non-inverted sub-area image, the gray values largely cancel each other out, with the exception of defects that have no counterpart in the respective other image. These defects are thus visible in the difference image.
Beleuchtungs-bedingte oder Oberflächenverlaufs-bedingte Helligkeitsunterschiede zwischen Teilbereichen bleiben dadurch außer Acht, dass sich in dem Differenzbild beim Überlagern des invertierten Teilbereichs-Bilds mit einem zweiten Teilbereichs-Bild ein Grauwert ergibt, der geringer als der vorgegebene Toleranzwert ist.Lighting-related or surface-course-related differences in brightness between subareas are ignored in that in the difference image when superimposing the superimposed partial area image with a second subarea image, a gray value is obtained that is less than the predetermined tolerance value.
Ein Helligkeitsgradient, beispielsweise entlang einer Krümmung der Oberfläche des Objekts, insbesondere eines Rohres, eines Schlauchs oder dergleichen oder ein genereller Helligkeitsverlauf im Bild beeinträchtigt die Erkennung der Fehlstellen nicht. Das Verfahren läuft so stabil, dass eine Änderung der Beleuchtungssituation, beispielsweise durch Helligkeitsschwankungen oder durch Lageverschiebungen des Objekts, die Fehlerdetektion nicht stört.A brightness gradient, for example along a curvature of the surface of the object, in particular a tube, a tube or the like or a general brightness curve in the image does not affect the detection of the defects. The method runs so stable that a change in the lighting situation, for example due to brightness fluctuations or due to positional shifts of the object, does not disturb the error detection.
Die Ausdehnung der ermittelten zusammenhängenden Bereiche mit Grauwerten, die dunkler als ein vorgegebener Grauwert sind, stellt ein Maß für die Größe des Oberflächenfehlers dar. Beispielsweise kann es sich bei einer sehr kleinen Ausdehnung nur um einen Verschmutzungspartikel, insbesondere ein Staubkorn handeln, während ein größerer zusammenhängender Bereich, der dunkler als ein vorgegebener Grauwert ist, ein Lunker, ein Riss, ein Loch, eine Einkerbung, ein Kratzer, eine Erhebung, eine Verfärbung oder ähnliches sein kann.The extension of the determined contiguous regions with gray values that are darker than a predefined gray value represents a measure of the size of the surface defect. For example, a very small extent can only be a soiling particle, in particular a dust grain, while a larger contiguous one Area darker than a given gray scale, a blowhole, a crack, a hole, a notch, a scratch, an elevation, a discoloration or the like may be.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Oberflächen untersucht werden, sowohl ebene, als auch gekrümmte und insbesondere zylindrische Oberflächen. Auf das Material der Oberfläche kommt es nicht an, es können beliebige Oberflächen, insbesondere Keramik-, Kunststoff-, Metall-, Papier-, Gummi-, Glas- und Holzoberflächen untersucht werden. Die zu untersuchenden Oberflächen können ein diffuses oder ein spiegelndes Reflektionsverhalten haben sowie verchromt sein.With the method according to the invention, any surfaces can be examined, both flat, as well as curved and in particular cylindrical surfaces. The material of the surface is not important, it can be any surface, especially ceramic, plastic, metal, paper, rubber, glass and wood surfaces are examined. The surfaces to be examined can have a diffuse or a reflective reflection behavior and be chrome-plated.
Ebenso kommt es auf die Form der Oberfläche nicht an. Es können beliebige Oberflächenformen, beispielsweise Oberflächen mit einer flächigen Erstreckung, zylindrische oder konische Oberflächen oder auch andere komplexere Oberflächen untersucht werden.Likewise, the shape of the surface does not matter. It is possible to examine any desired surface shapes, for example surfaces with a flat extension, cylindrical or conical surfaces or also other more complex surfaces.
