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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Kalibriersystem für eine optische Inspektionsanlage sowie eine optische Inspektionsanlage.
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Bei der automatischen optischen Inspektion (AOI) in der Fertigung müssen viele unterschiedliche Fehlerbilder erkannt werden. Dazu ist es oft notwendig, dieselbe Ansicht eines Bauteils mit mehreren Beleuchtungssituationen aufzunehmen. Auf dem Markt werden Beleuchtungen für unterschiedliche Beleuchtungssituationen angeboten, beispielsweise für Auflicht, Dunkelfeld und photometrische Deflektometrie.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Kalibriersystem für eine optische Inspektionsanlage gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Die optische Inspektionsanlage umfasst eine Lichtquelle, einen von der Lichtquelle beleuchtbaren Streukörper und einen Inspektionsraum für ein Versuchsobjekt. Im Inspektionsraum ist das Versuchsobjekt platzierbar, um optisch inspiziert zu werden. Das Versuchsobjekt ist im Inspektionsraum indirekt von demjenigen Licht der Lichtquelle beleuchtbar, welches vom Streukörper gestreut wird. Die Inspektionsanlage enthält auch eine Kamera. Von der Kamera ist ein IST-Kamerabild des beleuchteten Versuchsobjekts erzeugbar. Die Lichtquelle ist ein Projektor. Alternativ sind Lichtquelle und Streukörper zusammen als Display ausgeführt. Das System aus Projektor und Streukörper ist dann durch einen Monitor am Ort des Streukörpers ersetzt. Dort können auch mehrere Monitore verwendet werden, die dann jeweils eine Fläche des Streukörpers, die insbesondere eben und insbesondere rechteckig ausgeführt ist, ersetzen bzw. darstellen. So können Projektoren und Streukörper durch handelsübliche Monitore beziehungsweise Displays ersetzt werden.
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Das Kalibriersystem enthält folgende Komponenten: einen Projektoranschluss zur Abgabe eines von der Lichtquelle- bzw. der Lichtquelle und dem Streukörper- als Licht auszustrahlenden Projektorbildes, einen Kameraanschluss zum Empfang des von der Kamera aufgenommenen IST-Kamerabildes und eine Kalibriereinheit zur Ermittlung des – ggf. korrigierten – Projektorbildes anhand des IST-Kamerabildes und eines SOLL-Kamerabildes in einem Kalibrierbetrieb. Die Ermittlung erfolgt dabei derart, dass das IST-Kamerabild dem SOLL-Kamerabild entspricht. "Entsprechen" kann schließt hierbei auch ein, dass das IST-Kamerabild zumindest dem SOLL-Kamerabild bis auf tolerierbare Abweichungen angenähert wird.
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Das IST-Kamerabild enthält also ein Abbild des beleuchteten Versuchsobjekts, wobei das Versuchsobjekt mit Licht bestrahlt ist, welches ursprünglich vom Projektorbild beziehungsweise Projektor stammt, jedoch nicht direkt auf das Versuchsobjekt trifft, sondern zunächst vom Streukörper gestreut wird, um erst dann das Versuchsobjekt zu treffen.
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Das SOLL-Kamerabild kann entweder tatsächlich ein vorhandenes Bild sein, aber auch als virtuelles Bild bezüglich seiner Eigenschaften, z.B. "gleichmäßige Helligkeit eines Schachbrettmusters" oder "gerade Kante eines Abbildungsbereiches" usw. vorliegen. Das SOLL-Bild entartet im letzten Fall dann zu bestimmten im IST-Bild einzuhaltenden, insbesondere mathematischen – Bedingungen.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen und Erkenntnissen:
Um die Flexibilität eines AOI-Systems zu erhöhen, sollen programmierbare Beleuchtungen verwendet werden, insbesondere handelsübliche Displays, z.B. Monitore oder Projektoren, z.B. Beamer. Damit lassen sich frei wählbare Beleuchtungssituationen erzeugen. Aufgrund verschiedener Faktoren wie Abstrahlcharakteristik und geometrische Beleuchtungsanordnung müssen diese programmierbaren Beleuchtungen radiometrisch und geometrisch kalibriert werden. Hierzu wird ein Kalibriersystem vorgeschlagen, mit welchem ein entsprechendes Kalibrierverfahren durchführbar ist, gemäß dem Bilder der Beleuchtungssituation mit einer unkalibrierten Kamera aufgenommen und ausgewertet werden.
