DE19623949C2 - Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur opti­ schen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Gegenstän­ den nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US 5 451 773 ist bekannt, die Dichtigkeit von Behäl­ tern dadurch zu prüfen, daß die Behälter seitlich mit Lichtimpulsen beleuchtet werden, und eine Videokamera oberhalb des Behälters mit dem Blickfeld in den Behälter hineinsieht und ermittelt, ob der Behälter Undichtigkeiten aufweist.

Aus der WO 91/06846 ist bekannt, Behälter optisch auf die Ober­ flächenbeschaffenheit dadurch zu prüfen, daß eine Beleuch­ tung des Behälters mit Hilfe einer halbkugelförmigen Dif­ fusorkuppel erfolgt, die aus einem milchigen durchschei­ nenden Material besteht. Die Beleuchtung erfolgt mit Hilfe von Arrays von lichtemittierenden Dioden (LED), die puls­ weise zusammen mit dem Verschluß der Videokamera betrieben werden. Die Videokamera sitzt oberhalb der Diffusorkuppel, wobei das Objektiv der Kamera sich innerhalb der Kuppel befindet. Es ist auch bekannt, eine derartige optische Prüfvorrichtung für flache Gegenstände, beispielsweise Deckel für Behälter oder dergleichen zu verwenden.

Es hat sich gezeigt, daß die Beleuchtung mit Rotlicht oder in manchen Fällen auch Grünlicht abgegebenen LEDs eine inhomogene Ausleuchtung bewirkt und damit nicht jede Un­ regelmäßigkeit der Oberfläche oder der Bedruckung oder dergleichen des zu prüfenden Gegenstands erkennen läßt. Die Prüfung erfolgt in der Weise, daß das Bild der Video­ kamera vom Prüfling in einem Rechner mit einem Sollbild bzw. mit Grauwerten (Sollwerten), die in vorab definierten Flächen des Prüflings gemessen wurden, verglichen wird. Eine unzureichende Ausleuchtung führt mithin zu Fehlern, die unter Umständen in Wahrheit keine sind oder zur Nicht­ entdeckung von Fehlern. Außerdem ist der Betrieb einer impulsweise betätigten Kamera mit impulsweise betätigten Beleuchtungsquellen relativ aufwendig. Da die Gegenstände zumeist nacheinander in relativ großer Schnelligkeit in die Prüfzone befördert werden, muß sichergestellt sein, daß der zu prüfende Gegenstand sich exakt auf einer vorgegebenen Stelle befindet, wenn der Impuls ausgelöst wird. Die Auslösung des Impulses erfolgt zumeist durch eine Lichtschranke, die sich in För­ derrichtung der Gegenstände vor der Bildaufnahmestelle befindet.

Aus der DE 35 15 827 A1 ist eine diffus strahlende Beleuchtungsquelle bekannt ge­ worden, bei der anstelle einer gewendelten Leuchtstoffröhre drei Quecksilber- Hochdruckdampflampen als Primärstrahler verwendet werden. Jeder Hochdruck­ dampflampe ist ein Reflektorabschnitt zugeordnet. Die Hochdruckdampflampen bestrahlen eine Milchglasscheibe, welche das Lampengehäuse abschließt. Mit einer derartigen Beleuchtungsquelle soll eine gleichmäßige Ausleuchtung und eine höhere Leuchtdichte erzielt werden zur Verwendung in einer Leerflaschen- Kontrollvorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Gegenständen zu schaffen, die einfach aufge­ baut und betrieben werden kann und die eine optimale Ausleuchtung des zu prüfenden Gegenstandes sicherstellt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Beleuchtungsvorrichtung Weiß­ lichtlampen auf, die ständig eingeschaltet sind. Die Verwendung von Weißlicht­ lampen, die permanent strahlen, hat den Vorteil, daß eine optimale Ausleuchtung der zu prüfenden Gegenstände stattfindet. Die Beleuchtung erfolgt mit einem na­ turgetreuen Farbspektrum, so daß die Kamera die zu prüfende Fläche relativ genau entsprechend ihrer Auflösung identifizieren kann. Die durch den Prüfvorgang selbst erzeugte Fehlerrate ist daher denkbar gering.

