DE3320939A1

DE3320939A1 - Vorrichtung zur fehlerpruefung der oberflaeche eines konvex gekruemmten koerpers

Info

Publication number: DE3320939A1
Application number: DE19833320939
Authority: DE
Inventors: Hajime Tokyo Yoshida
Original assignee: Hajime Industries Ltd
Current assignee: Hajime Industries Ltd
Priority date: 1982-06-15
Filing date: 1983-06-09
Publication date: 1983-12-15
Also published as: FR2528571B1; GB2126712A; GB8315789D0; GB2126712B; JPS58219441A; DE3320939C2; JPH0515978B2; US4555635A; FR2528571A1; CA1206226A

Description

Vorrichtung zur Fehlerprüfung der Oberfläche eines konvex gekrümmten Körpers

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fehlerprüfung der Oberfläche eines konvex gekrümmten Körpers, insbesondere eine Vorrichtung dieser Art, die bei einfacher Bauweise eine sehr genaue, jedoch automatische Prüfung der Oberfläche eines konvex gekrümmten Körpers (mit stark reflektierenden Eigenschaften der Oberfläche) auf das etwaige Vorhandensein von Oberflächenfehlern ermöglicht.

Es erweist sich als äußerst schwierig, visuell die stark reflektierende Oberfläche eines konvex gekrümmten Körpers auf etwaige Oberflächenfehler hin zu überprüfen, beispielsweise die konvex gekrümmte Oberfläche von Metallkörpern, die verspiegelt, poliert oder mit einer glänzenden O berflächenbeschichtung versehen sind· Es wurden in den letzten Jahren verschiedene Vorrichtungen entwickelt, die eine automatische Oberflächenprüfung im Hinblick auf Schmutzstellen, Kratzer usw. durch Lichtabtastung ermöglichen; hierbei werden die konvex gekrümmten, stark reflektierenden Flächen durch BiIdsensoren, wie eine Fernsehkamera, abgetastet und das so gewonnene Bildsignal elektrisch verarbeitet.

Ebenso wie eine einfache visuelle Inspektion ist jedoch auch die zuletzt geschilderte automatische Prüfung bei konvexen, stark reflektierenden Oberflächen äußerst schwierig.

Anhand der Fig„1 und 2 sei zunächst eine solche bekannte automatische Prüfvorrichtung näher er-₍ läutert. Fig.1 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem einfallenden Licht IL und dem reflektierten Licht RL, wobei die zu prüfende Oberfläche eine konvex (sphärisch) gekrümmte Oberfläche 2 eines konvexen Körpers 1, beispielsweise einer Kugel, ist. Bekanntlich verlaufen die Richtungen des einfallenden Lichtes IL und des reflektierten Lichtes RL symmetrisch zu einer Normalen N im Punkte P der konvexen Oberfläche 2. Der Einfallswinkel θ ist somit gleich dem Reflexionswinkel Θ-,.
κ

Fig.2 ist eine Schemadarstellung einer bekannten Prüfvorrichtung zur Prüfung der konvexen Oberfläche 2 des Körpers 1. Das von einer Lichtquelle einfallende Licht IL wird in den Punkten A1, A2, A3 ... auf der konvexen Oberfläche 2 des Körpers reflektiert (reflektiertes Licht RL1, RL2, RL3...). Durch die Anordnung der Lichtquelle 3 und einer Fernsehkamera 4 wird nur das reflektierte Licht RL1 von der Fernsehkamera 4 aufgenommen, während das reflektierte Licht im übrigen außerhalb des Gesichtsfeldes dieser Kamera 4 verläuft. Es können infolgedessen nur etwaige Oberflächenfehler im Punkte A1 festgestellt werden. Nun ist jedoch das reflektierte Licht RL1 aufgrund der gut reflektierenden Eigenschaften der Oberfläche 2 außerordentlieh stark; dies macht es äußerst schwierig, im Punkte A1 vorhandene kleine Fehler festzustellen.