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Ziel der Erfindung ist es, eine flexiblere Inspektionsanlage, insbesondere einen flexibleren Streukörper, zu erreichen, der mit einfachen, kostengünstigen Elementen realisiert werden kann. Eine Möglichkeit ist die Beleuchtung des Streukörpers mit einem Projektor bzw. Beamer als Lichtquelle beziehungsweise einem Streukörper in Form eines Pyramidenstumpfes, insbesondere aus Plexiglas zu realisieren. Die optische Inspektionsanlage hat dank des Kalibriersystems damit eine höhere Flexibilität in der Parametrisierung der Beleuchtung, womit die Einsatzbreite vergrößert wird und eine kostengünstigere Lösung vorliegt. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz des Kalibrierverfahrens, welches mit Hilfe des Kalibriersystems durchführbar ist. Das Kalibrierverfahren optimiert die funktionale Beziehung zwischen Beleuchtungsflächen (Streukörper), dem Versuchsobjekt und dem resultierenden IST-Kamerabild. Für das Kalibrierverfahren ist das Versuchsobjekt insbesondere eine Kugel, insbesondere spiegelnd ausgebildet und insbesondere aus Metall.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Projektorbild oder Displaybild so zu generieren, dass dieses, wenn es auf den Streukörper aufgestrahlt wird bzw. von diesem abgegeben wird, dazu führt, dass das von der Kamera aufgenommene IST-Kamerabild des beleuchteten Versuchsobjekts, insbesondere der spiegelnden Kalibrierkugel, einem gewünschten SOLL-Kamerabild entspricht. Damit ist es möglich, eine Vielzahl gewünschter Beleuchtungsverteilungen zu erzeugen. Wenn dann im regulären Betrieb anstatt der Kalibrierkugel ein zu untersuchendes Bauteil als Versuchsobjekt an der entsprechenden Stelle positioniert wird, kann es für die Inspektionsaufgabe optimal beleuchtet werden.
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Das erfindungsgemäße Kalibriersystem und das mit ihm ausführbare Verfahren führt im Vergleich zum Stand der Technik zu einem AOI-System mit höherer Flexibilität in der Parametrisierung der Beleuchtung. Damit wird die Einsatzbreite des AOI-Systems vergrößert und es liegt eine kostengünstigere Lösung vor, da handelsübliche Projektoren, und zur Kalibrierung handelsübliche Versuchsobjekte, insbesondere Kugeln, und Kameras eingesetzt werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kalibriereinheit zur, insbesondere iterativen, Ermittlung des Projektorbildes ausgehend von einem Startbild ausgebildet, wobei das Startbild ein homogen helles einfarbiges Bild oder ein Muster, insbesondere ein Schachbrettmuster enthält. Ziel ist es dabei, ausgehend vom Startbild durch Veränderung des Projektorbildes, also die o.g. Ermittlung eines korrigierten Projektorbildes, zu einem IST-Kamerabild in Form des SOLL-Kamerabildes zu gelangen, dass dann auch ein homogen helles einfarbiges Abbild oder ein Abbild in Form des Musters, z.B. eines Schachbrettmusters enthält. Das Abbild füllt dann das Abbild des Versuchsobjekts zumindest teilweise aus. Anhand eines homogen einfarbigen und hellen Musters oder Schachbrettmusters lassen sich optische Abbildungen besonders gut kalibrieren. Das Schachbrettmuster eignet sich in der Regel sehr gut, aber grundsätzlich kann ein beliebiges Muster verwendet werden also auch z.B. weitere geometrische Formen wie Rauten oder sonstige beliebige Muster.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Kalibriereinheit mindestens zwei, hintereinander in Reihe geschaltete lineare Abbildungseinheiten. Jede der Abbildungseinheiten enthält eine – insbesondere inverse – Abbildungseigenschaft eines einzelnen linearen physikalischen Abbildungsphänomens, welches die Abbildung des Projektorbildes über die Lichtquelle, den Streukörper, das Versuchsobjekt und die Kamera auf das IST- bzw. in theoretischer Form auf das SOLL-Kamerabild enthält.
