EP2297568A1 - Method for detecting moving objects - Google Patents

Method for detecting moving objects

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Publication number
EP2297568A1
EP2297568A1 EP09779890A EP09779890A EP2297568A1 EP 2297568 A1 EP2297568 A1 EP 2297568A1 EP 09779890 A EP09779890 A EP 09779890A EP 09779890 A EP09779890 A EP 09779890A EP 2297568 A1 EP2297568 A1 EP 2297568A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
camera
image
line
cameras
objects
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09779890A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Detlef Gerhard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2297568A1 publication Critical patent/EP2297568A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901—Optical details; Scanning details
    • G01N21/8903—Optical details; Scanning details using a multiple detector array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/845—Objects on a conveyor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8854—Grading and classifying of flaws
    • G01N2021/8867—Grading and classifying of flaws using sequentially two or more inspection runs, e.g. coarse and fine, or detecting then analysing

Definitions

  • the invention relates to the taking of object images, wherein moving objects move relative to the camera in an object space, which is received by the camera.
  • the image recording is to be taken at the appropriate time. If the image acquisition is started too late, the object to be recorded is already partially or completely outside the image field or the object space. Normally, a sensor, such as a light barrier, is used to trigger the camera in such a way that timely image acquisition takes place. However, cases are conceivable in which triggering with an external sensor is no longer possible. This is the case, for example, with strongly fluctuating movement of objects. It is aggravating that, if it concerns the objects to be imaged Sub-objects of a larger object is, for example, the optical inspection of semiconductor chips on wafers, different magnifications are required.
  • a photoelectric sensor has been used with an external sensor to trigger the system.
  • the invention is based on the object of describing the imaging of moving objects by means of a stationary camera system, wherein irregular or fast object movements are to be controlled with regard to image acquisition.
  • the invention is based on the finding that for the object image used, one-dimensional resolution two cameras are arranged offset in a measuring head relative to an optical axis about 90 ° from each other, that the respective image of these cameras or camera optics on the object in the direction of movement Object is aligned longitudinally aligned.
  • this camera system is used to determine the image distortion, for example due to uneven movement of the objects.
  • the object shift in the consecutively captured images is analyzed and used for the image correction.
  • the second camera is generally used to capture the object image, i. H. that the test object is scanned line by line by the second camera, followed by any intermediate storage and assignment of the individual image lines to a two-dimensional image.
  • Another solution to the same problem is based on the combination of two camera systems in a single measuring head, wherein the one-dimensionally imaging camera constantly picks up the object surface and only when a suitable Abbr. education profile, the two-dimensional resolution camera triggers a synchronization circuit.
  • the two cameras used relative to the optical axis offset by about 90 ° to each other.
  • the first camera is also aligned here so that their image is formed on the object approximately parallel to the direction of movement. If an object is detected by recording a corresponding line profile, whereby the type of object is detected, the second camera is activated after a predetermined delay time.
  • the individual cameras can advantageously be line scan cameras with associated optics and illumination.
  • both cameras used one-dimensional resolution, they can be triggered against each other at certain times.
  • the triggering is advantageously done via a synchronization circuit.
  • FIG. 1A shows a system for object detection with a first one-dimensionally resolving camera K1 having its image F1 and a second two-dimensionally resolving camera K3 having the image F3 on an object,
  • FIG. 1B shows a representation correspondingly
  • FIG. 1A wherein both cameras used are one-dimensionally resolving types and their images each represent a row Z1, Z2 on an object
  • FIGS. 2A and 2B show the form of object scanning associated with FIGS. 1A and 1B;
  • FIGS. 3A and 3B show, with reference to FIGS. 2A and 2B, a variant with a synchronization and an image evaluation, the synchronization in each case relating to the two cameras used, based on the results of FIGS. 3A and 3B
  • Image evaluation of the line Zl is triggered.
  • a measuring system and a method for detecting moving objects are each associated with at least two one-dimensional imaging cameras, which may be either line scan cameras K1 and K2, or a line camera and a two-dimensionally resolving camera.
  • the line scan cameras K1, K2 can have different numbers of pixel elements. At the same time, the magnification of each camera may differ from that of other cameras.
  • the recording cameras Kl and K2 are triggered at certain times.
  • a special case of the triggering is the simultaneous triggering of the image acquisition of both cameras.
  • the line scan camera Kl is also used in connection with a synchronization circuit for triggering the second camera K2, K3.
  • the magnification used for the camera Kl is used.
  • the most favorable trigger time for activating the second camera K2, K3 can be derived by appropriate pixel evaluation and the triggering can be started accordingly.