Um die gesamte Oberfläche 2 zu überprüfen, muß der konvexe Körper 1 relativ zur Fernsehkamera 4 um eine ganze Umdrehung gedreht werden. Da ferner auch ein Teil des an anderen Stellen der Oberfläche 2 als im Punkte A1 reflektierten Lichtes in die Fernsehkamera 4 fällt, ist streng genommen davon auszugehen, daß die bekannte Ausführung gemäß Fig.2 gleichzeitig auch eine Prüfung anderer Oberflächenteile als A1 durchführen kann; solange jedoch die Oberfläche 2 eine konvex gekrümmte Oberfläche ist, wird - unabhängig von einer Änderung der Anordnung der Fernsehkamera 4, der Oberfläche 2 und der Lichtquelle 3 - der von der Lichtquelle 3 ausgehenede Lichtstrahl selbst die Kamera 4 in Form eines Bildes erreichen, ebenso wie im Falle des Punktes A1, was jedoch PrüfSchwierigkeiten mit sich bringt.

Fig.3 zeigt eine weitere bekannte Ausführung, die den vorstehend erläuterten Nachteil zu vermeiden sucht. Hierbei sind zwei Lichtquellen 1., 3₂ vorgesehen, die die konvex gekrümmte Oberfläche 2 des Körpers 1 über Streuscheiben 5., , 5~ beleuchten. Zwischen diesen Streuscheiben ist die Fernsehkamera 4 angeordnet, die infolgedessen nicht direkt von Licht aus den Lichtquellen 3-j , 3₂ getroffen werden kann. Das von den Lichtquellen 3-, 3- ausgesandte Licht wird durch die Streuscheiben 5-, 5_? so gestreut, daß es bestimmte Bereiche der konvex gekrümmten Oberfläche 2 trifft; das dort reflektierte Licht wird von der Fernsehkamera 4 aufgenommen und ermöglicht eine Prüfung des betreffenden Bereiches der Oberfläche 3.

Bei dieser Ausführung ergibt sich jedoch der Nachteil, daß bezüglich des Punktes B auf der konvexen Oberfläche 2 das Bild des Linsenabschnittes 4₁ der Fernsehkamera 4 von der Kamera 4 aufgenommen wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung fallen somit die
Normale im Punkte B auf die konvex gekrümmte Oberfläche 2 und die optische Achse der Fernsehkamera zusammen , wodurch eine Oberflächenprüfung im Punkte B der Oberfläche 2 unmöglich wird.

Das Bezugszeichen 6 in den Fig.2 und 3 kennzeichnet eine Prüfeinrichtung, die durch Verarbeitung des
von der Fernsehkamera 4 gelieferten Ausgangsbildsignales feststellt, ob in der geprüften Oberfläche 2 ein Fehler, beispielsweise ein Kratzer oder dergleichen, ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zur Oberflächenprüfung eines konvex gekrümmten Körpers zu entwickeln, die die geschilderten Nachteile der bekannten Ausführungen
vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der
Unteransprüche und werden im Zusammenhang mit der
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig.1 eine Schernadars teilung zur Erläuterung der Lichtreflexion an einer konvex gekrümmten Oberfläche;

Fig.2 und 3 Schemadarstellungen bekannter Prüfvorrichtungn;

Fig.4 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung.

In Fig.4 sind für dieselben Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig.1 bis 3 verwendet.

Die Vorrichtung gemäß Fig.4 enthält eine einzige Lichtquelle 3, die einen im wesentlichen parallelen Lichtstrom als einfallendes Licht IL auf die konvex gekrümmte Oberfläche 2 des Körpers 1 wirft. Die Lichtquelle 3 enthält in einem zylindrischen Körper 3A in dem einen Brennpunkt einer Sammellinse 3B einen Lichterzeuger 3C, beispielsweise eine Lampe. Der zylindrische Körper 3A ist an einem Ende geschlossen und im Bereich seines offenen anderen Endes mit der Sammellinse 3B versehen. A.uf diese Weise wird ein paralleles Lichtbündel als einfallendes Licht IL erzeugt. Die Stromversorgung für den Lichterzeuger 3C ist mit 3D bezeichnet.