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Diese Variante der Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen und Erkenntnissen: Die Variante beschreibt einen Lösungsweg, welcher die Abbildung des Projektorbildes auf das IST-Kamerabild in mehrere lineare Abbildungen aufspaltet, die jeweils ein einzelnes physikalisches Phänomen beschreiben. Diese Einzelabbildungen lassen sich experimentell gut bestimmen. Bei einem derartigen Lösungsweg kann die sogenannte „point spread function“ vernachlässigt werden. Dadurch ist das zu lösende Problem, nämlich das IST-Kamerabild an das SOLL-Kamerabild durch Veränderung des Projektorbildes anzugleichen, gut konditioniert und die bei der Berechnung verbleibenden großen und dünn besetzten Matrizen sind invertierbar.
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Diese Variante der Erfindung beruht auch auf der Erkenntnis, dass sich die mathematische Abbildung, welche beschreibt, welcher Teil der Lichtquelle, z.B. welches Pixel eines Digitalprojektors an welcher Stelle und mit welcher Helligkeit in der Kamera beobachtet wird, sich mit Hilfe einer linearen Abbildung beschreiben lassen sollte. In dieser Abbildung sind mehrere physikalische Sachverhalte enthalten. Dazu gehören die radiometrischen und geometrischen Beziehungen, sowie die point spread function, die die Unschärfe bei der Abbildung beschreibt. Die hierbei entstehende mathematische Matrix ist sehr groß, dünn besetzt und schlecht konditioniert. Ein erster untersuchter Lösungsweg versucht, über die direkte Bestimmung der Abbildung mit Hilfe von vielen gemessenen Punktantworten zu arbeiten. Dieser Lösungsweg erscheint bisher wenig erfolgversprechend. Der erfindungsgemäße Lösungsweg hingegen führt zu zufriedenstellenden Lösungen. In der Praxis hat sich gezeigt, dass handelsübliche Lichtquellen, also Beamer, Projektoren und Monitore, nicht ausreichend linear sind, weshalb im Kalibriersystem beziehungsweise dem entsprechenden Kalibrierverfahren zumindest radiometrische Korrekturen iterativ ermittelt werden.
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In einer Variante dieser Ausführungsform ist die Abbildungseinheit eine solche, die die Bildhelligkeit im IST-Kamerabild beeinflusst. Die Abbildungseinheit ist dazu ausgebildet, die Helligkeitsverteilung im Projektorbild derart zu verändern, dass Helligkeitsunterschiede zwischen IST-Kamerabild und SOLL-Kamerabild ausgeglichen werden. Das zugrunde liegende physikalische Abbildungsphänomen lässt sich wie folgt beschreiben: Ein homogen helles Projektorbild wird im IST-Kamerabild nicht mehr homogen hell dargestellt. Stattdessen erscheinen helle und dunkle Stellen im Kamerabild. Der Helligkeitsverlauf in einer Bildzeile des IST-Kamerabildes zeigt beispielsweise keinen konstanten Verlauf. Somit handelt es sich um ein inhomogenes Kamerabild. Dieses Phänomen wird als radiometrischer Verlauf bezeichnet.
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Durch inverse Anpassung des Projektorbildes wird die Helligkeit an den korrespondierenden Stellen so verändert, dass sich im IST-Kamerabild die gewünschte homogene Helligkeit einstellt.
