DE4239456A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion von Oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion von Ober­ flächen zu untersuchender Materialien, bei dem die Oberflä­ che durch einen optischen Meßaufnehmer zeilenweise abgeta­ stet und das vom Meßaufnehmer gelieferte Signal verarbeitet wird, um Information über die Oberflächenbeschaffenheit des zu untersuchenden Materials zu erhalten.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Oberflächeninspektions­ system mit einem die Oberflächenstruktur eines zu untersu­ chenden Materials zeilenweise erfassenden optischen Meßauf­ nehmer, insbesondere einem Laserscanner oder einer Videokame­ ra, und einer das vom Meßaufnehmer gelieferte Signal verar­ beitenden Signalauswerteinheit.

Derartige Verfahren bzw. Systeme werden beispielsweise zur Erkennung von Oberflächenfehlern bei der Herstellung oder Bearbeitung von Metall-, Papier- und Textilbahnen verwendet. Es wird hierbei beispielsweise das auf einem Förderband transportierte Material an einem die Oberfläche dieses Mate­ rials zeilenweise erfassenden Meßaufnehmer vorbeitranspor­ tiert, wobei dieser Meßaufnehmer ein für die Materialoberflä­ che repräsentatives Signal liefert, das anschließend von einer Fehlererkennungseinheit ausgewertet wird.

Bei diesen Systemen wird es als nachteilig empfunden, daß sie entweder mit einer nicht ausreichend hohen Auflösung ar­ beiten, wodurch die Zuverlässigkeit der Systeme einge­ schränkt wird und somit eine sichere Fehlererkennung nicht gewährleistet werden kann, oder daß zwar eine die sichere Fehlererkennung gewährleistende hohe Auflösung gegeben ist, diese jedoch nur mit hohem fertigungstechnischen Aufwand erzielt werden kann, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Systems erheblich gemindert wird.

Weiterhin kann es problematisch sein, sich über eine bestimm­ te Fläche erstreckende Fehlermuster in der Materialoberflä­ che zu erkennen, da zu diesem Zweck einerseits eine das Feh­ lermuster abdeckende Anzahl von Abtastzeilen gespeichert wer­ den muß und andererseits auch sicherzustellen ist, daß eine nachträgliche Zuordnung der einzelnen Abtastzeilen zu deren Position auf der untersuchten Materialoberfläche erfolgen kann, was insbesondere dann problematisch ist, wenn das zu untersuchende Material nicht mit konstanter Geschwindigkeit am Meßaufnehmer vorbeitransportiert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Inspektion von Oberflächen bzw. ein Oberflä­ cheninspektionssystem zu schaffen, mit dem kleine Oberflä­ chenfehler mit hoher Wahrscheinlichkeit bei geringem wirt­ schaftlichen Aufwand erkennbar sind.

Insbesondere soll mit einem derartigen Verfahren bzw. System auch die zuverlässige Erkennung von Oberflächen- oder Fehler­ mustern möglich sein, die sich über einen von mehreren Ab­ tastzeilen erfaßten Bereich der Materialoberfläche er­ strecken.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird diese Aufgabe da­ durch gelöst, daß die erfaßten Zeilen jeweils abschnittswei­ se verarbeitet werden, indem für jeden Abschnitt jeweils der Mittelwert, das Maximum und/oder das Minimum sowie ein für den Abschnitt repräsentativer und zur Weiterverarbeitung ge­ langender Zwischenwert ermittelt werden, welcher für den Fall, daß das Maximum bzw. das Minimum außerhalb einer sich um den Mittelwert erstreckenden vorgegebenen Toleranzzone liegt, gleich dem Maximum bzw. Minimum, anderenfalls gleich dem Mittelwert ist.

Durch das erfindungsgemäße Oberflächeninspektionssystem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Signalauswerteeinheit eine der Datenreduktion dienen­ de Vorverarbeitungsstufe umfaßt, in der die erfaßten Zeilen jeweils abschnittsweise verarbeitet werden, indem für jeden Abschnitt jeweils der Mittelwert, das Maximum und/oder das Minimum sowie ein für den Abschnitt repräsentativer und zur Weiterverarbeitung gelangender Zwischenwert ermittelt wer­ den, welcher für den Fall, daß das Maximum bzw. das Minimum außerhalb einer sich um den Mittelwert erstreckenden vorge­ gebenen Toleranzzone liegt, gleich dem Maximum bzw. Minimum, anderenfalls gleich dem Mittelwert ist.

Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren werden die vom optischen Meßaufnehmer gelieferten Analogsignale in Digi­ talwerte gewandelt, wobei jedem erfaßten Zeilenabschnitt je­ weils eine vorgegebene Anzahl von Digitalwerten zugeordnet wird. Pro Zeilenabschnitt können beispielsweise zwei, vier oder auch mehr Digitalwerte ermittelt werden.

Aus den zu einem Zeilenabschnitt gehörenden Digitalwerten kann dann rechnerisch jeweils deren Mittelwert, deren Maxi­ mum und deren Minimum ermittelt werden. Aus diesen Werten und der Größe der vorgegebenen Toleranzzone läßt sich dann wiederum der den jeweiligen Zeilenabschnitt repräsentierende Zwischenwert berechnen. Somit liegt für jeden Zeilenab­ schnitt nur noch genau ein repräsentativer digitaler Zwi­ schenwert vor, welcher von einer digitalen Signalverarbei­ tungsstufe weiter verarbeitet werden kann.

Die Größe der Toleranzzone läßt sich bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die je­ weiligen Anforderungen und Umgebungsbedingungen einstellen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise dem vom Meßaufneh­ mer gelieferten Signal über lagerte Rauscheinflüsse oder Stör­ lichtauswirkungen eliminieren. Auf vorteilhafte Weise kann die Toleranzzone hierbei auch dynamisch eingestellt werden, indem die Größe der Toleranzzone demjenigen Rauschsignal an­ gepaßt wird, das dem Meßsignal in zum gerade erfaßten Ab­ schnitt benachbarten Abschnitten überlagert ist.

In bestimmten Anwendungsfällen ist es wünschenswert, Oberflä­ chenmuster auf der untersuchten Materialoberfläche zu erken­ nen, die sich über mehrere Abtastzeilen ausdehnen. Zu diesem Zweck müssen bei der Signalauswertung zumindest soviele Ab­ tastzeilen untersucht und miteinander verglichen werden, daß gewährleistet ist, daß das zu erkennende Oberflächenmuster von den gemeinsam untersuchten Abtastzeilen vollständig über­ deckt wird. Hierfür ist es nötig, die Zwischenwerte einer entsprechenden Anzahl von Abtastzeilen zu speichern, um so einen Vergleich dieser Werte zu ermöglichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens wird das zu untersuchende Material am op­ tischen Meßaufnehmer mittels einer Vorschubeinrichtung, bei­ spielsweise eines Förderbandes vorbeibewegt. Ausschlaggebend ist hierbei die Relativbewegung zwischen Meßaufnehmer und zu untersuchendem Material, so daß es auch möglich ist, das zu untersuchende Material ortsfest zu halten und den Meßaufneh­ mer am Material vorbei zu bewegen. Die Relativbewegung von zu untersuchendem Material und Meßaufnehmer verläuft vorzugs­ weise senkrecht zur Richtung einer Abtastzeile.

Für die Erkennung von Oberflächen- oder Fehlermustern muß bei der Signalauswertung eine Information darüber vorliegen, an welcher Stelle des untersuchten Materials sich eine für ein Oberflächenmuster signifikante Markierung bzw. ein Feh­ ler, der Bestandteil des Fehlermusters ist, befindet. Durch das Abspeichern der Abtastzeilen kann ohne Schwierigkeiten festgestellt werden, an welcher Position innerhalb der Ab­ tastzeile eine Markierung bzw. ein Fehler aufgetreten ist.

Hinsichtlich der Position senkrecht zur Richtung der Abtastzeilen, d. h. beispielsweise in Vorschubrichtung, muß bei der Signalauswertung aus der Zeilenabtastfrequenz und der Vorschubgeschwindigkeit der örtliche Abstand von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeilen ermittelt oder kon­ stant gehalten werden. Dies ist unproblematisch, wenn Vor­ schubgeschwindigkeit und Zeilenabtastfrequenz konstant sind, da dann pro Vorschubeinheit immer eine konstante Anzahl von Abtastzeilen ermittelt wird und die Ermittlung einer Fehler- oder Markierungsposition in Vorschubrichtung ohne Schwierig­ keiten zu bewerkstelligen ist.

In bestimmten Anwendungsfällen kommt es jedoch vor, daß zwar mit konstanter Zeilenabtastfrequenz gearbeitet wird, die Vor­ schubgeschwindigkeit jedoch nicht konstant gehalten werden kann oder bewußt variiert wird.

Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Position einer Markierung bzw. eines Fehlers in Vorschub­ richtung dennoch exakt feststellen, indem die erfaßten Ab­ tastzeilen in der Weise vorverarbeitet werden, daß konstant eine vorgegebene Anzahl von Abtastzeilen pro Vorschubeinheit zur Weiterverarbeitung gelangt.

