DE4000670A1

DE4000670A1 - Configuration for recognising formats on surfaces - has television camera recording capabilities

Info

Publication number: DE4000670A1
Application number: DE4000670A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-02-06
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1990-08-09

Abstract

A reading head is fitted for reading character symbols stamped on components (1). This is fed by illumination (3) and receiving light (4) conductors which have terminators vertical to a reading surface. The ends are matrix-shaped. Receiving light conductor ends lie between at least two illumination light conductor ends. When the reading surface is placed on the component with the character symbols to be read, those areas in which the conductor ends lie almost on the surface reflect the light from the illumination light conductors onto the receiving light conductor to a lesser degree than in the areas at a greater distance from the component. The other ends of the receiving light conductors create an image of the character symbols stamped on the component. This can be recorded by a television camera (2). USE/ADVANTAGE - Checks surface symbols by light conductors, can detect deeply embedded or embossed formats, suitable for photodetection.

Description

Aus der Zeitschrift "Siemens-Energietechnik" 4 (1982), Heft 1, Seiten 30 bis 34 ist es bekannt, mit einer Videokamera die von einem zu untersuchenden Objekt reflektierten Lichtstrahlen zu analysieren. Es werden insbesondere Helligkeits- und Farb unterschiede des Objektes untersucht und gegebenenfalls Hellig keits- oder Farbsprünge im Objektabbild dazu benutzt, Informa tionen über die Lage und die Kontur des Objektes zu erhalten. Für die Bildauswertung ist eine umfangreiche Signalbearbeitung und -auswertung des Ausgangssignals der Videokamera vorgesehen, die jeweils an das zu untersuchende Objekt und die jeweiligen Umgebungsbedingungen angepaßt werden müssen.From the magazine "Siemens Energy Technology" 4 (1982), No. 1, Pages 30 to 34 it is known with a video camera from reflected light rays to an object to be examined analyze. There are in particular brightness and color differences of the object examined and possibly bright leaps in color or color in the object image used, informa to obtain information about the position and contour of the object. Extensive signal processing is required for image evaluation and evaluation of the output signal of the video camera is provided, the respective to the object to be examined and the respective Ambient conditions must be adapted.

Mit einer aus der europäischen Patentanmeldung 01 80 772 be kannten Anordnung soll mit einfachen Mitteln eine Beeinflus sung des Lichts einer Lichtquelle durch die Lage und/oder die Kontur eines Objektes möglich sein und die so beeinflußten Lichtstrahlen ohne großen Verarbeitungsaufwand ausgewertet werden können. Hierzu ist ein Objektträger, auf den das Objekt mit seiner zu untersuchenden Oberfläche aufgelegt wird, vorge sehen, in den eine Vielzahl von Lichtleitfasern integriert ist. Diese sind von der Lichtquelle zur der zu untersuchenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Objektträgers und von der Oberfläche des Objektträgers zu einem optischen Sensor geführt. Die Fasern sind rasterförmig auf der Oberfläche des Objektträgers verteilt und sind gegen die Oberfläche so ge neigt, daß das austretende Licht in Abhängigkeit von der Struk tur der zu untersuchenden Oberfläche in die Empfangsfasern reflektiert wird.With one from European patent application 01 80 772 be known arrangement is intended to influence using simple means solution of the light of a light source by the position and / or the Contour of an object may be possible and so influenced Rays of light evaluated without great processing effort can be. For this is a slide on which the object is placed with its surface to be examined, pre see, in which a variety of optical fibers integrated is. These are from the light source to the one to be examined Surface opposite surface of the slide and from the surface of the slide to an optical sensor guided. The fibers are grid-like on the surface of the Slides are distributed and are so against the surface tends to emit light depending on the structure tur of the surface to be examined in the receiving fibers is reflected.