Unterhalb der Diffusorkuppel ist eine Blende angeordnet, deren Öffnung im Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Diffusorkuppel im Bereich der Grundplatte. Auf diese Weise wird der Nachteil, der sich durch die Abbildung des Objektivs in der Aufnahmeebene einstellt, kompensiert.

Die Lichtschranke, die bei dem bekannten Verfahren die Annäherung eines Gegen­ standes in dem eigentlichen Prüfbereich anzeigt, kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung im Aufnahmebereich liegen. Eine Abtastung mit Hilfe der Kamera er­ folgt in dem Augenblick, in dem der Gegenstand die Lichtschranke erreicht. Es spielt dabei für die Bildqualität keine Rolle, ob der zu prüfende Gegenstand zur Objektivachse der Kamera genau ausgerichtet ist oder nicht. Eine Verschiebung aus der Mitte heraus ist unkritisch.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Diffusorkuppel konisch. Eine der­ artige Ausbildung ist besonders vorteilhaft für die Anordnung der Lichtquellen um den Mantel des Diffusorkonus herum. Die Lampen bzw. ihre Fassungen sind vor­ zugsweise entlang von Strahlen angeordnet, von denen mehrere im Umfangsab­ stand um die Diffusorkuppel herum angeordnet sind. Dadurch läßt sich eine gleichmäßige Einstrahlung in die Diffusorkuppel hinein verwirklichen und somit eine Rundumausleuchtung des zu prüfenden Gegenstandes unterhalb der Diffusor­ kuppel.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Objektiv der Videokamera unmit­ telbar über der oberen Öffnung der Diffusorkuppel angeordnet. Der Durchmesser der Öffnung entspricht annähernd dem Durchmesser des Objektivs. Das Objektiv ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise ein Zoom-Ob­ jektiv. Damit läßt sich zum einen eine Anpassung an unterschiedliche Abmessun­ gen der Gegenstände vornehmen und zum anderen eine Veränderung des Abbil­ dungsmaßstabes. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Ka­ mera verstellbar sein, um bestimmte Bereiche des zu prüfenden Gegenstands besser erkennen zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in Seitenansicht teilweise aufgeschnitten ein Gehäuse mit einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt die Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 2 in Richtung Pfeil 3, teilweise aufgeschnitten und ohne Lampen.

In Fig. 1 ist eine Videokamera 10 zu erkennen mit einem Objektiv 12, das als Zoom-Objektiv ausgebildet ist. Das Objektiv 12 befindet sich oberhalb eines konischen Hohl­ körpers 14, der als Diffusorkuppel dient und dementspre­ chend aus einem milchigen durchscheinenden Material be­ steht. Der Durchmesser der oberen Öffnung der Diffusorkup­ pel 14 ist annähernd gleich dem Durchmesser des Objektivs 12.

Die Diffusorkuppel 14 ist auf einer Grundplatte 16 ange­ ordnet, die eine Blendenöffnung 18 aufweist. Wie erkennbar, ist der Durchmesser der Blendenöffnung 18 kleiner als der Durchmesser der Kuppel 14 im Bereich der Platte 16. Unter­ halb der Platte 16 ist eine Aufnahmefläche 20 für zu prü­ fende Gegenstände angeordnet, wie zum Beispiel ein Deckel 22, der mit Hilfe einer geeigneten Transportvorrichtung auf der Fläche 20 entlangbewegt wird, hier senkrecht zur Zeichenebene.