Es können die Oberflächen beliebiger Objekte untersucht werden, insbesondere die Oberflächen von Schläuchen, beispielsweise Kunststoff- und Gummischläuchen, die Oberflächen von Rohren, die Oberflächen von zylindrischen und konischen Stiften, die Oberflächen von Zigaretten oder unlackierte oder lackierte Oberflächen, insbesondere Karosserieflächen beliebiger Gestalt.The surfaces of any objects can be examined, in particular the surfaces of hoses, for example plastic and rubber hoses, the surfaces of pipes, the surfaces of cylindrical and conical pins, the surfaces of cigarettes or unpainted or painted surfaces, in particular body surfaces of any shape.
Ebenso kann Bahnware mit dem erfindungsgemäßen Verfahren untersucht werden. Als Kameras können dabei Flächen- oder Zeilenkameras zum Einsatz kommen.Likewise, web material can be examined by the method according to the invention. Area cameras or line scan cameras can be used as cameras.
Insbesondere bei Objekten, deren Oberfläche einen nicht homogenen Grauwertverlauf hat oder bei denen sich die Grauwerte der Oberfläche mit den Grauwerten der Fehler überschneiden, sowie bei zylindrischen Oberflächen mit ihrem charakteristischen Dunkel-Hell-Dunkel-Verlauf entlang der Krümmung, bei denen bisherige Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern große Schwächen haben, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Fehlstellen zuverlässig und präzise identifiziert werden.In particular, in the case of objects whose surface has a non-homogeneous grayscale gradient or in which the gray values of the surface overlap with the gray values of the defects, and in cylindrical surfaces with their characteristic dark-light-dark curve along the curvature, in which previous methods for detecting of surface defects have great weaknesses, defects can be reliably and precisely identified with the method according to the invention.
Zudem werden die Nachteile bisheriger Oberflächenfehlererkennungsverfahren, dass einwandfreie Oberflächen aufgrund von Helligkeitsschwankungen oder bedingt durch das Reflektionsverhalten der Oberfläche als Ausschuss klassifiziert worden sind, mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig vermieden, es werden nur Oberflächen als fehlerhaft identifiziert, die tatsächlich auch Fehlstellen aufweisen.In addition, the disadvantages of previous surface defect detection methods that flawless surfaces due to brightness variations or due to the reflection behavior of the surface have been classified as scrap, reliably avoided with the present inventive method, only surfaces are identified as defective, which actually have defects.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Oberflächen untersucht werden, die eine gleichmäßige Oberflächenstruktur, also entweder eine ebenmäßige, einheitliche Oberfläche oder ein gleichmäßiges Muster mit wiederkehrenden Elementen aufweisen. Weniger oder nicht geeignet für dieses erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern sind Oberflächen mit marmorierten Strukturen ohne wiederkehrende Elemente.With the method according to the invention, it is possible to study surfaces which have a uniform surface structure, that is to say either a uniform, uniform surface or a uniform pattern with recurring elements. Less or not suitable for this method according to the invention for detecting surface defects are surfaces with marbled structures without recurring elements.
Beim Unterteilen des von der Kamera aufgenommenen Bilds der Oberfläche in Teilbereichs-Bilder kann das Bild in eine Mehrzahl von gleich großen oder ähnlich großen Teilbereichs-Bildern von im Wesentlichen übereinstimmender Form unterteilt werden. Ebenfalls kann eine Oberfläche mit einem regelmäßigen Muster derart unterteilt werden, dass wiederkehrende Elemente des regelmäßigen Musters die Teilbereiche bilden.In dividing the image of the surface taken by the camera into sub-area images, the image may be divided into a plurality of equally sized or similarly sized sub-area images of substantially coincident shape. Also, a surface having a regular pattern may be subdivided so that recurring elements of the regular pattern form the subregions.
Bei komplexeren Oberflächen oder Oberflächen mit einem Helligkeitsgradienten werden ggf. die Teilbereichs-Bilder, in die das aufgenommene Bild unterteilt wird, entsprechend klein gewählt.For more complex surfaces or surfaces with a brightness gradient, the sub-area images into which the captured image is subdivided may be selected to be correspondingly small.
