DE2643361A1

DE2643361A1 - Verfahren zur automatischen pruefung glatter oberflaechen

Info

Publication number: DE2643361A1
Application number: DE19762643361
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr Rer Nat Reinig; Alfred Dipl Phys Dr Schief
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1976-09-25
Filing date: 1976-09-25
Publication date: 1978-03-30

Description

Ve-rfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen
Die Erfindung betrifft ein optisch-elektronisches Verfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen, z.B. zur Feststellung von mechanischen Beschädigungen, Verunreinigungen usw. Die Prüfung von Oberflächen ist eine weitverbreitete technische Aufgabe; Beispiele sind verchromte, lackierte oder polierte Oberflächen.
Für die Prüfung von Oberflächen wird heute noch in vielen Fällen der Mensch eingesetzt. Sichtprüfplätze sind gekennzeichnet durch hohe Monotonie und starke Konzentration. Automatische Verfahren scheitern oft an den zu geringen Unterschieden der Farbe oder des Reflexionsvermagens, die die zu suchenden Fehistellen im Vergleich zum ungestörten Untergrund besitzen.
Das vorgeschlagene Verfahren verwendet optische und elektronische Maßnahmen zur Anhebung des Kontrastes der Fehlstellen gegenüber dem Untergrund, so daß die anschließende elektronische Verarbeitung zur Entdeckung und gegebenfalls Klassifikation der Fehler mit großer Sicherheit und ohne großen Aufwand möglich ist. Das Verfahren wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Bei der Prüfung von verchromten Oberflächen sind in einem praktisch vorliegenden Fall alle matten Stellen festzustellen, die einen Durchmesser von mehr als 1/10 mm haben.
Die matten Stellen sind ohne besondere Maßnahmen nur sehr schwer zu erkennen.
In Bild 1 ist ein Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang dargestellt, der zu kontrastreichen Bildern führt.
Durch die Lichtquelle 1 mit dem Kondensor 2 wird eine Blende 3 beleuchtet; diese wird vom Objektiv 4 unter einem flachen Winkel von etwa 100... 450 auf die zu prüfende Oberfläche 5 abgebildet. Das Bild der Blende 3 ist mit 6 bezeichnet. Das von der glatten Oberfläche reflektierte Licht fällt in eine Lichtfalle 7 und wird dort absorbiert. Das Objektiv 8 bildet das vom optischen System 1-4 beleuchtete Feld 6 der Oberfläche 5 auf eine Ebene 9 ab, in der eine lichtempfindliche Schicht liegt. Bei ideal spiegelnder Oberfläche 5 fällt kein Licht in das Objektiv 8 der Beobachtungsoptik. Besitzt die Oberfläche 5 eine Textur, so wird nicht alles Licht nach dem Reflexionsgesetz in die Lichtfalle 7 gespiegelt, sondern ein Teil auch in andere Raumwinkel gestreut. In der Ebene 9 entsteht eine Abbildung der streuenden Strukturen, die innerhalb des Feldes 6 liegen. In Bild 2 ist schematisch eine solche Abbildung einer fehlerfreien Oberfläche mit Textur dargestellt..Wenn im Feld 6 ein Oberflächenfehler vorhanden ist, erhält man im Streulicht einen starken Kontrast zum Untergrund, wie im Bild 3 dargestellt ist.
Die Aufnahme der Lichtintensitätsverteilung in der Ebene 9 kann beispielsweise mit einer Fernsehaufnahmeröhre erfolgen.
Aus dem Videosignal werden mit Hilfe eines Schwellwertdiskriminators diejenigen Teile des Bildes ausgeblendet, bei der intensive und großflächige Signale vorhanden sind, wie in Bild 3 durch den ovalen Fleck 10 angedeutet ist. Die ausgeblendeten Bildteile können dann automatisch nach Form, Größe und Intensität mit bekannten Verfahren verarbeitet und klassifiziert werden.
Bei veränderlicher Textur des Untergrundes kann die Schwelle adaptiv aus der über einem größeren Bereich gemittelten Hel-.
ligkeit des ungestörten Untergrundes abgeleitet und elektronisch gespeichert werden. Dadurch paßt sich die Verarbeitung des Videosignales automatisch an Schwankungen der Oberflächenbeschaffenheit an.