Dies läßt sich beispielsweise dadurch bewerkstelligen, daß festgelegt wird, daß pro Vorschubeinheit, welche einer be­ stimmten Vorschubstrecke entspricht, genau eine Abtastzeile zur Weiterverarbeitung gelangt, wobei die erste während einer Vorschubeinheit ermittelte Zeile gespeichert wird, diese Zeile von eventuell innerhalb derselben Vorschubein­ heit folgenden Abtastzeilen überschrieben wird und schließ­ lich am Ende einer Vorschubeinheit die jeweils im Speicher befindliche Abtastzeile zur Weiterverarbeitung gelangt. Auf diese Weise wird immer jeweils die während einer Vorschubein­ heit zuletzt erfaßte Abtastzeile weiterverarbeitet.

Weiterhin ist es auch möglich, alle während einer Vorschub­ einheit erfaßten Abtastzeilen zu speichern, miteinander zu vergleichen und entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus zu einer einzelnen Abtastzeile zusammenzufassen, die dann zur Weiterverarbeitung gelangt.

So könnte beispielsweise die erste während einer Vorschubein­ heit erfaßte Abtastzeile gespeichert und der Algorithmus so ausgelegt werden, daß die Maxima bzw. Minima dieser ersten gespeicherten Zeile von betragsmäßig größeren, an der ent­ sprechenden Zeilenposition befindlichen Maxima bzw. Minima der innerhalb derselben Vorschubeinheit folgenden Zeilen überschrieben werden. Ebenso werden gespeicherte Mittelwerte überschrieben, wenn an der entsprechenden Position innerhalb einer Abtastzeile bei der darauffolgenden Zeile ein Maximum bzw. ein Minimum folgt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Oberflächeninspektionssystems ist die Vorverarbeitungs­ stufe, in der die erfaßten Zeilen abschnittsweise verarbei­ tet werden, als mikroprozessorgesteuerte Datenverarbeitungs­ einheit ausgebildet, wobei die vom optischen Meßaufnehmer ge­ lieferten Signale zumindest einen A/D-Wandler durchlaufen und anschließend als digitalisierte Signale der Vorverarbei­ tungsstufe zugeführt werden.

Vorzugsweise umfaßt die Vorverarbeitungsstufe zwei A/D-Wand­ ler. Der erste A/D-Wandler dient der Erfassung der Mittelwer­ te der einzelnen Zeilenabschnitte, wobei diesem A/D-Wandler das vom Meßaufnehmer gelieferte Signal über einen mittelwert­ bildenden Tiefpaß zugeführt ist. Die Abtastfrequenz dieses ersten A/D-Wandlers ist dabei so gewählt, daß der A/D-Wand­ ler pro erfaßtem Zeilenabschnitt mit genau einem Taktsignal beaufschlagt ist, wodurch am Ausgang dieses A/D-Wandlers pro erfaßtem Zeilenabschnitt jeweils genau ein Mittelwert an­ liegt.

Dem zweiten A/D-Wandler wird das vom Meßaufnehmer gelieferte Signal zugeführt, ohne daß es zuvor den dem ersten A/D-Wand­ ler vorgeschalteten Tiefpaß durchläuft. Dieser zweite A/D-Wandler ist mit mindestens der doppelten, vorzugsweise der vierfachen Taktfrequenz des ersten A/D-Wandlers getak­ tet, wodurch an seinem Ausgang pro erfaßtem Zeilenabschnitt mindestens zwei, vorzugsweise vier den Verlauf des vom Meß­ aufnehmer gelieferten Signals innerhalb eines Zeilenab­ schnitts repräsentierende Digitalwerte anliegen.

Die Taktfrequenz des ersten A/D-Wandlers ist bevorzugt an den Verarbeitungstakt der auf die Vorverarbeitungsstufe folgenden Signalverarbeitungsstufe angepaßt und beträgt insbesondere 20 MHz.

Die Taktfrequenz des zweiten A/D-Wandlers beträgt vorzugsweise das Vier- bis Sechsfache der Taktfrequenz des ersten A/D-Wandlers, insbesondere 80 MHz.

Die beiden A/D-Wandler weisen vorzugsweise eine Wortbreite von 6 bis 16 bit auf.

Die jeweils zu einem Zeilenabschnitt gehörenden Ausgangswer­ te beider A/D-Wandler können dann vorzugsweise über geeigne­ te Speicherglieder parallel zur Weiterverarbeitung gelangen.

