DE4200801A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung einer qualitaetskontrolle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durch­ führung einer Qualitätskontrolle im Bereich eines Prüf­ objektes, insbesondere zur Erfassung von Randfehlern im Bereich von Betonplatten.

Die Durchführung von Qualitätskontrollen erfolgt in vielen Produktbereichen visuell durch menschliche Beob­ achtung eines vorbei fließenden Produktstromes. Bei einer derartigen Sichtprüfung werden hohe Anforderungen an das Prüfpersonal gestellt. Insbesondere aufgrund der sehr ähnlichen Prüfobjekte und einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit treten schnell Ermüdungser­ scheinungen auf, die die Qualität und insbesondere die Zuverlässigkeit der Prüfung beeinträchtigen. Die mit Hilfe von entsprechendem Personal durchgeführte Sicht­ kontrolle weist darüber hinaus auch den Nachteil auf, daß Prüfergebnisse nur sehr schlecht reproduzierbar sind. Darüber hinaus schwankt die Objektivität sowohl zeitlich bei einer bestimmten Prüfperson als auch bei einem Wechsel der Prüfperson, beispielsweise bei einem Schichtwechsel.

Generell ist bei visuellen Überwachungen und Objekter­ fassungen bereits versucht worden, eine Automatisierung durchzuführen. Aus dem Bereich der Automatisierungs­ technik ist es beispielsweise bekannt, eine optische Überwachung von Bewegungen von Robotern durchzuführen. Zur Konturerfassung von Objekten im medizinischen Be­ reich sind spezielle Vorrichtungen bekannt, die den Umriß eines Objektes detektieren und aufgrund dieses Umrisses Flächen- bzw. Volumenermittlungen ermöglichen. Eine derartige Vorrichtung zur Konturbestimmung ist beispielsweise aus der DE-PS 36 36 338 bekannt.

Weder eine visuelle Objektüberprüfung mit Hilfe von Bedienpersonen noch eine nach dem Stand der Technik bekannte reine Konturerfassung ist jedoch geeignet, in ausreichender Weise eine zuverlässige Qualitätskon­ trolle zu realisieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß Randfehler im Bereich des Prüfob­ jektes mit hoher Zuverlässigkeit in einem automati­ sierten Prüfverfahren detektiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Ob­ jektes vorgesehen und mindestens eine Kamera zur optischen Abtastung des Objektes installiert ist, die Kamera mit einer Analyseeinheit verbunden ist, die einen einen Sollverlauf eines Randes mit einem Istver­ lauf vergleichenden Komparator aufweist und der Kom­ parator mit einer Unterschiede zwischen dem Sollverlauf und dem Istverlauf herausfilternden Extraktionseinheit verbunden ist.

Durch die Kombination der Beleuchtung und der optischen Erfassung mit Hilfe der Kamera ist es möglich, automa­ tisch weiterverarbeitbare Datensätze zur Beschreibung der Gestaltung des Prüfobjektes zu gewinnen. Diese Datensätze können im Bereich des Komparators aufbe­ reitet und bezüglich von Abweichungen relativ zu einem Sollverlauf analysiert werden. Aufgrund der vom Kompa­ rator bereitgestellten Vergleichsergebnisse ist es möglich, im Bereich der Extraktionseinheit eine erheb­ lich reduzierte Datenmenge bereitzustellen, mit deren Hilfe lediglich die detektierten Abweichungen vom Sollverlauf charakterisiert werden. Unter Berücksichti­ gung dieser Abweichungen kann mit Hilfe von automati­ sierten Bewertungsabläufen entschieden werden, ob die detektierten Abweichungen noch innerhalb eines zu­ lässigen Toleranzspektrums liegen oder ob eine unzu­ lässige Abweichung vorliegt, die zu einer Aussonderung des betreffenden Prüfobjektes führt.

Eine besonders zur digitalen Weiterverarbeitung ge­ eignete Datenerfassung erfolgt dadurch, daß mindestens eine der Kameras als ein zeilenorientiertes Abtastele­ ment ausgebildet ist.

Eine Anpassung an die Geometrie von im wesentlichen rechteckförmigen Platten erfolgt dadurch, daß drei Kameras und drei Lichtquellen vorgesehen sind und die Lichtquellen jeweils vorgebbare Bereiche des Prüfob­ jektes ausleuchten. Hierdurch wird im Bereich der be­ sonders interessierenden Kantenverläufe ein hoher Kon­ trastreichtum dadurch erreicht, daß sich das Licht mit einem vergleichsweise kleinen Winkel im wesentlichen parallel zu den zugeordneten Kanten ausbreitet.

Zur Ermöglichung einer schnellen Datenumsetzung wird vorgeschlagen, daß der Komparator und die Extraktions­ einheit als ein Signalprozessor ausgebildet sind.

