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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bilderfassung von Formteilen, insbesondere für eine Inspektion von Formteilen oder dergleichen, mit einer Bilderfassungsvorrichtung und einer Verarbeitungsvorrichtung, wobei mittels der Bilderfassungsvorrichtung ein Bild eines Formteils als ein Bilddatensatz gewonnen wird und wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung eine Bildanalyse des Bilddatensatzes durchgeführt wird.
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Derartige Verfahren zur Bilderfassung werden regelmäßig im Bereich der Fertigungstechnik, insbesondere des Hüttenwesens bzw. der Gießereitechnik angewandt, wobei Modelle, Formteile oder Gusserzeugnisse automatisiert auf mögliche Fehler untersucht werden. Grundsätzlich erfolgt eine Bilderfassung eines zu prüfenden Objekts mittels einer Kamera, wobei ein erhaltener Bilddatensatz auf mögliche Formabweichungen hin untersucht wird, um das betreffende Objekt aus dem Produktionsprozess herauszuschleusen oder gegebenenfalls um die Produktion zu stoppen. Dabei kann beispielsweise ein Formteil auf eventuelle Fehler hin, wie auf dem Formteil zurückgebliebene Formsandreste, inspiziert werden.
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So sind Verfahren zur Bilderfassung bekannt, bei den jeweils für ein Formteil ein zugehöriger Bilddatensatz gewonnen wird, wobei der erhaltene Bilddatensatz mit einem weiteren Referenzbilddatensatz im Rahmen einer Bildanalyse verglichen wird. Bei eventuellen Abweichungen des Bilddatensatzes vom Referenzbilddatensatz kann dann eine Feststellung hinsichtlich einer Qualität des Formteils getroffen werden.
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Weiter sind Bildverarbeitungstechniken bekannt, bei den ein zu untersuchendes Bild in Sektionen bzw. Bereiche unterteilt wird, denen bei einer Inspektion bzw. Weiterverarbeitung des Bilddatensatzes eine unterschiedliche Relevanz zugeordnet wird. So kann beispielsweise eine Überprüfung eines Bildes auf einen Bildbereich beschränkt werden, der für eine Qualitätsprüfung eines Objekts maßgeblich ist. Bei derartigen Bildverarbeitungstechniken erfolgt grundsätzlich ein Vergleich des gewonnen Prüfbildes bzw. der Sektion mit einem Referenzdatensatz, welcher beispielsweise auf einem Referenzbild oder einer Zeichnung basieren kann.
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Nachteilig bei derartigen Bildverarbeitungstechniken ist, dass es stets einer manuellen Definition der Sektionen bzw. Bereiche, durch zum Beispiel eine Bedienperson, bedarf. So ist es zwar möglich, bestimmte Strukturen in Bildern zu erkennen und danach die zu überprüfenden Bereiche zu definieren, jedoch bedarf es dazu einer großen Anzahl von Bildern, um die Strukturen, beispielsweise auf Basis einer statistischen Häufigkeitsverteilung, zu bestimmen. Derartige Verfahren eignen sich jedoch nicht für kleinere Stückzahlen oder ständig wechselnde Arten von Formteilen, da hier eine ständige Anpassung einer Bereichsdefinition auf das jeweilige Formteil notwendig wäre. Weiter erfordert ein derartiger Bildvergleich eine Bildaufnahme eines Formteils in gleichbleibender Qualität.
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So ist es grundsätzlich bekannt, Beleuchtungsvorrichtungen bei einer Aufnahme von Bildern von Formteilen zu verwenden, wobei dies nicht zwingend notwendig ist. Mit einer eigens für eine Bildaufnahme eingesetzten Beleuchtungsvorrichtung kann jedoch eine gleichbleibende Qualität der Bildaufnahme erzielt werden.
