DE3000875C2

DE3000875C2 - Verfahren zur Ermittlung von Fehlern auf der Oberfläche eines warmen Werkstücks und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3000875C2
Application number: DE3000875A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Kobe Hyogo Kimura; Yasuhide Amagasaki Hyogo Nakai; Yoshiro Higashiosaka Osaka Nishimoto
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1984-10-11
Also published as: GB2042716B; BR8000224A; SE8000240L; FR2446476B1; DE3000875A1; GB2042716A; FR2446476A1; US4319270A

Description

berechnet wird, indem die Wcrle der Tiefe [P) und der Breite (W) in die Fehlerdiskriminantcny'eichuni! eingesetzt werden, um dadurch das Maß der Fehlerhaftigkeit unter Zuhilfenahme eines für zahlreiche Parameterkombinationen (P, W) angefertigten Fehlerdatcndiagramms zu beurteilen, das durch Analyse der Videosignale zumindest eines vergleichbaren warmen Werkstückes im Hinblick auf dessen tatsächliche Oberflächenbeschaffenheit und durch entsprechende Festlegung der Parameter α, β und y erhalten wurde, wobei die Beurteilung als »fehlerhaft« erfolgt, wenn f(P. W) größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, während eine Beurteilung als »fehlerfrei« erfolgt, wenn/(P, W) kleiner als der vorgegebene Wert ist. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Videosignalgeber (2,3; 107; 202), der durch elektrooptisch«: Abtastung eines Lichtbilds des warmen Werksiücks ein Videosignal erzeugt, das sowohl einer Verzögerungseinrichtung (5; 111: 206) zur Verzögerung des Signals für ein vorbestimmtes Zeitintervall als auch einer Spitzenwert-Halteschaltung (6) zuführbar ist, die die Spitzenwerte des durch Bildteilimpulse in eine Anzahl von einer bestimmten Anzahl von Bildelcmenten entsprechenden kleinen Bereichen unterteilten Videosignals ermittelt und hält, einem Mittelwertbildner (12; 112; 207), der für jeden Bereich aufeinanderfolgend ein Normalverteilungssignal durch Mittelwertbildung der Spitzenwerte einer Anzahl aneinandergrenzender Bereiche bildet, wobei ein Videosignal oder ein Spitzenwert, desv.-n Abweichung vom momentanen Normalverteilungssignal einen vorbestimmten Wert überschreitet, durch einen zuvor erhaltenen Spitzenwert ersetzt wird, und eine Vergleichereinrichtung (16:113.139,141; 208). die das von der Verzögerungseinrichtung abgegebene verzögerte Videosignal zur Ermittlung von Oberflächenfehlern mit dem durch Mittelwertbildung erhaltenen Normalvcrteilungssignal vergleicht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE-OS 2707 123 ist ein derartiges Verfahren zur Ermittlung von Oberflächenfehlern bekannt, bei dem das warme Werkstück mittels einer Videokamera zeilenweise abgetastet wird. Da die Ausgangsspannung der Videokamera konstruktionsbedingt sowohl während der Abtastung einer Abtastzeile als auch von Abiastzeile zu Abtastzeile selbst schwankt, ist eine Kompensationsschaltung vorgesehen, mittels der sowohl die Hüllkurve des Vidcoausgangssignals in jeder Abtastzeile als auch die Hüllkurve der Abtastzeile!·, ermittelt und nachgeschaltete Verstärker derart automatisch in ihrer Verstärkung geregelt werden, daß weder in einer Abtastzeile noch von Abtastzeile zu Abtastzeile Schwankungen der mittleren Ausgangsspannung der Videokamera auftreten. Die Fehlerermittlung kann anschließend in heikömmlichcr Weise erfolgen. Bei dieser Art der Fehlerermittlung tritt jedoch bei ausgedehnten Fehlerzoncn der Nachteil auf. daß die Hüllkurvc dem Fehlcrwert zustrebt, so daß das Fehlersignal, das aus dem durch die Hüllkurvenvcrgleichmäßigung korrigierten Videosignal ermittelt wird, einen kleineren Wert als den talsächlich vorhandenen annimmt.

Allgemein muß zur automatischen Feststellung von Ohcrfläehenfchlern eines warmen Werkstücks, beispielsweise eines aus einem Blockwalzwerk austretenden rotglühenden Stahlvorblocks, der Temperaturunterschied

oder der Helligkcitsunlcrschied /wischen einem fehlerhaften und einerm fehlerfreien Abschnitt festgestellt werden, wie dies in gleicher Weise auch bei visueller Überprüfung der Fall ist. Hierzu ist es erforderlich, von den ermittelten Daten den auf die Temperalurverteilung der normalen, fehlerfreien Oberfläche (Nonvtalverteihing) zurückgehenden Anteil zu trennen. Der Ausdruck «Normalverteilung« dient in diesem Zusammenhang zur Bezeichnung der Verteilung der Oberflächentemperatur eines warmen Werkstücks wie etwa eines Stahlvorblocks, das frei von jeglichen Oberflächenfehlern, Zunderstükken. Ablagerungen und dergleichen ist, jedoch beispielsweise aufgrund der rascheren Abkühlung der Kantenbereiche oder wegen unterschiedlicher Zufuhr von während des Walzens auf den Vorblock gespritztem Kühlwasser ungleichmäßige Oberflächentemperatur aufweist. In entsprechender Weise ist der Ausdruck »Normalverteilungssignal« zu verstehen. Der Ausdruck »Normalvcrteilung« bezeichnet nicht die statistische Normalverteilung.

Die Signale auf einer Abtastlinie liegen nicht nur bei der Prüfung bei hoher Temperatur, sondern auch bei optischer Prüfung nicht immer auf einem konstanten Wert, so daß es schwierig ist, Fehlersignale durch Vergleich, mit einer vorgegebenen Normalverteilung festzustellen. Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Normalverteilungssignalen auf der Grundlage eingegebener Videosignale vorgeschlagen worden (vergleiche JP-GM-AS 51-29837, JP-AS 51-49437, JP-AS 52-25118 und JP-AS 52-28705). Bei dieser automatischen Oberflächenprüfung wird die in Längsrichtung und in Querrichtung in zahlreiche Bildelemente unterteilte Oberfläche des Werkstücks mittels einer Kamera abgetastet, wobei die dabei erzeugten, ein Maß für die Strahlungsintensität bzw. die Helligkeit oder das Reflexionsverhalten der jeweiligen Bildelcmente darstellenden Videosignale aufeinanderfolgend derart verarbeitet werden, daß Fehlersignale, die größer oder kleiner als die Normalverteilung sind, herausgezogen, d.h. ausgewertet werden. Allerdings weisen warme Werkstücke wie beispielsweise warm gewalzte Stahlvorblöcke in der Regel außer echten Fehlern wie etwa heller erscheinenden Rissen eine große Anzahl von nicht störenden losen Zunderstücken und Stellen mit unregelmäßiger Temperatur auf, deren Strahlungsintensität bzw. Helligkeit verwechselbar ähnlich der von echten Fehlern ist. Zudem wurde festgestellt, daß die nach den herkömmlichen Verfahren erzeugten Normalverteilungisignale mehr oder weniger durch große dunkle oder helle Fehlerstellen beeinflußt werden und daher in der Regel nicht zum exakten Vergleich mit den eingegebenen Videosignalen geeignet sind.