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In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform ist die Abbildungseinheit eine die Bildverzerrung im IST-Kamerabild beeinflussende Abbildungseinheit. Die Abbildungseinheit ist dazu ausgebildet, eine Bildposition eines Bildinhalts im Projektorbild derart zu verändern, dass Verzerrungen zwischen IST-Kamerabild und SOLL-Kamerabild ausgeglichen werden. Mit anderen Worten findet eine zur Verzerrung inverse Vorverzerrung im Projektorbild statt, dass schlussendlich das IST-Kamerabild wieder gewünscht verzerrungsfrei ist. Das zugrunde liegende physikalische Abbildungsphänomen ist hier eine geometrische Verzerrung, die im IST-Kamerabild sichtbar ist. Wenn als Start-Eingangs-, das heißt Projektorbild, beispielsweise ein Schachbrett mit geraden Linien vorgegeben wird, werden im Kamerabild gekrümmte Linien wahrgenommen. Die ursprünglich rechteckige Gestalt des Schachbretts verformt sich teilweise kissenförmig, teilweise aber auch tonnenförmig. Dieses Phänomen ist von vielen Faktoren abhängig, beispielsweise von der Form des Versuchsobjekts sowie der Leuchtflächen des Streukörpers, aber auch von der Lage des Streukörpers beziehungsweise seiner Leuchtflächen im Raum.
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In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform ist die Abbildungseinheit eine einen Bildinhalt im Projektorbild interpolierende und/oder extrapolierende Abbildungseinheit. Die Abbildungseinheit ist dazu ausgebildet, Bildinhalte des IST-Kamerabildes zum SOLL-Kamerabild hin zu ergänzen. Durch verschiedene parasitäre Effekte bei der Anpassung des Projektorbildes können Teile des Streukörpers nicht mehr beleuchtet sein. Im IST-Kamerabild entstehen unerwünscht unbeleuchtete Bereiche. Gemäß der vorliegenden Variante können entsprechend bisher nicht beleuchtete Bereiche interpoliert bzw. extrapoliert werden, sodass schlussendlich ein vollständig ausgeleuchtetes IST-Kamerabild entsteht, dessen Leuchteigenschaften auch an jeder einzelnen Stelle beeinflussbar sind. Eine Interpolation findet statt bei unbeleuchteten Lücken in der Ausleuchtung, eine Extrapolation, wenn Randbereiche fehlen, d.h. die ausgeleuchtete Fläche sich über den aktuellen Rand weiter nach außen erstrecken soll. Diese Variante der Erfindung wird auch genutzt, wenn z.B. der Streukörper nicht weit genug bis zu einem gewünschten Randbereich hin beleuchtet ist. Ziel dieser Erfindungsvariante ist es also den Streukörper oder Bereiche dessen vollständig und flächendeckend bzw. lückenfrei auszuleuchten.
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In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform ist die Abbildungseinheit eine einen Bildinhalt des Projektorbildes beschneidende Abbildungseinheit. Diese ist dazu ausgebildet, die Ausdehnung eines Bildinhaltes im Projektorbild auf eine derartige Fläche zu begrenzen, dass das auf den Streukörper projizierte Projektorbild lediglich eine gewünschte Teilfläche des Streukörpers beleuchtet. Dadurch wird dann auch die Ausdehnung des Bildinhaltes beleuchteter Bereiche im IST-Kamerabild auf die Ausdehnung des Bildinhaltes des SOLL-Kamerabild begrenzt.
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So kann insbesondere für die oben genannte Variante mit mehreren Projektoren, welche jeweilige Teilflächen des Streukörpers bestrahlen, eine überlappungs- und lückenfreie Beleuchtung des Streukörpers realisiert werden. So können durch parasitäre Effekt des Kalibrierverfahrens z.B. Beleuchtungsbereiche entstehen, welche einen Bereich des Streukörpers bestrahlen, dessen Bestrahlung nicht erwünscht ist. Dies trifft insbesondere für Streukörper zu, welche von mehreren unabhängigen Lichtquellen bestrahlt werden. Die Bestrahlung des Streukörpers durch eine der Lichtquellen ist dann auf einen bestimmten genau abgegrenzten Bereich zu begrenzen. Ziel dieser Erfindungsvariante ist es also den Streukörper oder Bereiche dessen nur bis zu einem gewünschten Rand hin auszuleuchten.