Die Größe der Teilbereichs-Bilder, in die das von der Kamera aufgenommene Bild von der Oberfläche des Objekts unterteilt wird, richtet sich nach der jeweils zu inspizierenden Gesamt-Objektoberfläche. Bei Oberflächen von Schläuchen, Rohren, zylindrischen und konischen Stiften, Zigaretten oder dergleichen ist es vorteilhaft, die Teilbereichsbilder so zu wählen, dass diese einen Querschnittsbereich von Rand zu Rand umfassen. Beispielsweise kann bei einem Wellrohr das Teilbereichsbild einen Querschnittsbereich des Wellrohrs abdecken und sich in der Längserstreckung des Wellrohrs von einem Bereich eines schmaleren Querschnitts in einer Einkerbung bis zu dem nächsten benachbarten Bereich mit einem schmaleren Querschnitt in einer Einkerbung erstrecken, oder von einem Bereich mit breitem Querschnitt zu einem benachbarten Bereich mit breitem Querschnitt.The size of the sub-area images into which the image taken by the camera is subdivided from the surface of the object depends on the overall object surface to be inspected in each case. For surfaces of hoses, pipes, cylindrical and conical pins, cigarettes or the like, it is advantageous to select the sub-area images to include a cross-sectional area from edge to edge. For example, in a corrugated pipe, the sub-area image may cover a cross-sectional area of the corrugated pipe and extend in the longitudinal extent of the corrugated pipe from a narrower cross-section area in one notch to the next adjacent narrower-cross-section area in a notch, or a wide cross-section area to a neighboring area with a broad cross-section.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern erfolgt eine Untersuchung der gesamten Oberfläche, die auch den Rand einschließt. Es wird die gesamte sichtbare Fläche inspiziert. Dementsprechend können auch unmittelbar am Rand der Oberfläche des Objekts liegende Fehlstellen zuverlässig erkannt werden, was mit den bisherigen Verfahren nicht möglich war. Ebenso hat die Änderung der Beleuchtungssituation in weiten Bereichen keinen Einfluss auf das Ergebnis des Verfahrens.With the method according to the invention for detecting surface defects, the entire surface is examined, which also includes the edge. It inspects the entire visible area. Accordingly, defects located directly on the edge of the surface of the object can be reliably detected, which was not possible with the previous methods. Likewise, the change in the lighting situation does not affect the outcome of the process in many areas.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern werden alle vorhandenen Fehlstellen gefunden, ohne dass Streifenmuster eingesetzt werden müssen, was die mit solchen Streifenmustern verbundenen Probleme vermeidet, nämlich die nur schwierige Anwendung von Blob-Analysen, wenn Fehlstellen am Übergang von Hell zu Dunkel erscheinen oder die Erstellung von Suchbereichen für die hellen und dunklen Streifen.With the method according to the invention for detecting surface defects, all existing defects are found without having to use fringe patterns, which avoids the problems associated with such fringe patterns, namely the difficulty of using blob analyzes when defects at the transition from Bright to dark, or creating search areas for the light and dark stripes.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Untersuchung von zylindrischen Oberflächen, die aus der Kamerasicht einen Helligkeitsverlauf entlang der Flächenkrümmung haben, hervorragend geeignet. Bei solchen Zylinderoberflächen verhindert ein solcher Helligkeitsgradient eine herkömmliche Blob-Analyse, da sich die Fehlstellen, insbesondere Kratzer, Lunker und Erhebungen nur in einem schmalen Bereich auf der Oberfläche von den Grauwerten der eigentlichen Fläche unterscheiden oder oftmals am Übergang vom hellen zum dunkleren Bereich der gekrümmten Fläche liegen.The method according to the invention is outstandingly suitable for the examination of cylindrical surfaces which have a brightness course along the surface curvature from the camera view. In such cylinder surfaces, such a brightness gradient prevents conventional blob analysis, since the imperfections, in particular scratches, voids and protrusions differ from the gray values of the actual surface only in a narrow area on the surface or often at the transition from the light to the darker region of the curved surface Area lie.