Aus den vom zweiten A/D-Wandler gelieferten Signalen kann mikroprozessorgesteuert jeweils für einen Zeilenabschnitt das Maximum und/oder das Minimum ermittelt werden. Diejeni­ gen Werte, die zwischen dem Maximum und dem Minimum liegen, müssen dann in der weiteren Verarbeitung nicht mehr berück­ sichtigt werden.

Durch den Einsatz des ersten, mittelwertbildenden A/D-Wand­ lers kann auf eine rechnerische Ermittlung des Mittelwertes aus den durch den zweiten A/D-Wandler für jeweils einen Zeilenabschnitt ermittelten Digitalwerten verzichtet werden, wodurch die Rechenbelastung des die Vorverarbeitungsstufe steuernden Mikroprozessors verringert wird.

Die für einen Zeilenabschnitt ermittelten Abtastwerte können beispielsweise mittels eines Demultiplexers parallel zur Wei­ terverarbeitung gelangen, indem am Ausgang dieses Demultiple­ xers jeweils alle vom zweiten A/D-Wandler innerhalb eines Zeilenabschnitts erfaßten Abtastwerte parallel anliegen.

Wie vorstehend bereits erwähnt, kann mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren sichergestellt werden, daß jeweils immer nur eine konstante Anzahl von Abtastzeilen pro Vorschubeinheit zur Weiterverarbeitung gelangt. Zu diesem Zweck können bei­ spielsweise mehrere innerhalb einer Vorschubeinheit erfaßte Abtastzeilen zu einer einzelnen, zur Weiterverarbeitung gelangenden Abtastzeile zusammengefaßt werden.

Hierfür wird ein vorteilhaftes Oberflächeninspektionssystem zur Durchführung des genannten Verfahrens mit einem Zwischen­ wertspeicher ausgerüstet, in dem zumindest die von der Vor­ verarbeitungsstufe ermittelten Zwischenwerte zweier Abtast­ zeilen speicherbar sind. Die in diesem Zwischenwertspeicher befindlichen Abtastwerte können dann nach einem vorgegebenen Algorithmus zu einer einzelnen Abtastzeile zusammengefaßt werden.

Der genannte Algorithmus kann beispielsweise so ausgelegt werden, daß die erste, während einer Vorschubeinheit erfaßte Abtastzeile gespeichert wird und die Maxima bzw. Minima die­ ser Zeile von betragsmäßig größeren, an entsprechender Zei­ lenposition liegenden Maxima bzw. Minima der innerhalb der­ selben Vorschubeinheit folgenden Zeilen überschrieben wer­ den. Ebenso werden gespeicherte Mittelwerte überschrieben, wenn an der entsprechenden Position innerhalb einer Abtast­ zeile bei der darauffolgenden Zeile ein Maximum bzw. ein Mi­ nimum folgt.

Bei dieser Rechenoperation ist es nötig, daß ohne Schwierig­ keiten erkannt werden kann, ob es sich bei einem Abtastwert um ein Maximum bzw. Minimum oder um den Mittelwert eines Zei­ lenabschnitts handelt. Vorzugsweise wird deshalb für jeden Zwischenwert ein zusätzliches Statusbit eingeführt, das an­ zeigt, ob es sich bei dem zugehörigen Zwischenwert um einen Extremwert oder einen Mittelwert handelt.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Oberflächeninspek­ tionssystem mit einer aus einem Hochpaß mit nachgeschaltetem Komparator bestehende Einheit zur Erkennung von Dunkelspikes ausgerüstet, an der das Meßsignal anliegt und mittels der die meßsignalverfälschenden Auswirkungen von Dunkelspikes eliminierbar sind.

Diese Einheit kann Dunkelspikes beispielsweise aufgrund deren charakteristischer Frequenz und/oder Amplitude von Fehlersignalen unterscheiden.

Vorzugsweise werden bei Erkennen eines Dunkelspikes grund­ sätzlich nur die während des Auftretens des Dunkelspikes er­ faßten Minima bzw. Mittelwerte zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt, während die Maxima verworfen werden. Dies ist sinnvoll, da Dunkelspikes prinzipiell positive Amplituden aufweisen und demzufolge Maxima im Signalverlauf hervorrufen, die tatsächlich in der untersuchten Oberfläche nicht vorhanden sind und demzufolge beispielsweise auf die vorstehend beschriebene Art eliminiert werden müssen.

Alternativ ist es auch möglich, die während des Auftretens eines Dunkelspikes erfaßten Abtastwerte zu verwerfen und statt dessen weiterhin die bereits vor dem Auftreten des Dunkelspikes erfaßten Abtastwerte zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung be­ schrieben, deren einzige Figur eine bevorzugte Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Oberflächeninspektionssystems zeigt.