  • the first camera Kl is a line scan camera which is connected to a picture capture of several lines.
  • the additional image parts are used to determine the position of the object or the test object.
  • the method described is particularly suitable for imaging along an optical axis with moving objects at an undefined speed, wherein different corrections in the image recording are possible, whereby the quality of the optical inspection is improved.
  • in particular measuring devices can be integrated more easily and thus cost-savingly into a production line.
  • a one-dimensionally resolving and a two-dimensionally resolving camera can also be used for the combination.
  • the one-dimensionally resolving camera K1 is constantly functioning on the object surface and only when a suitable imaging profile of an object 1, 2 the second two-dimensionally resolving camera K3 is triggered via a synchronization circuit.
  • the described method uses at least one one-dimensionally resolving camera K1 and a two-dimensionally resolving camera K3.
  • a line scan camera with several lines can be used, with which a plurality of image lines is scanned simultaneously.
  • the additional information is used to improve object recognition.
  • the image analysis is done by means of an image processing hardware and corresponding analysis software.
  • the triggering of the two-dimensionally resolving camera K3 takes place when a suitable line profile, which describes the object to be recorded, is recorded with the one-dimensionally imaging camera K1. After the finding of this predefined suitable profile of a test object, a defined delay time will elapse before the image acquisition is started with the two-dimensionally resolving camera K3.
  • the image field of both cameras overlaps in such a way that at least one image element imaged by camera Kl lies on the image imaged by camera K2, K3.
  • the optical reproduction scales for both cameras Kl and K2 and also K3 can be different.
  • the camera K1 consists of a line scan camera which scans at least one line at a time and if necessary consists of an optical system Ol and a lighting BR.
  • the camera K2 consists of a two-dimensional resolution camera, a two-dimensional imaging optics and illumination B.
  • the cameras Kl and K2 or K3 have common optical elements for imaging the object, ie, they overlap at least one pixel on the object surface.
  • FIGS. 1A, 2A and 3A show the solution variant with a one-dimensionally resolving camera K1, corresponding to the line Z1 and combined with the two-dimensionally resolving camera K3, which corresponds to the surface F3.
  • the cameras Kl, K3 are arranged rotated by approximately 90 °.
  • Each camera is assigned a camera optics oil, 02.
  • a common optic 012 with an illumination B is provided in the central beam path.
  • the line Zl is aligned according to the direction of movement BR, d. H. parallel to this.
  • the line Z1 corresponds to the image of the line camera K1 on the object.
  • the line Z1 and the surface F3 overlap at least in one pixel.
  • FIGS. 3A and 3B show the solution variant with two one-dimensional resolution cameras Kl, K2.
  • the system components are essentially the same.
  • the lines Z1 and Z2 overlap at least in one pixel.
  • FIG. 2B an object scan is indicated, wherein Z1 and Z2 can touch and overlap in one pixel or have an overlap in a larger number of pixels.
  • FIGS. 3A and 3B contain a synchronization and an image evaluation for the variant with a two-dimensionally resolving camera K3.

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Abstract

The invention relates to a method for detecting fast and/or unevenly moving objects, comprising the following steps: an object region is detected using at least one first, one-dimensionally resolving camera (K1) having at least one line (Z1), wherein the image of the first camera runs longitudinally to the direction of motion of objects, a detected object (1, 2) is scanned line by line using at least one second, one-dimensionally resolving camera (K2) having at least one line (Z2), wherein the image of the second camera runs transversely to the direction of motion of objects, and a two-dimensional image of the object is produced, wherein the image fields of the two cameras (K1, K2) overlap at least at one image point which is present in an image produced by the second camera. The method for detecting fast and/or unevenly moving objects using at least one first one-dimensionally resolving camera (K1) having at least one line (Z1) detects the image longitudinally to the direction of motion of objects, wherein a predefined line profile which describes the object is recorded and recognized by the camera (K1).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Erfassung von bewegten ObjektenMethod for detecting moving objects
Die Erfindung betrifft die Aufnahme von Objektbildern, wobei sich bewegte Objekte relativ zur Kamera in einem Objektraum, der von der Kamera aufgenommen wird, bewegen.The invention relates to the taking of object images, wherein moving objects move relative to the camera in an object space, which is received by the camera.
