DE3021448A1 - Verfahren und anordnung zur erfassung raeumlicher abweichungen von einer glatten ebene an oberflaechen von gegenstaenden - Google Patents

Verfahren und anordnung zur erfassung raeumlicher abweichungen von einer glatten ebene an oberflaechen von gegenstaenden

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DE3021448A1
DE3021448A1 DE19803021448 DE3021448A DE3021448A1 DE 3021448 A1 DE3021448 A1 DE 3021448A1 DE 19803021448 DE19803021448 DE 19803021448 DE 3021448 A DE3021448 A DE 3021448A DE 3021448 A1 DE3021448 A1 DE 3021448A1
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Hans-Helmut Dipl.-Phys. 7500 Karlsruhe Marguerre
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

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Description

  • Verfahren und Anordnung zur Erfassung räumlicher Abwei-
  • chungen von einer glatten Ebene an Oberflächen von Gegenständen 1. Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der optischen Meßtechnik und ist bei der opto-elektronischen Erfassung von räumlichen Unregelmäßigkeiten an der glatten Oberfläche von Gegenständen anzuwenden. Ein spezielles Anwendungsgebiet ist die Oberflächenprüfung an Stoßfängern von Kraftfahrzeugen.
  • 2. Technischer Hintergrund Die meßtechnische Erfassung von Oberflächenstrukturen ist in verschiedenen Bereichen der Technik von Bedeutung.
  • Beispielsweise bei der kontinuierlichen Erzeugung oder Veredelung von Materialbahnen wie Blechen, Folien aus Metall, Kunststoff oder Papier oder von Glasflächen oder Textilbahnen kommt es darauf an, Oberflächenfehler wie beispielsweise Kratzer, Lunker, Dickenschwankungen u. a.
  • möglichst frühzeitig und sicher zu erfassen. Die hiermit verbundenen Bemühungen um Qualitätssicherung in Verbindung mit automatischen Fertigungsabläufen und hohen Fertigungsgeschwindigkeiten zielen darauf ab, die jeweils erforderliche Messung oder Prüfung automatisch durchführen zu können. So ist beispielsweise für Materialbahnen ein automatisches Oberflächenprüfsystem bekannt, bei dem die durchlaufende Materialbahn mittels eines Laserstrahls quer abgetastet wird. Hierzu wird der Laserstrahl mit einem Polygon-Spiegelrad auf die Materialbahn gelenkt.
  • Die reflektierten Lichtimpulse werden mittels sogenannter Foto-Multiplier in elektrische Impulse umgewandelt und diese elektronisch ausgewertet (Zeitschrift "messen und prüfen/automatik", Oktober 1977, Seiten 637 bis 641).
  • Eine meßtechnische Erfassung von Oberflächenstrukturen erfolgt beispielsweise auch bei der Rauhigkeitsmessung von Materialoberflächen, insbesondere von Metallflächen im Anschluß an eine spanende Bearbeitung oder an eine Oberflächenschlichtung durch Schleifen, Läppen und Polieren. Die Erfassung von Oberflächenstrukturen ist auch dann von Bedeutung, wenn in stärkerem Maße die dritte Raumdimension für einen Arbeitsablauf oder ein Meßergebnis von Bedeutung ist, wie es beispielsweise bei der Kontrolle des Materialflusses in der Serienfertigung oder bei der Steuerung von automatischen Handhabungsgeräten wie Industrierobotern der Fall ist (IITB-Mitteilungen 1976/Seiten 19 bis 22; Zeitschrift "Feinwerktechnik und Meßtechnik", 1979, Heft 2, Seiten 83 bis 86). Hierbei spielen die Identifizierung von verschiedenartigen Objekten, die Bestimmung von Lage und Orientierung bei gleichartigen Objekten, die Unterscheidung von anfangs gleichartigen Objekten, die bei fortschreitender Bearbeitung verformt werden, die meßtechnische Erfassung von Formabweichungen bei Objekten mit vorgegebener Oberflächenbeschaffenheit (z. B. Formen zum Stanzen und Pressen) und die Werkstückprüfung durch Messung von Verformungen unter mechanischer Belastung oder bei Temperaturänderung eine besondere Rolle ("Feinwerktechnik und Meßtechnik", 1979, Heft 2, Seiten 86 bis 88; "Feinwerktechnik und Meßtechnik", 1979, Heft 5, Seiten 216 bis 220).
  • Eine meßtechnische Erfassung von Körpern oder Körperstellungen liegt beispielsweise auch bei der bekannten Achsvermessung von Kraftfahrzeugen vor, bei der die Lage eines an einem Spiegel reflektierten und auf eine Fernsehaufnahmeröhre projizierten Lichtpunktes ermittelt und elektronisch ausgewertet wird (DE-OS 23 53 965).
  • In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß es auch bekannt ist, Flächeninhalte oder andere zweidimensionale Strukturen durch Auswertung des Bildsignals einer Fernsehkamera zu bestimmen (Werbeschrift "Messende TV-Systeme" der Firma Hammamatsu; Werbeschrift "Sehen und Steuern - Automatisches Bildauswertesystem" der Firma Siemens, Nr. 678/1002, April 1980). Weiterhin ist es im Bereich der Röntgendiagnostik bekannt, Details eines mittels einer Fernsehkamera erzeugten Bildes dadurch hervorzuheben, daß man das Verfahren der Subtraktion eines unscharfen Bildes von einem scharfen Bild anwendet (VDI-Nachrichten Nr. 18/1971, Aufsatz "Fernsehtechnik in der Röntgendiagnostik").
  • 3. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe Ausgehend von einem Verfahren zur Erfassung räumlicher Abweichungen von einer glatten Ebene an der spiegelnden bzw. reflektierenden oder diffus streuenden Oberfläche von Gegenständen, bei dem die von einer oder mehreren Lichtquellen ausgehenden, an der spiegelnden bzw. reflektierenden oder diffus streuenden Oberfläche reflektierten Lichtstrahlen erfaßt und deren Helligkeitsunterschiede auf elektrischem Wege ermittelt und dann ausgewertet werden, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren derart weiterzuentwickeln, daß damit auch dreidimensionale Oberflächenstrukturen meßtechnisch erfaßt werden können.
  • Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anordnung zu schaffen.
  • b) Lösung Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß als Lichtquelle eine leuchtende Fläche mit gleichmäßiger Helligkeitsverteilung verwendet wird, deren Lichtstrahlen der spiegelnden bzw. reflektierenden oder diffus streuenden Oberfläche über ein optisches Gitter zugeführt werden, daß die derart beleuchtete Oberfläche auf die lichtempfindliche Schicht einer Fernsehkamera abgebildet wird und daß das Bildsignal der Fernsehkamera (Videosignal) hinsichtlich der Helligkeits- bzw. Kontrast unterschiede der beleuchteten Oberfläche ausgewertet wird; alternativ kann als Lichtquelle eine leuchtende Fläche mit ungleichmäßiger oder periodischer Helligkeits- oder Farbverteilung oder eine regelmäßige Anordnung mehrerer punktförmiger Strahler verwendet werden, oder es kommt als Lichtquelle eine Bildvorlage mit periodischer oder aperiodischer, schwarzweißer oder farbiger Helligkeitsstruktur in Betracht, die auf die spiegelnde bzw. reflektierende oder diffus streuende Oberfläche aufprojiziert wird.
  • c) Vorteile Bei einem derart ausgebildeten Verfahren ist gewährleistet, daß verschiedenartige Objekte mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit hinsichtlich ihrer Oberflächenstruktur meßtechnisch erfaßt werden können. Dabei ist wesentlich, daß die Objekte eine reflektierende oder spiegelnde Oberfläche aufweisen. Die Erfindung geht hierbei von der Annahme aus, daß die jeweilige Oberfläche aus einer großen Anzahl von Punkten besteht; dann wird bei einer diffus streuenden Oberfläche das auftreffende Licht vom einzelnen Punkt nahezu gleichmäßig in alle Richtungen, d. h. in einem Lampertschen Kreis, gestreut. Ein Oberflächenfehler beeinflußt dann hauptsächlich den remittierten Lichtstrom und nicht die Form des Streukreises. Dagegen wird bei metallischen Oberflächen auftreffendes Licht in einen reflektierten (gespiegelten) und einen remittierten (diffus gestreuten) Lichtanteil von der Oberfläche zurückgeworfen. Eine Abweichung der Oberflächenstruktur von einem glatten, ebenen Verlauf beeinflußt dann den Reflektionswinkel des reflektierten Lichtanteils gegenüber dem einfallenden Licht und bewirkt keine oder nur eine geringe Änderung des gesamten Lichtstromes. Mit dem neuen Verfahren wird dabei erreicht, daß die von einer glatten Oberfläche abweichenden Oberflächenteile mit Kontrast dargestellt werden und rauch vermessen werden können.
  • d) Weitere Ausgestaltungen Zur Durchführung des neuen Verfahrens ist grundsätzlich eine Anordnung geeignet, die aus einer Beleuchtungseinrichtung für die zu beobachtende Oberfläche, einem die reflektierten Lichtstrahlen aufnehmenden und in elektrische Impulse umwandelnden Lichtempfänger und einer nachgeschalteten elektrischen/elektronischen Auswerteeinrichtung besteht und bei der die Beleuchtungseinrichtung aus einer leuchtenden Fläche mit gleichmäßiger Helligkeitsverteilung besteht, wobei zwischen der leuchtenden Fläche und der beleuchteten Oberfläche ein optisches Gitter angeordnet ist, bei der weiterhin die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung schräg zur beleuchteten Oberfläche angeordnet ist oder bei der zwischen der leuchtenden Fläche und der beleuchteten Oberfläche ein halbdurchlässiger Umlenkspiegel angeordnet ist und bei der der Lichtempfänger aus einer Fernsehkamera besteht, der ein Monitor und/oder eine Einrichtung zur elektronischen Auswertung von Fernsehsignalen nachgeschaltet ist; alternativ kommen als Beleuchtungseinrichtung auch leuchtende Flächen mit periodischer oder aperiodischer Helligkeits- oder Farbverteilung oder eine größere Anzahl gruppenweise in bestimmten Abständen zueinander angeordneter kleinerer Lichtquellen in Betracht.
  • e) Ausführungsbeispiele Das neue Meßverfahren und die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bestehen im wesentlichen aus einem optischen und einem elektronischen Teil. Ausführungsbeispiele hierfür in Verbindung mit entsprechenden Diagrammen und Oberflächenbildern sind in den Figuren 1 bis 33 dargestellt. Anhand dieser Figuren wird die Erfindung nachfolgend im Detail erläutert.
  • Die im folgenden beschriebenen Optik-Anordnungen sind gekennzeichnet durch die Verwendung einer Beleuchtung mit Helligkeitsunterschieden (Kontrast). Diese Helligkeitsunterschiede können entweder am Ort der Lichtquelle oder am Ort der beleuchteten Oberfläche bzw. auf der Oberfläche des beleuchteten Gegenstandes vorliegen. Daher kann man das hierbei verwendete optische Prinzip mit "Beleuchtungskontrast" bezeichnen. Im Hinblick auf die Lichtquelle und die beleuchtete Oberfläche können dabei zwei Methoden unterschieden werden: 1. Bei der meßtechnischen Erfassung von Oberflächen, die zumindest teilweise das Licht reflektieren (beispielsweise lackierte oder verchromte Metalloberflächen wie Auto-Karosserien, Stoßfänger, Zierleisten, Blenden sowie Reflektoren für Leuchten oder bei Karosserieteilen, Blenden oder Stoßfängern für Kraftfahrzeuge aus Kunststoff oder bei Materialbahnen aus Glas oder Metall), ist die sogenannte "Reflexions-Methode" geeignet, bei der eine leuchtende Fläche mit periodischer Helligkeitsverteilung als Lichtquelle eingesetzt wird.
  • 2. Unabhängig davon, ob es sich bei der meßtechnischen Erfassung der Oberfläche um eine reflektierende oder eine diffus streuende Oberfläche handelt, kann mit der Aufprojektion eines bestimmten Helligkeitsmusters gearbeitet werden. Bei dieser "Projektions-Methode" kann beispielsweise ein auf die Oberfläche projizierter heller Streifen als Profillinie des betreffenden Objekts gedeutet werden.
  • In jedem der beiden Fälle ist es Aufgabe der Fernsehkamera mit nachgeschalteter Elektronik, die mit optischen Mitteln sichtbar gemachten und im Kontrast verstärkten Formen oder Formabweichungen quantitativ und/oder qualitativ auszuwerten.
  • I. Die Reflexions-Methode Für diese Methode ist charakteristisch, daß als Licht- quelle zur Beleuchtung der jeweiligen Oberfläche bzw.
  • einzelner oder mehrerer Objekte eine Lichtquelle verwendet wird, die eine ungleichmäßige oder periodische Helligkeits- und/oder Farbverteilung aufweist.