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Im Rahmen der Erfindung wird auch eine Inspektionsanlage gemäß Patentanspruch 8 vorgeschlagen. Die Inspektionsanlage ist wie oben erläutert aufgebaut und enthält außerdem ein Kalibriersystem gemäß der Erfindung. Die Inspektionsanlage weist damit die Eigenschaften und Vorteile auf, die sinngemäß bereits oben im Zusammenhang mit dem Kalibriersystem beziehungsweise dem durch dieses durchgeführte Kalibrierverfahren ausführlich erläutert wurden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Versuchsobjekt für den Kalibrierbetrieb ein lichtreflektierendes Versuchsobjekt. Insbesondere handelt es sich um ein lichtspiegelndes Versuchsobjekt, insbesondere eine Kugel. Derartige Versuchsobjekte eignen sich besonders gut für die entsprechenden Kalibrierschritte, da insbesondere die spiegelnde Oberfläche eine tatsächliche Wiedergabe des am Streukörper erzeugten Streulichts liefert und vor allem eine Kugel mathematisch einfach im Kalibrierverfahren berücksichtigt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Streukörper für Licht transmissiv ausgebildet, das heißt, das von der Lichtquelle auf den Streukörper eingestrahlte Licht durchdringt diesen, um ausschließlich indirekt, d.h. erst nach der Durchdringung gestreut zum Versuchsobjekt zu gelangen und zu dessen Beleuchtung zu dienen. Der Streukörper ist insbesondere zwischen Lichtquelle und Versuchsobjekt angeordnet. Insbesondere ist der Streukörper ein Pyramidenstumpf einer insbesondere quadratischen, insbesondere geraden Pyramide. Der Pyramidenstumpf zeichnet sich durch jeweilige ebene Teilflächen aus, welche entweder leicht durch einen Projektor beleuchtbar sind oder auch als Displays bzw. Bildschirme ausführbar sind. Insbesondere wird hierbei jede ebene Pyramidenstumpffläche einzeln von einer jeweiligen Lichtquelle, insbesondere einem jeweiligen Projektor, beleuchtet oder bildet ein jeweiliges separates Display.
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Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen in einer schematischen
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Prinzipskizze:
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1 ein Blockdiagramm einer Inspektionsanlage mit Kalibriersystem in einem Kalibrierbetrieb,
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2 den geometrischen Aufbau der Inspektionsanlage aus 1,
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3 ein Projektorbild als Startbild,
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4 das zugehörige Ist-Kamerabild,
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5 ein Projektorbild mit veränderter Helligkeitsverteilung,
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6 das zugehörige Ist-Kamerabild,
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7 ein weiteres Ist-Kamerabild mit Verzerrungen,
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8 ein vorverzerrtes Projektorbild mit Artefakten,
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9 das zugehörige Ist-Kamerabild,
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10 ein Ist-Kamerabild bei homogen hellem Projektorbild mit unerwünscht beleuchteten Bereichen,
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11 ein randbeschnittenes homogen helles Projektorbild,
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12 das zugehörige IST-Kamerabild,
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13 das Projektorbild aus 11 mit modifiziertem Schachbrettmuster,
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14 das zugehörige Ist-Kamerabild,
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15–17 Ist-Kamerabilder des Projektorbildes aus 11 bei iterativer Helligkeitsanpassung nach der 1. (15), 4. (16) und 16. Iteration (17).
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1 zeigt in einer funktionalen Blockdarstellung eine optische Inspektionsanlage 2 mit einer Lichtquelle 4 in Form eines Projektors, einem Streukörper 6, einem nicht näher bezeichneten Inspektionsraum und einer Kamera 10. Im Inspektionsraum, d.h. an einem geeigneten Ort ist ein Versuchsobjekt 8 platziert. Die Inspektionsanlage 2 weist außerdem ein Kalibriersystem 12 auf. Das Kalibriersystem 12 dient zur Kalibrierung der Beleuchtung für das Versuchsobjekt 8 in der Inspektionsanlage 2.
