DE3624366A1 - Device and method for the optical representation of defects on a surface - Google Patents

Device and method for the optical representation of defects on a surface

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    • G—PHYSICS
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Abstract

The invention relates to a device for the optical representation of a defect located on a light-reflecting surface of a workpiece to be checked, or of irregularity with the aid of a light source and a light-optical (photo optical receiver), and to a corresponding method for determining such defects. In this case, an optical projector for producing a light bundle which preferably has parallel light beams is assigned to the surface of a workpiece which is to be checked in such a way that the light reflected from the surface can be fed via a mirror, which is preferably arranged at right angles to the surface of the workpiece, to a light-optical receiver. The parallel light bundle falling onto the surface of the workpiece to be checked is limited to a defined area of the workpiece to reject by means of appropriate diaphragms. In order to prevent the incidence of direct scattered light onto the mirror, the beam path of the light bundle is limited by a shading device. The angle of incidence of the light bundle on the surface of the workpiece to be tested is 30 DEG to 60 DEG , preferably 45 DEG . For the purpose of simultaneously checking a complex, variously curved surface of a workpiece, the latter is assigned a plurality of optical projectors fr respectively producing by means of a corresponding number of mirrors a light bundle which preferably has parallel light beams.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur opischen Darstellung einer auf einer lichtreflektierenden Oberfläche eines zu prüfenden Werk­ stückes befindlichen Störstelle oder Unregelmäßigkeit mit Hilfe einer Lichtquelle und eines lichtoptichen Empfängers.The invention relates to a device for the optical representation of a on a light reflecting surface of a work to be tested piece of fault or irregularity with the help of a Light source and a light-optic receiver.

Bei der Montage von Kraftfahrzeugen werden unterschiedlich geformte Blechtteile aus ihren jeweiligen Stanzmaschinen entnommen und einer Montagestraße zum weiteren Zusammenbau zugeführt. Nahezu sämtliche Vorgänge dieser Art erfolgen heutzutage vollautomatisch. Trotz der gleichbleibenden Arbeitsabläufe treten immer wieder Fehler bei der Handhabung der Werkstücke oder dergleichen auf, so daß beispielsweise kaum sichtbare Beulen auf den Blechteilen auftreten oder Fett- bzw. Ölflecke auf ein Werkstück gelangen, sodaß eine sich anschließende Grundierung an dieser Stelle nicht vorschriftsmäßig durchgeführt werden kann. Man ist bestrebt, solche auftretenden Fehler möglichst frühzeitig zu erkennen, einmal um eine Weiterverarbeitung und ein Mitschleppen des Fehlers zu verhindern und zum anderen, um systematische Fehler vollständig auszuschalten.Different shapes are formed when assembling motor vehicles Sheet metal parts taken from their respective punching machines and one Assembly line fed for further assembly. Almost all of them Processes of this kind are carried out fully automatically nowadays. Despite the constant workflows occur again and again with the Handling the workpieces or the like, so that, for example barely visible dents appear on the sheet metal parts or grease or Oil stains get on a workpiece, so that a subsequent one Priming at this point is not carried out properly can. One tries to avoid such errors as early as possible to recognize, first of all for further processing and carrying the To prevent errors and secondly to systematic errors switch off completely.

Diese Grundsätze gelten nicht nur im Kraftfahrzeugbau, sondern generell in der Geräte herstellenden bzw. Montageindustrie.These principles apply not only in automotive engineering, but in general in the device manufacturing or assembly industry.

Die einfachste bekannte Ermittlung von Fehlern in Form von Unebenheiten besteht darin, daß eine Bedienungsperson das zu prüfende Werkstück mit der Hand abtastet bzw. überstreicht, wobei die Empfindlichkeit der Hand selbst bei Verwendung eines Handschuhes ausreicht, um noch relativ kleine Dellen oder Beulen zu "erfühlen". Eine solche Praxis ist sehr Lohnintensiv und entspricht nicht den Forderungen einer weitgehenden Automatisierung.The simplest known detection of errors in the form of bumps consists of an operator carrying the workpiece to be tested the hand scans or sweeps, the sensitivity of the hand even when using a glove is sufficient to be still relative to "feel" small dents or bumps. Such a practice is very Wage-intensive and does not meet the requirements of an extensive Automation.

Es ist bekannt, daß insbesondere bei dem in Werkhallen vorherrschenden diffusen Lichtverhältnissen kleine Unebenheiten auf einer Fläche vom Auge ohne besondere Hilfsmittel nicht erkannt werden. It is known that, in particular, that prevailing in workshops diffuse light conditions small bumps on a surface from Eye cannot be recognized without special aids.  

