DE3302835A1 - Automatische visuelle pruefung von gewinden durch bildsensoren - Google Patents

Description

• Automatische visuelle Prüfung von Gewinden
• durch Bildsensoren In der industriellen Fertigung spielt die visuelle Güteprüfung eine wichtige Rolle. Bisher wurden diese Aufgaben meist durch Arbeitskräfte vorgenommen. Die Monotonie dieser Arbeit sowie Zuverlässigkeit (Objektivität), Durchsatzrate und Kosten sprechen zur die Automatisierung der visuellen Güteprüfung. Die Mikroelektronik stellt heute die Mittel zur Schaffung wirtschaftlicher Eildsensoren zur Automatisierung der unterschiedlichsten visuellen PrufauE-gaben.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen visuellen Prüfung/Erkennung von Gewinden oder von Objekten mit gewindeähnlicher kammartiger Struktur mittels Bildsensoren Das beschriebene Verfahren ist zur Prüfung, Erkennung (Klassifizierung) und Positions- und Drehlagenbestimmung einsetzbar. Im folgenden wird der Einfachheit halber der Ausdruck "prüfung" verwendet Bei der Produktion von Schrauben ellen bei der Endkontrolle Prüfaufgaben folgender Art an: . Gewinde vorhanden/nicht vorhanden, . Gewinde voll ausgebildet (Kern- und Außendurchmesser), . Anzahl der Gewindegänge (Gewindelänge) richtig, . Ausprägung (Form) der Gewindegänge richtig (Abflachungen.
• Fehlstellen), . Gewindesteigung richtig (Steilgewinde).
• Ähnliche Prüfaufgaben ergeben sich bei der Produktion von kammartigen Objekten, z.B. Messerleisten für elektrische Steckverbinder Die meist sehr hohe Durchsatzrate bei der Fertigung dieser Teile verlangt nach einer Automatisierung der Sichtprüfung.
• Die verwendeten Bildauswerteverfahren müssen mit wirtschaftlichem Aufwand realisierbar sein und mit Bildanalysezeiten im 1/10 Sekundenbereich auskommen.
• Aus der Literatur /1,2/ sind Bildauswerteverfahren zur automatischen visuellen Prüfung von Gewinden bekannt.
• Diese Verfahren basieren auf der direkten Auswertung des Linienzuges der Konturlinie des Gewindebildes. Die Merkmale zur Fehlererkennung werden durch Softwaremodule extrahiert. Bisher sind keine Hardwarelösungen bekannt, die angeführten Verfahren sind deshalb entsprechend langsam.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schnelle Prüfung von Gewinden durch käufliche Bildsensoren mit Standard-Hardware zu ermöglichen.
• Eine Standardaufgabe der Bildanalyse ist die Bildobjektmarkierung (Komponentenmarkierung) /3/: Bei zeilenweiser Abtastung eines Bildes werden im Bild liegende Objekte in zugehörige Zeilenabschnitte zerlegt. Um die zu einem Objekt gehörenden Zeilenabschnitte zu finden, wird die jeweils aktuelle mit der in Abtastrichtung zurückliegenden Zeile verglichen und zusammengehörende Zeilenabschnitte festgestellt. Zusammengehörende Zeilenabschnitte werden mit einer Nummer gekennzeichnet. Die Nummern werden in der Reihenfolge vergeben, in der die Objekte bei der Bildabtastung auftreten.
• In Abtastrichtung zusammenlaufende Objektzweige werden somit zunächst als Einzelobjekte betrachtet. Erst beim Zusammenlaufen der Objektzweige wird die Zusammengehörigkeit festgestellt und vermerkt.
• Parallel zur Romponentenmarkierung arbeitende Bardwaremodule. berechnen Merkmale (Fläche und Konturlinienlange) und Schwerpunktkoordinaten der einzelnen Objektzweige. Diese Daten werden erst nach der Bildabtastung zu den Gesamtobjektdaten zusammengefaßt.
• Erfindungsgemäß werden die durch die Hardwaremodule berechneten Daten der einzelnen Objektzweige, im Gegensatz zu der üblichen Verfahrensweise, nicht zusammengefaßt, sondern einzeln als Merkmale für die Prüfaufgabe genutzt Fläche, Konturlinien und Schwerpunktkoordinaten der einzelnen Objektzweige entsprechen Flache, onturlinienlänge und Schwerpunktkoordinaten der einzelnen Gewindegänge/Zähne der Objektbilder. Hiermit stehen sofort nach der Bildabtastung die benötigten Merkmale zur Beurteilung jedes einzelnen Gewindeganges/Zahnes (Fläche, Konturlinienlänge, Position) und des Gesamtobjektes (Anzahl der Teilobjekte, Positionen) zur Verfügung.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sehr kurze Prüfzeiten (Erkennungszeiten) bei der automatischen visuellen Prüfung von Gewinden erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einem käuflichen Bildsensorsystem (S.A.M.-System der Robert Bosch GmbH, Darmstadt, eine Grundentwicklung des IITE Karlsruhe) implementiert werden Es sind keine aufgabenspezifischen Hardwaremodule notwendig. Durch die hohe Datenreduktion der verwendeten Standard-Hardwaremodule wird der Aufwand für die aufgabenspezifische Software stark reduziert Das Verfahren kann sowohl auf das Binärbild des Prufobjektes als auch auf das Konturlinienbild angewandt werden. Bei der Gewindeprüfung bringt die Verwendung des Ronturlinienbildes den Vorteil, daß während einer Bildabtastung die Daten für zwei Mantellinien dee Gewindes (obenfuncen) erfaßt werden; außerdem hat eine Schräglage des Prüfobjektes in von der Form des Gewindes abhängigen Grensen- keinen influß auf die Form der Teilobjekte.
• Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt Fig 2 o 1 zeigt das Konturlinienbild des Gewindes einer Schraube. Dieses#Konturlinienbild kann durch Bestimmung der Objektrandpunkte in einem 3x3 Bildfenster durch ein Hardwaremodul während der Bildabtastung erzeugt werden. Die seriell (zwei Zeilen Verzögerung) dazu arbeitende Komponentenmarkierung zerlegt das Konturlinienbild in Teilobjekte entsprechend Fig. 1.2.
• Fläche, Konturlinienlänge und Schwerpunktkoordinaten der Teilobjekte werden durch parallel zur Komponentenmarkierung arbeitende Hardwaremodule bestimmt Die Fläche eines Teilobjektes wird durch die Summation der Teilobjektbildpunkte berechnet, die Konturlinienlänge durch bewertete Summation der Teilobjektbildpunkte; hierbei werden Eckbildpunkte stärker gewichtet. Fläche und Konturlinienlänge der Teilobjekte sind Merkmale zur Beurteilung der Qualität der einzelnen Gewindegänge. Aus der Position (Schwerpunktkoordinaten) der Teilobjekte lassen sich Aussagen über Gewindelänge, Durchmesser und Steigung herleiten.
• Fig. 2.1 zeigt das Binärbild (Silhouette) eines kammartigen Objektes. Wenn die Zähne dieses Objektes alle auf einer Abtastzeile zusammenlaufen, so wird das Objekt durch die Komponentenmarkierung in die Teilobjekte Fig. 2.2 zerlegt.
• Liegt das kammartige Objekt schräg zur Abtastrichtung Fig. 2.3, so ergeben sich die Teilobjekte wie in Fig. 2.4.
• Die Merkmale und die Positionen derTeilobjekte nach Fig. 2.2 oder Fig. 2.4 kEnnen zur Güteprüfung sowie zur Positions-und Drehlagebestimmung des kammartigen Objektes genutzt werden.
• Literatur /1/ R. Horaud, J.P. Charras: Automatic Inspection and Orientation of External Screws.
• Proc. of the Conf. on Pattern Recognition, Miami Beach, Florida, Volume 2, 1980, s. 264-268.
• /2/ J.L. Mundy and R.E. Joynson: Automatic Visual Inspection Using Syntactic Analysis.
• Proc. of the Conf. on Pattern Recognition and Image Processing, New York, 1977, S. 144-146.
• /3/ J.P. Foith, C. Eisenbarth, E. Enderle, H. Gerßelmann, H. Ringshauser, G. Zimmermann: Optischer Sensor für Erkennung von Werkstücken auf dem laufenden Band Fachberichte Messen-Steuern-Regeln 4, Springer Verlag, 1980, 5. 135-155.