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Weiter ist bei den aus der Gießereitechnik bekannten Verfahren nachteilig, dass bei der Bildaufnahme eines Formteils nicht immer eine befriedigende Qualität der Aufnahme erzielt werden kann. So wird regelmäßig eine Formteiloberfläche mit Schlichte geglättet, wobei dann eine glänzende, reflektierende Oberfläche des Formteils erhalten wird. Reflektionen ergeben sich insbesondere dann, wenn die Schlichte in Art eines silbrigen Belags auf dem Formteil vorliegt. Weiter ist es bekannt bei Formmodellen aus Formsand sogenannte Kühleisen einzulegen. Aufgrund einer metallenen Oberfläche der Kühleisen können auch hier leicht Reflektionen entstehen. Die vorgenannten Reflektionen sind unerwünscht, da sie regelmäßig eine Qualität einer Bildaufnahme verschlechtern. Dieser Effekt wird insbesondere durch eine zusätzliche Beleuchtung des Formteils noch weiter verstärkt. Da Formteile vielfältige Geometrien aufweisen können, können eine Bildaufnahme störende Reflektionen kaum verhindert werden. Zwar ist es möglich, auf eine Beleuchtung eines Formteils für eine Bildaufnahme gänzlich zu verzichten, jedoch erscheinen dann bestimmte Bereiche eines Formteils in der Bildaufnahme aufgrund der fehlenden Beleuchtung als zu dunkel.
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Mit den bekannten Verfahren zur Bilderfassung werden somit regelmäßig Bilddatensätze gewonnen, die sich gegebenenfalls nicht für eine nachfolgende Inspektion von Formteilen eignen. So ist dann immer ein Eingriff einer Bedienperson in das Verfahren notwendig, um gegebenenfalls eine Beleuchtung anzupassen oder zu überprüfende Bildbereiche zu definieren. Auch eine auf einer Vielzahl von Bildern basierenden Inspektion kann nicht für Kleinserien oder wechselnde Formteile eingesetzt werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bilderfassung von Formteilen vorzuschlagen, das eine Formteilprüfung vereinfacht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bilderfassung von Formteilen, insbesondere für eine Inspektion von Formteilen oder dergleichen, mit einer Bilderfassungsvorrichtung und einer Verarbeitungsvorrichtung, wird mittels der Bilderfassungsvorrichtung ein Bild eines Formteils als ein Bilddatensatz gewonnen, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung eine Bildanalyse des Bilddatensatzes durchgeführt wird, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung eine Klassifizierung von Bildelementen des Bilddatensatzes erfolgt, wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung die Bildelemente einer Klasse zumindest zu einer Region zusammengefasst werden, und wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung den Bildelementen einer Region zumindest eine Eigenschaft zugewiesen wird.
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Demnach werden Bildelemente des Bilddatensatzes von der Verarbeitungsvorrichtung einzeln analysiert und unterschiedlichen Klassen zugewiesen. Die Klassen werden jeweils durch Wertebereiche definiert, wobei bei der Analyse der Bildelemente der betreffende Wert des jeweiligen Bildelements ermittelt wird, worauf eine Zuordnung zu einer der Klassen mit einem den Wert beinhalteten Wertebereich erfolgt. Alle Bildelemente mit jeweils einer Klasse werden dann für jeweils eine Klasse zu einer Region zusammengefasst. Eine Region ist hier als ein zusammenhängender Bereich mit Bildelementen einer Klasse definiert. Eine Region ist somit ein Flächenbereich bezogen auf das Bild des Formteils mit Bildelementen einer Klasse. Diesen jeweiligen Regionen bzw. Bildelementen einer Region wird dann jeweils wieder eine Eigenschaft zugewiesen. Diese Eigenschaft wird zusammen mit den