  • I.1 Schrägstellung der optischen Achsen Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Figur 1 in schematischer Darstellung. Der zu beobachtenden Oberfläche 1 eines nicht näher bezeichneten Gegenstandes ist eine Beleuchtungseinrichtung zugeordnet, die aus dem Projektor 10, der leuchtenden Fläche 11 in Form einer Opalglasscheibe und der Fresnel-Linse 12 besteht. Die optische Achse p der Beleuchtungseinrichtung verläuft schräg zu der zu beobachtenden Oberfläche, so daß die von der leuchtenden Fläche 11 ausgehenden Lichtstrahlen unter einem entsprechenden Winkel reflektiert und von der Fernsehkamera 20 aufgenommen werden können, deren optische Achse k ebenfalls schräg zur zu beobachtenden Oberfläche 1 verläuft. Bei der dargestellten Anordnung wird mittels des Projektors 10 ein Schwarzweißmuster oder ein Farbmuster mit ungleichmäßiger oder periodischer Helligkeits- und/oder Farbverteilung auf die Opalglasscheibe 11 aufprojiziert, die damit eine leuchtende Fläche mit ungleichmäßiger oder periodischer Helligkeits- und/oder Farbverteilung bildet.
  • Durch die nachgeschaltete Fresnel-Linse 12, die gegebenenfalls auch entfallen kann, läßt sich die Ausleuchtung der Oberfläche 1 verbessern und gleichzeitig die Beleuchtungsstärke auf den Sensor der Fernsehkamera 20 erhöhen.
  • Mittels der Fresnel-Linse 12, die auch allein anstelle der Opalglasscheibe 11 angeordnet sein kann, werden dabei die Pupillen des Objektivs des Projektors 10 und des Objektivs der Kamera 20 ineinander abgebildet.
  • Anstelle der dargestellten Anordnung kann die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise auch durch Zusammenfügen mehrerer einzelner Lichtquellen, also durch eine regelmäßige Anordnung mehrerer punktförmiger Strahler aufgebaut sein.
  • Beispielsweise kommen als punktförmige Strahler Leuchtdioden in Betracht. Weiterhin kann die leuchtende Fläche der Beleuchtungseinrichtung aus einer Streuglasscheibe mit dahinter angeordneten punktförmigen Lichtquellen bestehen.
  • Dabei mui3 dann die periodische oder ungleichmäßige Helligkeits- und/oder Farbverteilung der leuchtenden Fläche auf der Streuglasscheibe selbst durch ein Muster vorgegeben sein. Unabhängig davon, ob das Helligkeits- und/oder Farbmuster auf der leuchtenden Fläche selbst vorliegt oder auf eine Opalglasscheibe aufprojiziert wird, können sich die Flächen unterschiedlicher Helligkeit einander konzentrisch, linear oder zweidimensional abwechseln. Beispielsweise kann das Muster aus einer hellen Kreisfläche auf dunklem Untergrund oder aus einer dunklen Kreisfläche auf hellem Untergrund bestehen. Ein einfaches Muster wäre auch ein schwarzer Balken auf hellem Untergrund oder mehrere beliebig orientierte helle Streifen auf dunklem Untergrund.
  • Es können aber auch schachbrettartige Muster aus abwechselnd hellen und dunklen Quadraten oder Muster aus hellen und dunklen Dreiecken, Kreisen, Rechtecken usw. verwendet werden. Diese Flächen lassen sich alternativ oder auch zusätzlich zu einer schwarzweißen Ausgestaltung mit Farben beleben. Dabei können entweder fließende Farbübergänge verwendet oder bestimmte Farbarten den einzelnen Teilflächen zugeordnet werden.
  • Sofern man relativ grob strukturierte Helligkeitsverteilungen, beispielsweise helle Quadrate auf dunklem Untergrund, für die leuchtende Fläche verwendet, eignen sich diese insbesondere zur Kontrastverstärkung von feinen Strukturen auf der zu prüfenden Oberfläche, beispielsweise zur Kontrastverstärkung von Kratzern, Schleifspuren, kleinen Beulen, Wellen und Einschlagstellen. Insofern ist diese Art der Beleuchtung insbesondere zur Erfassung räumlicher Abweichungen von einer glatten Ebene an Karosserieteilen, Stoßfängern, Zierleisten, Blenden von Kraftfahrzeugen sowie Reflektoren für Leuchten geeignet, weiterhin zur Überprüfung von Karosserieteilen, Blenden und Stoßfängern aus Kunststoff oder von Materialbahnen aus Glas und Metall. Außerdem besteht bei dieser Art der Beleuchtungseinrichtung die Möglichkeit zur Darstellung und Messung der Oberflächenrauhigkeit von Gegenständen. Für die der Fernsehkamera nachgeschaltete Auswerteelektronik ist in diesem Fall eine Filterung sinnvoll, welche die relativ groben, unscharf abgebildeten Bilddetails der leuchtenden Fläche eliminiert und nur die feinen, scharf abgebildeten Bilddetails der zu prüfenden Oberfläche im Videosignal beläßt.
  • Zur Erfassung von Verformungen an der zu prüfenden Oberfläche ist auch ein Gitter- oder Strichraster auf der leuchtenden Fläche gut geeignet. Dabei muß die Tiefenschärfe des Kameraobjektivs so eingestellt sein, daß einerseits die zu beobachtende Oberfläche scharf abgebildet wird und andererseits das mitabgebildete Strichraster nur insoweit unscharf abgebildet wird, daß es noch ausreichend im Videosignal durchmoduliert. Für den Fall, daß nur vergleichsweise großflächige Verformungen dargestellt und sonstige kleinere Oberflächenfehler unterdrückt werden sollen, besteht noch die Möglichkeit, das Strichraster scharf und die zu beobachtende Oberfläche unscharf abzubilden. Ein Strich- oder Gitterraster auf der leuchtenden Fläche erhält man beispielsweise dadurch, daß man der Streuglasscheibe auf der der beleuchteten Oberfläche zugekehrten Seite ein optisches Gitter mit einfachem oder gekreuztem Strichraster zuordnet.
  • Teile der zu beobachtenden Oberflåche, die konvex oder konkav gekrümmt sind, stellen sich bei Verwendung von gekreuzten Strichrastern entsprechend Figur 2 bzw. Figur 3 dar.
  • Für Bildvorlagen, die auf der leuchtenden Fläche ein Strichraster ergeben und beispielsweise auf eine Opal- glasscheibe aufprojiziert werden, lassen sich noch folgende Beispiele angeben: Verwendung eines Glastransmissionsgitters, wie es z. B. zur Positionsrückmeldung von Maschinenschlitten in Werkzeugmaschinen verwendet wird (DE-Z "erkstatt und Betrieb", 1979, Heft 11, Seiten 782 bis 786).
  • Gitter abnehmender Linienfrequenz, wie sie beispielsweise zur Messung der Kontrast-Übertragungs-Funktion von Objektiven oder in Fernsehtestbildern zur Messung der frequenzabhängigen Durchmodulation verwendet werden.
  • Raster mit sinusförmiger Transparenz- oder Helligkeitsverteilung, welches sonst zur Bestimmung der Modulations-Übertragungs-Funktion fotografischer Materialien verwendet wird.
  • Rauschraster, wie sie ebenfalls zur Bestimmung der Modulations-Übertragungs-Funktion fotografischer Materialien vorgeschlagen wurden. Ein geeignetes Raster kann beispielsweise durch die entsprechend vergrößerte körnige Struktur eines fotografischen Filmes oder durch Lasergranulation erzeugt werden (DE-Z "Feinwerktechnik und Meßtechnik", 1975, Heft 2, Seiten 40 bis 45).
  • Die im Rahmen der Erfindung verwendete leuchtende Fläche unterschiedlicher Helligkeitsstruktur kann weiterhin aus einem Laser mit zugeordneter Opalglasscheibe bestehen, wobei der Laserstrahl in der Lichtamplitude und Ablenkrichtung entsprechend moduliert wird. Zur Vermeidung von Interferenzen mit der Fernsehabtastung kann die Ablenkung des Laserstrahls entweder sehr viel schneller als die Fernsehabtastung erfolgen, oder es wird eine fluoreszierende Opalglasscheibe als leuchtende Fläche verwendet. Dabei ist es nützlich, wenn der Sensor der Fernsehkamera träge arbeitet und das dem optischen Bild entsprechende Ladungsbild auf dem Target des Sensors bis zur Abtastung rnit dem Elektronenstrahl speichert. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die leuchtende Fläche mit Hilfe einer Kathodenstrahlröhre oder mit Hilfe eines Fernsehmonitors zu erzeugen.
  • I.2 Verwendung eine Umlenkspiegels Für die in Figur 4 dargestellte Anordnung ist charakteristisch, daß die optische Achse p der Beleuchtungseinrichtung (Projektor 10, Opalglasscheibe 11) senkrecht oder annähernd senkrecht zur zu beobachtenden Oberfläche des Gegenstandes 2 verläuft. Die für die Anordnung notwendige Umlenkung der Lichtstrahlen in die Fernsehkamera 20 mit dem Kameraobjektiv 21 erfolgt dabei mit Hilfe eines halbdurchlässigen Umlenkspiegels 13, der zwischen dem zu beobachtenden Gegenstand 2 und der Opalglasscheibe 11 angeordnet ist. Durch die Schrägstellung des Umlenkspiegels 13 gegenüber der optischen Achse p der Beleuchtungseinrichtung ist gewährleistet, daß die von dem Gegenstand 2 reflektierten Lichtstrahlen umgelenkt und über das Objektiv 21 der Fernsehkamera 20 auf die lichtempfindliche Schicht der Fernsehaufnahmeröhre gelenkt werden.
  • Bei dem in Figur 4 zu beobachtenden Gegenstand 2 handelt es sich um einen Stoßfänger für Kraftfahrzeuge, dessen Querschnittsprofil in Figur 5 dargestellt ist. Gemäß dieser Darstellung soll die äußere Oberfläche des Stoßfängers in dem mit bezeichneten Bereich auf Oberflächenfehler hin überprüft werden. Bei diesen Fehlern kann es sich urn Beulen, Wellen, Schleiffehler, galvanische Fehler, Eindrücke, Beschädigungen, Materialfehler, Blasen, Poren, Krater, Abblätterungen oder Putzfehler handeln. Derartige Oberflächenfehler können auch an anderen Produkten mit glatter Oberfläche, beispielsweise an Materialbahnen, Bremszylindern, Bremszylinderkolben oder Reflektoren für Leuchten auftreten, Der in Figur 5 dargestellte Stoßfänger 2 weist in dem zu überprüfenden Oberflächenbereich eine nicht überall geradlinig verlaufende Oberfläche auf. Das erfindungsgemäße Verfahren und die neue Anordnung sind dazu geeignet, gerade auch in Bereichen mit gekrümmter Oberfläche Fehler gut ermitteln zu können Bei der in Figur 4 dargestellten Anordnung ist es dabei notwendig, entweder den Stoßfänger 2 an der Beleuchtungseinrichtung vorbeizuführen oder die aus der Fernsehkamera 20, dem halbdurchlässigen Umlenkspiegel 13, der Opalglasscheibe 11 und dem Projektor 10 bestehende Anordnung längs des Stoßfängers 2 entlangzuführen. Sofern sich die zu überprüfende Oberfläche dabei nicht mit einer einzigen Fernsehkamera erfassen läßt, können gegebenenfalls auch zwei oder mehrere Fernsehkameras angeordnet sein. Gegebenenfalls ist jeder Fernsehkamera eine eigene Beleuchtungseinrichtung zuzuordnen.
  • In den Figuren 6 und 7 ist dargestellt, wie sich zwei verschiedene Punkte A und B einer unversehrten Metalloberfläche t abbilden und aus welchen Bereichen der leuchtenden Fläche 11 dabei das für die Abbildung benötigte Licht stammt. In der Darstellung sind dabei die Randstrahlen des Lichtbündels strichliert und der Mittenstrahl strichpunktiert. Es wird davon ausgegangen, daß die leuchtende Fläche 11 eine periodische Helligkeitsverteilung aufweist, die aus einander abwechselnden hellen Streifen 15 und dunklen Streifen 16 besteht. Bei dem in Figur 6 dargestellten Punkt A der spiegelnden, glatten Metalloberfläche 1 stammen die auf diesen Punkt auffallenden Lichtstrahlen aus einem Bereich eines hellen Streifens 15 der leuchtenden Fläche 11. Betrachtet man dagegen den Punkt B in Figur 7, so stammen die an diesem Punkt reflektierten Lichtstrahlen aus dem Bereich eines dunklen-Streifens 16 der leuchtenden Fläche 11.
  • Wenn nun gemäß Figur 8 an der Stelle A' ein Fehler in der glatten Metalloberfläche vorliegt, so kommen die über das Objektiv 21 in die Fernsehkamera 20 reflektierten Lichtstrahlen aus einem anderen Bereich der leuchtenden Fläche 11, als wenn dieser Fehler nicht vorliegen würde. Die Lichtstrahlen stammen zum Teil aus einem dunklen Streifen 16, zum Teil aber auch von einem hellen Streifen 15 der leuchtenden Fläche 11. Daher erscheint der Punkt A' in anderer Helligkeit als eine unversehrte Oberfläche an der gleichen Stelle. Wegen der hier lokal veränderten Oberflächenkrümmung stammt das zur optischen Abbildung dienende Licht aus anderen Bereichen der leuchtenden Fläche 11 als im Fall der gleichmäßig ebenen Metalloberfläche. Der Punkt A' bedeutet demnach eine singuläre Stelle im Bereich der sonst gleichmäßigen Helligkeit und wird von der Fernsehkamera 20 mit der zugeordneten, hier nicht näher dargestellten Auswerteelektronik als Fehlerstelle erkannt.