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Das Kalibriersystem 12 weist einen Projektoranschluss 14, einen Kameraanschluss 16 und eine Kalibriereinheit 18 auf. Der Projektoranschluss 14 dient zur Abgabe eines Projektorbildes 20 an die Lichtquelle 4, welche das Projektorbild 20 darstellt beziehungsweise in Form von Licht 22 ausstrahlt, in 1 angedeutet durch Pfeile. Das Licht 22 der Lichtquelle 4 beleuchtet den Streukörper 6 und wird von diesem gestreut. Ausschließlich gestreutes Licht 22 trifft dann auf das Versuchsobjekt 8 auf und wird von diesem wiederum gestreut beziehungsweise reflektiert. Die Kamera 10 erzeugt ein IST-Kamerabild 24, dessen Bildinhalt eine Darstellung des vom gestreuten Licht 22 beleuchteten Versuchsobjekts 8 ist.
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Im Kalibriersystem 18 ist ein SOLL-Kamerabild 26 enthalten. Die Kalibriereinheit 18 ist dazu ausgebildet, das Projektorbild 20 derart – insbesondere iterativ – zu ermitteln beziehungsweise zu verändern, dass das IST-Kamerabild 24 sich dem Soll-Kamerabild 26 annähert und idealerweise diesem entspricht – unter Umständen lediglich unter Tolerierung einer zulässigen, z.B. für die AOI unbedeutenden Abweichung. Mit anderen Worten führt die Kalibriereinheit 18 eine direkte oder iterative Anpassung des Projektorbildes 20 durch.
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2 zeigt den Aufbau der Inspektionsanlage 2 aus 1 in einer symbolischen Darstellung. Der Streukörper 6 ist transmissiv für das Licht 22 ausgebildet, sodass das den Streukörper 6 durchdringende Licht 22 zur Beleuchtung des Versuchsobjekts 8 dient. Für einen Kalibrierbetrieb ist das Versuchsobjekt 8 eine spiegelnde Metallkugel. Im Beispiel sind vier Lichtquellen 4 vorgesehen. Der Streukörper 6 ist hier ein Pyramidenstumpf einer quadratischen geraden Pyramide. Letztere weist also insgesamt vier Teilflächen 30a–d auf, wobei jede der Teilflächen 30a–d jeweils von einem der vier Lichtquellen 4 mit Licht 22 bestrahlt wird. Für die Teilfläche 30a ist explizit über gestrichelte Linien angedeutet, dass die zugehörige Lichtquelle 4 das Licht 22 idealerweise derart ausstrahlt, dass die Teilfläche 30a zwar vollständig, jedoch zielgenau, das heißt ohne über deren Rand hinauszuleuchten, beleuchtet wird. Für die restlichen Lichtquellen 4 und Teilflächen 30b–d ist die Projektion des Lichts 22 nur angedeutet.
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Der Streukörper 6 ist zwischen den Lichtquellen 4 und dem Versuchsobjekt 8 angeordnet. Die Kamera 10 blickt – angedeutet durch eine gestrichelte Linie – durch die schmalseitige Öffnung des Pyramidenstumpfes hindurch, um ein Bild des beleuchteten Versuchsobjekts 8 als jeweiliges IST-Kamerabild 24 aufzunehmen.
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3 zeigt ein Projektorbild 20 in Form eines Startbildes mit einem über die gesamte Fläche verteilten und jeweils gleichmäßig hellen Schachbrettmuster. Nur einer der vier Projektoren arbeitet und beleuchtet die Teilfläche 30a. 4 zeigt das zugehörige Ist-Kamerabild 24: Auf dem Versuchsobjekt 8 als spiegelnder Metallkugel ist das reflektierte Bild der bestrahlten Teilfläche 30a zu sehen. Zu erkennen sind auch parasitär mitbeleuchtete Bereiche der benachbarten Teilflächen 30d und 30b. In einem ersten Schritt soll zunächst im IST-Kamerabild 24 eine gleichmäßige Helligkeit des gesamten Schachbrettmusters im Bereich der abgebildeten Teilfläche 30a entstehen. Das zugehörige SOLL-Kamerabild enthält daher die Bedingung einer gleichmäßigen Helligkeit für das betreffende abgebildete Schachbrettmuster.