Auf einem Förderband 1 wird das zu untersuchende Material 2 in Pfeilrichtung an einem Meßaufnehmer 3, der beispielsweise als Videokamera oder Laserscanner ausgebildet ist, vorbei­ transportiert. Der Meßaufnehmer 3 erfaßt zeilenweise die Oberflächenstruktur des zu untersuchenden Materials 2 und liefert ein entsprechendes Signal an eine von einem Mikro­ computer 15 kontrollierte Vorverarbeitungsstufe 4, die Be­ standteil einer nicht dargestellten Signalauswerteeinheit ist.

Die Vorverarbeitungsstufe 4 dient der Datenreduktion, so daß die auf die Vorverarbeitungsstufe 4 folgenden und der Ermitt­ lung von eventuell auftretenden Oberflächenfehlern dienenden Bestandteile der Signalauswerteeinheit nur noch eine geringe­ re Datenmenge verarbeiten müssen, wodurch eine höhere Ar­ beitsgeschwindigkeit sowie eine kostengünstigere Herstellung der Signalauswerteeinheit ermöglicht wird.

Das zur Vorverarbeitungsstufe 4 gelangende Signal des Meßauf­ nehmers 3 wird zuerst einer Signalaufbereitungseinheit 5 zu­ geführt, die beispielsweise Filter- und Verstärkerstufen auf­ weist.

Das aufbereitete Signal des Meßaufnehmers 3 wird in der Fol­ ge abtastzeilenweise und innerhalb einer Zeile abschnitts­ weise weiterverarbeitet. Ziel dieser Verarbeitung ist die Zu­ sammenfassung der innerhalb eines Zeilenabschnitts erfaßten Werte zu einem einzigen Meßwert.

Hierzu wird das aufbereitete Signal einem mittelwertbilden­ den Tiefpaß 6 zugeführt, dessen Grenzfrequenz so eingestellt ist, daß an seinem Ausgang jeweils ein den Mittelwert eines Zeilenabschnitts repräsentierender Mittelwert anliegt. Die­ ser Mittelwert wird dann einem ersten A/D-Wandler 7 zuge­ führt, dessen Taktfrequenz so gewählt ist, daß er während der Erfassung eines Zeilenabschnitts mit genau einem Taktsig­ nal beaufschlagt wird. Am Ausgang des A/D-Wandlers 7 liegt somit jeweils der digitale Mittelwert eines erfaßten Zeilen­ abschnitts an.

Das von der Signalaufbereitungseinheit 5 gelieferte Signal wird weiterhin einem zweiten A/D-Wandler 8 zugeführt, dessen Taktfrequenz das Vierfache der Taktfrequenz des A/D-Wandlers 7 beträgt. Am Ausgang des A/D-Wandlers 8 liegt somit seriell eine Folge von Digitalwerten an, die den Verlauf des vom Meßaufnehmer 3 gelieferten Signals repräsentiert.

Jeweils vier aufeinanderfolgende, vom A/D-Wandler 8 seriell gelieferte Werte werden einem Demultiplexer 9 zugeführt, an dessen vier Ausgängen diese vier Digitalwerte dann als für jeweils einen Zeilenabschnitt repräsentative Werte parallel anliegen. Jeweils zwei der Ausgangswerte des Demultiplexers 9 werden jeweils einer Komparatorstufe 10, 11 zugeführt, die feststellt, welcher der beiden ihr zugeführten Werte der größere und welcher der kleinere ist.

Der größere der der Komparatorstufe 10 zugeführten Werte so­ wie der größere der der Komparatorstufe 11 zugeführten Werte gelangt anschließend an eine weitere Komparatorstufe 12, die aus diesen beiden Werten wiederum das Maximum ermittelt und zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt.

Der kleinere der der Komparatorstufe 10 zugeführten Werte sowie der kleinere der der Komparatorstufe 11 zugeführten Werte gelangt anschließend an eine weitere Komparatorstufe 13, die aus diesen beiden Werten wiederum das Minimum ermit­ telt und zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt.

Somit liegt am Ausgang der Komparatorstufe 12 das Maximum und am Ausgang der Komparatorstufe 13 das Minimum der für je­ weils einen Zeilenabschnitt durch den A/D-Wandler 8 ermittel­ ten Abtastwerte an.

Die Vorverarbeitungsstufe umfaßt weiterhin ein Speicherele­ ment 14, in dem die Breite der Toleranzzone gespeichert ist. Dieser Speicherwert ist über den Mikrocomputer 15 je nach Anforderung variierbar.