  • I.3 Elimination der Rasterstruktur Im späteren Abschnitt III wird dargestellt, wie die in dem Videosignal der Fernsehkamera enthaltenen Bildinformationen des ursprünglichen Bildsignals und des überlagerten Rastersignals aufgrund der Helligkeitsstruktur der leuchtenden Fläche getrennt und unabhängig voneinander ausgewertet werden können. Für diejenigen Anwendungen, bei denen eine getrennte Auswertung des Rastersignals nicht notwendig oder unerwünscht ist, läßt sich dieses Rastersignal bereits mit optischen Mitteln eliminieren. Hierzu können zwei verschiedene Wege beschritten werden.
  • Im ersten Fall wird das Muster bzw. Raster der leuchtenden Fläche im zeitlichen Ablauf derart verändert, daß durch Integration der Bildinformation über ein bestimmtes Zeitintervall das überlagerte Raster bzw. Muster eliminiert wird. Die Integration der Bildinformation kann dabei durch Speicherung der entsprechenden Ladungsbilder auf dem Target des Fernsehsensors (Sperren des Abtast-Elektronenstrahls während dieses Zeitintervalls) oder durch einen getrennten Bildspeicher erfolgen. Die zeit- liche Änderung der Helligkeitsverteilung auf der leuchtenden Fläche wird dabei durch geeignete Bewegung des Rasters bzw. Musters oder durch einen ständigen Wechsel zwischen einem positiven Bild und einem komplementären negativen Bild des Rasters bzw. Musters erreicht. Bei Addition von Bildern einer ebenen Oberfläche mit einem positiven und mit einem negativen Raster wird dann die überlagerte Rasterstruktur eliminiert. Dies gilt jedoch nicht für Oberflächenteile, die räumliche Abweichungen von einer glatten Ebene aufweisen. An diesen Stellen wird das Raster bzw. Muster verformt oder vergrößert oder verkleinertoder unscharf dargestellt. Nach der Addition der beiden Bildinformationen erscheinen dann diese Stellen mit anderer Helligkeit als die sie umgebenden Flächen, oder es bleiben Reste des Rasters bestehen.
  • Die Erzeugung von bewegten oder zeitlich aufeinanderfolgenden komplementären Rastern kann beispielsweise durch Laufbildprojektion eines entsprechenden Filmes oder durch Umschaltung (wechselweise Ein- und Ausschaltung) von mit Blitzlampen ausgerüsteten Projektoren erfolgen oder auch mittels einer leuchtenden Fläche, die aus einer Kathodenstrahlröhre oder dem Bildschirm eines Videomonitors mit zugeordnetem elektronischem Mustergenerator besteht. Eine weitere Möglichkeit ist durch die Verwendung eines entsprechend modulierten und abgelenkten Laserstrahls gegeben.
  • Im zweiten Fall kann die überlagerte Rasterstruktur dadurch eliminiert werden, daß das Raster der leuchtenden Fläche analog und synchron zur Fernsehbildabtastung erzeugt wird. Um dieses Vorgehen zu veranschaulichen, sei nachfolgend ein einzelner, vom Sensor der Fernsehkamera abgetasteter Bildpunkt betrachtet.
  • Um die räumliche Abweichung von einer glatten Ebene eines kleinen Oberflächenteiles, dem dieser Bildpunkt angehört, zu erfassen, ist insbesondere eine leuchtende Fläche gut geeignet, die nur einen hellen Kreis, einen Leuchtfleck oder einen Leuchtpunkt auf dunklem Untergrund enthält. Der helle Kreis oder Leuchtfleck wird nun entsprechend der Fernsehabtastung auf der leuchtenden Fläche derart bewegt, daß der momentan von der Fernsehkamera abgetastete Bildpunkt immer im Mittelpunkt des hellen Kreises bleibt bzw.
  • mit dem Leuchtfleck oder dem leuchtenden Punkt zusamrnenfällt. Diese Bedingung ist einzuhalten, sofern die untersuchte Oberfläche eben ist. Sofern jedoch Abweichungen von der Ebenheit auftreten, also Welligkeiten oder andere Fehler vorliegen, ist diese Bedingung nicht mehr erfüllbar.
  • Wenn man dabei durch unscharfe Abbildung der leuchtenden Fläche auf der beleuchteten Oberfläche gewährleistet, daß der helle Kreis bzw der Leuchtfleck oder Leuchtpunkt der leuchtenden Fläche auf der beleuchteten Fläche mit stetigem örtlichem Helligkeitsverlauf erscheint, so werden räumliche Abweichungen an der glatten Oberfläche durch verschiedene Graustufen im abgetasteten Bild dargestellt.
  • Der Leuchtfleck auf der leuchtenden Fläche kann beispielsweise mittels eines abgelenkten Laserstrahls oder eines bewegten Leuchtflecks einer Kathodenstrahlröhre bzw. einer Monitorröhre erzeugt werden. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Abklingzeit des Leuchtschirmes (Fluoreszenz) kurz ist und daß der Sensor der Fernsehkamera möglichst trägheitsfrei (ohne Ladungsspeicherung) arbeitet.
  • I.4 Helligkeitsmuster nach Moirestreifen Bei der in Figur 9 dargestellten Anordnung ist der Beleuchtungseinrichtung, die aus dem Projektor 10 und der vorzugsweise gleichmäßig hell ausgeleuchteten Opalglasscheibe 11 besteht, ein optisches, gegebenenfalls gekreuztes Gitter 17 zugeordnet, das in unmittelbarer Nähe der beleuchteten und beobachteten Oberfläche 1 angeordnet ist. Dieses optische Gitter bildet sich einerseits durch das Objektiv der Fernsehkamera 20 direkt und andererseits indirekt über die von der Oberfläche 1 reflek- tierten Lichtstrahlen auf dem Sensor der Fernsehkamera 20 ab. Diese Abbildungen des optischen Gitters erfolgen in unterschiedlicher Größe, weil die entsprechenden optischen Lichtwege nicht gleich lang sind. Durch die verschiedenen Strichabstände der beiden Abbildungen auf der lichtempfindlichen Schicht der Fernsehkamera entstehen Moir6streifen, die im Videosignal eine Frequenz haben, welche der Differenzfrequenz beider Raster entspricht. Dabei wird der gegenseitige Abstand der einzelnen Moiréstreifen u. a. durch den Abstand des optischen Gitters 17 zur Oberfläche 1 bestimmt. Abweichungen von einer glatten Ebene an der spiegelnden oder reflektierenden Oberfläche 1 stellen sich deshalb durch eine Verzerrung der Moiréstreifen ähnlich den in Figur 2 und 3 dargestellten Bildern dar.
  • An Stellen mit verformter Oberflächenstruktur ist nämlich der Abstand zum optischen Gitter 17 kürzer bzw. länger als an den gleichmäßig ebenen Teilen. Bei dieser "oire-Methode" führen Vertiefungen in der Oberfläche 1 zu einer Verzerrung gemäß Figur 3, während Erhebungen zu einer Verzerrung gemäß Figur 2 führen.
  • Den beschriebenen Moiré-Effekt kann man auch dadurch erzeugen, daß einer gleichmäßig leuchtenden Fläche zwei unmittelbar hintereinander angeordnete optische Gitter zuangeordnet werden. Diese optischen Gitter würde man bei der Anordnung gemäß Figur 1, beispielsweise anstelle der Linse 12, vorsehen.
  • Die in Figur 9 dargestellte Anordnung ist insbesondere für Gegenstände geeignet, die eine spiegelnde bzw. reflektierende Oberfläche aufweisen.
  • II. Optikanordnung mit aufprojiziertem Muster 1. Allgemeines Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Anordnungen, bei denen eine leuchtende Fläche mit periodischer oder aperiodischer Helligkeits- und/oder Farbverteilung verwendet und die zu überprüfende Oberfläche mit dieser leuchtenden Fläche beleuchtet wird, werden im nachfolgenden optische Anordnungen beschrieben, bei denen eine oder mehrere Bildvorlagen mit periodischer oder aperiodischer, farbiger oder schwarzweißer Helligkeitsstruktur direkt auf die zu prüfende bzw. zu beobachtende Oberfläche eines oder mehrerer Gegenstände aufproJiziert wird. Mit derartigen optischen Anordnungen lassen sich dann auch Gegenstände erfassen bzw. untersuchen, die eine diffus reflektierende, also eine nicht spiegelnde Oberfläche aufweisen. Bei der hierzu in Figur 10 dargestellten Anordnung besteht die Beleuchtungseinrichtung aus der punktförmigen Lichtquelle 18 und dem optischen, gegebenenfalls gekreuzten Gitter 17, das über der zu beobachtenden bzw. zu prüfenden Oberfläche 1 angeordnet ist. Die punktförmige Lichtquelle 18 bewirkt eine Aufprojektion des Rasters auf die zu betrachtende Oberfläche 1. Dadurch, daß die Lichtstrahlen zum Zwecke der Abbildung der Oberfläche auf die lichtempfindliche Schicht der Fernsehkamera das optische Gitter ein zweites Mal passieren, entstehen Moire-Streifen. Diese ergeben sich also aus der Interferenz des auf die Oberfläche projizierten Rasters mit dem eigentlichen Raster. Die Abbildung der Oberfläche erfolgt im übrigen mit Hilfe des halbdurchlässigen Umlenkspiegels 13, der zwischen der punktförmigen Lichtquelle 18 und dem optischen Gitter 17 angeordnet ist.
  • Im allgemeinen werden aber zur Aufprojektion des jeweiligen Musters beispielsweise ein Projektor oder mehrere Projektoren verwendet. Es kommt auch die Verwendung eines Lasers in Betracht, dessen Laserstrahl bezüglich Lichtintensität und Ablenkeinrichtung moduliert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Kathodenstrahlröhre mit Projektionsoptik bzw. in der Verwendung eines Videoprojektors.
  • Sofern auf die zu prüfende oder zu untersuchende Oberfläche ein Strichraster aufprojiziert wird, das abwechselnd helle und dunkle Streifen enthält, ermöglichen die neuen Anordnungen, den betreffenden Gegenstand bzw. die betreffende Oberfläche in drei Dimensionen zu vermessen.
  • Die hierzu erforderliche Tiefeninforniation läßt sich auf verschiedene Weise gewinnen, wie im nachfolgenden näher dargestellt ist. Obwohl in der nachfolgenden Darstellung hinsichtlich der aufprojizierten Bildvorlage im wesentlichen von einem Strichraster ausgegangen wird, lassen sich alternativ auch andere Raster einsetzen, wie sie im Abschnitt I.2 beschrieben sind.
  • 2. Dreidimensionale Erfassung durch Schrägeinstrahlung Bei der in Figur 11 dargestellten Anordnung sind ein oder zwei Projektoren 45 bzw. 46 vorgesehe, mit denen ein Strichraster auf die zu beobachtende Oberfläche 1 projiziert wird. Dabei sind die optischen Achsen der Projektoren relativ zur optischen Achse der Fernsehkamera 20 unter einem Winkel 9 1 bzw. ? 2 sflhräggestellt Bei Verwendung nur eines Projektors wird das aufprojizierte Muster auf der lichtempfindlichen Schicht der Fernsehkamera 20 gemäß der Darstellung in Figur 12 abgebildet, wobei im oberen Teil der Figur die Oberfläche 1 mit einer Vertiefung 3 sowie die schräg einfallenden Lichtstrahlen 19 wiedergegeben sind und im unteren Teil der Figur das entsprechende Videosignal über eine momentan abgetastete Fernsehzeile parallel zu dem im oberen Teil der Figur dargestellten Oberflächenschnitt mit überlagertem Rastersignal wiedergegeben ist. Sofern die beobachtete Oberfläche gleichmäßig eben ist, sind die Strichabstände des abgebildeten Rasters konstant. An Oberflächenstellen, die eine andere Neigung bzw. eine Abstandsänderung zur Fernsehkamera 20 aufweisen, sind die Strichabstände des abgebildeten Rasters dagegen entsprechend verändert. Die spätere Bildauswertung erfolgt durch Messung der Strichabstände im Videosignal Wenn die optische Anordnung zwei Projektoren 45 und 46 enthält, können die entstehenden Interferenzmuster (Moire-Sreifen) der beiden aufprojizierten Strichraster für die rileßtechnische Auswertung genutzt werden. Dabei sollte gewährleistet sein, daß die Frequenz, die dem einzelnen Strichraster entspricht, im Videosignal vergleichsweise hoch oder über der maximalen Übertragungsfrequenz (m allgemeinen 5 MHz) liegt. Auf diese Weise läßt sich die Auswirkung des Strichrasters im Videosignal elektronisch durch Filterung unterdrücken.
  • Oberflächenstellen, die relativ zur übrigen Oberfläche geneigt sind oder die eine Abstandsänderung gegenüber der Fernsehkamera 20 aufweisen, führen zu einer Vergrößerung des von dem einen Projektor projizierten Rasters der einzelnen Strichabstände bei Abbildung auf den Fernsehsensor, während sie zu einer Verkleinerung der Strichabstände des anderen projizierten Rasters bei dessen Abbildung auf den Fernsehsensor führen Die dabei entstehenden Interferenzstreifen entsprechen dem Betrage nach der Differenzfrequenz beider Strichraster. Es kann hierbei von Vorteil sein, die beiden Strichraster verschieden groß zu wählen.
  • Dadurch wird erreicht, daß auch bei ebenen Oberflächen eine Differenzfrequenz entsteht, die von Null verschieden ist. Eine ähnliche Wirkung läßt sich erzielen, wenn gleiche Strichraster mit unterschiedlichen Winkeln relativ zur optischen Achse der Fernsehkamera 20 aufprojiziert werden.