Am Umfang der Kuppel 14 ist eine Anzahl von Lampen 24 an­ geordnet, die in die Kuppel 14 hineinstrahlen, so daß dif­ fuses Licht über die Blendenöffnung 18 auf den Gegenstand 22 trifft. Die Lampen, Weißlicht- bzw. Kaltlichtlampen, sind permanent eingeschaltet und bewirken eine gleich­ mäßige Ausleuchtung des Gegenstandes mit dem natürlichen Farbspektrum.

In den Fig. 2 und 3 ist die Anordnung nach Fig. 1 in einem Gehäuse 26 gezeigt, in dem die Kamera 10 auf einer Platte 28 angeordnet ist, die über Stützen 30 auf dem Bo­ den des Gehäuses 26 abgestützt ist. Der Boden entspricht der Grundplatte 16 nach Fig. 1. Man erkennt in Im. 2, daß die Kamera 10, die über seitlich angreifende Lagermittel 30 an der Platte 28 abgestützt ist, auch begrenzt ver­ stellbar ist (in Fig. 3 sind die Lampen 24, die in Fig. 2 zu erkennen sind, nicht dargestellt). Die Lampen 24 bzw. ihre Gehäuse sind an Amen 32 angebracht, die am oberen Ende an der Platte 28 befestigt sind. Jeweils zwei Lampen 24 sind an einem Arm 32 angebracht, die sich annähernd parallel und im Abstand zur Mantelfläche der Kuppel 14 radial erstrecken, wobei in Umfangsrichtung eine Reihe von Armen 32 vorgesehen ist, um eine komplette Ausleuchtung zu erhalten.

In Fig. 2 ist die aus Sendeelement 36 und Empfangselement 38 bestehende Lichtschranke zu erkennen, die unmittelbar oberhalb der Produktfläche 40 angeordnet ist, genau zum Aufnahmebereich der Kamera 10 ausgerichtet. Sobald der Ge­ genstand 22 in den Aufnahmebereich gelangt, wird dies von der Lichtschranke festgestellt und ein Signal auf die nicht gezeigte Steuer- und Rechenvorrichtung gegeben, da­ mit ein Bildaufnahmevorgang über die Kamera 10 in Gang ge­ setzt wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Gegen­ ständen, mit einer Beleuchtungsvorrichtung, die über eine Diffusorkuppel den darunter befindlichen Gegenstand beleuchtet, einer Videokamera, deren Objektiv am oberen Ende der Diffusorkuppel angeordnet ist und einer einen Rechner ent­ haltenden Auswertevorrichtung, in der ein Sollbild oder Sollgrauwerte von vorab definierten Flächen des Gegenstandes gespeichert ist/sind, mit dem das von der Kamera aufgenommene Bild verglichen wird/werden zwecks Erzeugung eines Auswerfsignals, wenn die Abweichung zwischen Ist- und Sollbild eine vorgege­ bene Größe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung Weißlichtlampen (24) aufweist, die ständig eingeschaltet sind und unterhalb der Diffusorkuppel (14) eine Blende mit einer Öffnung (18) angeordnet ist, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Diffusorkuppel (14) im Bereich der Grundplatte (16).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusorkuppel (14) konisch ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (12) der Videokamera (10) unmittelbar über der oberen Öffnung der Diffusorkup­ pel (14) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung annähernd dem Durchmesser des Objektivs (12) entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zoom-Objektiv für die Videokamera (10) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (18) der Blende verstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lampen jeweils auf einem annähernd parallel zum Mantel der Diffusor­ kuppel (14) verlaufenden Strahl angeordnet sind, wobei in Umfangsrichtung be­ abstandet eine Reihe von Strahlen vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem Strahl angeordneten Lampen, deren Fassungen oder deren Gehäuse an einem Arm (32) befestigt sind, der seinerseits an einem Ende einer Platte (28) angebracht ist, die auch die Videokamera (10) trägt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtschranke (36, 38) für die Anwesenheitsmeldung eines Prüfgegenstandes (22) im Bereich der Aufnahmefläche (40) der Videokamera (10) liegt.