Durch das Verfahren der Lokaladaption (Patentanmeldung BRD P 24 47 440.6) können ebenfalls Schwankungen des Untergrundes eliminiert werden.
Eine besonders einfache Detektion von Fehlstellen der Oberfläche ist häufig durch'Messung der Gesamtintensität des auf die Ebene 9 fallenden Lichtes möglich. Dazu ist eine Begrenzung des Bildfeldes in der Ebene 9 in der Weise erforderlich, daß die Gesamtintensität des Untergrundes einen deutlich geringeren Wert besitzt als die von der kleinsten zu entdekkenden Fehlstelle verursachte Intensität. Günstige Intensitätsverhältnisse zwischen Fehlstellen und Hintergrund können auch durch eine geeignete Größe und Form des Feldes 6 erzielt werden, das durch die Form und Größe der Blende 3 und den Abbildungsmaßstab des optischen Systems 1-4 bestimmt ist.
Oberflächen, die größer als das zulässige Feld 6 sind, werden kontinuierlich unter der Prüfeinrichtung bewegt. Unter Ausnutzung der Bewegung des Prüflings ist es auch möglich, durch Verwendung einer linearen Anordnung von Dioden (Diodenzeile) die beschriebene Verarbeitung des Bildes- in der Ebene 9 durchzufuhren.
Wenn sich Fehlstellen oder Schmutz durch ihre Farbe vom Untergrund unterscheiden, kann durch farbiges, an die Fehlstellen angepaßtes Licht,eine weitere Kontrasterhöhung erreicht werden.
Bei manchen Prüflingen kann es nötig werden, das gleiche Feld der zu prüfenden Oberfläche mit mehreren optischen Systemen 1-4 unter verschiedenen Azimut- und Höhenwi-nkeln zu beleuchten. L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abbildung einer beleuchteten Blende auf die zu prüfende Oberfläche ein begrenztes Feld der Oberfläche beleuchtet wird, daß das von der Oberfläche nach dem Reflexionsgesetz gespiegeltes Licht nicht in die Beobachtungsoptik fällt, sondern beispielsweise von einer Lichtfalle absorbiert wird, daß die lichtstreuenden Strukturen innerhalb des beleuchteten Feldes der Oberfläche mittels einer Beobachtungsoptik abgebildet werden und daß das dadurch entstehende kontrastreiche Bild der Oberfläche mittels bekannter optisch-elektrischer Verfahren ausgewertet wird.
2. Verfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Beleuchtungsstrahlengänge unter unterschiedlichem Azimut- und Höhenwinkel das gleiche Feld der Oberfläche beleuchten.
3. Verfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen, nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild der Oberfläche mit optisch-elektrischen Wandlern in elektrische Signale umgesetzt wird und Fehlstellen mittels eines Schwellwertdiskriminators erfaßt werden.
4. Verfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen, nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle des Schwellwertdiskriminators adaptiv an die mittlere Intensität der fehlerfreien Oberfläche angepaßt wird.
5. Verfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen, nach den Ansprüchen 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Fehler durch Messung der Gesamtintensität des in die Beobachtungsoptik fallenden Lichtes erfaßt werden und die Größe des Bildfeldes so begrenzt wird, daß die durch die fehlerfreie Oberfläche verursachte Gesamtintensität kleiner als die Intensität des kleinsten zu erfassenden Fehlers ist.
6. Verfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen, nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, d a d u r c h gek e n n z ei c h ne t, daß die zu prüfende Oberfläche unter der Beleuchtungs- und Beobachtungsoptik bewegt wird und die Bildaufnahme mit einer linearen Anordnung von Dioden erfolgt.
7. Verfahren zur automatischen Prüfung glatter Oberflächen, nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verwendung farbigen Lichtes eine weitere Kontrasterhöhung erzielt wird.