Informationen zu den Regionen in dem betreffenden Bilddatensatz abgespeichert. Ein derartiger Bilddatensatz kann nun besonders einfach mit einem Referenzbilddatensatz, welcher ebenfalls Vergleichsregionen und Vergleichseigenschaften aufweist, im Rahmen einer Inspektion von Formteilen verglichen werden. Somit kommt es nicht mehr alleine bei einem derartigen Bildvergleich auf beispielsweise eine Ortsposition bestimmter Bildelemente oder auf eine Häufigkeitsverteilung von Bildelementen an, da anhand der jeweiligen Eigenschaften eine Region einer Vergleichsregion für einen Bildvergleich zugeordnet werden kann. Eine Formteilprüfung wird somit wesentlich vereinfacht, da ein Prüfbild eines Formteils nicht mehr zwangsläufig unter einer vorgegebenen Bedingung, wie zum Beispiel einer bestimmten Beleuchtungsstärke, aufgenommen werden muss. Das Prüfbild wird durch die Bestimmung der Regionen und der jeweiligen Zuweisung einer Eigenschaft unabhängig von den Aufnahmebedingungen mit einem Referenzbild bzw. Referenzbilddatensatz vergleichbar. Auch ist es dann nicht mehr notwendig, bestimmte Sektionen bzw. Bereiche im Bild eines Formteils für eine Inspektion zu definieren, da bereits durch eine Klassifizierung von Bildelementen Regionen definiert werden. Somit ist mit derartigen Bildern bzw. Bilddatensätzen eine Formteilprüfung auch im Rahmen von Kleinserien oder Einzelstücken möglich.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens kann eine Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei dann mittels der Bilderfassungsvorrichtung ein erstes Bild eines Formteils als ein erster Bilddatensatz gewonnen wird, wobei mittels der Beleuchtungsvorrichtung das Formteil beleuchtet wird, wobei mittels der Bilderfassungsvorrichtung ein zweites Bild des beleuchteten Formteils als ein zweiter Bilddatensatz gewonnen wird, und wobei mittels der Verarbeitungsvorrichtung eine Bildanalyse der Bilddatensätze durchgeführt werden kann. Grundsätzlich ist es dabei unerheblich, ob bei einer Aufnahme des ersten Bildes des Formteils eine Beleuchtung des Formteils mittels der Beleuchtungsvorrichtung erfolgt oder nicht. So kann das erste Bild von dem unbeleuchteten Formteil, das zweite Bild von dem beleuchteten Formteil oder das erste Bild von dem beleuchteten Formteil und das zweite Bild von dem unbeleuchteten Formteil gewonnen werden. Erst dadurch wird es ermöglicht, zumindest zwei voneinander abweichende Bilder desselben Formteils zu erhalten. Weiter kann vorgesehen sein, die betreffenden Bilder, welche jeweils als ein Bilddatensatz vorliegen, mittels der Verarbeitungsvorrichtung jeweils einer Bildanalyse zu unterziehen. Mittels der Verarbeitungsvorrichtung können dann die entsprechenden Bilder bzw. die voneinander abweichenden Bilddatensätze hinsichtlich zumindest eines Auswahlkriteriums untersucht werden. Dann kann der Bilddatensatz ausgewählt werden, welcher für eine visuelle Formteilprüfung vergleichsweise geeigneter erscheint. So können wirkungsvoll störende Reflektionen vermieden werden, da unter veränderten Beleuchtungsbedingungen eine Wahrscheinlichkeit steigt, dass eines der gewonnen Bilder keine oder nur wenige unerwünschte Reflektionen aufweist. Weiter kann auch auf eine individuelle Anpassung der Beleuchtungsvorrichtung an ein Formteil verzichtet werden, da durch die veränderten Beleuchtungsbedingungen rein zufällige Beleuchtungsszenarien eines Formteils generiert werden, die eine Wahrscheinlichkeit einer geeigneten Bildaufnahme erhöhen.