Werden eindimensional abbildende Kamerasysteme, beispielswei- se Zeilenkameras, für die optische Inspektion von auf einemAre one-dimensional imaging camera systems, for example, line scan cameras, for the optical inspection of on one
Transportband bewegten Teilen eingesetzt, so ist die Bildqualität entscheidend von der Synchronisation der Zeilenkamera in Bezug auf die Bandgeschwindigkeit abhängig. Gerade bei Bildern, die aus Bildzeilen bestehen, wird eine instabile Bandgeschwindigkeit größere Bildfehler oder Bildverzerrungen bei dem aufgenommenen Bild eines Objektes erzeugen. Bei kleinen Abbildungsmaßstäben ist die Triggerung der Zeilenkameras über einen Drehgeber, der am Antrieb oder einer Rolle des Transportbandes das Signal abnimmt, nur bedingt zur Regelung geeignet.Moving belt used moving parts, the image quality depends crucially on the synchronization of the line scan camera in relation to the belt speed. Especially for images consisting of image lines, an unstable tape speed will produce larger artifacts or image distortions in the captured image of an object. In the case of small image scales, the triggering of the line scan cameras via a rotary encoder which picks up the signal at the drive or a roller of the conveyor belt is only conditionally suitable for regulation.
Im Stand der Technik wird, falls für die Objektabbildung eine Zeilenkamera verwendet wird, mithilfe eines Drehgebers synchronisiert. Dies bedeutet, dass mittels der Impulse des Drehgebers getriggert wird.In the prior art, if a line scan camera is used for the object image, it is synchronized by means of a rotary encoder. This means that is triggered by means of the pulses of the encoder.
Anders betrachtet ist bei der optischen Inspektion bewegter Teile die Bildaufnahme zum geeigneten Zeitpunkt aufzunehmen. Wird die Bildaufnahme zu spät gestartet, so ist das aufzuneh- mende Objekt schon teilweise oder ganz außerhalb des Bildfeldes bzw. des Objektraumes. Im Normalfall wird hierfür ein Sensor, wie beispielsweise eine Lichtschranke verwendet, mit der die Kamera so getriggert wird, dass eine rechtzeitige Bildaufnahme stattfindet. Es sind jedoch Fälle denkbar, bei denen eine Triggerung mit einem externen Sensor nicht mehr möglich ist. Dies ist beispielsweise der Fall bei stark schwankender Bewegung von Objekten. Es kommt erschwerend hinzu, dass, falls es sich bei den abzubildenden Objekten um Teilobjekte eines größeren Objektes handelt, beispielsweise um die optische Inspektion von Halbleiterchips auf Wafern, unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe erforderlich sind.In other words, in the optical inspection of moving parts, the image recording is to be taken at the appropriate time. If the image acquisition is started too late, the object to be recorded is already partially or completely outside the image field or the object space. Normally, a sensor, such as a light barrier, is used to trigger the camera in such a way that timely image acquisition takes place. However, cases are conceivable in which triggering with an external sensor is no longer possible. This is the case, for example, with strongly fluctuating movement of objects. It is aggravating that, if it concerns the objects to be imaged Sub-objects of a larger object is, for example, the optical inspection of semiconductor chips on wafers, different magnifications are required.
In diesem Fall wird bisher mit einem externen Sensor eine Lichtschranke eingesetzt, um das System zu triggern.In this case, a photoelectric sensor has been used with an external sensor to trigger the system.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abbildung bewegter Objekte mittels eines stationären Kamerasystems zu be- schreiben, wobei unregelmäßige oder schnelle Objektbewegungen zu hinsichtlich einer Bildaufnahme zu beherrschen sind.The invention is based on the object of describing the imaging of moving objects by means of a stationary camera system, wherein irregular or fast object movements are to be controlled with regard to image acquisition.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die jeweilige Merkmalskombination entsprechend Anspruch 1 oder 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.The solution of this task is done by the respective feature combination according to claim 1 or 2. Advantageous embodiments can be taken from the subclaims.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für die Objektabbildung eingesetzte, eindimensional auflösende zwei Kameras in einem Messkopf derart relativ zu einer optischen Achse etwa um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass das jeweilige Bild dieser Kameras oder der Kameraoptik auf dem Objekt in Bewegungsrichtung des Objektes längs gestreckt ausgerichtet ist. Dabei wird dieses Kamerasystem zur Ermittlung der Bildverzerrung, beispielsweise durch ungleich- mäßige Bewegung der Objekte, benutzt. Insgesamt wird die Objektverschiebung in den nacheinander aufgenommenen Bildern analysiert und für die Bildkorrektur verwendet.The invention is based on the finding that for the object image used, one-dimensional resolution two cameras are arranged offset in a measuring head relative to an optical axis about 90 ° from each other, that the respective image of these cameras or camera optics on the object in the direction of movement Object is aligned longitudinally aligned. In this case, this camera system is used to determine the image distortion, for example due to uneven movement of the objects. Overall, the object shift in the consecutively captured images is analyzed and used for the image correction.