Ferner ist sus der US-PS 3 565 536 eine Vorrichtung zur Ermittlung von !anggestreckten Lufteinschlüssen in Gläsern bekannt, bei der das zu untersuchende Glasstück mit Hilfe einer oder mehrerer Lichtquellen angestrahlt und mittels mehrerer Kameras untersucht wird. Lufteinschlüsse werden hierbei aus den Kameraausgangssignalen über die durch sie hervorgerufenen Signalverzerrungen bzw. -modulationen ermittelt. Eine Erwärmung der Gläser ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I zu schaffen, mit dem sich Oberflächenfehler eines warmen Werkstücks exakt ermitteln lassen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird rail den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 4 genannten Maßnahmen gelöst.

hrlindungsgenuiU findet somit eine Mittelwertbildung aus den Videosignalen bzw. den Spitzenwerten mehrerer benachbarter Bildclemente statt, wobei von einem vorhergehend gewonnenen Normalverteilungssignal stark abweichende Video- oder Spitzensignale nicht zur Mittelwertbildung herangezogen werden. Damit ist eine Verfälschung des Mittelwerts durch derartige Fchlcrsignalc zuverlässig verineidbar. so daß Fehlerabweichungen immer in ihrer richtigen Größe ermittelbar sind. Weiterhin

hi wird damit erreicht, daß nur tatsächliche Oberflächenfeh-Ier, nicht aber fehlerhafte Kanteneffekte oder dergleichen wiedergegeben werden. Zusammenfassend arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren somit zur Vermeidung der Verzerung der Normalverteilungssignale durch dunkle oder helle Fehler mit der bereichsvariabler Maximalwert-Speicherung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So wird bei der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 eine Zweiflächenanalyse der Bildelementdaten eingesetzt, wodurch sich duich Zunderstücke hervorgerufene Störsignale zuverlässig von Fehlersignalen unterscheiden lassen.

Darüber hinaus lassen sich mit der Ausbildung gemäß Patentanspruch 3 Fehlersignale zuverlässig anhand eincr unter Heranziehung der Tiefe und der Breite der Fehlersignale als Paumeter erstellten Diskriminantenkurve prüfen und unterscheiden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden somit die

3D Normalverteilungssignale, die der ungestörten Oberflächentemperaturverteilung entsprechen, durch die folgenden beiden Verfahrensschritte erzeugt:

Zur Beseitigung der Einflüsse von auf der Werkstückoberfläche vorhandenen Fehlern und Zunderstücken wird das Videosignal auf eine Schaltung gegeben, die dessen Spitzenwert in einem vatiablen Bereich festhält, wobei automatisch der Bereich der Maximalwert-Speichcrung in Abhängigkeit von der Größe eines Fehlers oder eines Zunderstücks verändert wird Das

-id Normalverteilungssignal und ein neues Eingangssignal werden verglichen und, wenn ihre Abweichung größer als ein vorpr-gebencr Wert ist. der Maximalwert-Haltebereich solange erweitert, bis ein Spitzenwert festgestellt wird, der nicht durch dunkle Abschnitte aufgrund von

■*> Haflzunder. Zunderstücken. Ablagerungen oder dergleichen beeinflußt ist.

Weiter erfolgt zur Erzielung eines ausreichend glatten Normalverteilungssignals eine gleitende Mittelwertbildung der im vorhergehenden Verfahrensschritt erhaltest nen Spitzenwerte über einen gewissen Bereich, wobei die räumliche Häufigkeit der Temperaturverteilungswerte auf der Werkstückoberfläche berücksichtigt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich bei relativ geringem Aufwand durch zuver-

^ lässige Funktionsweise aus.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbcispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

μ Fig. 1 ein Blockscl jltdiagramm einer bei dem beschriebenen Ve-fahren eingesetzten bereichsvariablen Maximum-Halteschaltung;

Fig. 2 schematische Darstellungen zur Erläut'.-rungder Wirkungsweise der bereichsvariablen Maximum-Spei-(ö cherung;

Fig. 3 schematische D;_t,Stellungen zur Erläuterung de Wirkungsweise bei herkömmlichen Verfahren;

Fig. 4 und 5 Bloekdiagramme von abgewandelten

Ausführungsformen zur bereichsvariablen Maximum-Speicherung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Oberfläche mit Unregelmäßigkeiten und Störungen:

Fig. 7 bis 9 schematise!« Darstellungen zur Erläuterung des Zweiflüchen-Obcrflächenprüfsystems:

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Zweiflächen-Fehlcrdetektors;

Fig. 11 ein Blockdiagramm einer Flächendiskriminatorschaltung, die in Fig. 10 dargestellt ist;

Fig. 12 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Abmessungen von Oberflächenfehlern und Feststellungsbereichen zeigt;

Fig. 13 eine Darstellung der Wellenform eines Zunderstückes;

Fig. 14 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Entstehungs- und Abkühlphasen eines Zunderstükkes:

Fig. 15 eine Darstellung der Wellenform einer Haftzundersteiie:

Fig. 16 eine Darstellung der Wellenform einer Haftzunderstelle mit höherer Fehlerhaftigkeit:

Fig. 17 ein Diagramm, das die Verteilung von Tiefen bzw. Höhen und Breiten von Signalen wiedergibi:

Fig. 18 ein Blockdiagramm eines Fehlerdetcktors. der die Signaibreite und Signaiticfe auswertet;

Fig. 19 ein Blockdiagramm eines Haflzunderdctektors;

Fig. 20 und 21 Darstellungen von einigen Wellenformen;

Fig. 22 Darstellungen von Wellcnformcn bei Beispiel 1;

Fig. 23 ein Fehlerdatendiagramm zur Bestimmung einer Diskriminatenkurve Lr.

Fig. 24 ein Diagramm zur Darstellung der Beurteilung von Fehlern mittels der Diskriminantenkurve Lr,

Fig. 25 ein Fehlerdalendiagramm zur Bestimmung

CiHcF L^iSiCnrninäriicTiKürVc 1.2 "ei ociSpici _;

Fig. 26 ein Diagramm zur Darstellung der Beurteilung von Fehlern mit Hilfe von Diskriminantenkurven L₂ und Li.

Im folgenden wird zunächst auf Fig I eingegangen. Darin ist ein Werkstück mit hoher Temperatur dargestellt, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein warmer Block 1 aus Stahl sein soll. Der Ausdruck »Block« bezeichnet hier Brammen und Blöcke im eigentlichen Sinne. Der Block 1 wird mittels einer Bildaufnahmevorrichtung 2 abgetastet, bei der es sich beispielsweise um eine Fernsehkamera oder einen Festkörper-Bildsensor handelt. Die Bildaufnahmevorrichtung überstreicht die Oberfläche des Werkstückes in einer zur Bewegungsrichtung des Blocks 1. die durch einen Pfeil angedeutet ist, senkrechten Richtung, wobei das durch das abgestrahlte Licht erzeugte Bild des Blocks 1 mittels einer optischen Anordnung 3 aufgenommen wird, zu der eine Linse und ein Filter gehört, so daß schließlich ein Videosignal VS erzeugt wird. Das von der Bildaufnahmevorrichtung 2 erzeugte Videosignal wird mittels eines A D-Wandlers 4 in Digitalsignale DS mit beispielsweise acht Bits (256 Schritte) umgewandelt und auf zwei getrennte Leitungszweige gegeben, von denen einer zur Durchführung der Mittelwertbildung dient. Dies wird im folgenden ausführlicher erläutert. Die Digitalsignale DS werden einerseits auf einen als Verzögerungseinrichtung dienenden Speicher 5. der die Digitalsignale für eine bestimmte Zeitdauer verzögert, und andererseiis auf eine Maximaiwert-Haiteschaltung in Form einer bereichsvariablen Maximum-Halteschaltung 6 gegeben. In der bereichsvariablen Maximum-Hallcschallung ό gelangen die Digitalsignalc /).S' in eine Transvcrsal-Maximum-Haltcschaltung 7, die das Maximum für jeweils eine bestimmte Anzahl von Bildelementen (beispielsweise tu ~4) in der Querzeile feststellt und festhält, die normalerweise in Querrichtung des warmen Blocks I aus Stahl verläuft. Die Transversal-Maximum-Haltesehaltung erzeugt Transversal-Maximum-Haltcsignale 7'.S^-. Jedes Transvcrsal-Maximum-Hallesignal 7.S" wird auf eine Longitudinal-Maximum-Halteschaltung 8 und einen Vergleicher 9 gegeben, der das aufgegebene Transvcrsal-Maximum-Haltesignal IS mit einem momentanen Normalverteüungssignal BS vergleicht. Wenn die Differenz zwischen dem Transversal-Maximum-Haltesignal TS und dem momentanen Normalverteüungssignal BS größer als ein vorgegebener Wert /: ist, der ungefähr ',Ίο bis ¹Z₄₀ des dynamischen Bereiches des Videosignalcs beträgt, d.h. wenn gilt