In der britischen Patentschrift 21 31 989 ist eine weitere An ordnung zum Abtasten von Oberflächen mittels Lichtleitern be schrieben. Die Lichtleiter bilden eine Y-Struktur. Das Ende des einen Zweigs wird von einer Lichtquelle beleuchtet. In einer Koppelstelle wird das Licht in den zweiten Zweig der Y-Struktur bildende Beleuchtungs- und Empfangsfasern gekoppelt, deren Enden in einem Aufnahmekopf einen schmalen Streifen bil den. Befindet sich gegenüber dem Aufnahmekopf eine zu den Lichtleitfasern senkrechte Fläche, reflektiert diese das aus den Fasern austretende Licht in diese zurück. In der Koppel stelle wird das reflektierte Licht in den dritten Zweig der Y-Struktur geleitet, an dessen Ende ein Fotodetektor angebracht ist, der ein dem reflektierten Licht entsprechendes Signal ab gibt. Trifft das aus dem Aufnahmekopf austretende Licht auf eine Fläche, die gegen die Ebene, in der sich die in einem Streifen angeordneten Enden der Lichtleiter befinden, unter einem anderen Winkel als 90° geneigt ist, wird das Licht nicht mehr in die Lichtleitfasern zurückreflektiert, und das Aus gangssignal des Fotodetektors wird entsprechend kleiner. Die zu untersuchende Oberfläche wird dadurch abgetastet, daß sie an dem Aufnahmekopf vorbeigeführt wird. Durch Zuordnung der jewei ligen Position der Fläche und der vom Fotodetektor abgegebenen Signale kann eine Aussage über die Struktur der Oberfläche ge wonnen werden.In British patent specification 21 31 989 there is another type order for scanning surfaces using light guides wrote. The light guides form a Y structure. The end one branch is illuminated by a light source. In A coupling point is the light in the second branch of the Y-structure forming illumination and reception fibers coupled, whose ends in a recording head bil a narrow strip the. Is one to the opposite of the recording head Optical fiber vertical surface, this reflects that light exiting the fibers back into them. In the paddock the reflected light is placed in the third branch of the Y structure guided, at the end of a photodetector attached is a signal corresponding to the reflected light gives. Strikes the light emerging from the recording head an area that is against the plane in which the in one Strips arranged ends of the light guide are located below is inclined at an angle other than 90 °, the light will not more reflected back into the optical fibers, and the end output signal of the photo detector is correspondingly smaller. The too investigating surface is scanned in that it is on is guided past the recording head. By assigning the respective position of the surface and that emitted by the photodetector Signals can provide a statement about the structure of the surface be won.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Erkennen von vertieften oder erhabenen Strukturen in einer Oberfläche zu schaffen, mit der die Struktur flächen haft ohne Bewegung der zu untersuchenden Oberfläche erfaßt wird.The present invention has for its object a Arrangement for recognizing recessed or raised structures to create in a surface with which the structure flat detects without movement of the surface to be examined becomes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.According to the invention, this task with the characteristic Part of claim 1 specified measures solved.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn die Beleuch tungs- und Empfangsfasern senkrecht und somit parallel zuein ander im Aufnahmekopf geführt sind und in der Aufnahmefläche enden und ein solcher Aufnahmekopf mit der Aufnahmefläche auf eine zu untersuchende Fläche gesetzt wird, so daß beide Flächen im wesentlichen zueinander parallel sind, das aus den Beleuch tungsfasern austretende Licht bei geringem Abstand von Auf nahmefläche und der zu untersuchenden Fläche in die Beleuch tungsfasern zurückreflektiert wird. Bei größerem Abstand der beiden Flächen oder in den Bereichen, in denen Aufnahmefläche und zu untersuchende Oberfläche nicht parallel verlaufen, wird das Licht aus den Beleuchtungsfasern in die Empfangsfasern re flektiert. Es können daher sowohl vertiefte Strukturen als auch erhabene Strukturen erkannt werden, wobei im ersten Falle die Strukturen in der Austrittsfläche der Empfangsfasern (Wieder gabefläche) hell auf dunklem Grund und im zweiten Falle dunkel auf hellem Hintergrund erscheinen.The invention is based on the knowledge that when the lighting and receiving fibers perpendicular and thus parallel to each other are guided in the receiving head and in the receiving surface end and such a recording head with the recording surface a surface to be examined is set so that both surfaces are essentially parallel to each other, that from the lighting light exiting at a short distance from Auf area and the area to be examined in the lighting tion fibers is reflected back. At a larger distance the both surfaces or in the areas where the receiving surface and the surface to be examined does not run parallel the light from the illuminating fibers into the receiving fibers right inflected. It can therefore both deepened structures as well raised structures can be recognized, in the first case the Structures in the exit surface of the receiving fibers (re surface) bright on a dark background and dark in the second case appear on a light background.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie deren Ausgestaltungen näher beschrieben und erläutert.Based on the drawing, the invention and their configurations described and explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbei spiels der Erfindung. Fig. 1 shows a schematic diagram of an exemplary embodiment of the invention.

In den Fig. 2 und 3 sind Einzelheiten von Ausführungsbei spielen dargestellt.In FIGS. 2 and 3 details are provided play to exemplary embodiments.