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn eine Abfolge von Bildern mit jeweils einem Bilddatensatz gewonnen wird, wobei das Formteil mittels der Beleuchtungsvorrichtung mit sich jeweils verändernder Lichtstärke beleuchtet wird. Demnach kann das erste Bild von dem mit einer ersten Intensität beleuchteten Formteil und das zweite Bild von dem mit einer zweiten Intensität beleuchteten Formteil aufgenommen werden. In jedem Fall besteht dann zwischen der ersten Bildaufnahme und der zweiten Bildaufnahme eine Differenz hinsichtlich einer Beleuchtung des Formteils. Beispielsweise kann eine Aufnahme des Formteils mittels einer Kamera erfolgen, wobei die Beleuchtungsvorrichtung während der Aufnahme der Abfolge vom Bild von 100 % bis 0 % ihrer Leistung variiert werden. Auch kann eine Variation der Lichtstärke innerhalb eines Teilbereichs eines Leistungsspektrums der Beleuchtungsvorrichtung erfolgen. Somit wird es ermöglicht, eine Abfolge von Bildern zu gewinnen, die jeweils voneinander abweichende Helligkeits- und/oder Farbwerte aufweisen. In diesem Zusammenhang kann es besonders vorteilhaft sein, eine möglichst große Anzahl von Bilddatensätzen zu gewinnen, um eine Wahrscheinlichkeit, dass die Abfolge von Bildern gut nutzbare Bilddatensätze enthält, zu erhöhen.
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Weiter kann mittels der Verarbeitungsvorrichtung eine Klassifizierung von Bildelemente der Bilddatensätze erfolgen, wobei die Bildelemente in einem gemeinsamen, bildbeschreibenden Datensatz zusammengefasst bzw. in diesen Datensatz geschrieben werden können. Für den Fall dass eine Mehrzahl von Bilddatensätzen eines Formteils gewonnen wird, kann demnach vorgesehen sein alle Bildelemente aller Bilddatensätze zu klassifizieren und in einem gemeinsamen Datensatz zusammenzufassen bzw. abzulegen. So wird es beispielsweise möglich eventuell vorliegende Helligkeitsabweichungen eines Bildes des Formteils zu berücksichtigen. Eine bei einer ersten Beleuchtung nicht erkennbare Struktur des Formteils ist gegebenenfalls erst bei einer zweiten Beleuchtung erkennbar, so dass anhand des zweiten Bildes eine Struktur des Formteils durch die dann mögliche Klassifizierung der entsprechenden Bildelemente differenzierter bestimmt werden kann. Der betreffende Datensatz kann somit eine Vielzahl von Bildinformationen eines einzelnen Formteils enthalten, die gemeinsam für eine besonders differenzierte Klassifizierung der Bildelemente verwendbar sind.
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Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn Bildelemente einer Klasse zu Regionen innerhalb des Bildes zusammengefasst werden. Die Klasse mit übereinstimmenden Bildelementen kann demnach eine Mehrzahl von Regionen bzw. durch die betreffenden Bildelemente definierte Flächenbereiche des Bildes umfassen.
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Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird möglich, wenn den Regionen jeweils zumindest eine Gruppe als eine Eigenschaft zugeordnet wird. Die Gruppe kann dabei aus einer Vielzahl bekannter Gruppen ausgewählt werden. Eine Liste der bekannten Gruppen kann bereits in der Verarbeitungsvorrichtung, beispielsweise in Form einer Datenbank, hinterlegt sein.
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Vorzugsweise kann ein Gruppenwert der Gruppe eine Art einer Fläche des Bildes beschreiben. Ein Gruppenwert kann zum Beispiel eine Kontur an einem Formteil, ein Ballenabriss, eine Fläche mit Trennmittel oder ein Kühleisen sein. Ist beispielsweise eine Region von Bildelementen im Wesentlichen linienförmig ausgebildet, kann dieser Region der Gruppenwert „Kontur“ zugeordnet werden. Dass es sich bei einer linienförmigen Region um eine Kontur handelt, kann wiederum durch einen Vergleich der linienförmigen Region mit in der Verarbeitungsvorrichtung gespeicherten Referenzregionen festgestellt werden.