  • Als Sonderfall kann einer der beiden Winkel auf Null festgelegt werden. In diesem Fall ist ein Umlenkspiegel zu verwenden, um den Strahlengang des betreffenden Projektors in Richtung auf den Gegenstand parallel zur optischen Achse der Fernsehkamera 20 umzulenken.
  • 3. Dreidimensionale Erfassung von Oberflächenstrukturen durch perspektivische Verzeichnung Das optische Prinzip, das der perspektivischen Verzeichnung zugrunde liegt, wird anhand der Figuren 13 bis 15 näher erläutert. Gemäß Figur 13 können beispielsweise zwei Punkte P1 und P2, die einem Gegenstand oder zwei in zeitlicher Folge betrachteten Gegenständen angehören, mit einem Objektiv 22 derart auf die lichtempfindliche Schicht (das Target) eines Fernsehsensors abgebildet werden, daß die Bilder P1 und P2 zusammenfallen. Dabei ist eine ausreichende Tiefenschärfe des Objektivs 22 Voraussetzung.
  • Durch ein Objektiv 23 anderer Brennweite, wie es in Figur 14 dargestellt ist, erscheinen dann die entsprechenden Punkte P1 und P2 an verschiedenen Stellen auf dem Target des Fernsehsenscrs. Die mit den beiden Objektiven 22 und 23 entworfenen Bilder sind somit perspektivisch verzeichnet.
  • Mit Hilfe bekannter Rechenanlagen, wie sie zur Auswertung von Fernsehbildern eingesetzt werden, ist es grundsätzlich möglich, zwei nacheinander oder auch gleichzeitig mit Objektiven verschiedener Brennweite auf der lichtempfindlichen Schicht einer Fernsehkamera erzeugte Bilder derart elektronisch zu verarbeiten, daß aus der Verzeichnung auf die dreidimensionalen Verhältnisse des Gegenstandes geschlossen werden kann. Dabei stellt es einen gewissen Nachteil dar, daß die Verzeichnung mit zunehmendem Abstand zur optischen Achse größer wird und daß daher diese Methode nur auf Gegenstände anwendbar ist, deren Konturen sich hinreichend scharf abbilden. Diese Nachteile entfallen aber, wenn in Anwendung des gemäß der Erfindung ausgebildeten Verfahrens mittels Aufprojektion einer periodischen Helligkeitsstruktur zusätzliche Tiefeninformationen gewonnen werden.
  • Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man beispielsweise eine Anordnung einsetzen, wie sie in Figur 15 dargestellt ist. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Brennweite des Objektivs 21 der Fernsehkamera 20 und die Brennweite des Projektionsob-Objektivs 14 des Projektors 10 und die Abbildungsmaßstäbe entsprechend gewählt werden. Unter Bezugnahme auf die Figuren 13 und 14 entspricht das Propektionsobjektiv 14 dem Objektiv 22 in Figur 13 und das Kameraobjektiv 21 dem Objektiv 23 in Figur 14. Mit dem Projektionsobjektiv 14 ist es danach möglich, ausgehend von nur einem Punkt auf einem Dia einen Bildpunkt P1 in nLZhcror oder einen Bildpunkt P2 in weiterer Entfernung zu entwerfen. Durch das Kameraobjektiv 21 werden diese Punkte auf verschiedenen Orten der lichtempfindlichen Schicht der Fernsehkamera 20 abgebildet. In diesem Fall würde ein Strichraster, das mittels des Projektors 10 auf eine weiter entfernt liegende Oberfläche projiziert wird, verkleinert auf dem Fernsehsensor abgebildet werden im Vergleich zu den näher liegenden Oberflächenteil des betreffenden Gegenstandes. Bei umgekehrtem Brennweitenverhäl tnis und entsprechendem Abbildungsmaßstab kann andererseits eine Vergrößerung des Strichrasters für entfernter liegende Teile der beleuchteten Oberfläche erreicht werden.
  • Bei Aufprojektion eines Strichrasters auf die zu beleuchtende und zu untersuchende Oberfläche 1 ist die Messung der Strichabstände des mittels der Fernsehkamera 20 gewonnenen Videosignals der Ausgangspunkt für die dreidimensionale Erfassung von Gegenständen. Bei Anwendung dieses Verfahrens auf Verformungen von Oberflächen können wiederum Strichrasterstrukturen entstehen, wie sie in Figur 2 und 3 dargestellt sind.
  • In Analogie zu der in Figur 11 dargestellten Anordnung kann auch das anhand der Figuren 13 bis 15 beschriebene Verfahren durch Verwendung eines zusätzlichen Projektors zur Erzeugung von Interferenzstreifen weiter ausgestaltet werden. Die Lichtstrahlen des zweiten Projektors können beispielsweise durch ein Strahlenteilerprisma oder durch einen weiteren halbdurchlässigen Umlenkspiegel in den Strahlengang des ersten Projektors eingespiegelt werden.
  • Andererseits ist mittels einer Anordnung gemäß Figur 11 ohne Umlenkspiegel eine Kombination der beiden Verfahren "Schrägeinstrahlung" und "Perspektivische Verzeichnung" möglich.
  • 4. Moiré-Streifen Die vorstede Ausfülirullgell Abschnitt II.2 über das Verfahren der Schrägeinstrahlung mit Interferenzstreifen durch Verwendung zweier Projektoren kann singemäß auch auf das Verfahren der perspektivischen Verzeichnung (EI.3) angewendet werden. Zusätzlich können dabei die Brennweiten der beiden Projektionsobjektive verschieden gewählt oder die beiden Rastervorlagen unterschiedlich dimensioniert werden. In diesem Fall entstehen die Interferenzstreifen dadurch, daß für die aufprojizierten Strichrasterbilder das Maß der Vergrößerung oder Verkleinerung infolge von Entfernungsunterschieden ungleich gro ist. Als Sonderfall kann die optische Abbildung von einem der beiden Projektoren so ausgelegt werden, daß das diesbezügliche Strichraster keine entfernungsabhängige Größenänderung bzw.
  • perspektivische Verzeichnung zeigt.
  • Die Nutzung des Moir6-Effektes hat bei den beiden Methoden t'Schrägeinstrahlung" und "Perspektivische Verzeichnung" gegenüber der Aufprojektion von nur einem Strichraster den Vorzug, daß sich die Differenzfrequenzen, die den Interferenzstreifen entsprechen, in einem großen Bereich einstellen lassen. Beispielsweise ist es möglich, durch geeignete Wahl der Abbildungsgeometrie relativ große Frequenzänderungen bei nur vergleichsweise kleinen Neigungs- bzw. Entfernungsänderungen zu erzielen. Damit ergeben sich bessere Möglichkeiten zur Anpassung des Verfahrens an verschiedenartige Gegenstände oder Oberflächen.
  • oire-Streifen können beispielsweise auch durch Aufprojektion eines Strichrasters erzeugt werden, wenn gleichzeitig ein entsprechendes optisches Gitter auf dem Target des Fernsehsensors (nach Art der Farbstreifenfilter bei der Einröhren-Farbkamera) oder in der Ebene einer Zwischenabbildung angebracht ist. Dabei kann das aufprojizierte Raster auch relativ zum optischen Gitter geneigt sein, wodurch von vornherein ein bestimmtes Interferenzmuster gegeben ist. Wird im übrigen der Projektor unmittelbar neben die Fernsehkamera bzw. neben die Ebene der Zwischenabbildung gebracht, dann kann ein zusammenhängendes optisches Gitter eingesetzt werden. Die eine Seite des Gitters dient dann zur Projektion und die andere Seite kommt vor dem Fernsehsensor bzw. in der Ebene der Zwischenabbildung zu liegen. In diesem Fall entfällt die gegenseitige Justierung der Strichraster.
  • Bei der in Figur 15 dargestellten Anordnung ist davon ausgegangen, daß Fernsehkamera 20 und Projektor 10 Objektive unterschiedlicher Brennweite haben. Anstelle von Objektiven mit fester Brennweite können auch Objektive mit variabler Brennweite eingesetzt werden, wobei die Brennweiten über eine entsprechende Steuereinrichtung genau einstellbar sind. Weiterhin besteht die Möglichkeit, anstelle von zwei Objektiven unterschiedlicher Brennweite zwei Objektive mit verschiedener Anordnung der Blende zu wählen, also beispielsweise für die Blende des Objektivs der Beleuchtungseinrichtung eine telezentrische Anordnung und für die Blende der Fernsehkamera eine entozentrische Anordnung oder umgekehrt.
  • III. Elektronische Bildauswertung Im vorstehenden Abschnitt sind optische Anordnungen beschrieben, mit denen räumliche Abweichungen von einer glatten Ebene an der spiegelnden bzw. reflektierenden oder diffus streuenden Oberfläche von Gegenständen kontrastreich sichtbar gemacht werden können. Die einfachste Möglichkeit der Auswertung der sichtbar gemachten räumlichen Abweichungen besteht zunächst darin, daß der Fernsehkamera, mit der die beleuchtete und zu beobachtende Oberfläche aufgenommen wird, ein Sichtgerät nachgeschaltet ist, dessen Bildschirm von einer Person beobachtet wird. Im Interesse einer automatischen Bildauswertung ist es jedoch sinnvoll, das Videosignal der Fernsehkamera auf elektronischem Wege auszuwerten. Dabei können anstelle üblicher Fernsehsensoren wie beispielsweise Vidicon oder Plumbicon auch sogenannte Festkörperkameras eingesetzt werden, die im wesentlichen aus einer oder mehreren Fotodioden-Zeilen (CID-, CCD-Sensoren) bestehen Dies gilt insbesondere dann, wenn die zu beobachtenden oder zu prüfenden Gegenstände stetig an der Kontrollstelle vorbeitransportiert werden.
  • Für die meßtechnische Erfassung der räumlichen Abweichungen von einer glatten Oberfläche können die bekannten Verfahren der elektronischen Bildauswertung angewandt werden. Dementsprechend können nach Quantisierung (Digitalisierung) des Videosignals Konturen oder Flächen vermessen, Schwerpunkte bestimmt und bestimmte Bildstrukturen, z. B. Oberflächenfehler, klassifiziert und gezählt werden. Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen optischen Anordnungen ist es in diesen Fällen zunächst erforderlich, diejenige im Videosignal enthaltene Information, die von der im Bild überlagerten Rasterstruktur der Beleuchtungseinrichtung herrührt, abzutrennen.
  • Dieser abgetrennte Signalanteil (das Rastersignal) ist gegebenenfalls derart aufzubereiten, daß auch hierauf die Methoden der Bildauswertung angewandt werden können. Entsprechend der jeweils gewählten optischen Anordnung können dabei aus dem abgetrennten Signal Informationen über die Neigung, Krümmung oder den Abstand der betrachteten Gegenstände bzw. Oberflächen gewonnen werden. Aus diesen Informationen können dann mit Hilfe von Rechenanlagen weitere objektspezifische rkmale wie beispielsweise Volumen und Schwerpunkt ermittelt werden.
  • 2. Filterung und Auswertung des Videosignals Wenn dem Bildsignal aufgrund der Struktur der Beleuchtungseinrichtung ein vergleichsweise grobes Raster überlagert ist, beispielsweise ein Raster mit sinusförmiger Struktur, so läßt sich dieses überlagerte Raster durch eine Hochpaßfiltcrung vom Bildsignal trennen. Dabei wird vorausgesetzt, daß die geometrischen Abmessungen des optischen Aufbaus und der Beleuchtungseinrichtung so gewählt sind, daß die hierdurch verursachten Frequenzen im Videosignal vergleichsweise niedrig liegen. Andererseits ist davon auszugehen, daß die auszuwertenden Bilddetails sich in einem höheren Frequenzbereich des Videosignals auswirken, wie es beispielsweise bei Kratzer, Schleifspuren und Untersuchungen der Oberflächenrauhigkeit der Fall ist.
  • Im Rahmen der videotechnischen Bildauswertung können dann Maßnahmen ergriffen werden, mit denen die niedrigen Frequenzen des Videosignals, beispielsweise im Bereich bis 500 kHz, durch eine Filterung unterdrückt werden. Danach läßt sich das Fernsehbild auch ohne die störende Untergrundstruktur der leuchtenden Fläche, beispielsweise auf einem Fernsehmonitor, darstellen.
  • Wenn andererseits dem Bildsignal ein Raster überlagert ist, das in einem sehr hohen Frequenzbereich des Videosignals erscheint, empfiehlt sich eine Tiefpaßfilterung.
  • Weiterhin kommt bei Anwendungen, die zu einer Verzeichnung von Rastern führen, wie sie beispielsweise in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind, eine Filterung mit einem Bandpaß oder einer Bandsperre in Betracht. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die ungestörte Rasterfrequenz im Bereich zwischen der oberen und unteren Grenzfrequenz des Bandfilters liegt und daß die aus der Verzeichnung herrührenden Rasterfrequenzen entsprechend höher oder tiefer, also außerhalb des Filterbereiches, liegen. In diesem Fall gelingt dann beispielsweise die Ausblendung des Rasters mittels einer Band sperre nur für ungestörte Rasterbereiche, während in den interessierenden Oberflächenbereichen-mit räumlicher Abweichung die Rasterstruktur zu erkennen ist.