:7'.viwie dies der Fall ist. wenn der Abtastpunkt in einem aufgrund von Haftzunder, Zunder oder einer Ablagerung dunklen Bereich kommt, liefert der Vergleichcr 9 einen Torimpuls G an eine Torschaltung II. die tinen Rückstelliinpuls RP durchläßt bzw. sperrt, der von einem Maximum-Haltebereichs-Begrenzungsgeneralor 10 jeweils bei einer bestimmten Anzahl von Abtastzeilen (beispielsweise h; = 4) erzeugt. Die Longitudinal-Maximum-Halteschaltung 8 hält bzw. speichert als Longitudinal-Maximuin-Hallcsignal LS das Maximum der Signale mehrerer in Längsrichtung des warmen Blocks 1 aufeinanderfolgender Bildeleinente, bis die Halteschaltung 8 von einem durchgelassenen Rückstellimpuls GRP zurückgestellt wird. Wenn der vom Maximum-Haltebereichs-Begrenzungsgenerator 10 erzeugte Rückstellimpuls RP durch den Torimpuls G an der Torschaltung 11 gesperrt wird, wird die Longitudinalw.._:_-_ü__g__c:„u_Cj.j.p_i_ -{-,p,- Erncücrün" des Bereiches fortgesetzt. Dies bedeutet, daß dann, wenn der Abtastpunkt einen fehlerhaften dunklen Abschnitt erreicht, das Maximum unmittelbar vor dem dunklen Abschnitt gehalten bzw. gespeichert und auf diese Weise der fehlerhafte dunkle Abschnitt ignoriert wird. Sobald der Abtastpunkt aus dem fehlerhaften dunklen Abschnitt heraustritt, wird der Torimpuls G nicht mehr erzeugt, da die Bedingung gemäß Gleichung (1) nicht länger erfüllt ist, so daß der durchgelassene RuckstcllimpulsGAPalleHz Abtastzeilen zur Longitudinal-Maximum-Halteschaltung 8 gelangt und zu normaler Maximum-Speicherung für einen bestimmten Bereich zurückgekehrt wird.

Die Longitudinal-Maximum-Haltesignale L^r. in die auf vorstehend beschriebene Weise die dunklen Abschnitte nicht eingehen, werden auf eine Mittelwertschaltung 12 zur Bildung eines gleitenden Mittelwertes gegeben. Wenn die Longitudinal-Maximum-Hakesignale LS, die nacheinander zum Eingang der Mittelwertschaltung 12 gelangen, mit LSi. LS₂ .. . LS„i bezeichnet werden, gilt für die von einem Akkumulator 13 durchgeführte Addition, der die angelegten Longitudinal-Maximum-Haltesignale nacheinander für N Bits von dem Zeitpunkt an addiert, zu dem das momentane Normalverteüungssignal gelöscht worden ist:

.V χ BS_n - LS₁ + LS. LS_n

Auf diese Weise wird ein neues Normaiverieiiungssignal BS₁, für den Zeitpunkt / = /V erhalten. Wenn der Akkumulator 13 an seinem Plus-Eingang ein neue:

Longitudinal-Maximum-Haltcsignal LS₁₁, , cmplängt, empfängt er gleichzeitig an seinem Minus-Eingang das Signal LSi. das von einem Speicher 14 um N Bits verzögert worden ist, so dall der Akkumulator als Normalverlcilungssig'ial Ä.S'„, ι für den Zeitpunkt I = N+ 1 liefert:

/V χ BS_n, , = /.S₁ f- /..V, H ■ · · f LS_n t /..V₁₁, , - /..V₁ =/.S₂-T-/.Sj H --- + /..V_n, , (3)

Auf diese Weise werden aus den Longitudinal-Maximum-Haltesignalen. die von der Longitudinal-Maximum-Halteschaltung 8 geliefert werden, nacheinander gleitende Mittelwerte gebildet, die aufeinanderfolgend als Normalverteilungssignale BS_n , ₃, BS_n, _t usw. dienen. Die Normalverteilungssignale BS werden in einem Speicher 15 gespeichert.

Das durch die für einen variablen Bereich, d.h. bereichsvariabel, durchgeführte Maximum-Speicherurig und gleitend*.¹ MiUclwi-rthikiun¹¹ crhyJ'cn** NnrmnlwrU'ilungssignal BS wird zusammen mit dem entsprechenden verzögerten Digitalsignal DDS. das vom Speicher 5 für eine Synchronisation mil dem Normalverteilungssignal BS um eine bestimmte Zeitdauer verzögert worden ist. auf eine Subtraktionsschaltung 16 gegeben. Die Subtraktionsschaltung 16 erzeugt ein Abweichungssignal NS entsprechend der Differenz zwischen dem verzögerten Digitalsignal DOS und dem Normalverteilungssignal BS. Da die Unregelmäßigkeiten der Oberflächentemperatur, mit denen der warme Block 1 behaftet ist, aus den Abweichungssignalen NS bereits entfernt sind, können die fehle haften Abschnitte zuverlässig festgestellt werden durch Vergleich der Abweichungssignale mit einem bestimmten Wert. Somit werden ideale Normalverteilungssignale SS erhalten, die nicht durch Fehler oder Zunder beeinflußt sind, die bzw. der auf der Oberfläche des warmen Blocks 1 vorhanden sein können bzw. kann.

F ig. 2 zeigt schematisch das Prinzip der Erzeugung der vorstehend erläuterten Normalverteilungssignale BS. Wenn der warme Block 1 aus Stahl auf seiner Oberfläche Haftzunder 17 und einen Riß 18 aufweist, ergeben sich das in Fig. 2 (A) dargestellte Videosignal I'S und Normalverteilungssignal BS, die miteinander verglichen werden, wobei aufgrund des Vergleiches verhindert wird, daß die Rückstellimpulsc GRI' zur Longitudinal-Maximum-Halteschaltung 8 gelangen, wenn die Differenz Δ den vorgegebenen Wert r. übersteigt. Auf diese Weise ist der Bereich, für den jeweils das Maximum festgehalten wird, in beiden Richtungen erweitert, so daß der Haftzunder 17 und der Riß 18 einfach und zuverlässig festgestellt werden können durch Vergleich mit dem Normalverteilungssignal SS, das unbeeinflußt durch den Haftzunder 17 ist.

Zum Vergleich zeigt Fig. 3 die Ergebnisse herkömmlicher Maximum-Speichcrung für konstante Bereiche in einem ähnlichen Fall. Wie aus Fig. 3 deutlich erkennbar ist. wird das Normalverteilungssignal, das sich aus der Signalverarbeitung unter Zugrundelegung konstanter Bereiche ergibt, ungünstig beeinflußt durch den dunklen Abschnitt des Haftzunders 17, so daß nahe dem dunklen Fehler fälschlicherweise helle Fehler angezeigt werden. Erfindungsgemäß wird dagegen der Bereich, für den ein Maximum festgehalten bzw. gespeichert wird, bei Feststellungeines dunklen Abschnittes verändert, um auf diese Weise ein Abweichungssignal zu erhallen, das ideal zur Ermittlung von Obcrflächenfehlern geeignet ist und das keine falschen hellen Abschnitte in der Nähe von dunklen Abschnitten oder andere Beeinflussungen durch die dunklen Fehler enthüll.