Falls bei der Bildaufnahme festgestellt wird, dass ein Helligkeitsgradient, also insbesondere ein Helligkeitsgefälle entlang der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts vorhanden ist, so ist es zweckmäßig, beim Unterteilen des aufgenommenen Bilds in Teilbereichs-Bilder, diese Teilbereichs-Bilder entsprechend zu wählen, und zwar so dass beim Überlagern des ersten invertierten Teilbereichs-Bilds mit einem zweiten nicht invertierten Teilbereichs-Bild die sich fehlstellen-unabhängig ergebenen Grauwerte nur einen geringen Grauwert haben, der unter dem Toleranzwert liegt, und somit heller als dieser sind, und dementsprechend nicht als Oberflächenfehler identifiziert werden.If it is determined during the image recording that a brightness gradient, that is to say in particular a brightness gradient, is present along the surface of the object to be examined, it is expedient, when subdividing the recorded image into subregion images, to select these subregion images correspondingly, specifically such that, when the first inverted subregion image is superimposed with a second noninverted subregion image, the gray-scale values that result in a defect-independent color have a low gray value which is below the tolerance value and thus are brighter than it, and are therefore not identified as a surface defect become.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Teilbereichs-Bilder in dem aufgenommenen Bild jeweils nebeneinander angeordnet. Dies ist besonders für Objekte mit einer im Wesentlichen zylindrischen oder konischen Oberfläche von Vorteil, denn so kann mit einer Reihe von nebeneinander angeordneten Teilbereich-Bildern das gesamte aufgenommene Bild der Oberfläche des Objekts vollständig abgebildet werden.According to a first embodiment of the invention, the sub-area images in the captured image are each arranged next to one another. This is particularly advantageous for objects with a substantially cylindrical or conical surface, because in this way the entire recorded image of the surface of the object can be completely imaged with a series of sub-area images arranged next to one another.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zwei Teilbereichs-Bilder an gegenüberliegenden Rändern des aufgenommenen Bildes oder spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse angeordnet. Diese Unterteilung bietet sich insbesondere bei Objekten mit einer breiteren Erstreckung oder bei spiegelsymmetrischen Objekten an.According to a further embodiment of the invention, two sub-area images are respectively arranged on opposite edges of the recorded image or mirror-symmetrically to an axis of symmetry. This subdivision is particularly suitable for objects with a broader extent or in the case of mirror-symmetrical objects.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können sich jeweils benachbarte Teilbereichs-Bilder teilweise überlappen. Dadurch können auch Fehl stellen, die sich am Rand von Teilbereichs-Bildern befinden, zuverlässig und vollständig erkannt werden.According to a further embodiment of the invention, adjacent partial area images may partially overlap each other. As a result, errors that are located at the edge of sub-area images can be detected reliably and completely.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bei Bildern von Objekten, die ein regelmäßiges Oberflächenmuster aufweisen, die Teilbereichs-Bilder so gewählt, dass sie eine weitgehend übereinstimmende Form haben. Dadurch ist gewährleistet, das das erste invertierte Teilbereichs-Bild mit einem zweiten nicht-invertierten Teilbereichs-Bild überlagert werden kann, und das Differenzbild auf darin vorhandene zusammenhängende Bereich mit zu dunklen Grauwerten untersucht werden kann.According to another embodiment of the invention, in images of objects having a regular surface pattern, the sub-area images are selected to have a substantially coincident shape. This ensures that the first inverted subregion image can be superimposed with a second non-inverted subregion image, and the difference image can be examined for contiguous regions present therein with dark gray values.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Unterteilung der Oberflächen des aufgenommenen Bilds in Teilbereichsbilder durch eine Mustersegmentierung. Dabei wird das Muster der Oberfläche des aufgenommenen Bilds auf wiederkehrende Elemente untersucht, und die wiederkehrenden Elemente bilden die einzelnen Teilbereichs-Bilder. Dabei werden in der Praxis vor allem die Hell-Dunkel-Übergänge betrachtet.According to a further embodiment of the invention, the subdivision of the surfaces of the recorded image into subregion images is performed by a pattern segmentation. In doing so, the pattern of the surface of the captured image is examined for recurring elements, and the recurring elements form the individual sub-area images. In the process, especially the light-dark transitions are considered.