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Eine noch weiter verbesserte Bilderfassung wird möglich, wenn einer Gruppe jeweils zumindest ein Attribut als eine weitere Eigenschaft zugeordnet wird.
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Dabei kann das Attribut in Abhängigkeit einer Gruppe ausgewählt werden. Beispielsweise kann der Gruppe „Kühleisen“ gegebenenfalls nur das Attribut einer bestimmten Größe oder Form zugeordnet werden, und nicht das Attribut einer Länge einer Kontur. Auch kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungsvorrichtung eine Datenbank mit möglichen, üblicherweise verwendeten Kühleisen enthält.
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Ein Attributwert des Attributs kann demnach eine Relativposition und/oder Größe einer Fläche des Bildes beschreiben. Nach dem vorgenannten Beispiel kann dann eine bekannte Größe einer Fläche eines Kühleisens als ein Attributwert der betreffenden Region bzw. der Gruppe zugeordnet werden. Gleichzeitig oder alternativ kann die Relativposition als ein Attributwert ebenfalls zugeordnet werden.
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Eine Klassifizierung der Bildelemente kann besonders einfach anhand von Helligkeitswerten der Bildelemente erfolgen. Insbesondere, wenn eine Variation einer Beleuchtung eines Formteils vorgesehen ist, kann so auch eine Klassifizierung der Bildelemente verschiedenster Bilddatensätze eines Formteils erfolgen.
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Um eine Klassifizierung zu vereinfachen, kann ein oberer und ein unterer Schwellenwert für jeweils eine Klasse festgelegt werden. Alle Bildelemente mit einem Helligkeitswert innerhalb dieser Schwellenwerte können dann jeweils der betreffenden Klasse zugewiesen werden. Eine auf einem Bild visuell erkennbare Kontur kann beispielsweise durch eine Vielzahl von Bildelementen mit im Wesentlichen gleichen Helligkeitswerten wiedergegeben sein. In diesem Fall würden dann diese Bildelemente einer Klasse zugewiesen werden, wobei zusammenhängende Gruppen von Bildelementen in einer Region zusammengefasst werden. In vorgenanntem Beispiel würde die betreffende Region den erkennbaren Konturverlauf umfassen. Da eine derartige Region vergleichsweise schmal und lang wäre, würde sie der Gruppe „Kontur“ zugeordnet werden. Die Gruppe Kontur könnte beispielsweise die Attribute „Länge“, „Breite“ und „Position X“, „Position Y“ umfassen.
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Eine Formteilinspektion kann weiter dadurch vereinfacht werden, wenn mittels einer Verarbeitungseinrichtung der Verarbeitungsvorrichtung ein Vergleich des Datensatzes mit zumindest einem in der Verarbeitungsvorrichtung gespeicherten Referenzdatensatz durchgeführt wird, wobei ein Ergebnis des Vergleichs ausgegeben werden kann. Um den Vergleich effektiv durchführen zu können, kann der Referenzdatensatz ebenfalls ein Bilddatensatz mit Bildelementen sein, die klassifiziert und in Regionen zusammengefasst sind, wobei den jeweiligen Regionen zumindest eine Eigenschaft zugeordnet ist.
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So kann eine Eigenschaft des Datensatzes mit einer korrespondierenden Eigenschaft des Referenzdatensatzes verglichen werden. Beispielsweise wird es dann möglich alle erkannten Konturen eines Formteils mit den aus dem Referenzdatensatz bekannten Konturen zu vergleichen.
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Auch kann eine Region des Datensatzes mit einer korrespondierenden Region des Referenzdatensatzes verglichen werden. So kann überprüft werden, ob sich bei dem Bild des Formteils eine Kontur an der dafür vorgesehenen Stelle befindet bzw. ob eine Form der Kontur von einer vorausgesetzten Form abweicht.