  • Die erwähnte Hochpaß- oder Tiefpaßfilterung kann auch derart durchgeführt werden, daß sie sich in beiden Dimensionen der Bildfläche auswirkt. Zu diesem Zweck wird gemäß der im unteren Teil der Figur 16 dargestellten schematischen Anordnung das von der Fernsehkamera 20 kommende Videosignal sowohl direkt als auch indirekt über den Einzelbildspeicher 24 den weiteren Einrichtungen zugeführt. Im Einzelbildspeicher 24 wird das eingegebene Videosignal beispielsweise durchDefokussierung des Abtaststrahls der Speicherröhre wieder unscharf ausgelesen. Wenn nun das unscharf ausgelesene Bild mit Hilfe des Subtrahiergliedes 25 von dem direkt weitergegebenen Videosignal der Fernsehkamera 20 subtrahiert wird, wirkt sich dieser Vorgang wie eine flächenhafte Hochpaßfilterung aus und führt zur Elimination einer groben. überlagerten Rasterstruktur. Dabei steht die Bildinformation der groben überlagerten Rasterstruktur am Ausgang des Einzelbildspeichers 24 zur Verfügung, während die höherfrequenten Bilddetails am Ausgang des Subtrahierers 25 anstehen. Beide Bildinformationen können einem Rechner 22 zur Auswertung zugeführt werden, während die höherfrequenten Bilddetails auch mit Hilfe des Videomonitors 23 darstellbar sind.
  • Die Anwendung des zuletzt beschriebenen Vorgehens auf feine überlagerte Rasterstrukturen entspricht einer Tiefpaßfilterung. Nach dem unscharfen Auslesen des Videosignals aus dem Einzelbildspeicher 24 verschwinden in diesem Fall die hochfrequenten überlagerten Strukturen. Andererseits läßt sich durch Subtraktion, des unscharf ausgelesenen Videosignals vom ursprünglichen Videosignal das Signal der feinen überlagerten Rasterstruktur allein gewinnen und mittels des Rechners 22 auswerten.
  • Eine andere Möglichkeit der genauen Trennung der Bildinformation von der überlagerten Rasterinformation ist dann gegeben, wenn die Beleuchtungseinrichtung 10, 11 einer bestimmten zeitlichen Steuerung mittels der Steuereinrichtung 27 unterworfen wird. Eine solche zeitliche Steuerung muß zur Folge haben, daß die Fernsehkamera 20 abwechselnd ein Bild ohne und ein Bild mit überlagertem Raster abgibt. Bei Anwendung feiner Rasterstrukturen kann man beispielsweise derart vorgehen, daß-der für die Erzeugung des Rasters verwendete Projektor abwechselnd fokussiert und defokussiert wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwei mit Blitzlampen ausgerüstete Projektoren zu verwenden, von denen nur einer das Raster aufprojiziert und die einander abwechselnd den zu beobachtenden Gegenstand bzw. die Oberfläche beleuchten. In diesen Fällen muß der Einzelbildspeicher 24 mit der Beleuchtungseinrichtung 10, 11 synchron gesteuert werden, damit an den Eingängen des Subtrahierers 25 stets ein Videosignal mit und ohne überlagerter Rasterstruktur ansteht.
  • Eine Alternative zu diesem Vorgehen ist dadurch gegeben, daß abwechselnd ein Bild mit positivem und mit negativem komplementärem) Raster erzeugt wird. In diesem Fall ist in der der Fernsehkamera 20 nachgeschalteten Anordnung ein Addierer 26 zu verwenden, an dessen Ausgang dann das Videosignal ohne die überlagerte Rasterstruktur zur Verfügung steht. Das Rastersignal selbst liegt dann ohne die ursprüngliche Bildinformation am Ausgang des Subtrahierers 25 vor Diese Art der Signaltrennung gelingt insbesondere bei optischen Anordnungen, bei denen eine Rasterstruktur auf die zu beobachtende Oberfläche bzw. auf die entsprechenden Gegenstände aufprojiziert wird.
  • Eine andere Methode der Filterung und damit der Trennung des eigentlichen Bildsignals vom überlagerten Rastersignal kann angewendet werden, wenn der zu beobachtende Gegenstand oder die zu beobachtende Oberfläche relativ zur Beleuchtungseinrichtung und zur Fernsehkamera, beispielsweise quer zur Lichtquelle längs einer Linie, bewegt wird.
  • Bei einer in Richtung der Oberfläche bewegten Fläche bleibt ein auf diese Fläche projiziertes Raster in der ursprünglichen Zuordnung der Rasterlinien stehen, sofern die Fläche gleichmäßig eben ist. Treten jedoch Verformungen oder Abstandsänderungen auf, so führt dies zu einer Verzerrung von Teilen des Rasters oder der Gitterlinien. Vergleicht man nun zeitlich aufeinanderfolgende Bilder der beleuchteten Oberfläche bzw. bildet Differenzbilder, dann erscheinen nur noch diejenigen Objektteile im Videosignal, die eine Bildänderung verursachen, nämlich verformte und gekrümmte Teile oder Stellen mit Neigungs- bzw. Abstandsänderung.
  • Bei dieser Art der Filterung ist ebenfalls ein Bildspeicher 24 gemäß Figur 16 erforderlich.
  • In einer vereinfachten Ausführungsform dieser Vorgehensweise genügt es, anstelle von ganzen Bildern nur eine oder mehrere Bildzeilen zu speichern oder zeitlich zu verzögern, beispielsweise durch eine akustische Verzögerungsleitung oder durch ein Analog-Schieberegister. Der nachgeschaltete Rechner kann dann durch einen Vergleich (Korrelation) dieser benachbarten Bildzeilen die überlagerte periodische Rasterstruktur erkennen.
  • Sofern man zur Aufprojektion auf die zu beobachtende Oberfläche ein Strichraster verwendet, das schräg zur Richtung der Fernsehzeilen der Fernsehkamera orientiert ist und dessen Rasterfrequenz einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Zeilenfrequenz der Fernsehkamera entspricht, hat das damit erzeugte Rastersignal eine ähnliche Struktur wie die Farbträgerfrequenz oder wie spektrale Anteile des Farbartsignals beim Farbfernsehen. Daher lassen sich zur Abtrennung dieses Rastersignals vom Videosignal die in der Farbfernsehtechnik gebräuchlichen Kainnifilter einsetzen.
  • Im übrigen besteht grundsätzlich die Möglichkeit, das mittels der Beleuchtungseinrichtung überlagerte Muster durch geeignete Farbgebung gegenüber dem ursprünglichen Bild abzuheben. Die zur Bildauswertung eingesetzte Farbfernsehkamera muß dann mit einer nachgeschalteten elektronischen Ausrüstung versehen sein, dio die betreffenden Farbinformationen getrennt auswertet.
  • 3. Auswertung der vom Videosignal abgetrennten Rasterinformation Im Anschluß an die im vorhergehenden Abschnitt beschriebene Abtrennung der überlagerten Rasterinformation vom Videosignal werden sowohl auf das Rastersignal allein als auch auf das "gereinigte" Videosignal VB (also ohne die Rasterinformation) die bekannten Techniken der elektronischen Bildauswertung angewandt. Das abgetrennte Rastersignal muß hierzu zunächst derart umgewandelt werden, daß es von der Auswerteelektronik wie ein Videosignal verarbeitet werden kann. Dabei ist wesentlich, daß eine dem Rastersignal gegebenenfalls überlagerte Amplitudenmodulation eliminiert und das Rastersignal selbst demoduliert bzw. decodiert wird. Das hierbei entstehende demodulierte Rastersignal enthält entsprechend der jeweils gewählten Art der Beleuchtungseinrichtung unterschiedliche Informationen, an die die nachgeschaltete Auswerteelektronik anpaßbar ist.
  • Figur 17 zeigt einen Blockschaltplan für die Auswertung des Rastersignals. Danach wird das-Rastersignal R zunächst über eine Einrichtung 27 zur Elimination einer eventuell vorhandenen Amplitudenmodulation und danach über eine Einrichtung 28 zur Demodulation bzw. Decodierung geleitet, bevor es als Videosignal VR zur Verfügung steht und entweder dem Rechner 22 oder dem Videomonitor 23 zugeführt wird. Der Videomonitor 23 ist dabei umschaltbar, um auch das parallel ankommende Videosignal VB optisch sichtbar machen zu können. Das Videosignal VB wird auch dem Rechner 22 zugeführt, der im übrigen aus dem Rastersignal diejenigen Merkmale ableitet, die für den jeweils betrachteten Gegenstand spezifiscr. sind und ihn in drei Dimensionen kennzeichnen. Im übrigen kann das mit der Fernsehkamera- aufgenommene Bild von der jeweils beleuchteten Oberfläche auch stereoskopisch wiedergegeben werden, wenn das Videosignal entsprechend aufbereitet und auf zwei Videomonitore gegeben wird.
  • Eine Amplitudenmodulation des abgetrennten Rastersignals liegt beispielsweise dann vor, wenn die auf die zu untersuchende Oberfläche auftreffenden Lichtstrahlen der Beleuchtungseinrichtung an verschiedenen Stellen der betrachteten Oberfläche unterschiedlich reflektiert oder remittiert werden. Eine hieraus resultierende Amplitudenmodulation läßt sich beispielsweise gesäß dem in Figur 18 dargestellten Blockdiagramm beseitigen, in dem das "gereinigte" Videosignal VB nach Abtrennung des Synchronsignals und nach Invers ion mittels einer entsprechenden Schaltungsanordnung 29 zur Steuerung des Verstärkungsgrades eines Verstärkers 27 für das Rastersignal R verwendet wird. Das Maß der Verstärkung wird dabei fortlaufend durch das Videosignal VB derart vorgegeben, daß sich bei kleinen Amplituden des Videosignals und des Rastersignals eine hohe Verstärkung und bei großen Amplituden dieser Signale eine kleine Verstärkung ergibt. Eine hinter dem Verstärker 27 gegebenenfalls noch verbleibende Restwelligkeit des Rastersignals R wird durch den nachgeschalteten Begrenzer 27" beseitigt, an dessen Ausgang dann das Rastersignal R zur Verfügung steht, das sich durch eine konstante Amplitude auszeichnet.
  • Wie bereits erwähnt, muß das Rastersignal R bzw. R' weiterhin demoduliert bzw. decodiert werden, um die im Rastersignal in verschlüsselter Form vorliegenden Informationen über die betrachtete Oberfläche in die Gestalt eines Videosignals VR zu überführen. Hierbei repräsentie- ren jedoch die Amplituden (Graustufen) des Videosignals nicht die Helligkeit der betrachteten Oberflächenteile, sondern deren Neigung oder Krümmung oder Abstand. Die Art der Decodierung oder Demodulation ist dabei entsprechend der jeweils gewählten Rasterstruktur der Beleuchtungseinrichtung und der jeweils eingesetzten optischen Anordnung anzupassen.
  • Bei Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung, mit der ein nichtperiodisches Raster auf die beleuchtete Oberfläche projiziert wird, lassen sich insbesondere Gegenstände beobachten und überprüfen, deren beleuchtete Oberfläche quer zu der Lichtquelle längs einer Linie bewegt wird. Entsprechende aperiodische Raster sind beispielsweise einzelne Linien, ein Streifen oder mehrere Streifen, die mit unterschiedlichem Abstand zueinander angeordnet sind und gegebenenfalls eine unterschiedliche Breite aufweisen. Die in dem entsprechenden Rastersignal vorliegende Information wird dann dadurch entschlüsselt, daß man Verformungen, Lageverschiebungen, Maßstabsänderungen, Unterbrechungen und Mehrfachabbildungen des Rasters mißt, Dabei können entweder die relativen Abweichungen von einem elektronisch erzeugten Vergleichsraster oder die relativen Veränderungen des Rasters zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Fernsehbildern gemessen werden. Dabei sind die Meßwerte jeweils mit dem sich augenblicklich unter der Rasterlinie befindlichen Objektteil (Bild der beleuchteten Oberfläche) zu korrelieren.
  • Bei Verwendung eines periodischen Rasters oder periodischen Musters, das mittels der Beleuchtungseinrichtung auf die beobachtete Oberfläche aufprojiziert wird, lassen sich sowohl räumliche Abweichungen von einer glatten Oberfläche erfassen, die kleiner sind, als auch solche, die größer sind als der Rasterabstand und damit die Periode des Rasters. Beschränkt man sich jedoch auf Anwendungen, bei denen im Rastersignal Bilddetails, die feiner als das Raster sind, nicht enthalten sind (beispielsweise infolge einer Filterung), dann entspricht die Anwendung des periodischen Strichrasters auf das mit der Fernsehkamera betrachtete Bild und die damit verbundene Entschlüsselung des Strichrasters der Abtastung und Auswertung einer Information im Sinne des Abtasttheererns der Nachrichtentheorie. Im Unterschied zu bekannten Verfahren der Abtastung von Signalen sind in diesem Fall allerdings die erwünschten Informationen nicht in der Amplitude, sondern in der Änderung oder der lokalen Störung der Periodizität des Rastersignals enthalten.