Eine erhebliche Steigerung des Kontrastes kann dadurch erfolgen, daß mindestens eine der Lichtquellen mit einer Licht im wesentlichen parallel zu einer zugeord­ neten Kante emittierenden Ausrichtung versehen ist.

Eine zweckmäßige Kombination der verwendeten Licht­ quellen und Kameras erfolgt dadurch, daß eine Einlauf­ kamera zur Abtastung des Prüfobjektes im Bereich einer Vorderkante, eine Austrittskamera zur Abtastung des Prüfobjektes im Bereich einer Rückkante und eine Seitenkamera zur Abtastung des Prüfobjektes in einem sich zwischen der Vorderkante und der Rückkante er­ streckenden Mittelbereich vorgesehen ist.

Zur Bereitstellung einer leicht digitalisierbaren Datenmenge und zur Kompensation von Fehlermöglichkeiten wird vorgeschlagen, daß eine Beleuchtungsinhomo­ genitäten ausgleichende multiplikative Beleuchtungs­ korrektur vorgesehen ist.

Zur Vereinfachung der durchzuführenden Rechenopera­ tionen wird vorgeschlagen, daß den von den Kameras erfaßten Bildinformationen Schwarz-Weiß-Werte zugeord­ net werden und diese Zuordnung zur Ermöglichung einer digitalen Datenverarbeitung in Eins-Null-Werte trans­ formiert wird.

Eine erhebliche Verminderung der zu bearbeitenden Daten kann dadurch erfolgen, daß zur Reduktion der zu verar­ beitenden Datenmenge ein Schwellwert zur Abscheidung von unkritischen Abweichungen des Istverlaufes vom Sollverlauf vorgesehen ist.

Eine weitere Datenreduktion bei gleichzeitiger Gewähr­ leistung einer zuverlässigen Erfassung kritischer Konturabweichungen erfolgt dadurch, daß im Bereich des Komparators eine Verknüpfungstabelle für den Istverlauf und den Sollverlauf ausgewertet wird, die einen einen Fehlerzustand charakterisierenden Ausgangswert ledig­ lich bei Flächenbereichen generiert, denen zwar ein Sollverlauf, nicht jedoch ein Istverlauf zugeordnet ist.

Zur Ermöglichung eines einfachen Aufbaues der Vorrich­ tung wird vorgeschlagen, daß die Schwellwertbeaufschla­ gung hinter der Extraktionseinheit vorgesehen ist.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Prüfob­ jektes, das von drei Lichtquellen angestrahlt und von drei zeilenorientierten Kameras abge­ tastet wird,

Fig. 2 eine Überlagerung einer Sollkontur einer Be­ tonplatte sowie einer Istkontur,

Fig. 3 eine Blockschaltbilddarstellung der Vorrich­ tung,

Fig. 4 eine Wertetabelle zur Veranschaulichung einer Verknüpfung von Soll- und Istwerten,

Fig. 5 eine grafische Darstellung zur Veranschau­ lichung der Verknüpfung von Soll- und Ist­ werten und

Fig. 6 eine grafische Darstellung zur Veranschau­ lichung einer Datenreduktion durch Schwell­ wertvorgabe.

Eine Vorrichtung zur Durchführung einer Qualitätskon­ trolle im Bereich eines Prüfobjektes (1) besteht ent­ sprechend der Darstellung in Fig. 1 aus Lichtquellen (2) sowie Kameras (3, 4, 5). Zur Erzielung von kontrast­ reichen Bildern ist vorgesehen, drei Lichtquellen (2) zu verwenden. Jeweils zwei Lichtquellen (2) strahlen im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung (6). Ins­ besondere ist daran gedacht, die quer zur Transport­ richtung (6) strahlenden Lichtquellen (2) derart anzu­ ordnen, daß im wesentlichen eine Vorderkante (7) sowie eine Rückkante (8) mit einer hohen Intensität ange­ strahlt werden. Die dritte Lichtquelle (2) ist derart angeordnet, daß sie im wesentlichen in Transportrich­ tung (6) bzw. entgegen der Transportrichtung (6) Licht abstrahlt. Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß von den ersten beiden Lichtquellen (2) im wesentlichen die Vorderkante (7) und die Rückkante (8) mit sich im wesentlichen parallel zu den Kanten (7, 8) ausbreiten­ dem Licht bestrahlt werden und andererseits durch die weitere Lichtquelle (2) eine im wesentlichen parallele Lichtausbreitung im Bereich von Seitenkanten (9, 10) vorliegt.

Die Kameras (3, 4, 5) arbeiten zeilenorientiert. Insbe­ sondere ist daran gedacht, die zeilenweise Abtastung im wesentlichen quer zur Transportrichtung (6) durchzu­ führen.