Die geringen Entfernungsunterschiede der tiefsten und erhabensten Punkte einer Delle oder Beule sind für das räumlich sehende Auge einer Person zu gering, um noch erkannt zu werden, weil sie noch im gleichen Schärfen-Tiefenbereich liegen, auf den das Auge einer normalsichtigen Person adaptiert hat.The slight differences in distance between the deepest and the most sublime Points of a dent or bump are one for the spatial eye Person too low to be recognized because they are still in the same Depth of field lie on which the eye of a normal-sighted Person has adapted.

Die optische Feststellung eines Fleckes, beispielsweise eines Fett­ oder Ölfleckes hängt von den Farbkonstrasten des Fleckes zu seiner Umgebung ab. Unterhalb einer bestimmten Kontrastgrenze kann das Auge daher Flecke dieser Art nicht mehr erkennen.The visual detection of a stain, for example a fat or oil stain depends on the color contrasts of the stain to its Surroundings. The eye can see below a certain contrast limit therefore no longer recognize stains of this type.

Aus der Optik ist es ferner bekannt, daß Vertiefungen durch sehr flach zur Oberfläche einfallendes Licht sichtbar gemacht werden können, weil die dem Licht zugewandten Ränder Schatten werfen. Dieser Effekt ist jedem Mondbeobachter bekannt, welcher bei flach einfallendem Sonnen­ licht die Krater des Mondes sichtbar werden läßt.From the optics, it is also known that depressions are very shallow light incident on the surface can be made visible because the edges facing the light cast shadows. This effect is known to every lunar observer, which is when the sun falls flat makes the craters of the moon visible.

Wegen der geringen Ausdehnung der hier infrage kommenden mechanischen Fehler und auch der komplexen Oberflächen der zu prüfenden Werkstücke läßt sich diese optische Methode zur Sichtbarmachung von Unebenheiten nicht anwenden.Because of the small expansion of the mechanical in question here Defects and also the complex surfaces of the workpieces to be tested this optical method can be used to make unevenness visible do not apply.

Es ist ferner bekannt, eine auf Unebenheiten und Unregelmäßigkeiten zu prüfende Oberfläche intensiv zu beleuchten und das reflektierte Licht auf eine retroreflektierende Folie zu werfen. Durch die Auslenkung des von einer Beule reflektierten Lichtes ist diese auf der Folie besser zu erkennen, als bei direkter Betrachtung der beleuchteten Beule. Diese Methode setzt jedoch voraus, daß die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes sehr gut Licht reflektiert. Dies ist jedoch nur bei bereits lackierten Blechen der Fall. Fehler der genannten Art sollen jedoch so früh wie möglich erkannt werden, um anschließende Arbeiten an einem fehlerhaften Werkstück zu vermeiden.It is also known to address unevenness and irregularities intensively illuminating the test surface and the reflected light to throw on a retroreflective sheeting. By deflecting the from a bump reflected light is better on the film recognize than when looking directly at the illuminated bulge. These However, the method assumes that the surface of the test object Work piece reflects light very well. However, this is only for already painted sheets the case. Errors of the type mentioned should however, be recognized as early as possible for subsequent work avoid a faulty workpiece.

Insbesondere im Kraftfahrzeugbau müssen auch verzinkte Bleche auf Fehler der genannten Art geprüft werden. Eine verzinkte Oberfläche ist jedoch sehr rauh, so daß einfallendes Licht diffus reflektiert wird. Hierdurch werden die bisher bekannten und beschriebenen Prüfverfahren unbrauchbar.In automotive engineering in particular, galvanized sheets must also be used Errors of the type mentioned are checked. There is a galvanized surface  however, very rough, so that incident light is reflected diffusely. As a result, the previously known and described test methods unusable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mit dessen Hilfe Störstellen oder Unregelmäßigkeiten eines Werkstückes optisch darzustellen, zu registrieren und anzuzeigen sind, wobei die Oberfläche des Werkstückes selbst geringe Lichtreflektionseigenschaften aufweisen kann oder sogar Licht diffus reflektiert.The invention is therefore based on the object of a method and a Specify device for performing this method, with its Help optical defects or irregularities of a workpiece to represent, register and display, the surface of the workpiece itself have low light reflection properties can or even diffusely reflects light.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß ein Lichtprojektor zur Erzeugung eines vorzugsweise paralle Lichtstrahlen aufweisenden Lichtbündels der Oberfläche eines zu prüfenden Werkstückes derart zugeordnet ist, daß das von der Oberfläche reflektierte Licht über einen vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes angeord­ neten Spiegel einem lichtoptischen Empfänger zuführbar ist.The solution to this problem is that a light projector Generation of a preferably parallel light beam Beam of light from the surface of a workpiece to be tested in this way is assigned that the light reflected from the surface via one preferably arranged perpendicular to the surface of the workpiece Neten mirror can be fed to a light-optical receiver.