Fig. 4 veranschaulicht die Funktion des Ausführungsbeispiels im Falle von Vertiefungen in einer Oberfläche und Fig. 4 illustrates the function of the embodiment in the case of depressions in a surface and

Fig. 5 im Falle von Erhöhungen aus einer Oberfläche. Fig. 5 in the case of increases from a surface.

In Fig. 1 ist mit 1 der Ausschnitt eines Werkstückes bezeich net, in das die Zeichen "12A" eingeprägt sind. Zwecks einer deutlichen Darstellung ist der Teil des Werkstücks mit den unteren Teilen der Zeichen abgeschnitten. Das Lesen solcher Zeichen mittels eines Videosystems ist häufig schwierig, weil die Einprägung in einem flachen Bild, vor allem bei diffuser Beleuchtung, nicht ausreichend kontrastreich ist. Ähnlich schwierig ist es, Zeichen zu erkennen, die aus Erhöhungen aus der Oberfläche bestehen. Die Zeichen sollen mit einer Video kamera 2 aufgenommen werden. Hierzu ist eine Einrichtung vor gesehen, die im wesentlichen aus Beleuchtungsfasern 3 und Emp fangsfasern 4 besteht. Die einen Enden 6 der Beleuchtungsfasern 3 sind gebündelt und werden mit einer Lichtquelle 5 beleuchtet. Die anderen Enden sind in einen Aufnahmekopf 7 geführt und enden an dessen Unterseite, die als Aufnahmefläche dient. Sie sind im Kopf 7 so geführt, daß sie zumindest an der Aufnahme fläche senkrecht zu dieser verlaufen. In der Aufnahmefläche enden ferner Empfangsfasern 4, die das aufgenommene Licht zu einer Wiedergabefläche 8 leiten. Im Aufnahmekopf 7 sind sie wie die Beleuchtungsfasern senkrecht zur Aufnahmefläche aus gerichtet. Im Ausführungsbeispiel sind die Enden der Beleuch tungs- und der Empfangsfasern im Aufnahmekopf 7 matrixförmig angeordnet, d.h., sie liegen abwechselnd in einer Reihe. An eine Empfangsfaser grenzen daher vier Beleuchtungsfasern an. In Fig. 2 ist ein Ausschnitt einer Aufsicht auf die Aufnahme fläche dargestellt, in der die matrixförmige Anordnung der Enden der Beleuchtungsfasern 3 und der Empfangsfasern 4 er sichtlich ist.In Fig. 1, 1 denotes the detail of a workpiece, in which the characters "12A" are embossed. For the sake of clarity, the part of the workpiece with the lower parts of the characters is cut off. Reading such characters using a video system is often difficult because the embossing in a flat image, especially in diffuse lighting, is not sufficiently rich in contrast. It is similarly difficult to recognize characters that consist of elevations from the surface. The characters are to be recorded with a video camera 2 . For this purpose, a device is seen before, which consists essentially of illuminating fibers 3 and receiving fibers 4 . The one ends 6 of the illumination fibers 3 are bundled and are illuminated with a light source 5 . The other ends are guided in a receiving head 7 and end on the underside, which serves as a receiving surface. They are guided in the head 7 so that they extend at least perpendicular to the receiving surface. Receiving fibers 4 , which guide the received light to a display surface 8 , also end in the reception surface. In the recording head 7 they are directed perpendicular to the recording surface like the illumination fibers. In the exemplary embodiment, the ends of the lighting and receiving fibers in the receiving head 7 are arranged in a matrix, that is to say they lie alternately in a row. Four illumination fibers are therefore adjacent to a receiving fiber. In Fig. 2, a section of a plan view of the receiving surface is shown, in which the matrix-shaped arrangement of the ends of the illumination fibers 3 and the receiving fibers 4, it is visible.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Aufnahmefläche, in der die Mittelpunkte der Enden von Beleuchtungs- und Empfangsfasern nicht wie in Fig. 2 Quadrate, sondern Rhomben bilden. FIG. 3 shows a section of a receiving surface in which the center points of the ends of the illumination and reception fibers do not form squares, as in FIG. 2, but rhombuses.

Die Enden der Empfangsfasern sind in der Wiedergabefläche 8 entsprechend den Enden im Aufnahmekopf 7 angeordnet, so daß die aufgenommenen Bilder auf der Wiedergabefläche erscheinen, wobei allerdings bei unterschiedlicher Größe von Aufnahmekopf und Wiedergabefläche die Bildgröße entsprechend verändert wird.The ends of the receiving fibers are arranged in the display surface 8 corresponding to the ends in the recording head 7 , so that the recorded images appear on the display surface, although the image size is changed accordingly if the recording head and display surface are of different sizes.