Die Untersuchung und Prüfung von warmen Blöcken aus Stahl mittels eines automatischen Obcrflächenüberprüfungsgeräles, das erfindungsgemüß arbeitet, ergab eine Fehlerfeststellung mit hohem Rauschabstand. Die sehr genaue und zuverlässige Feststellung der Fehler wird durch das erUndungsgemäß erzeugte Normalvertcilungssignal ermöglicht.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein dunkler Abschnitt erkannt durch Vergleich des Transversal-Maximum-Haltcsignales TS mit dem Normalverleilungssignal BS. Es ist jedoch auch möglich, das Digitalsignal DV mit dem Normalverteilungssignal BS mittels des Vergleichers 9 zu vergleichen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Ferner kann bei Feststellung eines dunklen Abschnittes statt des vorangehenden Maximum-Haltesignals (transversal oder longitudinal) das Normalverteilungssignal BS auf die Longitudinal-M:iximiim-H:illt\si"h:iltiing als Signal gegeben werden, das vor dem festgestellten dunklen Abschnitt vorlag, wie dies gestrichelt in Fig. 4 dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, bei der der Bereich, in dem das Maximum festgehalten wird, normalerweise konstant ist, d.h. festliegt, und bei der im Falle der Feststellung eines dunklen Abschnittes ein dem dunklen Abschnitt unmittelbar vorausgehendes Signal auf die Mittelwertschaltung zur gleitenden Mittelwertbildung gegeben wird. Dies wird im folgenden näher erläutcrt. Das Digitalsignal DS vom A/D-Wandler 4 wird einerseits zum Speicher 5 und andererseits zu Schieberegistergruppen 20 geleitet, wobei jede Schieberregistergruppe aus η tti-Bil-Schieberegistern 21 mit parallelen Ausgängen sowie (// - I) Schieberegistern 22 mit Serienausgang besteht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gilt m = 4 und n = 4. Die (wi χ η) 8-Bit-Digitalsignale an den Ausgängen der Schieberegister 21 mit parallelen Ausgängen werden sämtlich auf einen Maximum-Detektor 23 gegeben, der das Maximum aus den (m x n) Daten sowie 1 in dem noch zu erläuternden besonderen Fall - einem Signal feststellt, das dem Max.imum-Detektor von einem Register 24 über die Torschaltung 11 zugeführt wird. Das festgestellte Maximum wird im Register 24 gespeichert. Der Vergleicher 9 vergleicht das ursprüngliche Digitalsignal DS mit einem momentanen Normalverteilungssignal BS. Wenn die Differenz zwischen diesen zwei Signalen kleiner als der vorgegebene Wert e ist, erzeugt der Vcrgleicher 9 kein Bereichssteuersignal, so daß die Torschaltung 11 geschlossen bleibt, d.h. nicht auf das " Maximum des vorangehenden Bereiches zurückgegriffen wird. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß das Maximum allein für den (m x «)-Bereich ermittelt wird (Maximum-Speichcrung für konstanten Bereich). Wenn jedoch die Differenz zwischen dem Digitalsignal DS und 5 dem Normalverteilungssignal ÖS größer als der vorgegebene Wert ι: ist, erzeugt der Vergleicher 9 an seinem Ausgang ein Bcrcichssteuersignal. durch das die Torschaltung 11 geöffnet wird. Dies hat zur Folge, daß das Maximum des vorangehenden Bereiches, das im Register i 24 gespeichert ist. dem Maximum-Detektor 23 zugeführt wird. Dies bedeutet, daß der Bereich, für den das Maximum festgestellt und gehalten wird, erweitert wird, wenn ein Videosignal auftritt, das deutlich größer als das Normalverteilungssignal BS ist. so daß die Einflüsse *■ dunkler Fehler ausgeschlossen werden.

Bei den in den Fig.. 1. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiclen wird die bcreichsvariable Maximum-Speicherung benutzt, um die ungünstigen Auswirkungen

j>u υυ 9

dunkler Fehler bzw. Fehlstellen bei der Urzeugung des Normalverteilungssignales 55 zu verhindern. Es versteht sich jedoch, daß die variable Maximum-Speicherung auch zur Beseitigung fehlerhaften Abfallens des Normalverteilungssignales benutzt werden kann, wozu es in der Nähe heller Fehlstellen, beispielsweise in der Nähe von Rissen und Vertiefungen, kommen kann, indem auf ähnliche Weise das Videosignal VS (oder das Transversal-Maximum-Haltesigna! TS) mit dem Normalverttiiungssignal BS verglichen wird und der Bereich, aus dem das Maximum festgehalten wird, erweitert wird, wenn die Differenz zwischen den zwei Signalen den vorgegebenen Wert r. übersteigt. Das sich ergebende Normalverteilungssignal SS ist nicht durch helle Fehlstellen beeinflußt, so daß die Genauigkeit der Fehlcrfcststcllung in der Nähe von hellen Fehlstellen verbessert ist. Selbstverständlich ist es möglich, die nachteiligen Auswirkungen sowohl dunkler Fehlstellen als auch heller Fehlstellen durch ähnliche Signalverarbeitung zu beseitigen. Im folgenden sei angenommen, daß eine große Prüfflä-

Werkstückes 103. das auf einem Walzentisch 106 transportiert wird, mitteis einer Bildaufnahmevorrichtung 107 aufgenommen die das Werkstück 103 in einer zur Transportrichiung des Werkstückes 103 im wesentlichen senkrechten Richtung abtastet und auf diese Weise ein Videosignal V Serzeugt. Das Videosignal KS'der Bildaufmihmevoi richtung 107 wird in einem Videoaufzeichnungsgerät 108 aufgezeichnet und gleichzeitig durch einen automatischen Vcrstärkungsregle¹" 109 einem A, D-Wandler 110 zugeführt, der das zugeführle Signal in ein digitales Videosignal VSi umwandelt. Der automatische Empfindlichkeits- bzw. Verstärkungsregler 109 dient dazu, die Nachweisempfindliehkcit entsprechend der Temperatur des überprüften Werkstückes 103 einzustellen. Das digitale Videosignal VSz wird einem Speicher 111 zugeführt, der das digitale Videosignal für eine bestimmte Zeitdauer, d. h. für einige Abtastlinien, verzögert. Ferner wird das digitale Videosignal VSi einem Normalvevfeilungsdcteklor 112 zugeführt, der ein Normalverteilungssignal ISi erzeugt, das ein Maß für die Temperatur ist.

sich einen Fehler 101 bedeutender Haftzunder befindet und auf dessen Oberfläche eine gewisse Anzahl von Zunderstücken 102 vorhanden ist, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die große Prüffläche besteht aus einer bestimmten Anzahl von Bildelementen (16 x 16 Bildelemente) und enthält den Fehler 101 sowie eine gewisse Anzahl von Zunderstücken 102, wie dies in Fig. 7 durch Sehraffur angedeutet ist. Wenn die Oberfläche des Werkstückes 103 abgetastet wird, zeigen die von den schraffierten Bildelementen abgenommenen Videosignale Temperaturwerte an, die niedriger als die entsprechenden Normalwerte sind.

Beim herkömmlichen Feststellungs- bzw. Prüfverfahren wird der Oberflächenzustand einfach dadurch beurteilt, daß die Anzahl schraffierter Bildelemente innerhalb der Prüffläche 104 gezählt wird, wobei die Zunderstücke 102 ebenso wie der echte Fehler 101 als Obcrflächendefekt ^aezüliit wsrdsr Obwohl der liitsuchJi^he Fehler 1OT eine Größe von 52 Bildelementen hat. ergibt die herkömmliche Untersuchung der Oberfläche gemäß Fig. 7, daß die Prüffläche 104 Fehler in 104 Bildelementen aufweist, zu denen 52 Bildelemente gehören, in denen Zunderstücke 102 voi Wanden sind.

Erfindungsgemäß wird nun eine kleine Prüffläche 105 (4x4 Bildelemente), wie sie in Fig. S gezeigt ist, über die gesamte Prüffläche 104 verschoben, und zwar jeweils um ein Bildelement, wobei als mit Fehlern behaftet solche kleinen Prüfflächen beurteilt werden, in denen die Anzahl der schraffierten Abschnitte größer als ein bestimmter Wert ist. Danach wird der Oberflächenzustand der Prüffläche 104 in der Weise beurteilt, daß die Anzahl fehlerhafter Abschnitte gezählt wird. Wenn das Beispiel gemäß Fig. 7 auf der Grundlage solcher kleinen Prüffiächen 105 geprüft wird, wird festgestellt, daß die Prüffläche lediglich einen Fehler aufweist, der sich über SJ. Bildelemente erstreckt, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Die Ergebnisse geben somit die Größe des tatsächlichen Fehlers 101 unabhängig vom Vorhandensein von Zunderstücken 102 korrekt wieder. Der kritische Wert zur Beurteilungjeder kleinen Prüffläche 105 beträgt in diesem Fall 8. Durch Überprüfung der Oberfläche des Werkstückes 103 auf diese Weise können Fehler 101 zuverlässig und schnell festgestellt werden, ohne daß Signale von Zunderstücken 102 zu einer Fehlinformation führen.