Claims (1)

1. Patentansprüche Anspruch 1: Verfahren zur automatischen visuellen Prüfung/Erkennung und/oder Positions- und Drehlagenbestimmung von Gewinden und anderen Objekten, deren zweidimensionales bild sägezahn- oder kammartige Struktur au tr dadurch gekenneichnet daß das Bild des Fxüfobjektes in Teilobjekte (Gewindegänge, Zähne) zerlegt wird, deren Nerkmale und gegenseitige Lagen zur Prüfung/Zrkennung und/oder Positions- und Drehlagenbestimmung ausgewertet werden Anspruch 2: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Bild des Prüfobjektes durch ein Verfahren zur Bildobjektmarkierung (Komponentenmarkierung) in Teilobjekte zerlegt wird Beldobjektmarkierung: Bei zeilenweiser Abtastung eines Bildes werden im Bild liegende Objekte in zugehörige Zeilenabschnitte zerlegt. Um die zu einem Objekt gehörenden Zeilenabschnitte zu finden, wird die jeweils aktuelle mit der in Abtastrichtung zurückliegenden Zeile vexglichen und zusammengehörende Zeilenabschnitte estgestellt In Abtastrichtung zusammenlaufende Objektzweige - Teilobjekte nach Anspruch 2 - werden somit als Einzelobjekte betrachtet.

   Anspruch 3: Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Binärbild (Silhouette) des Prufobjektes ausgewertet wird.

   Anspruch 4: Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Konturlinienbild des Prüfobjektes ausgewertet wird.

   Anspruch 5: Verfahren nach Anspruch 1 bis 2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Flächen und die Konturlinienlängen. der Teilobjekte ausgewertet werden.

   Anspruch 6: Verfahren nach Anspruch 1 bis 2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenschwerpunkte der Teilobjekte sowie deren relationale Lagen (Abstände, Winkel) ausgewertet werden.