Wird der Aufnahmekopf 7 mit der Aufnahmefläche auf das Werk stück 1 gelegt, so liegen die Enden der Lichtleitfasern 3, 4 in dem Bereich außerhalb der Zeichen "12A" unmittelbar der Oberfläche des Werkstückes 1 gegenüber, und die Fasern sind in diesem Bereich senkrecht auf die Oberfläche des Werkstücks 1 gerichtet. Im Bereich der Einprägungen ist der Abstand von den Faserenden größer.When the recording head 7 is integral with the receiving surface on the work set to 1, the ends of the optical fibers 3, 4 in the area outside of the characters "12A" directly to the surface lying opposite the workpiece 1, and the fibers in this area are perpendicular to the Surface of the workpiece 1 directed. The distance from the fiber ends is greater in the area of the impressions.

Fig. 4 verdeutlicht die Lichtausbreitung zwischen der Auf nahmefläche und der Oberfläche des Werkstückes 1. In dem Be reich, in dem die Enden der Lichtleitfasern einen geringen Ab stand von der Werkstückoberfläche haben und senkrecht auf diese gerichtet sind, wird das aus den Beleuchtungsfasern 3 austre tende Licht im wesentlichen auf diese zurückreflektiert bzw. -gestreut. In den Bereichen der Einprägungen, wo der Abstand größer ist oder der Winkel zwischen den Lichtleitfasern und der Oberfläche nicht 90° ist, wird das Licht in die Empfangsfasern 4 reflektiert. Dieses Licht wird in die Wiedergabefläche 8 ge leitet, tritt dort aus und kann als Bild von der Fernseh kamera 2 aufgenommen werden. Das Bild ist im Bereich der Ein prägungen hell, ansonsten dunkel. Fig. 4 illustrates the light propagation between the receiving surface and the surface of the workpiece 1st In the area in which the ends of the optical fibers have a small distance from the workpiece surface and are directed perpendicularly to it, the light emerging from the illumination fibers 3 is essentially reflected or scattered back onto it. In the areas of the impressions, where the distance is greater or the angle between the optical fibers and the surface is not 90 °, the light is reflected in the receiving fibers 4 . This light is ge in the display area 8 passes, exits there and can be recorded as an image from the television camera 2 . The image is bright in the area of the embossments, otherwise dark.

Die neue Anordnung eignet sich nicht nur zur Aufnahme von Strukturen, die in eine Oberfläche eingeprägt sind, sondern auch von erhabenen Strukturen, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Wird der Aufnahmekopf auf eine solche Oberfläche aufgesetzt, dann ist im Bereich der Strukturen der Abstand zwischen der Oberfläche und den Enden der Lichtleitfasern so klein, daß das an der Oberfläche gestreute bzw. reflektierte Licht nicht in die Empfangsfasern 4 gelangt. Außerhalb der Strukturen ge langt wegen des größeren Abstandes Licht in die Empfangsfasern. Auch im Übergangsbereich wird wegen der fehlenden Parallelität zwischen Werkstückoberfläche und Aufnahmefläche Licht in die Empfangsfasern gestreut bzw. reflektiert. Auf der Wiedergabe fläche erscheinen daher die Strukturen dunkel auf hellem Grund.The new arrangement is suitable not only for receiving structures that are embossed in a surface, but also for raised structures, as can be seen from FIG. 5. If the recording head is placed on such a surface, the distance between the surface and the ends of the optical fibers is so small in the area of the structures that the light scattered or reflected on the surface does not reach the receiving fibers 4 . Outside the structures, light reaches the receiving fibers because of the greater distance. In the transition area, too, light is scattered or reflected in the receiving fibers due to the lack of parallelism between the workpiece surface and the receiving surface. The structures on the reproduction surface therefore appear dark on a light background.

Claims

1. Arrangement for recognizing recessed or raised structures in or on a surface

- With a plurality of lighting and receiving fibers ( 3 , 4 ), the first ends of which are in a receiving surface of a receiving head ( 7 ) and at the second ends ( 6 , 8 ) of a light source ( 5 ) or an optoelectric converter ( 2 ) is arranged,

dadurch gekennzeichnet,characterized,

- That the lighting and receiving fibers ( 3 , 4 ) end perpendicular to the receiving surface in this
- And that at least two illumination fibers ( 3 ) adjoin each receiving fiber ( 4 ) in the receiving surface.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that

- That the second ends of the receiving fibers ( 4 ) in a return surface ( 8 ) are arranged corresponding to the ends in the receiving surface.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that

- The first ends of the lighting and that of the receiving fibers are alternately arranged in parallel rows.