Fig. 10 zeigt ein Signalverarbeitungssystem /ur Durchführung der vorstehend beschriebenen Schnitt. Bei dein System gemäß Fig. H) wird das Strahle:igsbild eines wenn keine Fehler und kein Zunder oder dergleichen vorhanden wären, wie dies bereits vorstehend erläutert wurde. Das System gemäß Fig. 10 umfaßt ferner eine :> bezugsspannungsfreie Digitalisicrschaltung 113 für dunkle Abschnitte, die eine Subtraktionsschaltung zur Bestimmung des Wertes beim Subtrahieren des Nornialveiteilungssignales VS* des Normalverteilungsdetcktors 112 vom verzögerten Videosignal VSi, das vom in Speicher 111 kommt, sowie einen Vcrgleicher umfaßt, der als Ausgangssignal eine logische »1« erzeugt, wenn der Wert kleiner als ein vorgegebener negativer Wert ist. Dieses Ausgangssignal wird auf eine Flächendiskriminatorschaltung 114 gegeben, die die fehlerhafte Fläche in is vorstehend beschriebener Weise berechnet und als Fehlersignal eine logische »1« liefert, wenn die fehlerhafte Fläche größer als ein vorgegebener Wert ist. Das Fehlersignal FS wird auf einen Fchlcrortdetcktor 115 gegeben. Die bezugsspannungsfreie Digitaüsicrschaltung 113 für 4(i dunkle Abschnitte und die F'lächendiskriminatorschaltung 114 sind in in Fig. 11 dargestellter Weise ausgebildet.

Fig. 11 zeigt eine 8-Bit-Subtraktionssei.altung. die ein Ausgangssignal liefert, das ein Maß für die Differenz zwischen dem verzögerten Videosignal KSj und dem Normalverteilungssignal VSi ist. Dieses Differenzsignal wird mit einem vorgegebenen Wert L von einem Vergleichcr 117 verglichen, der als Ausgangssignal eine logische »1« erzeugt, wenn die Differenz kleiner als der vorgegebene Wert ist. Der Ausgang des Vergleichers 117 wird auf 2048-Bit-Schiebcrcgister 118-1 bis 118-3 gegeben, die das aufgegebene Signal für eine Zeitdauer verzögern, die zur Beurteilung der kleinen Prüffläche 105 benötigt wird. Die Inhalte der kleinen Prüffläche 105 (4x4 Bildelemente) wiedergebende Signale werden an den Ausgängen von 4-Bit-Schieberegistcrn 119-1 bis 119-4 mit parallelen Ausgängen erzeugt, die sämtlich von Additionsschaltungen 120-1 bis 120-4 und 121 aufgenommen und addiert werden. Das Ergebnis wird mit einer vorgegebenen Zahl «ι N mittels eines Vergleichen 122 verglichen, der als Ausgang eine logische »1« erzeugt, wenn das Ergebnis größer als die vorgegebene Zahl Λ' ist. Der Ausgang des Vergleichers 122 wird aur2048-Bit-Schieberegister 123-1 bis 123-15 gegeben, die das Signal für eine Zeitdauer h5 verzögern, die zur Beurteilung der großen Prüffläche benötigt wird. Die Inhalte der großen Prütfläehe anzeigende Signale werden an den Ausgängen von 16-Bit-Schieberegistern 124-1 bis 124-15 mit parallelen Ausgän-

gen erzv-ugi. die sämtlich von Additionssehakungen 125-1 bis i 25-16 und 126 aufgenommen und addiert werden. Da;. Ergebnis wird mit einem vorgegebenen Wert .V mittels eines !6-Bit-Vergleit;hers 127 verglichen, der üu ■ angsseitig ein Fehlcrsignal als logische »1" liefert, wenn das Ergebnis größer als der vorgegebene Wert .S' ist. Im folgenden wird wiederum auf Fig. 10eingegangen. Das System umfaßt ferner einen Kantendetektor 128, der das Normalverteilungssignal KS₄ vom Normaiverteilungsdetektor 112 mittels eines Vergleichers mit einem ι vorgegebenen Wert vergleicht, um auf diese Weise die Kanten des Werkstückes festzustellen, an denen das Signal höher oder niedriger als ein bestimmter Wert wird. Der Fehlercrtdetektor 115 berechnet den Ort eines Fehlers auf der Grundlage des Kanlensignals vom Kanlcndetektor 128 und des oben erwähnten F'ehlersignals FS. Das Ergebnis wird mittels eines Fehlerortanzeigcrs 129 auf einem Drucker 130 dargestellt und gleichzeitig an einen Rechner 131 gegeben. Ein Vorlaufdctektor 132 stellt das Vorhandensein oder F'ehlen sowie die Vorschubgeschwindigkeit des V/erkstückes 103 aufgrund von Signalen fest, die er vor sinem auf warmes Metall ansprechenden Wärmedetektor 133 und einem Walzentischgeschwindigkeitsmesser 134 empfängt. Ein Enddetektor

135 stellt das vordere und das hintere Ende des Werkstückes aufgrund eines Signals fest, das er vom Vorlaufdetektor 132 empfängt, und überträgt seine Ausgangssignale zum Rechner 131. Im Bedarfsfall steuert der Rechner 131 das Videoaufzeichnungsgerät in der Weise, daß der Zustand der Fehler von einem Wiedergabegerät

136 aufgrund der so erhaltenen Signale gezeigt wird. Der Rechner 131 berechnet die fehlerhafte Fläche und beurteilt die Oberflächenqualität unter Berücksichtigung der Orte der festgestellten Fehler. Die Ergebnisse werden benutzt zur Entscheidung ob das Werkstück Ausschuß ist, zur Steuerung des Flammstrahlens. zur Steuerung des punktweisen Flammstrahlens und zur Erarbeitung von Anweisungen bzw. Hinweisen für die Stahlherstellung (Information über die Fehler, Formen des Materials usw.). Das System umfaßt ferner eine Absolul-Digitalisierschaltung 137 für dunkle Abschnitte, die das verzögerte Videosignal VSi vom Speicher 113 mit einem vorgegebenen Wert vergleicht und als Ausgangssignal eine logische »1« erzeugt, wenn das verzögerte Videosignal VS.\ kleiner als der vorgegebene Wert ist. Das Ausgangssignal dei Digitalisierungsschallung 137 wird auf eine Flächendiskriminalorschaltung 138 gegeben, die die fehlerhafte Fläche nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren berechnet und ausgangsseilig ein Fehlersignal in Form einer logischen »1« liefert, wenn die berechnete fehlerhafte Fläche größer als ein vorgegebener Wert ist. Eine Digitalisierschaltung für Signalbrcitc und Signalhöhc bestimmt die Differenz zwischen dem verzögerten Videosignal VSi vom Speicher Hl und dem Normalverteilungssignal VSi vom Normalverleilungsdctektor 112 und unterscheidet die Fehlersignale anhand von Berechnungen, in die die Breite und die Höhe des Differenzsignals als Parameter eingehl. Das Ausgangssignal der Digitalisierschaltung 139 wird auf eine Sletigkeitsdiskriminatorschaltung 140 gegeben, die die Länge eines Fehlers auf der Grundlage der Stetigkeil bzw. des fortdauernden Auftretens von Fehlersignalcn berechnet und ausgangsseitig ein Fehlersignal in Form einer logischen »1« liefert, wenn die festgestellte Länge größer als ein vorgegebener Wert ist. Eine bezugsspannungsfreie Digitalisierschaltung oder Gleit-Digitalisierschaltung ermittelt mittels einer Subtraktionsschallung die Differenz zwischen dem verzögerten Videosignal I 'Si vom Speicher 111 und dem Normalverteilungssignal VS* vom Normalverteilungsdeteklor 112 und vergleicht das daraus entstehende Differenzsignal mittels eines Vergleichers mit einem vorgegebenen Wert und erzeugt ausgangsseitig ·■ eine logische »1«, wenn das Differenzsignal größer als der vorgegeben«· Wert ist. Dieses Ausgangssignal wird auf eine Stctigkcitsdiskriminatorschaltung 142 gegeben, die die Länge eines Fehlers auf der Grundlage der Stetigkeit bzw. des fortdauernden Auftretens zugeführter Fehlcrsi-Ii gnale berechnet und ausgangsseitig eine logische »1« erzeugt, wenn die festgestellte Länge größer als ein vorgegebener Wert ist.