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Weiter können auch Bildelemente des Datensatzes mit Bildelementen mit übereinstimmenden Eigenschaften des Referenzdatensatzes verglichen werden. So kann ein Vergleich von beispielsweise im Bilddatensatz enthaltenen Bildelementen der Gruppe „Kontur“ mit dem Attribut „Breite X“ mit im Referenzdatensatz enthaltenen Bildelementen mit den gleichen Eigenschaften erfolgen, wobei ein Vergleichsmaßstab beispielsweise eine Relativposition der Bildelemente sein kann.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens;
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2 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines Inspektionssystems;
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3 eine Bilddarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.
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1 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für eine Ausführungsform des Verfahrens. Das Verfahren ist im Wesentlichen in vier Schritte gegliedert, wobei im ersten Schritt zunächst eine Datenerfassung von Bilddaten erfolgt, ein Formteil wird dabei in unterschiedlichen Beleuchtungssituationen mittels einer Kamera aufgenommen, so dass eine Vielzahl von Bilddatensätzen erfasst wird.
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Wie 2 zu entnehmen ist, erfolgt diese Bildaufnahme mit einer die Kamera umfassenden Bilderfassungsvorrichtung eines Inspektionssystems, wobei die gewonnenen Bilddatensätze an eine Verarbeitungseinrichtung einer Verarbeitungsvorrichtung des Inspektionssystems weitergeleitet werden. Mittels der Verarbeitungseinrichtung wird in einem zweiten Schritt des Verfahrens jeder Bilddatensatz hinsichtlich der Helligkeitswerte der Bildelemente überprüft. Die Bildelemente werden dann nach ihrer Helligkeit klassifiziert und in einem gemeinsamen Datensatz zusammengefasst. Im nächsten Schritt werden mittels der Verarbeitungseinrichtung alle räumlich zusammenhängenden Bildelemente einer Klasse zu jeweils einer Region zusammengefasst. Jede einzelne Region wird wiederum einer sogenannten Gruppe zugeordnet, die eine Art einer Fläche der Region betrifft. Jede Gruppe weist wiederum Attribute auf, die nachfolgend für die betreffende Gruppe bestimmt werden. Dies sind eine Größe und eine Relativposition der Fläche. Im vierten Schritt erfolgt die Auswertung des so gebildeten Datensatzes durch einen Vergleich mit einem in einer Speichereinrichtung der Verarbeitungsvorrichtung gespeicherten Referenzdatensatz. Bei dem Vergleich werden den Eigenschaften des Datensatzes jeweils die Eigenschaften des Referenzdatensatzes zugewiesen, um den passenden Referenzdatensatz zu ermitteln. Weiter ergibt sich aus dem Vergleich der Datensätze eine Differenz, die dann hinsichtlich einer Abweichung von einem Sollwert bewertet werden kann. Dieses Vergleichsergebnis ermöglicht einen Eingriff der Verarbeitungsvorrichtung in ein Anlagenleitsystem zur Korrektur von Betriebsparametern oder zum Abschalten einer Anlage.
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3 zeigt eine bildhafte und ausschnittsweise Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrensbeispiels, wobei ein Bild 10 hinsichtlich seiner Gesamtmenge Bildelemente 11 analysiert wird. Eine Teilmenge Bildelemente 12 weist eine im Wesentlichen übereinstimmende Helligkeit auf, und wird daher zu einer Region 13 zusammengefasst. Der Region 13 wird dann die Eigenschaft „Kontur“ zugewiesen. Nachfolgend erfolgt ein Abgleich der Region 13 mit einer Region 14 eines Referenzbildes 15, welche auch die Eigenschaft „Kontur“ aufweist. Aus dem Vergleich ergibt sich ein Überdeckungsbereich 16 mit übereinstimmenden Bildelementen 17 und ein Differenzbereich 18 mit abweichenden Bildelementen 19. Somit kann festgestellt werden, dass im Differenzbereich 18 eine Kontur 20 von einer Sollvorgabe abweicht.