Zwischen der Oberfläche 2 und dem Bildsensor, beispielsweise einer Fernsehkamera 4, ist ein Projektionsschirm 7 des Transmissionstyps vorgesehen, der

»"Uv»,

f^!{ 1 beispielsweise aus transparentem Kunststoff besteht ί*:' . und im wesentlichen gleichförmige Stärke besitzt.

§^ Auf der der Oberfläche 2 zugewandten Seite des Profil· .' jektionsschirmes 7 ist eine BiIdformungsfläche 7A

Sr- '■

^j' 5 vorgesehen, beispielsweise eine Mattfläche, auf der

jj;" Bilder dadurch entstehen, daß das auf die Fläche 7A

auffallende Licht teilweise gestreut wird. Auf diese

^; Fläche 7A des Projektionsschirmes 7 wird somit das

Bild eines Bereiches der Oberfläche 2 erzeugt, der '* 10 von dem parallelen Lichtbündel des einfallenden

Lichtes IL getroffen wird. Dieses parallele Lichtbündel des einfallenden Lichtes IL wird von einem bestimmten Bereich der Oberfläche 2 reflektiert,

V wobei das reflektierte Licht auf die Bildformungs-

; 15 fläche 7A des Projektionsschirmes 7 trifft.

Es ist nun erwünscht, daß die Form des Projektionsschirmes 7 bzw. der Bildformungsfläche 7A derart ist, daß die Auftreffpunkte des reflektierten Lichtes RL auf der Bildformungsfläche 7A untereinander gleiche Abstände aufweisen, ebenso wie die

Reflexionspunkte dieser Lichtstrahlen auf der Oberfläche 2.

Durch geeignete Wahl der Gestalt der Bildformungsfläche 7A erhält man auf dieser Fläche 7A ein konformes Abbild des bestrahlten Bereiches der Oberfläche 2 und kann infolgedessen eine genaue Oberflächenprüfung im Hinblick auf etwa vorhandene Fehler durchführen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 ist der Bildsensor, beispielsweise die Kamera 4, auf der dem Körper 1 abgewandten Seite des Projektionsschirmes 7 angeordnet, wobei das auf der Bildformungsfläche 7A erzeugte Abbild des bestrahlten Bereiches der Oberfläche 2 durch den Projektionsschirm 7 hindurch aufgenommen wird. Das Ausgangssignal der Fernsehkamera 4 wird wie bei der bekannten Ausführung in der PrüTeinrichtung 6 verarbeitet, so daß eine Aussage darüber gewonnen wird, ob sich auf der gerade geprüften Oberfläche 2 ein Fehler befindet oder nicht. Die Fernsehkamera 4 erfaßt somit nicht das Licht der Lichtquelle 3 direkt wie bei der bekannten Ausführung, und sie nimmt auch nicht das Bild des Linsenabschnittes 4. der Fernsehkamera 4 auf. Selbst wenn daher die konvexe Oberfläche des Körpers, beispielsweise einer Kugel oder eines Zylinders, stark reflektiert, läßt sich eine zuverlässige und einfache Oberflächenprüfung im Hinblick auf etwa vorhandene Fehler durchführen.

Da nur eine einzige Lichtquelle Verwendung findet, deren Licht nicht divergiert, sondern in Form eines gebündelten, parallelen Lichtstromes auf die zu prüfende Oberfläche geworfen wird, fällt weder direktes Licht auf den Projektionsschirm 7 noch auf die Kamera 4.

Wenn der von dem parallelen Lichtbündel des einfallenden Lichtes IL getroffene Bereich der Oberfläche 2 des Körpers 1 nur ein Teil der gesamten zu prüfenden Oberfläche 2 ist, so muß selbstver-

ständlich - wenngleich in der Zeichnung nicht dargestellt - der Körper 1 durch eine geeignete Antriebseinrichtung gedreht bzw. bewegt werden, so daß nacheinander die gesamte zu prüfende Oberfläche von dem parallelen Lichtbündel getroffen wird. Damit werden auf der Bildformungsfläche 7A aufeinanderfolgend Bilder der geprüften Oberflächenbereiche erzeugt.