Beim vorstehend beschriebenen Prüfsystem wird kleiner Haftzunder festgestellt mittels der bezugsspannungsfreien Digitalisicrschaltung oder Gleit-Digitalisierschaltung i 13 für dunkle Abschnitte und der Flächendiskriminalorschaltung 114. Großer Haftzunder wird mittels der Absolul-Digilalisierschaltung 137 für dunkle Abschnitte und der Fläehendiskriminatorschaltung 138 festgestellt; !(i fester Haflzunder wird mittels der Digitalisierschaltung 139 für Signalbreile und Signalhöhe und der Stetigkeitsdiskriminatorschaltung 140 festgestellt. Risse werden mittels der Gleit-Digitalisierschaltung 141 für helle Abschnitte sowie mittels der Stetigkeitsdiskriminatorschal- :< tung 142 festgestellt.

Fig. 12 zeigt die Ergebnisse von Untersuchungen, bei denen ein strahlender warmer Stahlblock mittels der erfindungsgemäßen Zweiflächenanalyse untersucht wurde. Wenn die kritischen Werte für die kleine Prüffläche χι und die große Prüffläche gemäß A eingestellt bzw. vorgegeben waren (kleine Prüffläche= 13/16, große Prüffläche = 208/256), wurden nur die mit dem Symbol © gekennzeichneten Fehler festgestellt. Bei der Einstellung gemäß B wurden die mit den Symbolen Θ und O ι-, gekennzeichneten Fehler festgestellt. Bei der Einstellung gemäß C wurden die mit den Symbolen ©, O und D gekennzeichneten Fehler festgestellt. Bei der Einstellung gemäß D wurden die mit den Symbolen Θ, O. D und Δ gekennzeichneten Fehler festgestellt. 4(1 Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß durch die Zwciflächenanalyse der Daten der Bildelementc vollständig die Störgeräusche durch Zunder beseitigt sind, so daß es möglich ist, allein die Fehler zu erfassen und die Art der Fehler entsprechend den Flächen der einzelnen Fehler zu beurteilen.

Beim Vergleich eines Bildes warmen strahlenden Materials mit der Verteilung der tatsächlichen Oberflächenfehlcr, wie sie sich bei Betrachtung bei Raumtemperatur zeigen, wurde festgestellt, daß die Wellenform eines 5(1 Signals, das einem Zunderstück entspricht, in der Regel schlank bzw. schmal ist. wie dies in Fig. 13 dargestellt ist. Bisweilen hat das Signal größere Breite: dann jedoch fällt es tief ab (dunkel). Dies legt die Vermutung nahe, daß eine Beziehung zwischen der Breite und Tiefe des Signals und den physikalischen Veränderungen besteht, die ein Zunderstück während des Wachsens und Abkühlens durchläuft und in Fig. 14 schematisch dargestellt sind. Ein Zunderstück besteht von innen nach außen aus Schichten aus FeO, FCiO₄ und FdOj. Während seiner Anfangswi phase, d.h. wenn es sehr klein ist. kühlt es aufgrund der guten Haftung am Stahlvorblock kaum ab. Wenn die Größe des Zunderstückes allmählich zunimmt, löst es sich vom Stahlvorblock aufgrund des unterschiedlichen Wachstums der jeweiligen Schichten. Jc mehr sich das («5 Zunderslück abschält, desto schlechter wird die Wärmeleitung zwischen dem Zunderstück und den Stahlvorblock, so daß das Zunderstück abkühlt, da nun nicht mehr genug Wärme nachfließt. Ein größeres Zunderstück

schält sich ab und kühlt stärker ab, so daß es dunkler erscheint.

Dagegen ist die Wellenform eines durch Haftzunder hervorgerufenen Signals in der Regel breit, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. Die Wellenform störenden bzw. fesl. anhaftenden Haftzunders hat verhältnismäßig geringe Tiefe (weniger öunkel), wie dies in Fig. 16 gezeigt ist. Fester Haftzunder kühlt nämlich langsamer ab. Im Gegensatz dazu ist die Wellenform von teilweise abgeschältem, weniger störendem Haftzunder tiefer, da er schneller abkühlt. Große Haftzunderstellen haben in der Regel größere dunkle Flächen.

Um herauszufinden, ob die Breite und die Tiefe der Wellenform des Videosignals als Parameter zur Unterscheidung zwischen Haftzunder und losem Zunder und zur Beurteilung des Ausmaßes, in dem festgestellter Haftzunder störend ist und somit einen echten Fehler darstelle, benutzt werden können, wurde ein Diagramm von ungefähr 500 Zunderstücken und 30 Haftzunderstellen angefertigt, das in Fig. 17 dargestellt ist. Als Ergebnis zeigte sich, daß eine verhältnismäßig ausgeprägte Korreiaüon zwischen Breite und Tiefe der Wellenförrnen von (losem) Zunder besteht, daß Haftzunder deutlich unterscheidbar von losem Zunder ist und daß Haftzunder von nicht akzeptabler oder störender Art in einem bestimmten Bereich auftritt. Durch Berücksichtigung einer funktioneilen Beziehung, die die Fehlerhaftigkeit mittels der Breite und der Tiefe der erzeugten Videosignale definiert, im Signalverarbeitungssystem ist es daher möglich. Ausgangssignale zu erhalten, bei denen berücksichtigt ist, ob ein festgestellter Oberflächenfehler von zulässiger Art oder nicht ist.

Während der Signalverarbeitung werden diejenigen der Videosignale, die niedriger als ein vorgegebener Normalwert Po sind, jeweils herausgezogen, um ihre Tiefe P und ihre Breite W zu berechnen, wobei dann auf der Grundlage der Kombination der Parameter P und W beurteilt wird, ob der entsprechende Fehler annehmbar ist oder nicht. Zu diesem Zweck wird ein Fehlerdalendiagramm für die Kombinationen aus dem Parameter P und W hergestellt, indem Videosignale mit verschiedenen P-W-Kombinationen, wie sie bei zumindest einem Stahlvorblock erhalten werden, in Beziehung gesetzt werden zur tatsächlichen Beschaffenheit der entsprechenden Oberflächenabschnitte. Auf der Grundlage des so erhaltenen Meßwertdiagrammes ist der Diskriminantenwert durch folgende Fehlerdiskriminantengleiehung definiert:

J(P. W) =

- P₁₁)",

Die Größen α, β und ;■ werden vorher experimentell bestimmt. Wenn gilt:/(P. W)^l. wird das Signal als »fehlerhaft« beurteilt. Wenn gilt: J(P. W) < 1. wird das Signal als »nicht fehlerhaft« beurteilt. Bei dieser Entscheidung werden die Werte der Parameter P und W des zu beurteilenden Videosignals in obige Gleichung eingesetzt.

Im folgenden wird auf die Fig. 18 und 19 Bezug genommen, die Blockdiagramme eines Systems zur Durchfuhrung des vorstehend beschriebenen Signalverarbeitungsverfahrens zeigen, Fig. 18 ist ein Blogkdiagramm des gesamten Signalverarbeitungssystems, und Fig. 19 ist ein Blockdiagramm einer Diskriminantcn- bzw. Entscheidungssehaltung, die ein wesentliches Element des Systems darstellt.