  • Sofern man für die Bildauswertung ein Strichraster verwendet, das senkrecht zu den Zeilen des von der Fernsehkamera erzeugten Bildes orientiert ist, entsteht im Videosignal der Fernsehkamera eine Rasterfrequenz, die entsprechend der Kontur des betrachteten Objektes eine Frequenz-bzw, eine Phasenmodulation aufweist. Eine Demodulation des Rastersignals kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das frequenzmodulierte Signal in bekannter Weise an der Filterflanke eines Hochpasses, eines Tiefpasses oder eines Bandpasses demoduliert wird Ein schematisches Blockschaltbild hierfür sowie ein entsprechendes Amplituden-/ Frequenzdiagramm zeigen die Figuren 19 und 20. Danach wird das Rastersignal R', das eine konstante Amplitude aufweist, dem Filter 28' zugeführt und anschließend über den Gleichrichter 28" gegeben. Am Ausgang des Gleichrichters steht das demodulierte Rastersignal VR zur Bildauswertung zur Verfügung.
  • In Figur 20 ist der Verlauf der Ausgangsamplitude A über der Rasterfrequenz 3 für ein Hochpaßfilter dargestellt, dessen Filterflanke den Hub der Rasterfrequenz zwischen der unteren Grenzfrequenz fu und der oberen Grenzfrequenz f0 überdeckt.
  • Bei Verwendung eines Strichrasters dessen Linien senkrecht zur Richtung der Zeilen des Fernsehbildes verlaufen, kann sich die Demodulation des Rastersignals auch an den Orten orientieren, an denen sich die einzelnen Striche oder Streifen des Rasters mit den Zeilen des Fernstehbildes schneiden. In diesem Fall können fortlaufend die Breite jedes einzelnen Rasterstreifens oder der Abstand von jeweils benachbarten Rasterstrichen oder die Lageabweichungen von einzelnen Strichen des Rasters relativ zu einem idealen, beispielsweise mit elektronischen Mitteln erzeugten Raster oder die Richtungsabweichung der einzelnen Striche des Rasters relativ zur Bildsenkrechten durch Auswertung von zwei oder mehreren benachbarten Fernsehzeilen oder die Form, Größe und Lageänderung von Streifen beim Vergleich von zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern (beispielsweise bei bewegten Gegenständen) gemessen werden.
  • Bei gekreuzten Strichrastern kann auch die Lage der Kreuzungspunkte im Vergleich zu einem idealen gekreuzten Raster ermittelt werden. Weiterhin können bei einem Schachbrettmuster in ähnlicher Weise die Lage der einzelnen Eckpunkte der Flächen oder deren Mittelpunkte erfaßt werden.
  • Zur Unterdrückung der Rasterfrequenz ist bei diesen Varianten erforderlich, daß die einzelnen Meßwerte lückenlos aufeinanderfolgen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Meßwert so lange gespeichert wird, bis die nächste Messung abgeschlossen ist.
  • Bei der erwähnten Decodierung bzw. Demodulation des abgetrennten Rastersignals durch Messung von Strichbreite, Abstand, Richtungsänderung, Form, Größe und Lageänderung von Streifen oder Strichen, kann die Messung mit bekannten Methoden der Periodenmessung bzw. der Messung des zeitlichen Abstandes verschiedener Signale durchgeführt werden. Einen Blockschaltplan für eine entsprechende Zeitdauermessung bzw. Periodenmessung zeigt Figur 21 für den Fall der Abstandsermittlung von benachbarten Rasterstrichen. Danach wird das Rastersignal VR, dessen zeitlicher Verlauf im unteren Teil des Bildes dargestellt ist, zunächst einem Flankendetektor 30 zugeführt, an dessen Ausgang das Impulssignal 11 ansteht. Dieses Impulssignal I1 wird einerseits direkt einer Sample-and-Hold-(Abtast- und Halte-)Schaltung 33 zugeführt, die jeweils die Spitzenwerte einer von einem Sägezahngenerator 32 gelieferten Sägezahnspannung übernimmt. Dieser Sägezahngenerator 32 wird dabei von Entladeimpulsen I2 gesteuert, die sich durch eine Verzögerung der am Ausgang des Flankendetektors 30 anstehenden Impulse I1 mittels der Verzögerungsschaltung 31 ergeben. Die Spitzenwerte der vom Sägezahngenerator gelieferten Impulse sind dabei ein Maß für die einzelnen Periodendauern (der Sägezahngenerator 32 besteht im wesentlichen aus einer Konstantstromquelle und einem Ladekondensator). Am Ausgang der Sample-and-Hold-Schaltung 33 liegt das demodulierte Rastersignal VR vor.
  • Wie bereits früher erwähnt, können zum Vergleich benachbarter Zeilen des Fernsehbildes Kammfilter eingesetzt werden, wie sie sonst in der Farbfernsehtechnik zur Trennung des Farbartsignals vom Leuchtdichtesignal verwendet werden. Dabei kann das Kammfilter entweder zur Trennung des Rastersignals vom Bildsignal oder zur Entschlüsselung des vorher durch andere Mittel abgetrennten Rastersignals eingesetzt werden.
  • Bei Entschlüsselung des Rastersignals durch Vergleich benachbarter Fernsehzeilen mittels Verzögerung um eine oder mehrere Fernsehzeilen kann ebenfalls eine Zeitdauermessung entsprechend dem Blockschaltbild in Figur 21 durchgeführt werden. Hierzu bedarf aber das Rastersignal einer bestimmten Aufbereitung, die dem Blockschaltbild in Figur 23 zu entnehmen ist. Das abgetrennte Rastersignal R wird hierzu zunächst einem Flankendetektor 30 zugeführt, an dessen Ausgang Nadelimpulse I1 zur Verfügung stehen.
  • Diese Nadelimpulse steuern einerseits direkt, andererseits indirekt über eine Verzögerungsleitung 34 eine bistabile KippstuSe 35, die abwechselnd mit den nichtverzögerten Impulsen I1 gesetzt und mit den verzögerten Impulsen I2 rückgesetzt wird. Am Ausgang der bistabilen Kippstufe 35 steht dann ein umgeformtos Rastersignal R' in Form einer Impulsfolge an, die hinsichtlich der Impulsbreite moduliert ist. Die Impulsbreite ist beispielsweise ein Maß für die relative Abweichung der Rasterlinien von der Bildsenkrechten bezüglich der momentan zu vergleichenden Fernsehzeilen. - Das umgeformte Rastersignal R' wird im übrigen im weiteren Verlauf demoduliert, beispielsweise wie anhand der Figuren 18 bis 22 beschrieben.
  • Bei allen vorstehend beschriebenen Demodulations- bzw.
  • Decodierungsmethoden für periodische Rasterstrukturen kann ein zusätzlicher Frequenzabgleich mit Hilfe der optischen Anordnung erfolgen und zusätzliche Vorteile bringen. Beispielsweise kann man denjenigen Bereichen der beleuchteten Oberfläche, die einen ganz bestimmten Abstand zur Fernsehkamera haben, eine Helligkeitsstruktur mit definierter Rasterfrequenz überlagern. Als Bestandteil der Auswerteelektronik ist dann ein Filter, beispielsweise ein Bandpaßfilter, vorzusehen, mit dem dann diejenigen Bereiche der beleuchteten Oberfläche ermittelt werden, die die überlagerte Rasterfrequenz aufweisen.
  • Weiterhin kann die optische Anordnung zur Erzeugung des beispielsweise durch Aufprojektion erzeugten Rasters eine automatische Verstelleinrichtung, beispielsweise ein Zoom-Objektiv mit veränderlicher Brennweite, enthalten, damit die gleiche Rasterfrequenz in zeitlicher Folge dem Bildsignal von immer weiter oder näher entfernt liegenden Bereichen der beleuchteten Oberfläche überlagert wird. Wesentlich ist dabei, daß das gleiche Raster bei näher oder entfernter liegenden Teilen der Oberfläche durch entsprechende Dimensionierung der optischen Anordnung verschiedene überlagerte Frequenzen im Videosignal bewirkt. Zu- sammen mit einer Einrichtung zur Rückmeldung der augenblicklichen Einstellung des Projektionsobjektivs an die elektronische Auswerteeinrichtung kann auf diese Weise die Ausmessung von Objekten in der Tiefe und somit in drei Dimensionen erfolgen. Die im Abschnitt II beschriebenen Moiré-Methoden ermöglichen dabei eine solche Art des Abgleichs in einem größeren Variationsbereich bis hin zur Frequenz Null. Zusätzlich kann eine automatische (motorische) Entfernungseinstellung des Kamera-Objektivs mit dieser Anordnung gekoppelt sein, damit die sich in unterschiedlicher Entfernung befindlichen Objektteile jeweils mit optimaler Schärfe abgebildet werden.
  • Der erwähnte Abgleich der Rasterfrequenz mit optischen Mitteln auf einen bestimmten Wert und für einen bestimmt ten Abstand der betrachteten Oberfläche zur Fernsehkamera ist auch dort von Vorteil, wo Verformungen von Werkstücken unter mechanischer Belastung oder unter Temperatureinwirkung erfaßt werden sollen. Bei Abgleich auf eine Rasterfrequenz, die ungleich Null ist, ist in der Auswerteelektronik ein entsprechend schmalbandiges Filter vorzusehen.
  • Im übrigen bewirkt eine Verformung der betrachteten Oberfläche, die mit Abstandsänderungen von bestimmten Oberflächenteilen verbunden ist, eine Frequenzverschiebung des Rasters, die sich nach der Filterung des Bildsignals als Amplitudenänderung zeigt und somit meßtechnisch erfaßt werden kann Bei Abgleich auf die Rasterfrequenz Null mit Hilfe der Moire-Methoden erscheinen Verformungen der betrachteten Oberfläche als Interferenzstreifen, deren Anzahl pro Längeneinheit des betrachteten Bildes (deren Dichte) ein Maß für die Verformung ist Diese zuletzt beschriebene Anwendung des neuen Verfahrens hat gewisse Parallelen zur bekannten Werkstoffprüfung mit Hilfe der Echtzeitholographie (ein Unterschied besteht dabei insofern, als mit dem bekannten Verfahren nur sehr kleine Verformungen sichtbar gemacht werden).
  • Bei Anwendung eines Rauschrasters für die Beleuchtung der zu überprüfenden Oberfläche kann dieses dem Bild der betrachteten Oberfläche sowohl nach der Methode der Reflexion als auch nach der Methode der Aufprojektion überlagert werden. In beiden Fällen wird die Auswertung mittels einer Frequenzanalyse durchgeführt, wie sie beispielsweise zur Analyse von Systemen in der Nachrichtentechnik gebräuchlich ist. Hierbei wird mit sogenannten Rauschgeneratoren gearbeitet. Im vorliegenden Fall wird die Funktion des Rauschgeneraters durch das Rauschraster der leuchtenden Fläche bzw. durch das aufprojizierte Rauschraster übernommen. Die bei der Frequenzanalyse von Systemen in der Nachrichtentechnik geltende Bedingung, wonach die Bandbreite des Rauschgenerators die Bandbreite des untersuchten Systems nicht übertreffen soll, gilt im vorliegenden Fall auch für die Methode der Aufprojektion des Rauschrasters. Für die Methode der Reflexion gilt diese Bedingung nur bedingt, weil mit dieser Methode Oberflächenstrukturen im Kontrast verstärkt werden können, die sowohl feiner als auch grober als das Rauschraster sind.
  • Im vorliegenden Fall erfolgt die Entschlüsselung des dem Videosignal überlagerten Rauschrasters auf dem Wege der Frequenzanalyse bzw. der Korrelation in der Weise, daß in zeitlicher Folge Teilbereiche des von der Fernsehkamera erzeugten Bildes erfaßt und mit dem ursprünglichen Rauschraster verglichen werden. Die Güte der Auswertung kann dabei gegebenenfalls verbessert werden, wenn vor der Durchführung der Frequenzanalyse oder der Korrelation ein Bild des jeweils untersuchten Oberflächenbereiches ohne überlagertes Raster vom gleichen Bild mit überlagertem Raster subtrahiert wird Gegebenenfalls kann zusätzlich eine Relativbewegung des Rauschrasters zum betrachteten Gegenstand vorgenommen werden, damit in zeitlicher Folge verschiedene Rasterstrukturen auf gleiche Teile der untersuchten Oberfläche oder der untersuchten Objekte zu liegen kommen Die Anwendung eines Rauschrasters zur Beleuchtung der untersuchten Oberfläche oder zur Aufprojektion auf diese Oberfläche führt zu Informationen über de Krümmung, die Neigung und den Abstand der einzelnen Objekt- bzw. Oberflächenteile. An den betreffenden Bildstellen verursachen nämlich optische Verzerrungen, Verzeichnungen, Vergrößerungen oder Verkleinerungen eine Veränderung der spektralen Leistungsdichte des Rauschrasters als Funktion der Ortsfrequenz. Derartige Veränderungen werden meßtechnisch üblicherweise durch die Methode der Korrelation oder der Frequenzanalyse erfaßt.
  • Die verschiedenen optischen Anordnungen zur Untersuchung der Struktur einer Oberfläche führen zu einem unterschiedlichen Aussehen des jeweils demodulierten Bildsignals der Fernsehkamera, jedoch zu jeweils gleichen meßtechnischen Ergebnissen. Dies wird im nachfolgenden anhand der Figuren 24 bis 28 erläutert. Dabei zeigt Figur 24 eine im Querschnitt dargestellte Oberflächenstruktur 1, der eine - in verkürztem Abstand dargestellte - Fernsehkamera 20 mit dem Objektiv 21 zugeordnet ist. Das dargestellte Querschnittsprofil zeigt nacheinander eine konvexe, konkave und stufige Form. Dabei ist vorausgesetzt, daß der Profilschnitt in Abtastrichtung der Fernsehzeilen verläuft.