Das auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes einfallende parallele Lichtbündel ist mittels entsprechender Blenden vorzugsweise auf eine definierte Fläche des zu prüfenden Werkstückes begrenzt. Durch eine fortschreitende Bewegung des zu prüfenden Werkstückes wird auf diese Weise die gesamte Oberfläche in aufeinanderfolgenden Schritten systematisch lichtoptisch abgetastet, wodurch die Bedienungsperson nicht überfordert wird.The one falling on the surface of the workpiece to be tested parallel light beams are preferred by means of appropriate diaphragms limited to a defined area of the workpiece to be tested. By a progressive movement of the workpiece to be tested is on this way the entire surface in successive steps systematically scanned light-optically, whereby the operator is not overwhelmed.

Zur Verhinderung des Einfalles von direktem Streulicht auf den Spiegel ist der Strahlengang des Lichtbündels durch einen Abschatter begrenzt. Hierdurch wird dafür gesorgt, daß auf den Spiegel nur Licht von der zu prüfenden Oberfläche des Werkstückes auftrifft und das Spiegelbild nicht durch Nebenlicht gestört wird. To prevent direct stray light from entering the mirror the beam path of the light beam is limited by a shading device. This ensures that only light from the to the mirror testing surface of the workpiece and the mirror image is not disturbed by auxiliary light.  

Der Lichteinfallswinkel auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes beträgt nach der Erfindung 30° bis 60°, und vorzugsweise 45°. Es hat sich ergeben, daß dieser Lichteinfallswinkel die besten Ergebnisse hinsichtlich der Fehlerermittlung ergibt.The angle of incidence of light on the surface of the workpiece to be tested according to the invention is 30 ° to 60 °, and preferably 45 °. It has result that this light incidence angle gives the best results in terms of error detection.

Zur Prüfung einer komplexen, unterschiedlich gewölbten Oberfläche eines Werkstückes sind diesem in einer Weiterbildung der Erfindung mehrere Lichtprojektoren zur Erzeugung jeweils eines vorzugsweise parallele Lichtstrahlen aufweisenden Lichtbündels mit einer entsprechenden Anzahl von Spiegeln zugeordnet. Hierdurch ist es einer Bedienungsperson möglich, eine in Längsrichtung betrachtet halbe Fahrzeugkarosserie kontinuierlich zu überwachen.For testing a complex, differently curved surface of a In one development of the invention, there are several workpiece Light projectors for producing one preferably parallel one Beam of light having a corresponding number with light rays assigned by mirrors. This makes it an operator possible, a vehicle body half viewed in the longitudinal direction to monitor continuously.

Um auch diesen Registriervorgang zu automatisieren, sind in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dem lichtoptischen Empfänger Auswertevorrichtungen nachgeschaltet.In order to automate this registration process, too, are in one advantageous development of the invention, the light-optical receiver Evaluation devices downstream.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt die Figur eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit ihrem Strahlengang.The invention is explained in more detail with reference to a drawing. Here the figure shows a schematic representation of the device with its Beam path.

In der Figur ist mit 1 ein Lichtprojektor bezeichnet, der zur Erzeugung eines vornehmlich parallele Lichtstrahlen aufweisenden Lichtbündels 2 dient. Dieser Lichtprojektor 1 ist der Oberfläche 3 eines zu prüfenden Werkstückes 4 derart zugeordnet, daß das von der Oberfläche 3 reflektierte Licht 5 über einen senkrecht zur Oberfläche 3 des Werkstückes 4 angeordneten Spiegel 6 einem lichtoptischen Empfänger 7 zugeführt wird.In the figure, 1 denotes a light projector, which is used to generate a light beam 2 which has primarily parallel light beams. This light projector 1 is assigned to the surface 3 of a workpiece 4 to be tested in such a way that the light 5 reflected by the surface 3 is fed to a light-optical receiver 7 via a mirror 6 arranged perpendicular to the surface 3 of the workpiece 4 .

Das auf die Oberfläche 3 des zu prüfenden Werkstückes 4 einfallende parallele Lichtbündel 2 ist mittels nicht näher dargestellter Blenden auf eine definierte Fläche des zu prüfenden Werkstückes 3 begrenzt. The parallel light beam 2 incident on the surface 3 of the workpiece 4 to be tested is limited to a defined area of the workpiece 3 to be tested by means of diaphragms (not shown ) .

Zur Verhinderung des Einfalles von direktem Streulicht auf den Spiegel 6 ist der Strahlengang des Lichtbündels 2 durch einen Abschatter 9 be­ grenzt.To prevent the incidence of direct scattered light on the mirror 6 , the beam path of the light beam 2 is limited by a shader 9 be.

Der Einfallswinkel des Lichtbündels 2 auf die Oberfläche 3 des zu prüfenden Werkstückes 4 beträgt in dem hier dargestellten Ausführungs­ beispiel 45° beträgt.The angle of incidence of the light beam 2 on the surface 3 of the workpiece 4 to be tested is 45 ° in the embodiment shown here.