Im folgenden wird zunächst auf Fig. IS eingegangen. Das von einer elektrooptischen Bildaufnahrnuvorrichlung 202. die das Bild eines wurmen strahlenden Blocks 201 (bzw. Vorblocks bzw. Bramme) aus Stahl aufnimmt, erzeugte Videosignal KSi wird einem Speicher 203 und gleichzeitig über einen automatischen Verstärkungsregler 204 einem A/D-Wandler 205 mit Abfrage- und Halteschaltung zugeführt, der das Videosignal KSi in ein Digitalsignal VS- umwandelt. Das Digitalsignal VS₂ wird an einen Normalverteilungsdetektor 207, der an seinem Ausgang ein Normalverteilungssignal erzeugt, sowie eine Verzögerungsleitung gegeben, die als Video-Ki Zeitausgleichsschaltung 206 ausgebildet ist. Eine Subtraktionsschaltung 208 erzeugt ein Abweichungssignal a VS. das die Differenz zwischen dem ursprünglichen Videosignal und dem Normalverteilungssignal wiedergibt. Das Abweichungssignal α VS wird an einen Haftzunderdetcktor 209 gegeben, der aus einem Vergleicher 210. einem Signalhöhendetektor 211, einem Signalbreilendetektor 212 und einer Funktionsschaltung 212 besteht. Der Haftzunderdetektor 209 vergleicht das Abweichungssignal a VS mittels des Vergleichers 210 mit 2" dem vorgegebenen Wert bzw. Normalwert Po. Der Signalbreitendetektor 212 umfaßt eine Torschaltung 214, einen Breilenzähler 215 sowie Speicherregister 216 für die Breite, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist, und zählt die Taktimpulse während einer Zeitdauer, während der das Abweichungssignal α KS unter dem vorgegebenen Normaiwert Po liegt, und speichert zeitweilig die Breite W des Signals einer Haflzunderstelle bzw. eines Zunderstücks im Speicherregister 216. Der Signalhöhendetektor 211 umfaßt einen Vergleicher 217, Speicherregister 218, eine w Wählschaltung 219, eine Torschaltung 220 sowie Speicherregister 221 für die Signalhöhe, wie dies in Fig. 19 dargestellt ist. Das Abweichungssignal α VS vom Vergleicher 210 wird auch dem Signalhöhendetektor 211 zugeführt, der aufeinanderfolgend den Wert Pder Höhe (bzw. Tiefe) des Abweichungssignals während der Zeitdauer berechnet, in der das Abweichungssignal α VS kleiner als der vorgegebene Wert Po ist, und das Ergebnis zeitweilig im Speicherregister 221 speichert. Wenn das Abwcichunjissignal α VSgrößer als der vorgegebene Wert •κι Po wird, wird der Torimpuls G zu logisch »0«, und während der abfallenden Flanke des Torimpulses werden P und W aus dem Speicherregister 221 bzw. 216 abgelesen und auf den Adresseneingang des PROM. d.h. des programmierbaren Festwertspeichers, einer Funktionsschaltung 222 gegeben. Außerdem wird der Torimpuls direkt auf den Leseausgang des PROM gegeben, so daß die Werte der Funktion J(P. W). die zuvor im PROM als Fehlerdaten gespeichert worden sind, während der abfallenden Flanke des Torimpulses zu den Speicherregistern 5(1 223 übertragen und dort gespeichert werden. Diese Prüfung bzw. Entscheidung kann durchgeführt werden, indem die Diskriminantenwerte im PROM gespeichert werden, wie dies für das folgende »Beispiel 1« beschrieben wird, oder mittels einer PLA (programmierbaren Logik- >5 schaltung) oder mittels eines Mehrfach-Funktionsgenerators (für analoge Signale).

Auf diese Weise wird beim Auftreten eines durch Haftzunder oder Zunderstücke verursachten Signals als Ausgangssignal eine Größe erhalten, die ein Maß für das n> Ausmaß der Fehlerhaftigkeit ist. Dies geschieht in Echtzeit, d,h, innerhalb eines Taktimpulses nach dem Ende des Eingangssignals. Die Ergebnisse der Berechnung werden über die Speicherregister 223 zu einem Rechnei 224 übertragen, und nach Berechnung der gesamter <^ Fläche der Fehler und weiteren Beurteilungen, wie bei spiclsw.'isc einer Unterscheidung n;ich den Fehlerorlcn an einen Monitor 226 und einen Drucker 227 gegeben um /ur Steuerung von angeschlossenen (iuriilen hcnul/t

Dieses Signalverarbeitungssyslem löst vollständig das bei herkömmlichen Systemen auftretende Problem, daß es wegen der Vielfalt hinsichtlich Grolle und Helligkeit schwierig ist, Haftzunder im Strahlungsbild von warmen Blöcken aus Stahl oder dergleichen allein aus der Amplitude der Signale zu erkennen. Aufgrund der besonderen Eigenschaften des vorstehend beschriebenen Systems kann dieses Haftzunder und insbesondere nicht akzeptablen Haftzunder erkennen. Diese hervorragenden Eigenschaften des Signalverarbeiiungssyslems werden ausführlicher unter Bezugnahme auf die Fig. 20 und 21 erläutert.

In Fig. 20 ist ein Normalverteilungssignal α dargestellt, das aus einem Videosignal α eines Strahlungsbildcs erzeugt wurde. Ferner ist in Fig. 20 ein Abweichungssignal h dargestellt, das die Differenz zwischen den Signalen a' und α ist. Die Kurve c gibt die durch die vorstehend beschriebene Signalverarbeitung erzielten Ergebnisse wieder, wobei (lose) Zunderstücke ausreichend unterdrückt sind, wogegen Haftzunderstellen betont dargestellt sind. Bei einem Strahlungshild, das auf feste Haftzunderstellen, die einen höheren Grad an Fehlerhaftigkeit haben, und teilweise abgeschälte Haftzunderstcllen, die einen niedrigeren Grad der Fehlerhaftigkeit haben, sowie auf eine große Anzahl loser Zunderstücke zurückgeht, wie dies durch die Kurve α in Fig. 21 dargestellt ist, würden dann, wenn die Beurteilung allein aufgrund der Dunkelheit (Tiefe) der Signale erfolgte, Ergebnisse erzielt werden, die den umgekehrten Grad der Fehlerhaftigkeit anzeigen und zudem mit Störrauschen aufgrund von losen Zunderstücken behaftet sind. Wenn die Beurteilung andererseits allein aufgrund der Breite der Signale erfolgen würde, wäre es schwierig, genau das Ausmaß der Fehlerhaftigkeit der Obcrflächenfehler anzugeben; dies steht im Gegensatz zu den Ergebniswerten gemäß c in Fig. 21, die proportional zum Ausmaß der Fehlerhaftigkeit sind.

Beispiel 1

Warmer Stahlwerkstoff: Vorblock (unberuhigter Stahl)

Stahltemperatur: 1150 C (gemessen in der Mille der Oberseite)