Der Einfallswinkel des parallelen Lichtbündels des einfallenden Lichtes IL auf die zu prüfende Oberfläche 2 kann je nach der Größe und Krümmung der Oberfläche 2 variieren. In einem solchen Falle wird die Form des Projektionsschirmes 7 je nach dem gewählten Einfallswinkel entsprechend mit geändert.

Es versteht sich, daß die Anordnung hierbei stets so zu treffen ist, daß der parallele Lichtstrom des einfallenden Lichtes von der Lichtquelle 3 nicht direkt auf die Bildformungsfläche 7A des Projektionsschirmes 7 oder auf die Fernsehkamera 4 trifft.

Es ist nicht unbedingt notwendig, die Lichtquelle so auszubilden,C>daß sie einen streng parallelen Lichtstrom erzeugt. Es können vielmehr - je nach der Form und den sonstigen Eigenschaften der zu prüfenden Oberfläche 2 - auch leicht divergierende oder konvergierende Lichtbündel emittiert werden. 30

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Je nach der Form des zu prüfenden Körpers ist es schließlich auch möglich, die Fernsehkamera 4 auf derselben Seite des Projektionsschirmes 7 wie der Körper 1 anzuordnen. Hierbei nimmt die Fernsehkamera 4 das auf der Bildformungsfläche 7A erzeugte Bild direkt auf. Die Eigenschaften der Lichtquelle 3 werden für diesen Fall entsprechend angepaßt. Statt eines Projektionsschirmes 7 des Transmissionstype.', kann somit auch ein Projektionsschirm des Reflexionstyps Verwendung finden.

Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1.) Vorrichtung zur Fehlerprüfung der Oberfläche eines konvex gekrümmten Körpers, enthaltend

a) eine Lichtquelle(3)zur Beleuchtung der Oberfläche (2) des zu prüfenden Körpers(1),

b) einen Bildsensor(4)zur Aufnahme des von der Oberfläche(2)des Körpers 1 reflektierten Lichtes und zur Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Signales,

c) eine Prüfeinrichtung(6),die anhand des von dem Bildsensor(4)gelieferten elektrischen Signales ermittelt, ob die betrachtete Oberfläche (2) Fehler aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) im Lichtweg zwischen der Lichtquelle (7) und dem Bildsensor (4) ein Projektionsschirm (7) vorgesehen ist, auf dem ein Bild der Oberfläche (2) des Körpers (1) erzeugt wird, das von dem durch die Lichtquelle (3) ausgesandten Lichtstrahl getroffen wird, wobei der Bildsensor (4) das auf dem Projektionsschirm (7) erzeugt Bild aufnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Lichtquelle (3) vorgesehen ist, die ein lichtemittierendes Element (3C) und eine optische Einrichtung (3B) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektionsschirm (7) aus transparentem Material besteht und auf einer Seite eine Bilaformungsfläche (7A) enthält, auf der das Bild der Oberfläche (2) des Körpers (1) erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3), der Körper (1), der Projektionsschirm (7) und der Bildsensor (4) derart angeordnet sind, daß der von der Lichtquelle (3) ausgesandte Lichtstrom den Projektionsschirm (7) und den Bildsensor (4) nicht direkt trifft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildformungsfläche (7A) auf der dem Körper (1) zugewandten Seite des Projektionsschirmes (7) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsensor (4) auf der dem Körper (1) abgewandten Seite des Projektionsschirmes (7) angeordnet ist, so daß der BiId- sensor (4) das auf der Bildformungsfläche (7A)

erzeugte Bild durch den Projektionsschirm (7) hindurch aufnimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsensor auf derselben

Seite des Projektionsschirmes (7) wie der zu prüfende Körper angeordnet ist und das auf der Bildformungsfläche erzeugte Bild direkt

aufnimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der O berfläche (2) des Körpers (1) zugewandte Bildformungsfläche (7A) des Projektionsschirmes (7) so geformt ist, daß die Bilder von Punkten, die auf der Oberfläche (2) gleichen Abstand voneinander aufweisen, auch auf der Bildformungsfläche (7A) untereinander gleichen Abstand besitzen.