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Zur Anpassung der Helligkeit wird an denjenigen Bereichen, welche gemäß 4 noch heller als restliche Bereiche erscheinen, in den korrespondierenden Stellen des Projektorbildes 20 die Helligkeit reduziert. Die Zuordnung zwischen Abbildungsorten im Ist-Kamerabild 24 und im Projektorbild 20 kann hierbei über eine einfache geometrische Abbildung beschrieben werden, welche hier nicht näher erläutert werden soll.
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Im Ergebnis wird im Projektorbild 20 gemäß 5 ein etwa ellipsenförmiger Bereich zentraler abgedunkelt. 6 zeigt im Ergebnis das Ist-Kamerabild 24 mit gleichmäßig heller Darstellung des Schachbrettmusters im Bereich der Teilfläche 30a.
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Die Veränderung der Helligkeit zwischen Projektorbild 20 und IST-Kamerabild 24 ist eine erste Abbildungseigenschaft eines ersten physikalischen Abbildungsphänomens. Die beschriebene Helligkeitskorrektur ist damit eine entsprechende inverse Abbildungseigenschaft und Teil einer Abbildungseinheit 19a in der Kalibriereinheit. Mehrere solcher Abbildungseinheiten 19a–d (im Beispiel, ggf. sind noch mehrere vorgesehen) sind hintereinander in Reihe geschaltet.
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7 zeigt vergrößert die Darstellung aus 6, in der erkennbar ist, dass das Schachbrettmuster noch verzerrt im Ist-Kamerabild 24 dargestellt wird. In einem nächsten Schritt wird daher eine inverse Vorverzerrung des Projektorbildes 20 durch die Kalibriereinheit 18 ermittelt, welche zur Verzerrung aus 7 invers ist. Hierzu werden im Ist-Kamerabild 24 die jeweiligen Eckpunkte beziehungsweise Kreuzungspunkte des Schachbrettmusters ermittelt, zwischen den Punkten ein entsprechendes Netz erstellt und so eine Abbildungsvorschrift ermittelt, wie sich die Bildpositionen gleicher Bildinhalte zwischen Projektorbild 20 und Ist-Kamerabild 24 verändern. Durch einen inversen Vorgang werden die Bildinhalte des Projektorbildes 20 derart verändert, dass sich ein Projektorbild 20 gemäß 8 ergibt. Die Beleuchtungskorrektur wurde hier wieder entfernt, so dass das Projektorbild 20 wieder ein gleichmäßig helles Schachbrettmuster zeigt. 9 zeigt das zugehörige Ist-Kamerabild 24, in welchem das Schachbrettmuster nun wieder korrekt dargestellt ist.
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Die Verzerrung zwischen Projektorbild 20 und IST-Kamerabild 24 ist eine zweite Abbildungseigenschaft eines zweiten physikalischen Abbildungsphänomens. Die beschriebene Entzerrung bzw. Vorverzerrung ist damit eine entsprechende inverse Abbildungseigenschaft und Teil einer Abbildungseinheit 19b in der Kalibriereinheit.
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Im Beispiel gemäß 8 und 9 sind durch das angewendete Kalibrierverfahren allerdings parasitär Lücken im Schachbrettmuster und fehlende Randbereiche entstanden. Im Ergebnis wird die Teilfläche 30a des Streukörpers 6 nicht mehr vollständig, d.h. lückenhaft, und nicht mehr überall bis zum Rand hin mit dem vorverzerrten Schachbrettmuster beleuchtet.