Bei einer digitalen Datenverarbeitung kann das von den Kameras (3, 4, 5) erfaßte Bild beispielsweise aus 512× 512 Bildpunkten bestehen. Es werden dabei 512 Zeilen zu jeweils 512 Bildpunkten generiert. In Transportrichtung (6) kann dabei die als Einlaufkamera ausgebildete Kamera (3) beispielsweise die ersten zehn Zeilen des Bildes abtasten und die als Austrittskamera ausgebil­ dete Kamera (5) führt die Abtastung der letzten zehn Zeilen durch. Der dazwischenliegende Bereich kann mit Hilfe der als Seitenkamera ausgebildeten Kamera (4) erfaßt werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Aufteilungen der von den jeweiligen Kameras (3, 4, 5) untersuchten Bereiche des Prüfobjektes (1) möglich.

Aus der Darstellung in Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei einer Überlagerung eines Istverlaufes (11) der Kanten (7, 8, 9, 10) des Prüfobjektes (1) und eines Sollverlaufes (12) der Kanten (7, 8, 9, 10) Differenzgebiete (13) er­ kennbar sind, die die Qualität des jeweiligen Prüfob­ jektes (1) kennzeichnen. Bei sehr kleinen Differenzge­ bieten (13) weist das gefertigte Prüfobjekt (1) eine hohe Qualität auf und mit einer zunehmenden Vergröße­ rung der Differenzgebiete (13), bzw. einer Vergrößerung der Anzahl der Differenzgebiete (13), nimmt die Quali­ tät des Prüfobjektes (1) ab.

Aus der Darstellung in Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Kameras (3, 4, 5) mit einem Komparator (14) verbunden sind, in dessen Bereich der Istverlauf (11) mit dem Sollverlauf (12) verglichen wird. Der Sollverlauf (12) ist dabei in einem Sollwertspeicher (15) abgelegt und kann aus diesem in verarbeitungsgünstigen Sequenzen ausgelesen werden. Der Komparator (14) übermittelt die in seinem Bereich bestimmten Vergleichsergebnisse zu einer Extraktionseinheit (16), mit deren Hilfe eine Festlegung der Differenzgebiete (13) erfolgt. Aufgrund dieser Extraktion erfolgt eine erhebliche Reduktion der Datenmenge. Eine weitere Reduktion der Datenmenge kann durch eine Schwellwertanalyse erfolgen, die zu einer Ausscheidung von geringfügigen Abweichungen führt. Die Schwellwertanalyse kann beispielsweise zwischen dem Komparator (14) und der Extraktionseinheit (16) durch­ geführt werden. Insbesondere ist aber daran gedacht, die Schwellwertlogik erst nach der Ermittlung der tat­ sächlichen Differenzgebiete (13) durchzuführen. Mit Hilfe der Extraktionseinheit (16) wird ein Stellglied (17) angesteuert, das eine Aussonderung von Prüfob­ jekten (1) mit unzureichender Qualität veranlaßt. Bei einer Verwendung eines derartigen Stellgliedes (17) ist es möglich, beispielsweise bei einer Überprüfung von Betonplatten eine im wesentlichen aus dem Komparator (14), dem Sollwertspeicher (15) sowie der Extraktions­ einheit (16) ausgebildete Analyseeinheit (18) räumlich zwischen einer Produktionseinheit und einer Ver­ packungseinheit zu installieren. Hierdurch ist es mög­ lich, während eines Transportes der Betonplatten die erforderliche Qualitätsanalyse durchzuführen und ggf. Betonplatten unzureichender Qualität vor einer Zuführu­ ng zur Verpackungseinheit auszusondern.

Eine erhebliche Reduktion der zu verarbeitenden Daten­ menge kann dadurch erfolgen, daß den durch die zeilen­ weise Abtastung erfaßten Flächen jeweils nur Schwarz- Weiß-Werte zugeordnet werden, die durch eine Kennzeich­ nung mit einer "Null" oder "Eins" abgespeichert werden. Im Bereich des Komparators (14) kann anschließend ein Vergleich entsprechend der Verknüpfungstabelle in Fig. 4 durchgeführt werden. Bei einer Verknüpfung des Ist­ verlaufes (11) und des Sollverlaufes (12) wird hierbei ein Ausgangswert (19) des Komparators (14) ungleich Null nur dann generiert, wenn bei einer Überlagerung des Istverlaufes (11) und des Sollverlaufes (12) er­ mittelt wird, daß für einen bestimmten Flächenanteil zwar ein Sollverlauf (12) vorgegeben ist, ein Istver­ lauf (11) jedoch nicht existiert. Ein derartiger Sach­ verhalt entspricht bei Betonplatten beispielsweise einem heraus gebrochenen Materialbereich.