Dementsprechend werden bei Oberflächen mit regelmäßigen Mustern diese Muster zur Erzeugung der Teilbereiche verwendet, und im Differenzbild werden diese Muster weitestgehend unsichtbar, die Fehlstellen treten jedoch klar hervor.Accordingly, for patterns with regular patterns, these patterns are used to create the subregions, and in the difference image, these patterns become largely invisible, but the flaws are clear.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei der Bildaufnahme die Oberfläche von wenigstens einer Beleuchtungseinheit beleuchtet. Dabei ist darauf zu achten, dass der entstehende Helligkeitsgradient über die Oberfläche des aufzunehmenden Bildes möglichst gering ist.According to a further embodiment of the invention, the surface of at least one illumination unit is illuminated in the image recording. It is important to ensure that the resulting gradient of brightness over the surface of the image to be recorded is as low as possible.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts selbstleuchtend/elektroluminiszierend ausgebildet sein.Alternatively or additionally, the surface of the object to be examined may be self-luminous / electroluminescent.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Verfahrensschritte des Erzeugens eines invertierten Teilbereich-Bilds aus einem ersten Teilbereichs-Bild, des Überlagerns dieses invertierten Teilbereichs-Bilds mit einem zweiten Teilbereichs-Bild und des Untersuchens des Differenzbildes daraufhin, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden, für weitere Paare von Teilbereichs-Bildern wiederholt. Dadurch können alle Teilbereiche, in die das aufgenommene Bild der Oberfläche untergliedert worden ist, überprüft werden und somit Fehlstellen in der gesamten Oberflächen des betrachteten Objekts erkannt werden.According to a further embodiment of the invention, the method steps of generating an inverted subregion image from a first subregion image, superimposing this subregional inverted image with a second subregion image and examining the difference image to determine whether there are contiguous gray value regions are different from a tolerance value, repeated for further pairs of sub-area images. As a result, all partial areas into which the recorded image of the surface has been subdivided can be checked, and thus defects in the entire surface of the object under consideration can be detected.
In einer Ausführungsform der Erfindung können alle Teilbereichs-Bilder jeweils paarweise nacheinander überprüft werden, um somit einem minimalen Rechenaufwand die gesamte Oberfläche zu überprüfen. Um eine höhere Erkennungsgenauigkeit zu erreichen, können auch verschiedene Kombinationen von Teilbereichs-Bildern gegeneinander überprüft werden.In one embodiment of the invention, all partial area images can be checked in pairs in succession, thus checking the entire surface for a minimum amount of computation. To achieve a higher recognition accuracy, different combinations of sub-area images can be checked against each other.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auf den Differenzbildern zur Klassifizierung der aufgefundenen Fehlstellen eine Blob-Analyse und/eine Histogrammanalyse eingesetzt. Bei der Blob-Analyse werden Bildbereiche analysiert, in denen benachbarte Pixel gleiche oder ähnliche Grauwerte aufweisen, um so zusammenhängende Flächen mit gleichen oder ähnlichen Grauwerten zu identifizieren. Bei einer Histogrammanalyse werden die Häufigkeiten der einzelnen Grauwerte in einem Bild oder einem Bildbereich erfasst und zumeist als Balkendiagramm dargestellt.According to a further embodiment of the invention is on the difference images for Classification of the found defects used a blob analysis and / or a histogram analysis. Blob analysis analyzes areas of the image in which adjacent pixels have the same or similar gray levels to identify contiguous areas with the same or similar gray levels. In a histogram analysis, the frequencies of the individual gray values in an image or an image area are recorded and usually displayed as a bar chart.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Bildaufnahmen durchgeführt, während das betrachtete Objekt bewegt und die Kamera ortsfest gehalten wird oder während die Kamera bewegt und das Objekt ortsfest gehalten wird. Dadurch ergeben sich Ansichten des Objekts aus unterschiedlichen Perspektiven. Fehlstellen, die sich nur in bestimmten Perspektiven hervorheben, können so zuverlässig erkannt werden.According to a further embodiment of the invention, a plurality of image captures are performed while moving the object being viewed and keeping the camera stationary or while the camera is moving and the object is held stationary. This results in views of the object from different perspectives. Defects that only stand out in certain perspectives can be reliably detected.