Elektrooptisch« Bildaufnahmevorrichtung: 2048-Bit-Fistkörper-Bildsensor

Vorgehen

Die Videosignale eines Strahlungsbildcs des wurmen Vorblocks aus Stahl, die mittels des Feslkörpcr-Bildsensors aufgenommen wurden, wurden über einen automatischen Verstärkungsregler zu einem A/D-Wandler mil schneller Abtast- und Halteschaltung geleitet, der die Videosignale in 8-Bit-Digitalsignalc KS umwandelte. Die Digitalsignale wurden einerseits wcitcrvcrarbeitct, indem zweidimensional für eine bestimmte Fläche die Maxima gehalten wurden und ein Mittelwert gebildet wurde, um auf diese Weise Normalverteilungssignalc NOR zu erzeugen, die der ungleichmäßigen Tempcraturverleilung folgen, die der Stahlwerksloff von sich aus hai. Ferner wurden die Digitalsignale mit Hilfe von Schieberegistern verzögert, und zwar für diejenige Zeitdauer, die zur Erzeugung der Normalverteilungssignale NR benotigt wird. Ein Abweichungssignal a VS wurde durch Subtraktion des Normalvertcilungssignals vom verzogenen Digitalsignal erzeugt, und diejenigen Abschnitt!.¹ des Abweichungssignais « KV, die unter einem vorgegebenen Wert Pa (=· -0,1 V) lagen, der unter Berücksichtigung des Rauschpegels (<50mV), bestimmt wurde, wurden herausgezogen, um die Tiefe P (V) und die Breite Wjmm) des jeweiligen Signals zu berechnen (siehe Fig. 22). Einige Signale, die auf Zunderstücke und Haftzunder zurückgingen, wurden stichprobenartig ausgewählt und hinsichtlich des Ausmaßes der Fehlerhaftigkeit überprüft, wobei die Korrelation mil der Kombination der Parameter (/\ H") festgestellt wurde. Fig. 23 zeigt ein Fehlerdatendiagramm für sechs Haftzunderstellen und sieben Zunderstücke, die auf diese Weise überprüft wurden. Die Parameter für die Diskriminantenkurve L\

z + \ß(P-P₀)\^T

die die Bereiche der Haftzunderslellcn und Zunderstücke trennt, wurden bestimmt. Es ergaben sich α = 2, β -7,5 und ν = 2- Durch Einsetzen dieser Werte wurde folgende Diskriminantengleichung erhalten

j (P. W)

2+ [7.5(P- P_nYr ßP, W) _;:1: »fehlerhaft«
J(P. W)< 1: »nichl fehlerhaft«

Nachdem die Diskriminantengleichung (4) bestimmt war, konnten Haftzundcrstellen an Vorblöcken aus Stahl der gleichen Art automatisch erkannt und herausgefunden werden, indem einfach in die Diskriminantengleichung (4) die Werte der Parameterkombination (P. W) eingesetzt wurden, die auf vorstehend beschriebene Weise berechnet wurden. Im praktischen Betrieb wird das Ergebnis der Diskriminantengleichung (4) als Datenausgang eines PROM erhalten, an dessen Adresseneingänge die Werte von P und W gegeben werden, so daß schließlich die Signale unterschieden werden, wie dies im Diagramm gemäß Fig. 24 dargestellt ist. Eine Überprüfung von 62 Parameterkombinationen (P, W), die für neue, d.h. andere Videosignale berechnet wurden, ergab die in der folgenden Tabelle angegebene Besiimmungsra-Ic, die wesentlich höher als die Bestimmungsrate ist, die durch herkömmliche Prüfverfahren auf der Grundlage der Signaltiefe oder der Signalbreite allein erreichbar ist.

Tabelle

Bestimmungsratc 97.2%

Fchlbestimmung 2,8%

Überbestimmung 7.7%

Beispiel 2

Warmer StahlwerkstolT: Vorblock (halbberuhigter Stahl)

Stahllemperalur: 1200 C (in der Mitte der Oberseite gemessen)

Elektrooptischc Bildaufnahmevorrichlung: 2048-Bit-Feslkörpcr-Bildsensor

Vorgehen

Die Tide P(V) und die Breite (mm) der Signale wurden auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 berechnet. Mehrere Hal'lzunderstellen und Zunderstücke wurden stichprobenausgewählt, um ein Kehlerdatendiagramm (siehe

17

Fig. 25) anzufertigen, wobei IO Zunderslüeke und X Haftzunderstellen ausgewertet wurden (3 Haflziinderstellen vom R-Typ, 4 Haftzunderstellen vom T-Typ und 1 Haftzunderstelle vom F-Typ). Auf der Grundlage dieser Verteilung der Haftzunderstellen und Zunderstücke wurden die Parameter α, β und ;■ in der folgenden Diskriminantenkurve L₂ bestimmt:

^W =1

α+ 'JHP-P_nVr

Dabei ergaben sich α = 7.5. />' = 7.5 und ;· -- 2. so daß galt

^fiP-^W)= 7.517.5,"-.»..,- ⁽⁵⁾

/(/>. HO ^ 1: »Ichlerhaft«
./'(/". HO < 1: »nicht fehlerhaft«.

" Das Ergebnis der Signalunterscheidung mit Hilfe der DiskriminaptMigleichung (5) ist graphisch in Fig. 26 wiedergegeben. Auf Haftzunder zurückgehende Signale konnten deutlich unterschieden werden von auf Zundcrstücke zurückgehenden Signalen, wobei eine ebenso hohe Bestimmungsrate wie bei Beispiel 1 erreicht wurde. Durch Verwendung einer zusätzlichen Diskriminanienkurve L_f (siehe Fig. 25) ist es möglich, des feslcn Haftzunder vom R-Typ, der ähnlich wie Risse ein hohes Maß an Fehlerhaftigkeit hat. von normalem Haftzunder vom T-Typ und von teilweise gelöstem Haftzunder vom F-Typ zu unterscheiden, so daß eine Beurteilung unter Berücksichtigung des Ausmaßes der Fehlerhaftigkeit möglich ist.

Hierzu 17 Biati Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung von Fehlern auf der Oberfläche eines warmen Werkstücks, bei dem ein Videosignal durch elektrooptische Abtastung der Werkstücksoberfläche erzeugt und aus dem Videosignal ein abgeleitetes Bezugssignal gewonnen wird, mit dem das Videosignal zur Fehlerermittlung verglichen wird, dadurch gekennzeichnet,daßdas Vidcosi- κι gnal zugleich einer Verzögerungseinrichtung (5), die es für ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert, und einer Maximalwert-Halieschaltung (6) zugeführt wird, die die Spitzenwerte des in jeder Abtastzeile mit Hilfe von Bildteilimpuisen in eine Anzahl von Bildelcmenten unterteilten Videosignals hüll, daß als Bezugssignal für jedes Bildelement aufeinanderfolgend ein Normalverteilungssignal durch Mittelwertbildung aus den Spitzenwerten mehrerer Bildelemente in aneinandergrenzenden Bereichen gebildet wird, wo- a> bei zur ti'jttelwertbüdung das Video- oder Spitzensigna! niit einem ir. einem vorangehenden Zyklus gewonnenen momentanen Normalvericilungssignal verglichen und bei einen vorgegebenen Wert überschreitenden Abweichungen hiervon unterdrückt und durch ein zuvor erhaltenes Signal oder einen zuvor erhaltenen Spitzenwert ersetzt wird, und daß das in der Verzögerungseinrichtung (5) gespeicherte verzögerte Videosignal mit dem Normalverleilungssignal verglichen wird, um einen Oberflächenfehler aus der » Differenz zwischen dem verzögerten Videosignal und dem NonrV.verteilungssignal zu ermitteln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunäcnst die in Längs- und Querrichtung in zahlreiche Bildele-nentf unterteilte Oberfläche des Werkstücks untersucht wird, indem eine kleine Prüffläche, die eine bestimmte Anzahl von Bildelcmenten in Zeilen und Spalten abdeckt, nacheinander von Bildelement zu Bildelement verschoben wird, wobei in jeder neuen Lage der kleinen Prüffläche die Anzahl der durch Vergleich des Videosignals oder Spitzensignals jedes Bildelementcs mit dem Normalverteilungssignal erhaltenen Bildclernentdaten in der kleinen Prüffläche verglichen wird mit der Gesamtanzahl der Bildelemente der kleinen Prüffiächc, und daß dann die Oberfläche untersucht wird, indem eine große Prüffläche, die eine bestimmte Anzahl von Bi'ideiementen in Zeilen und Spalten abdeckt, nacheinander von Bildelement zu Bildelcrrent verschoben wird, wobei in jeder neuen Lage der großen Prüffläche ?n die Anzahl der Bildelementdate.n in der großen Prüffläche verglichen wird mit der Gesamtzahl der Bildelcmente der großen Prüffläche.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen fallenden Abschnitte des Videosignals ausgewertet werden, die unter einen vorgegebenen Normalwert (Po) sinken, daß die Tiefe (P) und die Breite (W) jedes derartigen fallenden Signalabschnittes berechnet wird und daß ein Diskriminantenwert aus der Fehlerdiskriminantcnglei- «> chung