Aus der Darstellung in Fig. 5 ergibt sich, daß durch die Überlagerung des Istverlaufes (11) und des Sollver­ laufes (12) entsprechend der in Fig. 4 dargestellten Verknüpfungstabelle die Anzahl der zu berücksichtigen­ den Daten, die den ermittelten Differenzgebieten (13) zugeordnet ist, erheblich reduziert wird. Eine weitere Reduktion kann entsprechend der Darstellung in Fig. 6 vorgenommen werden, wenn die ermittelten Differenzge­ biete (13) mit einer Schwellwertauswertung beaufschlagt werden. Bei einer derartigen Auswertung werden ledig­ lich signifikante Abweichungen des Istverlaufes (11) vom Sollverlauf (12) ausgewertet und geringfügige Ab­ weichungen, die ohne einen Einfluß auf die Qualität des Prüfobjektes (1) sind und möglicherweise sogar im Rahmen der Meßungenauigkeit liegen, können vernach­ lässigt werden.

Die Ausbildung des Komparators (14) und der Extrak­ tionseinheit (16) erfolgt zur Gewährleistung eines hohen Datendurchsatzes als Digitalbaustein. Zur Abar­ beitung der grafischen Informationen sind insbesondere Signalprozessoren geeignet. Durch den Aufbau dieser Signalprozessoren werden zeitaufwendige Konvertierungen vermieden und hierdurch die Verarbeitungsgeschwindig­ keit erhöht. Aufgrund der unterschiedlichen Ausrichtungen der Lichtquellen (2) bei der zeilenweisen Aufzeichnung mit Hilfe der Kameras (3, 4, 5) kann eine Erhöhung der Analysequalität dadurch erfolgen, daß eine Korrektur zum Ausgleich von Beleuchtungsinhomogenitäten durchgeführt wird. Diese Korrektur kann beispielsweise durch eine Multiplikation mit entsprechenden Korrektur­ faktoren erfolgen. Die Verknüpfung entsprechend der Wertetabelle in Fig. 4 ermöglicht eine logische Ver­ knüpfung von Bildoperationen, die zeitaufwendige Ab­ standsermittlungen entbehrlich macht und hierdurch eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Durchführung einer Qualitätskon­ trolle im Bereich eines Prüfobjektes, insbesondere zur Erfassung von Randfehlern im Bereich von Beton­ platten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lichtquelle (2) zur Beleuchtung des Prüfob­ jektes (1) vorgesehen und mindestens eine Kamera (3, 4, 5) zur optischen Abtastung des Prüfobjektes installiert ist, die Kamera (3, 4, 5) mit einer Analyseeinheit (18) verbunden ist, die einen einen Sollverlauf (12) eines Randes mit einem Istverlauf (11) vergleichenden Komparator (14) aufweist und der Komparator (14) mit einer Unterschiede zwischen dem Sollverlauf (12) und dem Istverlauf (11) herausfilternden Extraktionseinheit (16) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens eine der Kameras (3, 4, 5) als ein zeilenorientiertes Abtastelement ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Kameras (3, 4, 5) und drei Licht­ quellen (2) vorgesehen sind und die Lichtquellen (2) jeweils vorgebbare Bereiche des Prüfobjektes (1) ausleuchten.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Komparator (14) und die Extraktionseinheit (16) als ein Signalprozessor ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Lichtquellen (2) mit einer Licht im wesentlichen parallel zu einer zugeordneten Kante (7, 8, 9, 10) emittierenden Ausrichtung versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Einlaufkamera (3) zur Abtastung des Prüfobjektes (1) im Bereich einer Vorderkante (7), eine Austrittskamera (5) zur Ab­ tastung des Prüfobjektes (1) im Bereich einer Rück­ kante (8) und eine Seitenkamera (4) zur Abtastung des Prüfobjektes (1) in einem sich zwischen der Vorderkante (7) und der Rückkante (8) erstreckenden Mittelbereich vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Beleuchtungsinhomo­ genitäten ausgleichende multiplikative Be­ leuchtungskorrektur vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß den von den Kameras (3, 4, 5) erfaßten Bildinformationen Schwarz-Weiß- Werte zugeordnet werden und diese Zuordnung zur Ermöglichung einer digitalen Datenverarbeitung in Eins-Null-Werte transformiert wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Reduktion der zu ver­ arbeitenden Datenmenge ein Schwellwert zur Abschei­ dung von unkritischen Abweichungen des Istverlaufes (11) vom Sollverlauf (12) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ist­ komparators (14) eine Verknüpfungstabelle für den Istverlauf (11) und den Sollverlauf (12) ausge­ wertet wird, die einen einen Fehlerzustand charakterisierenden Ausgangswert lediglich bei Flächenbereichen generiert, denen zwar ein Sollver­ lauf (12), nicht jedoch ein Istverlauf (11) zuge­ ordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schwellwertbeauf­ schlagung hinter der Extraktionseinheit (16) vorge­ sehen ist.