In einer ersten Variante werden nur die erzeugten Teilbereichs-Bilder jeweils einer Perspektive miteinander überlagert. In einer zweiten Variante werden auch Teilbereichs-Bilder aus unterschiedlichen Perspektivaufnahmen miteinander überlagert. Dadurch ergibt sich eine umfassendere Betrachtung der Oberfläche des Objekts.In a first variant, only the sub-area images generated are each superimposed on one perspective. In a second variant, sub-area images from different perspective images are superimposed with each other. This results in a more comprehensive view of the surface of the object.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Bildaufnahmen mit unterschiedlichen Beleuchtungsquellen oder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten durchgeführt. Fehlstellen, die in manchen Beleuchtungssituationen nicht erkennbar sind, sich jedoch in einer anderen Beleuchtungssituation hervorheben, können dadurch zuverlässig erkannt werden.According to a further embodiment of the invention, a plurality of image recordings are carried out with different illumination sources or with different exposure times. Defects that are not recognizable in some lighting situations, but highlight in a different lighting situation can be reliably detected.
In einer ersten Variante werden nur die Teilbereichsbilder einer Bildaufnahme mit jeweils einer Beleuchtungsquelle und mit jeweils einer Belichtungszeit gegeneinander überlagert. In einer weiteren Variante werden Teilbereichs-Bilder, die aus unterschiedlicher Bildaufnahmen stammen oder mit unterschiedlichen Beleuchtungsquellen beleuchtet oder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten belichtet worden sind, miteinander verglichen.In a first variant, only the sub-area images of an image acquisition, each with an illumination source and each with an exposure time are superposed against each other. In a further variant, sub-area images which originate from different image recordings or have been illuminated with different illumination sources or have been exposed with different exposure times are compared with one another.
Wenn vorstehend davon die Rede ist, dass Teilbereichs-Bilder miteinander verglichen werden, so ist damit selbstverständlich gemeint, dass in Übereinstimmung mit Anspruch 1 aus einem ersten Teilbereichs-Bild ein invertiertes Teilbereichs-Bild erzeugt wird und dieses mit einem zweiten nicht-invertierten Teilbereichs-Bild überlagert wird und das so erzeugte Differenzbild daraufhin untersucht wird, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden.When it is mentioned above that sub-area images are compared with one another, it is to be understood that in accordance with claim 1, an inverted sub-area image is generated from a first sub-area image and this with a second non-inverted sub-area image. Image is overlaid and the difference image thus generated is examined to see whether there are contiguous areas with gray values that differ from a tolerance value.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern mit einer Kamera, die so eingerichtet ist, dass sie ein Bild von einer Oberfläche eines Objekts aufnimmt, und mit einer Datenverarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass sie das von der Kamera aufgenommene Bild in eine Anzahl von Teilbereichs-Bildern unterteilt, aus einem Teilbereichs-Bild ein invertiertes Teilbereichs-Bild erzeugt, dieses invertierte Teilbereichs-Bild mit einem zweiten Teilbereichs-Bild überlagert und dieses Differenzbild daraufhin untersucht, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden.The invention also relates to a device for detecting surface defects with a camera, which is adapted to take an image of a surface of an object, and to a data processing unit, which is set up in such a way that it integrates the image taken by the camera Dividing a number of sub-area images, creating an inverted sub-area image from a sub-area image, superimposing this sub-area inverted image with a second sub-area image, and examining this difference image to see if there are contiguous areas of gray levels that are different from one another Differ tolerance value.