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In einem nächsten nicht dargestellten Kalibrierschritt wird daher durch nicht dargestellte Interpolations- und Extrapolationsvorgänge am Projektorbild 20 die entsprechenden Lücken innerhalb des Bildinhalts durch Interpolation geschlossen und der Bildinhalt über den dargestellten Rand hinaus extrapoliert. Im Ergebnis wird die Teilfläche 30a wieder lückenlos und auch bis zum Rand hin vollständig mit dem vorverzerrten Schachbrettmuster bestrahlt. Durch weitere parasitäre Effekte wird allerdings das vorverzerrte Schachbrettmuster auch über den Rand der Teilfläche 30a hinaus auf den Streukörper 6 aufgestrahlt, so dass dieses wieder Abschnitte der Teilflächen 30b, d trifft.
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Die Lückenhaftigkeit zwischen Projektorbild 20 und IST-Kamerabild 24 ist eine dritte Abbildungseigenschaft eines dritten physikalischen Abbildungsphänomens. Die beschriebene Inter-/Extrapolation ist damit eine entsprechende inverse Abbildungseigenschaft und Teil einer Abbildungseinheit 19c in der Kalibriereinheit.
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In einem nächsten Schritt wird daher anstelle eines Schachbrettmusters ein einheitlich helles Projektorbild 20 verwendet, das die gesamte Teilfläche 30a beleuchtet und auch über deren Rand hinausstrahlt. 10 zeigt das entsprechende Ist-Kamerabild 24 mit Abbildern der beleuchteten Teilfläche 30a und der mitbeleuchteten Teilflächen 30b, d.
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Im Bildinhalt des IST-Kamerabildes 24 werden in einem weiteren Kalibrierschritt die erkennbaren Ränder der abgebildeten Teilfläche 30a durch ein nicht näher erläutertes Segmentationsverfahren ermittelt und über die oben genannte Transformationsvorschrift in das zugehörige Projektorbild 20 transformiert. So ergeben sich im Projektorbild 20 entsprechende Grenzlinien, die den Rändern der Teilfläche 30a entsprechen. Das Projektorbild 20 wird dann bei gleichmäßig hellem Bildinhalt auf diese Randlinien beschnitten. 11 zeigt das resultierende Projektorbild 20. 12 zeigt das zugehörige IST-Kamerabild 24 mit Abbild des Streukörpers 6 bei Beleuchtung mit dem entsprechend segmentierten Projektorbild 20 gemäß 11.
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Die Überblendung zwischen Projektorbild 20 und IST-Kamerabild 24 ist eine vierte Abbildungseigenschaft eines vierte physikalischen Abbildungsphänomens. Die beschriebene Segmentation bzw. Begrenzung des Licht 22 ausstrahlenden Bildbereiches im Projektorbild 20 ist damit eine entsprechende inverse Abbildungseigenschaft und Teil einer Abbildungseinheit 19d in der Kalibriereinheit.
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Anschließend wird in den segmentierten Teilbereichen des Projektorbildes 20 das zuvor gemäß 8 ermittelte vorverzerrte und interpolierte beziehungsweise extrapolierte Schachbrettmuster eingeblendet. 13 zeigt das resultierende Projektorbild 20. 14 zeigt das zugehörige IST-Kamerabild 24 mit Abbild des Streukörpers 6 bei Beleuchtung mit dem entsprechend segmentierten Projektorbild 20 gemäß 13. In 14 ist nun ein unverzerrtes Schachbrettmuster zu sehen, welches lediglich die Teilfläche 30a vollständig bis zum Rand hin ausfüllt und auf die entsprechenden Ränder begrenzt ist. Allerdings ist nun am Projektorbild 20 gem. 13 noch eine Helligkeitskorrektur durchzuführen, da die Bildhelligkeit im IST-Kamerabild 24 gemäß 14 noch ungleich ist.
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Die 15–17 verdeutlichen eine Variante einer iterativen Helligkeitsanpassung zu dem Vorgehen gemäß der 3–6. Hier wird kein Schachbrettmuster, sondern eine einheitlich homogene Helligkeitsverteilung als Start-Projektorbild 20 gewählt. Ausgehend von einem einheitlich hellen Projektorbild 20 gemäß 11 zeigen die 15–17 zugehörige Ist-Kamerabilder 24 nach einer, vier und sechzehn Iterationen zur iterativen Angleichung der Helligkeit im Ist-Kamerabild 24.