  • In den Figuren 25 bis 28 sind demodulierte Rastersignale dargestellt, wie sie sich durch Demodulation des Rastersignals an einer Filterflanke ergeben. Die dargestellten demodulierten Rastersignale entsprechen somit dem zeitlichen Verlauf eines Videosignals über der augenblicklich abgetasteten Fernsehzeile.
  • Hinsichtlich der optischen Anordnung der Beleuchtungseinrichtung wird davon ausgegangen, daß als Helligkeitsstruktur ein Strichraster verwendet wird, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines optischen Gitters. Bei einer optischen Anordnung gemäß Figur 5, bei der also ein Strichraster auf eine Opalglasscheibe projiziert und die zu betrachtende Oberfläche mittels dieser Opalglasscheibe beleuchtet wird, kann das Oberflächenprofil der Figur 24 gemäß Figur 25 dem Original entsprechend wiedergegeben werden.
  • Sofern unter zusätzlicher Verwendung eines optischen Gitters von der Moiré-Methode Gebrauch gemacht wird> liegt ein zu Figur 25 invertiertes Videosignal gemäß Figur 26 vor. Wenn andererseits ein Strichraster, das senkrecht zur Abtastrichtung der Fernsehzeilen orientiert ist, unter Verwendung der perspektivischen Verzeichnung auf die Oberfläche aufprojiziert wird, so führt sowohl diese Anordnung als auch die Verwendung von zwei interferierenden Rastern zur Erzeugung von Moire-Streifen zu einer formgetreuen Wiedergabe des Profils gemäß Figur 25. Durch eine Änderung der Abbildungsgeometrie zwischen Fernsehkamera und Projektor, beispielsweise durch Vertauschung der Brennweiten der beiden Objektive, kann auch das hierzu invertierte Videosignal gemäß Figur 26 erhalten werden.
  • Sofern von der Methode der Aufprojektion unter gleichzeitiger Schrägeinstrahlung eines Rasters bzw. von zwei Rastern zur Erzeugung von Moire-Streifen gemäß Figur 11 Gebrauch gemacht wird, werden die Neigungsänderungen bzw. die Abstandsänderungen des in Figur 24 dargestellten Profils erfaßt, woraus der nachgeschaltete Rechner das ursprüngliche Profil rekonstruiert. Gemäß Figur 27 erhält man bei Schrägeinstrahlung eines einzelnen Strichrasters die differenzierte Funktion der Profillinie gemäß Figur 24, während gemäß Figur 28 bei Schrägeinstrahlung von zwei Strichrastern das Quadrat der differenzierten Funktion der Profillinie im Videosignal enthalten ist.
  • Gegenüber sonst bekannten Methoden der nichtberührenden Vermessung von Objekten in drei Dimensionen ist bei dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Verfahren nicht notwendig, daß an den Konturen der vermessenen Objekte meßbare Kontraste vorliegen müssen. Daher können bei dem neuen Verfahren aufwendige Elektronikschaltungen, mit denen Kantensprünge und Helligkeitssprünge erkannt werden, entfallen.
  • 4. Erzeugung dreidimensionaler Bilder Wie in den vorstehenden Abschnitten II und III erläutert, ist das Bildsignal der Fernsehkamera durch geeignete Filterung und Entschlüsselung in das von dem überlagerten Raster befreite Videosignal und ein entsprechend aufbereitetes Rastersignal zu trennen. Anstelle einer weiteren Auswertung dieser Signale mittels eines Rechners nach den bekannten Methoden der Bildanalyse können die beiden Videosignale auch zur stereoskopischen Darstellung des mit der Fernsehkamera betrachteten Gegenstandes herangezogen werden. Dieses Vorgehen ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das Bildsignal auf zwei Wegen in unterschiedlicher Weise mit Hilfe des entschlüsselten Rastersignals (Profilsignal) derart verändert wird, daß auf zwei abschließend angeordneten Videomonitoren die Bilder für das rechte und das linke Auge entstehen. Die Bildbetrachtung erfolgt dann nach den bekannten Verfahren des stereoskopischen Fernsehens, also beispielsweise mit Hilfe von Polarisationsfiltern, wobei jedem Auge nur das jeweils entsprechende Monitorbild angeboten wird.
  • Zur näheren Erläuterung zeigt Figur 29 einen trapezförmigen Profilschnitt 4 eines betrachteten Gegenstandes, wobei die Abtastrichtung der Fernsehkamera 20 in Richtung des Profilschnittes verläuft. Zur Erzeugung des erwünschten Stereoeffektes ist es erforderlich, das ursprüngliche Profil 4 für die Bildwiedergabe in den beiden Videomonitoren zu verformen. Wenn man sich hierbei auf die einzelnen abgetasteten Fernsehzeilen bezieht, so müssen die Profillinien mit positiver Steigung für das linke Auge verlängert und die Profillinien mit negativer Steigung verkürzt dargestellt werden. Außerdem müssen tiefer liegende Profilpunkte im Bild für das linke Auge nach links verschoben werden. Für das Bild des rechten Auges gelten diese Bedingungen im umgekehrten Sinne (Figur 30, Figur 31).
  • In Figur 32 ist als Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung dargestellt, mit der die gewünschte Stereowirkung erzeugt wird. Demnach wird das Videosignal VB auf die beiden Analog-Schieberegister 36 und 37, beispielsweise Eimerketten als Verzögerungsleitung, gegeben, deren Verschiebetakt zur Einstellung der notwendigen Verzögerungszeiten fortlaufend aus dem demodulierten Rastersignal VR, also dem Profilsignal, abgeleitet wird. Hierzu wird das Profilsignal einerseits einem spannungsgesteuerten Oszillator 38 zur Erzeugung des Verschiebe taktes für das Analog-Schieberegister 37 zugeführt. Vor den entsprechenden spannungsgesteuerten Oszillator 40 für das Analog-Schieberegister 36 ist eine Umkehrstufe 39 zur Inversion des Profilsignals geschaltet. Diese Inversion ist notwendig, weil die zeitliche Verschiebung für die beiden an den Ausgängen der Register 36 und 37 anstehenden Videosignale zueinander im umgekehrten Sinne erfolgen muß. Den beiden Schieberegistern sind die Videomonitore 41 bzw. 42 nachgeschaltet.
  • Bei der in Figur 32 dargestellten Schaltungsanordnung wird der zur Einstellung der Verzögerungszeiten der Analog-Schieberegister 36 und 37 notwendige Verschiebe takt fortlaufend von dem Profilsignal VR derart abgeleitet, daß sich bei einer Vergrößerung des Abstandes zwischen der beleuchteten Oberfläche und der Fernsehkamera für das Videosignal des linken Auges eine Abnahme und für das Videosignal des rechten Auges eine Zunahme der jeweiligen Verzögerungszeit ergibt. In einer vereinfachten Anordnung kommt auch die Verwendung nur eines einzigen Analog-Schieberegisters in Betracht, wenn einem der beiden Videomonitore 41 bzw. 42 das ursprüngliche Videosignal ohne Verzögerung zugeführt wird. Bei der Anwendung auf Gegenstände mit scharfkantigem Profil können dabei Unstetigkeiten im Bild auftreten, die durch ein Tiefpaß- filter in der Zuführungsleitung des Profilsignals abgeschwächt werden können.
  • Eine weitere Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines stereoskopischen Fernsehbildes zeigt Figur 33. Bei dieser Anordnung werden Analog-Schieberegister 36' bzw. 37' verwendet, die seriell ladbar und bezüglich der Speicherplätze einzeln adressierbar sind. Dabei ist Voraussetzung, daß ein momentan adressierter und ausgelesener Speicherplatz fortlaufend die serielle Information des Video-Signals mit bestimmter-Verzögerung erhält Die Adresse wird dabei mittels der Einrichtung 43 durch eine Analog-Digital-Wandlung aus dem Profilsignal VR gewonnen. Der Zahlenwert der nach der Wandlung anstehenden Binärzahl bestimmt dabei das Ausmaß der Verzögerung Da bei den beiden Bildsignalen für das stereoskopische Bild die Änderung der Verzögerung gegenläufig ist, muß das eine Analog-Schieberegister mit dem Komplement des anderen Schieberegisters adressiert werden. Dies erfolgt mit Hilfe der Einrichtung 44.
  • Anstelle der zu Figur 33 erwähnten seriell ladbaren Analog-Schieberegister können auch digitale Schieberegister verwendet werden, die parallel adressierbar sind. In diesem Fall muß zuvor auch eine Analog-Digital-Wandlung des Videosignals VB vorgenommen werden.
  • 38 Patentansprüche 33 Figuren

Claims (38)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Erfassung räumlicher Abweichungen von einer glatten Ebene an der spiegelnden bzw. reflektierenden oder diffus streuenden Oberfläche von Gegenständen, bei dem die von einer oder mehreren Lichtquellen ausgehenden, an der spiegelnden bzw. reflektierenden oder diffus streuenden Oberfläche reflektierten Lichtstrahlen erfaßt und deren Helligkeitsunterschiede auf elektrischem Wege ermittelt und dann ausgewertet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Lichtquelle eine leuchtende Fläche (11) mit gleichmäßiger Helligkeitsverteilung verwendet wird, deren Lichtstrahlen der spiegelnden bzw. reflektierenden oder diffus streuenden Oberfläche (1) über ein optisches Gitter (15) zugeführt werden, oder daß als Lichtquelle eine leuchtende Fläche (10, 11) mit ungleichmäßiger oder periodischer Helligkeits- oder Farbverteilung oder eine regelmäßige Anordnung mehrerer punktförmiger Strahler verwendet wird, oder daß als Lichtquelle eine Bildvorlage mit periodischer oder aperiodischer, schwarzweißer oder farbiger Helligkeitsstruktur verwendet wird, die auf die spiegelnde bzw. reflektierende oder diffus streuende Oberfläche aufprojiziert (17, 18) wird, und daß die derart beleuchtete Oberfläche (1) auf die lichtempfindliche Schicht einer Fernsehkamera (20) abgebildet wird und daß das Bildsignal der Fernsehkamera (Videosignal) hinsichtlich der Helligkeits- bzw. Kontrastunterschiede der beleuchteten Oberfläche ausgewertet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Videosignal gefiltert und danach einer elektronischen Auswerteeinrichtung zugeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Videosignal über einen Tiefpaß und/oder einen Hochpaß oder einen Bandpaß oder eine Bandsperre geleitet wird
  4. 4, Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Videosignal durch Subtraktion zweier Bildsignale einer Kontrasterhöhung unterworfen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Videosignal eines unscharfen Bildes vom Videosignal eines scharfen Bildes subtrahiert wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß abwechselnd aufeinanderfolgend ein Bild mittels einer leuchtenden Fläche gleichmäßiger Helligkeitsverteilung und mittels einer leuchtenden Fläche mit ungleichmäßiger oder periodischer Helligkeitsverteilung erzeugt wird und daß die Videosignale der beiden Bilder voneinander subtrahiert werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß aufeinanderfolgende Zeilen des Videosignals paarweise oder gruppenweise miteinander verglichen werden.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die beleuchtete Oberfläche quer zur optischen Achse der Lichtquelle längs einer Linie bewegt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem das erzeugte Videosignal aus dem eigentlichen Bildsignal und einem entsprechend dem aufprojizierten Raster überlagerten Rastersignal besteht und bei dem durch Filterung Bildsignale und Rastersignal getrennt werden, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Bildsignal und das Rastersignal getrennt ausgewertet werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß vor der Auswertung des Rastersignals aus dem Rastersignal eine gegebenenfalls überlagerte Amplitudenmodulation eliminiert und das Rastersignal demoduliert bzw. decodiert wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die aufbereiteten Rastersignale aufeinanderfolgender Bilder miteinander verglichen werden oder daß das aufbereitete Rastersignal mit dem Signal eines konstanten Vergleichsrasters verglichen wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a -du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das gefilterte Bildsignal und/oder das gefilterte Rastersignal durch Korrelation mit dem ursprünglichen Raster oder durch Frequenzanalyse im Vergleich zu dem ursprünglichen Raster ausgewertet wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strichabstände des Rastersignals ausgewertet werden.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 10 zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Bildsignal über zwei Verzögerungsleitungen gegeben wird, deren Verzögerungszeit vom demodulierten Rastersignal gesteuert wird, und daß die verzögerten Bildsignale auf zwei Monitore gegeben werden.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Helligkeits- und/oder Farbverteilung der leuchtenden Fläche zeitlich geändert wird.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das aufprojizierte Raster seitlich bewegt wird.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß abwechselnd ein Positivbild des Rasters und ein komplementäres Negativbild aufprojiziert wird.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem auf die leuchtende Fläche oder die beleuchtete Oberfläche ein Hell-Dunkel-oder ein Farbraster aufprojiziert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Raster analog und synchron zur Fernsehbildabtastung erzeugt wird.