Das Ausgangssignal des Speichers 14 wird gemeinsam mit dem vom A/D-Wandler 7 ermittelten Mittelwert einer Stufe zur To­ leranzzonenberechnung 16 zugeführt. In der Stufe 16 wird zum einen die Summe und zum anderen die Differenz aus dem Mittel­ wert und der Toleranzzonenbreite gebildet. Dementsprechend liegen an den drei Ausgängen der Stufe 16 der Mittelwert, die Summe aus Mittelwert und Toleranzzonenbreite und die Differenz von Mittelwert und Toleranzzonenbreite an.

Diese drei Werte werden gemeinsam mit dem von der Komparator­ stufe 12 ermittelten Maximum und dem von der Komparatorstufe 13 ermittelten Minimum einer weiteren Komparatorstufe 17 zu­ geführt.

Die Komparatorstufe 17 ermittelt aus den ihr zugeführten Wer­ ten für jeden Zeilenabschnitt jeweils einen Zwischenwert, der für den Fall, daß das Maximum bzw. das Minimum größer bzw. kleiner als die Summe aus Mittelwert und Toleranzzonen­ breite bzw. die Differenz aus Mittelwert und Toleranzzonen­ breite ist, gleich dem Maximum bzw. dem Minimum, anderen­ falls gleich dem Mittelwert ist.

Der von der Komparatorstufe 17 ermittelte Zwischenwert wird dann einem Zeilenspeicher 18 zugeführt, der alle für jeweils eine Abtastzeile ermittelten Zwischenwerte speichert und pa­ rallel zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt.

Durch die auf den Zeilenspeicher 18 folgende, aus einem Kom­ parator 19 und einem FIFO-Speicher 20 bestehende Einheit wird sichergestellt, daß pro Vorschubeinheit nur jeweils eine Abtastzeile zur Weiterverarbeitung an den Ausgang der Vorverarbeitungsstufe 4 gelangt.

Diese Einheit 19, 20 kann vom Mikrocomputer 15 auf verschie­ dene Arten betrieben werden.

Zum einen ist es möglich, die Abtastzeilen vom Zeilenspei­ cher 18 ohne Veränderung durch den Komparator 19 an den FIFO-Speicher 20 zu senden, wobei der FIFO-Speicher 20 immer nur dann eine Abtastzeile an den Ausgang der Vorverarbei­ tungsstufe 4 anlegt, wenn eine Vorschubeinheit beendet ist. Auf diese Weise gelangt jeweils die zuletzt während einer Vorschubeinheit ermittelte Abtastzeile an den Ausgang der Vorverarbeitungsstufe 4.

Weiterhin ist es auch möglich, die Einheit 19, 20 auf folgen­ de Weise zu betreiben:

Eine erste, während einer Vorschubeinheit ermittelte Abtast­ zeile gelangt ohne Veränderung in den FIFO-Speicher 20. Die innerhalb derselben Vorschubeinheit auf diese erste Zeile folgende zweite Zeile wird anschließend im Komparator 19 mit der ersten Zeile verglichen. Daraufhin werden diejenigen Werte der ersten Zeile im FIFO-Speicher 20 von den an ent­ sprechender Zeilenposition liegenden Werten der zweiten Zeile überschrieben, wenn ein Maximum bzw. Minimum der zwei­ ten Abtastzeile größer bzw. kleiner als ein Maximum bzw. Mi­ nimum der ersten Abtastzeile ist oder wenn auf einen Mittel­ wert der ersten Zeile ein Extremwert der zweiten Zeile an entsprechender Zeilenposition folgt. So erhält man im FIFO-Speicher 20 eine Zwischenwertkombination der ersten und zweiten Abtastzeile.

Eine innerhalb derselben Vorschubeinheit auf die zweite Zei­ le folgende dritte Abtastzeile wird in der Folge im Kompara­ tor 19 mit der bereits im FIFO-Speicher 20 befindlichen Kom­ bination aus der ersten und zweiten Zeile verglichen, wobei die gespeicherten Werte der Kombination aus der ersten und zweiten Zeile wiederum nach vorstehender Regel mit Werten dritten Zeile überschrieben werden. So wird dann im FIFO-Speicher eine Kombination aus der ersten, zweiten und dritten Zeile erhalten. Dieser Vorgang kann solange wieder­ holt werden, bis alle innerhalb einer Vorschubeinheit er­ faßten Abtastzeilen verarbeitet sind. Nach Beendigung einer Vorschubeinheit wird die im FIFO-Speicher 20 befindliche Kom­ bination aus den verarbeiteten Abtastzeilen an den Ausgang der Vorverarbeitungsstufe 4 angelegt.

