DE4200801A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung einer qualitaetskontrolle - Google Patents
Vorrichtung zur durchfuehrung einer qualitaetskontrolleInfo
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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.
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