Zur automatischen Erfassung, Registrierung und Anzeige von Störstellen oder Unregelmäßigkeiten auf der zu prüfenden Oberfläche 3 des Werk­ stückes 4 sind dem lichtoptischen Empfänger 7 nicht näher dargestellte Auswertevorrichtungen nachgeschaltet.For automatic detection, registration and display of imperfections or irregularities on the surface to be tested 3 of the workpiece 4 , the light-optical receiver 7 are connected downstream evaluation devices, not shown.

Mit der Erfindung lassen sich relativ kleine aber dennoch störende Unregelmäßigkeiten eines Werkstückes in einfacher Weise sicher feststellen und je nach der apparativen Ausgestaltung durch einen Beobachter feststellen oder durch Registriergeräte ermitteln und lokalisieren.The invention can be relatively small but still annoying Irregularities of a workpiece are safe in a simple way determine and depending on the equipment design by a Detect observers or determine them using recording devices and locate.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur optischen Darstellung einer auf einer lichtreflek­ tierenden Oberfläche eines zu prüfenden Werkstückes befindlichen Störstelle oder Unregelmäßigkeit mit Hilfe einer Lichtquelle und eines lichtoptichen Empfängers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtprojektor zur Erzeugung eines vorzugsweise parallele Licht­ strahlen aufweisenden Lichtbündels der Oberfläche eines zu prüfen­ den Werkstückes derart zugeordnet ist, daß das von der Oberfläche reflektierte Licht über einen vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes angeordneten Spiegel einem lichtoptischen Empfänger zuführbar ist.1. Device for the optical representation of a defect or irregularity located on a light reflecting surface of a workpiece to be tested with the aid of a light source and a light-optical receiver, characterized in that a light projector for generating a preferably parallel light rays having the surface of a surface to be tested Workpiece is assigned such that the light reflected from the surface can be fed to a light-optical receiver via a mirror preferably arranged perpendicular to the surface of the workpiece. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes einfallende parallele Lichtbündel mittels entsprechender Blenden auf eine definierte Fläche des zu prüfenden Werkstückes begrenzt ist.2. Device according to claim 1, characterized in that on parallel to the surface of the workpiece to be tested Beams of light on a defined by means of appropriate apertures Area of the workpiece to be tested is limited. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung des Einfalles von direktem Streulicht auf den Spiegel der Strahlengang des Lichtbündels durch einen Abschatter begrenzt ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that for Preventing direct stray light from entering the mirror the beam path of the light beam is limited by a shading device is. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel des Lichtbündels auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes 30° bis 60°, vorzugsweise 45° beträgt.4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the angle of incidence of the light beam on the surface of the testing workpiece is 30 ° to 60 °, preferably 45 °. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Prüfung einer komplexen, unterschiedlich gewölbten Oberfläche eines Werkstückes diesem mehrere Lichtprojektoren zur Erzeugung jeweils eines vorzugsweise parallele Lichtstrahlen aufweisenden Licht­ bündels mit einer entsprechenden Anzahl von Spiegeln zugeordnet sind. 5. The device according to claim 1 or one of the preceding An sayings, characterized in that for simultaneous examination a complex, differently curved surface of a Workpiece this several light projectors for generation each a light preferably having parallel light rays bundle with a corresponding number of mirrors assigned are.   6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Erfassung, Registrierung und Anzeige von Störstellen oder Unregelmäßigkeiten auf der zu prüfenden Oberfläche eines Werkstückes dem licht­ optischen Empfänger Auswertevorrichtungen nachgeschaltet sind.6. The device according to claim 1 or one of the preceding An sayings, characterized in that for automatic detection, Registration and display of defects or irregularities light on the surface of a workpiece to be tested optical receiver evaluation devices are connected downstream. 7. Verfahren zur optischen Darstellung einer auf einer lichtreflek­ tierenden Oberfläche eines zu prüfenden Werkstückes befindlichen Störstelle oder Unregelmäßigkeit mit Hilfe einer Lichtquelle und eines lichtoptichen Empfängers, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zu prüfende Oberfläche eines Werkstückes ein aus nahezu parallel gerichteten Lichtstrahlen bestehendes Lichtbündel geworfen und von dieser reflektiert, einem senkrecht zur zu prüfenden Oberfläche angeordnetem Spiegel zugeführt wird, von dem aus das Spiegelbild zu einem Beobachter oder Registriergerät gelangt.7. Method for the optical representation of a light reflecting ting surface of a workpiece to be tested Impurity or irregularity with the help of a light source and a light-optical receiver, characterized in that on the surface of a workpiece to be tested on from almost parallel directed beams of light thrown from and this reflects, perpendicular to the surface to be tested arranged mirror is supplied, from which the mirror image to an observer or recording device.
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