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern entsprechen den vorstehenden, mit Bezug auf das Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern angegebenen Vorteilen, diese gelten hiermit auch in Bezug auf die Vorrichtung als offenbart, ohne sie noch einmal im Einzelnen zu wiederholen.The advantages of this device according to the invention for detecting surface defects correspond to the above advantages stated with reference to the method for detecting surface defects, which are hereby also disclosed with respect to the device, without repeating them in detail.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten der Oberfläche des Gegenstands vorgesehen. Dadurch kann die Oberfläche des zu untersuchenden Objektes ausgeleuchtet werden, wobei eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung mit nur geringem oder bestenfalls keinem Helligkeitsgradienten wünschenswert ist. Hierfür können auch mehrere Beleuchtungseinheiten zum Einsatz kommen.According to a first embodiment of the device according to the invention, a lighting unit is further provided for illuminating the surface of the object. Thereby, the surface of the object to be examined can be illuminated, with a particularly uniform illumination with little or at best no brightness gradient is desirable. For this purpose, several lighting units can be used.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kamera bewegbar oder verschiebbar ausgebildet, so dass sie Bildaufnahmen von der Oberfläche des Objekts aus verschiedenen Perspektiven tätigen kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch ein Objektträger vorgesehen sein, auf dem das Objekt für die Bildaufnahme positioniert wird, und dieser Objektträger kann ebenfalls verschiebbar oder bewegbar ausgebildet sein, um Bildaufnahmen des Objekts aus verschiedenen Perspektiven zu ermöglichen.According to a further embodiment of the invention, the camera is designed to be movable or displaceable, so that it can make image recordings of the surface of the object from different perspectives. Alternatively or additionally, a slide can be provided on which the object is positioned for image acquisition, and this slide can also be designed to be movable or movable to allow image capturing the object from different perspectives.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying figures.
In
Der Rohrabschnitt
Die vier Teilbereichs-Bilder
Das zweite Teilbereichs-Bild von links wird nachfolgend als erstes Teilbereichs-Bild
Nun wird durch die Datenverarbeitungseinheit aus dem ersten Teilbereichs-Bild
Dieses erste invertierte Teilbereichs-Bild
Ebenso überlagern sich die hellen Rohrrandbereiche im invertierten ersten Teilbereichs-Bild
Lediglich die Fehlstelle
Zum Klassifizieren dieser Fehlstelle kann kann nun eine Blob-Analyse oder eine Histogramm-Analyse eingesetzt werden. Dabei kann festgestellt werden, dass diese Fehlstelle
Das in
In dem aufgenommenen Bild des Wellrohrs
Wie in
Bei der Vorsegmentierung wird nun das gesamte Bild des Wellrohrs
In dem am weitesten rechts gelegenen Teilbereichs-Bild
Die weiteren Verfahrensschritte des Erzeugens eines ersten invertierten Teilbereichs-Bilds, des Überlagerns des invertierten ersten Teilbereichs-Bilds mit einem zweiten Teilbereichs-Bild, des Untersuchens dieses Differenzbilds daraufhin, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden, und insbesondere dunkler sind als ein vorgegebener Toleranz-Grauwert, entsprechen den vorstehend mit Bezug auf die Ansprüche und mit Bezug auf die
Die Fehlstelle
In alternativen, hier nicht gezeigten Ausführungsformen können die Teilbereichs-Bilder
Ebenso können die Teilbereichs-Bilder auch anders angeordnet werden, beispielsweise können pro Querschnitts-Bereich des betrachteten Objekts zwei übereinander angeordnete Differenz-Bilder vorgesehen werden.Likewise, the sub-area images can also be arranged differently, for example, two superimposed differential images can be provided per cross-sectional area of the object under consideration.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Fehlstellen einfach erkannt und identifiziert werden.With the method according to the invention, defects can be easily recognized and identified.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Rohrabschnittpipe section
- 44
- Teilbereichesubregions
- 66
- erster Teilbereichfirst subarea
- 88th
- zweiter Teilbereichsecond subarea
- 1010
- Fehlstellevoid
- 1212
- invertiertes Teilbereichs-Bildinverted subrange image
- 1414
- Differenzbilddifference image
- 1616
- identifizierte Fehlstelleidentified defect
- 1818
- WellrohrabschnittCorrugated pipe section
- 2020
- Teilbereichesubregions
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 1581803 B1 [0005] EP 1581803 B1 [0005]
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