Das von der Signalaufbereitungseinheit 5 gelieferte Signal ist an eine aus einem Hochpaß 21 mit nachgeschaltetem Kompa­ rator 22 bestehende Einheit zur Erkennung von Dunkelspikes angelegt. Dunkelspikes werden in dieser Einheit aufgrund ihrer Amplitude und Frequenz identifiziert und bei Vorliegen eines Dunkelspikes wird vom Komparator 22 ein entsprechendes Signal an die Komparatorstufe 17 abgesetzt.

Von der Komparatorstufe 17 werden bei Erkennen eines Dunkel­ spikes grundsätzlich nur die während des Auftretens des Dun­ kelspikes erfaßten Minima bzw. Mittelwerte zur Weiterverar­ beitung zur Verfügung gestellt, während die Maxima verworfen werden.

Auf diese Weise lassen sich die meßsignalverfälschenden Auswirkungen von Dunkelspikes eliminieren.

Claims (23)

1. Verfahren zur Inspektion von Oberflächen zu untersuchen­ der Materialien, bei dem die Oberfläche durch einen opti­ schen Meßaufnehmer zeilenweise abgetastet und das vom Meßaufnehmer gelieferte Signal verarbeitet wird, um In­ formation über die Oberflächenbeschaffenheit des zu un­ tersuchenden Materials zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Zeilen jeweils abschnittsweise verarbei­ tet werden, indem für jeden Abschnitt jeweils der Mittel­ wert, das Maximum und/oder das Minimum sowie ein für den Abschnitt repräsentativer und zur Weiterverarbeitung ge­ langender Zwischenwert ermittelt werden, welcher für den Fall, daß das Maximum bzw. das Minimum außerhalb einer sich um den Mittelwert erstreckenden vorgegebenen Tole­ ranzzone liegt, gleich dem Maximum bzw. Minimum, anderen­ falls gleich dem Mittelwert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Meßwerte in Digitalwerte gewandelt wer­ den, wobei für jeden Zeilenabschnitt mindestens zwei, vorzugsweise vier Digitalwerte ermittelt werden, aus de­ nen für den jeweiligen Zeilenabschnitt jeweils deren Mit­ telwert, deren Maximum, deren Minimum und aus diesen Wer­ ten und der Toleranzzone der Zwischenwert des jeweiligen Zeilenabschnitts berechnet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Toleranzzone entsprechend den jeweiligen Anforde­ rungen, insbesondere auch dynamisch in Abhängigkeit von dem dem Meßsignal in zum gerade erfaßten Abschnitt be­ nachbarten Abschnitten über lagerten Rauschsignal ein­ stellbar ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Zwischenwerte von mindestens zwei Abtast­ zeilen gespeichert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das zu untersuchende Material (2) und der Meßaufnehmer (3) relativ aneinander vorbeibewegt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter Zeilenabtastfrequenz und nicht kon­ stanter Vorschubgeschwindigkeit eine dementsprechend ebenfalls nicht konstante Anzahl von Abtastzeilen pro einer bestimmten Vorschubstrecke entsprechenden Vorschub­ einheit erfaßt wird, wobei die während einer Vorschubein­ heit erfaßten Abtastzeilen in der Vorverarbeitungsstufe (4) derart verarbeitet werden, daß dennoch konstant eine vorgegebene Anzahl von Abtastzeilen pro Vorschubeinheit von der Vorverarbeitungsstufe (4) zur Weiterverarbeitung gelangt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die während einer Vorschubeinheit zuletzt erfaßte Abtastzeile zur Weiterverarbeitung gelangt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die während einer Vorschubeinheit erfaßten Abtastzei­ len miteinander verglichen und zu einer Zeile zusammen­ gefaßt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste während einer Vorschubeinheit erfaßte Ab­ tastzeile gespeichert wird, die Maxima bzw. Minima die­ ser Zeile von betragsmäßig größeren, an entsprechender Zeilenposition liegenden Maxima bzw. Minima der inner­ halb derselben Vorschubeinheit folgenden Zeilen über­ schrieben werden und gespeicherte Mittelwerte der ersten Zeile von an entsprechender Zeilenposition liegenden Ex­ trema der innerhalb derselben Vorschubeinheit folgenden Zeilen überschrieben werden.