  19. 19. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung für die zu beobachtende Oberfläche, einem die reflektierten Lichtstrahlen aufnehmenden und in elektrische Impulse umwandelnden Lichtempfänger und einer nachgeschalteten elektrischen/elektronischen Auswerteeinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beleuchtungseinrichtung aus einer leuchtenden Fläche (11) mit gleichmäßiger Helligkeitsverteilung besteht, wobei zwischen der leuchtenden Fläche und der beleuchteten Oberfläche (1) ein optisches Gitter (15) angeordnet ist, oder daß die Beleuchtungseinrichtung aus einer leuchtenden Fläche (10, 11) mit periodischer oder aperiodischer Helligkeits- oder Farbverteilung oder aus einer größeren Anzahl gruppenweise in bestimmten Abständen zueinander angeordneter kleinerer Lichtquellen besteht, daß die optische Achse (p) der Beleuchtungseinrichtung schräg zur beleuchteten Oberfläche angeordnet ist oder daß zwischen der leuchtenden Fläche und der beleuchteten Oberfläche ein halbdurchlässiger Umlenkspiegel (13) angeordnet ist und daß der Lichtempfänger aus einer Fernsehkamera (20) besteht, der ein Monitor (23) und/oder eine Einrichtung (22) zur elektronischen Auswertung von Fernsehsignalen nachgeschaltet ist.
  20. 20. Anordnung nach Anspruch 19, da dur c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die leuchtende Fläche aus einer Opalglasscheibe (11) besteht, der ein Bildprojektor (10) zur Projektion eines Schwarzweiß- oder eines Farbmusters auf die Opalglasscheibe zugeordnet ist.
  21. 21. Anordnung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß anstelle der Opalglasscheibe oder zwischen Opalglasscheibe und beleuchteter Oberfläche eine Fresnel-Linse (12) angeordnet ist, welche die Pupille des Projektionsobjektivs in die Pupille des Kameraobjektivs abbildet.
  22. 22. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die leuchtende Fläche aus Teilflächen unterschiedlicher Helligkeit.
    besteht, die einander konzentrisch, linear oder zweidimensional abwechseln.
  23. 23. Anordnung nach Anspruch 22, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die leuchtende Fläche schachbrettartig gestaltet ist.
  24. 24. Anordnung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die leuchtende Fläche mit einem Strich- oder Gitterraster belegt ist.
  25. 25. Anordnung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die leuchtende Fläche eine statistische Helligkeits- und/oder Farbverteilung (Rauschraster) aufweist.
  26. 26. Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bildprojektor im wesentlichen aus einem Laser besteht, dessen Lichtstrahl hinsichtlich Lichtamplitude und Ablenkrichtung moduliert ist.
  27. 27. Anordnung nach Anspruch 26, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Ablenkfrequenz des Laserstrahles sehr viel größer ist als die Ablenkfrequenz der Fernseh-Bildabtastung oder daß die leuchtende Fläche aus einer fluoreszierenden Opalglasscneibe besteht.
  28. 28. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 27 zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 15 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Opalglasscheibe ein Filmprojektor oder zwei wechselweise mit Blitzlampen betriebene Projektoren zugeordnet sind.
  29. 29. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 27 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e z daß die leuchtende Fläche aus dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre mit zugeordnetem elektronischem Mustergenerator besteht.
  30. 30. Anordnung nach Anspruch 19, bei der die Beleuchtungseinrichtung aus einer gleichmäßig leuchtenden Fläche besteht und zwischen dieser leuchtenden Fläche und der beleuchteten Oberfläche in unmittelbarer Nähe der Oberfläche ein optisches Gitter angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein zweites optisches Gitter gekreuzt zum ersten angeordnet ist.
  31. 31. Anordnung nach Anspruch 19 mit einer leuchtenden Fläche periodischer oder aperiodischer Helligkeitsverteilung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß in unmittelbarer Nähe der beleuchteten Oberfläche ein optisches Gitter (15) angeordnet ist, dem ein punktförmiger Strahler (16) zugeordnet ist (Figur 10).
  32. 32. Anordnung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Abbildungsebene des von einem oder mehreren Projektoren oder einem modulierten und abgelenkten Laserstrahl oder einer Kathodenstrahlröhre mit Projektionsoptik bzw. einem Video-Projektor erzeugten Bildes von der zu beobachtenden Oberfläche (1) gebildet wird.
  33. 33. Anordnung nach Anspruch 32, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Fernsehkamera mit Wechselobjektiven unterschiedlicher Brennweite oder mit einem Zoom-Objektiv ausgerüstet ist oder daß als Lichtempfänger zwei Fernsehkameras mit Objektiven unterschiedlicher Brennweite versehen sind.
  34. 34. Anordnung nach Anspruch 32, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Objektiv des Projektors und das Objektiv der Fernsehkamera unterschiedliche Brennweiten aufweisen (Figur 9).
  35. 35. Anordnung nach Anspruch 32, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Blende des Objektivs der Beleuchtungseinrichtung bzw. der Fernsehkamera telezentrisch und die Blende des jeweils anderen Objektivs entozentrisch angeordnet ist.
  36. 36. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, d a -d u r c h g e k e .n n z e i c h n e t , daß zwischen der leuchtenden Fläche und der beleuchteten Oberfläche in unmittelbarer Nähe der Oberfläche ein optisches Gitter oder zwei gekreuzte optische Gitter angeordnet sind.
  37. 37. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Target der lichtempfindlichen Schicht des Fernsehsensors oder zwischen beleuchteter Oberfläche und Fernsehkamera ein optisches Gitter angeordnet ist.
  38. 38. Anordnung nach Anspruch 37, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß Projektor und Fernsehkamera nebeneinander angeordnet sind und daß beiden ein gemeinsames optisches Gitter zugeordnet ist.
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2535472A1 (fr) * 1982-11-01 1984-05-04 Gen Electric Projecteur optique, methode et systeme d'inspection optique
FR2562236A1 (fr) * 1984-03-27 1985-10-04 Duret Francois Procede de reconnaissance tridimensionnelle de formes d'objets, tels que d'organes en medecine ou en chirurgie dentaire
DE3413605A1 (de) * 1984-04-11 1985-10-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Optisches verfahren zur messung des profils von oberflaechen mit oertlich stark schwankendem reflexionsfaktor
DE3602995A1 (de) * 1985-01-31 1986-08-07 Hitachi Medical Corp., Tokio/Tokyo Verfahren und vorrichtung zum vermessen der dreidimensionalen form eines festen koerpers
DE3721749A1 (de) * 1987-07-01 1989-01-12 Man Technologie Gmbh Verfahren und vorrichtung zur beruehrungslosen erfassung der form von gegenstaenden
DE4312241A1 (de) * 1993-04-15 1994-10-20 Deutsche Aerospace Verfahren zur Nahtvermessung
DE4408291A1 (de) * 1994-03-11 1995-11-09 Abb Patent Gmbh Verfahren zur optischen Schweißnahtprüfung
US5568258A (en) * 1992-08-25 1996-10-22 Asahi Glass Company Ltd. Method and device for measuring distortion of a transmitting beam or a surface shape of a three-dimensional object
EP0886790A2 (de) * 1995-06-22 1998-12-30 3DV Systems Ltd. Telezentrische 3d kamera und zugehöriges verfahren
US6445884B1 (en) 1995-06-22 2002-09-03 3Dv Systems, Ltd. Camera with through-the-lens lighting
DE102006018766A1 (de) * 2006-04-20 2007-10-31 Hpi-Zentrum Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Größenermittlung einer Verformung einer Oberfläche
DE102007022523A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug
DE102007022524A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug
US7577353B2 (en) 2005-12-23 2009-08-18 Intelligente Optische Sensoren Und Systeme Gmbh Device and method for optically inspecting a surface
DE102010047444A1 (de) * 2010-10-04 2012-04-05 Audi Ag Verfahren zur Visualisierung von Maßabweichungen zwischen einer Ist- und Soll-Geometrie eines Bauteils
DE102015223989A1 (de) 2015-12-02 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Beleuchtung und Aufnahme von Oberflächeninhomogenitäten spiegelnder Oberflächen
WO2020025086A1 (de) * 2018-07-31 2020-02-06 Dhruv Kasavala Verfahren und vorrichtung zur erkennung und analyse von oberflaechenfehlern dreidimensionaler objekte mit einer reflektierenden oberflaeche, insbesondere von kraftfahrzeugkarosserien
US20230419471A1 (en) * 2022-06-28 2023-12-28 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Surface inspection system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3762818A (en) * 1970-02-11 1973-10-02 Lockheed Aircraft Corp Contour measurement apparatus
DE2620330A1 (de) * 1975-05-09 1976-11-18 Rolls Royce 1971 Ltd Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer oberflaechengestalt
DE2555033A1 (de) * 1975-12-06 1977-06-23 Leitz Ernst Gmbh Verfahren zum beruehrungslosen messen und pruefen von oberflaechen und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
US4175862A (en) * 1975-08-27 1979-11-27 Solid Photography Inc. Arrangement for sensing the geometric characteristics of an object
DE2919863A1 (de) * 1979-05-17 1980-11-27 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Verfahren und vorrichtung zur erfassung und darstellung der gestalt bzw. der gestaltsaenderung der oberflaeche von objekten
DE3015581A1 (de) * 1980-04-23 1981-10-29 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Bestimmung von oberflaechenwelligkeiten

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3762818A (en) * 1970-02-11 1973-10-02 Lockheed Aircraft Corp Contour measurement apparatus
DE2620330A1 (de) * 1975-05-09 1976-11-18 Rolls Royce 1971 Ltd Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer oberflaechengestalt
US4175862A (en) * 1975-08-27 1979-11-27 Solid Photography Inc. Arrangement for sensing the geometric characteristics of an object
DE2555033A1 (de) * 1975-12-06 1977-06-23 Leitz Ernst Gmbh Verfahren zum beruehrungslosen messen und pruefen von oberflaechen und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE2919863A1 (de) * 1979-05-17 1980-11-27 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Verfahren und vorrichtung zur erfassung und darstellung der gestalt bzw. der gestaltsaenderung der oberflaeche von objekten
DE3015581A1 (de) * 1980-04-23 1981-10-29 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Bestimmung von oberflaechenwelligkeiten

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2535472A1 (fr) * 1982-11-01 1984-05-04 Gen Electric Projecteur optique, methode et systeme d'inspection optique
FR2562236A1 (fr) * 1984-03-27 1985-10-04 Duret Francois Procede de reconnaissance tridimensionnelle de formes d'objets, tels que d'organes en medecine ou en chirurgie dentaire
DE3413605A1 (de) * 1984-04-11 1985-10-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Optisches verfahren zur messung des profils von oberflaechen mit oertlich stark schwankendem reflexionsfaktor
DE3602995A1 (de) * 1985-01-31 1986-08-07 Hitachi Medical Corp., Tokio/Tokyo Verfahren und vorrichtung zum vermessen der dreidimensionalen form eines festen koerpers
DE3721749A1 (de) * 1987-07-01 1989-01-12 Man Technologie Gmbh Verfahren und vorrichtung zur beruehrungslosen erfassung der form von gegenstaenden
US5568258A (en) * 1992-08-25 1996-10-22 Asahi Glass Company Ltd. Method and device for measuring distortion of a transmitting beam or a surface shape of a three-dimensional object
DE4312241A1 (de) * 1993-04-15 1994-10-20 Deutsche Aerospace Verfahren zur Nahtvermessung
DE4408291A1 (de) * 1994-03-11 1995-11-09 Abb Patent Gmbh Verfahren zur optischen Schweißnahtprüfung
EP0886790A2 (de) * 1995-06-22 1998-12-30 3DV Systems Ltd. Telezentrische 3d kamera und zugehöriges verfahren
EP0886790A4 (de) * 1995-06-22 1999-01-07
US6445884B1 (en) 1995-06-22 2002-09-03 3Dv Systems, Ltd. Camera with through-the-lens lighting
US6654556B2 (en) 1995-06-22 2003-11-25 3Dv Systems Ltd. Camera with through-the-lens lighting
US7577353B2 (en) 2005-12-23 2009-08-18 Intelligente Optische Sensoren Und Systeme Gmbh Device and method for optically inspecting a surface
DE102006018766A1 (de) * 2006-04-20 2007-10-31 Hpi-Zentrum Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Größenermittlung einer Verformung einer Oberfläche
DE102006018766B4 (de) * 2006-04-20 2008-04-30 Hpi-Zentrum Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Größenermittlung einer Verformung einer Oberfläche
DE102007022523A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug
DE102007022524A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug
US8749404B2 (en) 2007-05-14 2014-06-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Motor vehicle
DE102010047444A1 (de) * 2010-10-04 2012-04-05 Audi Ag Verfahren zur Visualisierung von Maßabweichungen zwischen einer Ist- und Soll-Geometrie eines Bauteils
DE102010047444B4 (de) * 2010-10-04 2014-04-03 Audi Ag Verfahren zur Visualisierung von Maßabweichungen zwischen einer Ist- und Soll-Geometrie eines Bauteils
DE102015223989A1 (de) 2015-12-02 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Beleuchtung und Aufnahme von Oberflächeninhomogenitäten spiegelnder Oberflächen
WO2020025086A1 (de) * 2018-07-31 2020-02-06 Dhruv Kasavala Verfahren und vorrichtung zur erkennung und analyse von oberflaechenfehlern dreidimensionaler objekte mit einer reflektierenden oberflaeche, insbesondere von kraftfahrzeugkarosserien
US11674907B2 (en) 2018-07-31 2023-06-13 Dhruv Kasavala Method and device for recognising and analysing surface defects in three-dimensional objects having a reflective surface, in particular motor vehicle bodies
US20230419471A1 (en) * 2022-06-28 2023-12-28 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Surface inspection system
DE102022116099B3 (de) 2022-06-28 2023-12-28 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Oberflächeninspektionssystem und Verfahren zur Erfassung von Oberflächendefekten

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