10. Oberflächeninspektionssystem, insbesondere zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, mit einem die Oberflächenstruktur eines zu untersu­ chenden Materials zeilenweise erfassenden optischen Meß­ aufnehmer, insbesondere einem Laserscanner oder einer Vi­ deokamera, und einer das vom Meßaufnehmer gelieferte Sig­ nal verarbeitenden Signalauswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswerteeinheit eine der Datenreduktion dienende Vorverarbeitungsstufe (4) umfaßt, in der die er­ faßten Zeilen jeweils abschnittsweise verarbeitet wer­ den, indem für jeden Abschnitt jeweils der Mittelwert, das Maximum und/oder das Minimum sowie ein für den Ab­ schnitt repräsentativer und zur Weiterverarbeitung gelan­ gender Zwischenwert ermittelt werden, welcher für den Fall, daß das Maximum bzw. das Minimum außerhalb einer sich um den Mittelwert erstreckenden vorgegebenen Tole­ ranzzone liegt, gleich dem Maximum bzw. Minimum, anderen­ falls gleich dem Mittelwert ist.

11. Oberflächeninspektionssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverarbeitungsstufe (4) als mikroprozessorge­ steuerte Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist.

12. Oberflächeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 10 und 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorverarbeitungsstufe (4) einen ersten A/D-Wand­ ler (7) aufweist, dem das vom Meßaufnehmer (3) geliefer­ te Signal über einen mittelwertbildenden Tiefpaß (6) zu­ geführt ist, wobei die Taktfrequenz des ersten A/D-Wand­ lers (7) so gewählt ist, daß die Erfassung eines Zeilen­ abschnitts während einer einzelnen Taktperiode erfolgt, und
daß die Vorverarbeitungsstufe (4) einen zweiten A/D-Wand­ ler (8) aufweist, der das vom Meßaufnehmer (3) geliefer­ te Signal mit mindestens der zweifachen Taktfrequenz des ersten A/D-Wandlers (7) wandelt, wobei die Ausgangssigna­ le beider A/D-Wandler (7, 8) einer digitalen Datenverar­ beitungsstufe zur Ermittlung der Zwischenwerte zugeführt sind.

13. Oberflächeninspektionssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverarbeitungsstufe (4) aus den vom zweiten A/D-Wandler (8) für jeweils einen Zeilenabschnitt gelie­ ferten Abtastwerten das Maximum und/oder das Minimum er­ mittelt.

14. Oberflächeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz des zweiten A/D-Wandlers (8) das Vier- bis Sechsfache der Taktfrequenz des ersten A/D-Wandlers (7) beträgt, wobei die Taktfrequenz des er­ sten A/D-Wandlers (7) an den Verarbeitungstakt der auf die Vorverarbeitungsstufe (4) folgenden Signalverarbei­ tungsstufe angepaßt und insbesondere gleich 20 MHz ist.

15. Oberflächeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beide A/D-Wandler (7, 8) eine Wortbreite von 6 bis 16 bit aufweisen.

16. Oberflächeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein zusätzliches Bit eines jeden Zwischen­ werts anzeigt, ob es sich bei dem jeweiligen Zwischen­ wert um das Maximum bzw. Minimum oder den Mittelwert eines Zeilenabschnitts handelt.

17. Oberflächeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverarbeitungsstufe (4) einen Demultiplexer (9) aufweist, an dessen Ausgang jeweils alle vom zweiten A/D-Wandler (8) innerhalb eines Zeilenabschnitts erfaß­ ten Abtastwerte parallel zur Weiterverarbeitung anlie­ gen.

18. Oberflächeninspektionssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Demultiplexers (9) an einer Komparatorschaltung (10, 11, 12, 13) zur Ermittlung des jeweiligen Maximums und/oder Minimums eines Zeilenab­ schnitts anliegen.

19. Oberflächeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenwertspeicher (18, 20) vorgesehen ist, in dem zumindest die von der Vorverarbeitungsstufe ermittel­ ten Zwischenwerte zweier Abtastzeilen speicherbar sind.

20. Oberflächeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorschubeinrichtung (1) vorgesehen ist, mit der das zu untersuchende Material (2) und der Meßaufnehmer (3) relativ aneinander vorbeibewegt werden.

21. Oberflächeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem Hochpaß (21) mit nachgeschaltetem Komparator (22) bestehende Einheit zur Erkennung von Dun­ kelspikes vorgesehen ist, an der das Meßsignal anliegt und mittels der die meßsignalverfälschenden Auswirkungen von Dunkelspikes eliminierbar sind.

22. Verfahren zum Betrieb eines Oberflächeninspektionssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, die während des Auftretens eines Dunkelspikes grundsätz­ lich die erfaßten Minima bzw. Mittelwerte zur Weiterver­ arbeitung zur Verfügung gestellt und Maxima verworfen werden.

23. Verfahren zum Betrieb eines Oberflächeninspektionssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, die während des Auftretens eines Dunkelspikes erfaßten Abtastwerte verworfen und statt dessen weiterhin die be­ reits vor dem Auftreten des Dunkelspikes erfaßten Abtast­ werte zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt wer­ den.