Die zweite Kamera dient allgemein der Erfassung der Objektab- bildung, d. h. dass das Prüfobjekt zeilenweise von der zweiten Kamera abgescannt wird, gefolgt von eventueller Zwischen- speicherung und Zuordnung der einzelnen Bildzeilen zu einem zweidimensionalen Bild.The second camera is generally used to capture the object image, i. H. that the test object is scanned line by line by the second camera, followed by any intermediate storage and assignment of the individual image lines to a two-dimensional image.
Eine andere Lösung der gleichen Aufgabe beruht auf der Kombination von zwei Kamerasystemen in einem einzigen Messkopf, wobei die eindimensional abbildende Kamera die Objektfläche ständig aufnimmt und erst bei Auftreten eines geeigneten Ab- bildungsprofils die zweidimensional auflösende Kamera über eine Synchronisationsschaltung triggert. Auch hier sind die beiden verwendeten Kameras relativ zur optischen Achse um etwa 90° gegeneinander versetzt. Die erste Kamera ist auch hier derart ausgerichtet, dass ihr Bild auf dem Objekt etwa parallel zur Bewegungsrichtung ausgebildet ist. Falls ein Objekt durch Aufnahme eines entsprechenden Zeilenprofils erkannt wird, wobei die Art des Objektes erfasst wird, so wird nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit die zweite Kamera akti- viert.Another solution to the same problem is based on the combination of two camera systems in a single measuring head, wherein the one-dimensionally imaging camera constantly picks up the object surface and only when a suitable Abbr. education profile, the two-dimensional resolution camera triggers a synchronization circuit. Again, the two cameras used relative to the optical axis offset by about 90 ° to each other. The first camera is also aligned here so that their image is formed on the object approximately parallel to the direction of movement. If an object is detected by recording a corresponding line profile, whereby the type of object is detected, the second camera is activated after a predetermined delay time.
Es ist besonders vorteilhaft, unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe für unterschiedliche Kameras vorzusehen. Die einzelnen Kameras können vorteilhaft Zeilenkameras mit zugehöriger Op- tik und Beleuchtung sein.It is particularly advantageous to provide different image scales for different cameras. The individual cameras can advantageously be line scan cameras with associated optics and illumination.
Für den Fall, dass beide eingesetzten Kameras eindimensional auflösend funktionieren, können diese zu bestimmten Zeitpunkten gegeneinander getriggert werden. Die Triggerung geschieht vorteilhaft über eine Synchronisationsschaltung.In the event that both cameras used one-dimensional resolution, they can be triggered against each other at certain times. The triggering is advantageously done via a synchronization circuit.
Im Folgenden werden anhand von schematischen, begleitenden Figuren die Erfindung nicht einschränkende Ausführungsbeispiele beschrieben.In the following, the invention will be described with reference to schematic, accompanying figures, non-limiting embodiments.
Figur IA zeigt ein System zur Objekterfassung mit einer ersten eindimensional auflösenden Kamera Kl mit deren Bild Fl und einer zweiten zweidimensional auflö- senden Kamera K3 mit dem Bild F3 auf einem Objekt,FIG. 1A shows a system for object detection with a first one-dimensionally resolving camera K1 having its image F1 and a second two-dimensionally resolving camera K3 having the image F3 on an object,
Figur IB zeigt eine Darstellung entsprechendFIG. 1B shows a representation correspondingly
Figur IA, wobei beide eingesetzten Ka- meras eindimensional auflösende Typen sind und deren Bilder jeweils eine Zeile Zl, Z2 auf einem Objekt darstellen, Figuren 2A und 2B zeigen die zu den Figuren IA und IB zugehörige Form der Objektabtastung,FIG. 1A, wherein both cameras used are one-dimensionally resolving types and their images each represent a row Z1, Z2 on an object, FIGS. 2A and 2B show the form of object scanning associated with FIGS. 1A and 1B;
Figuren 3A und 3B zeigen mit Bezug auf die Figuren 2A und 2B eine Variante mit einer Synchronisation und einer Bildauswertung, wobei die Synchronisation jeweils die beiden eingesetzten Kameras betrifft, wobei auf der Basis der Ergebnisse derFIGS. 3A and 3B show, with reference to FIGS. 2A and 2B, a variant with a synchronization and an image evaluation, the synchronization in each case relating to the two cameras used, based on the results of FIG
Bildauswertung der Zeile Zl getriggert wird.Image evaluation of the line Zl is triggered.
Es sind insbesondere folgende Merkmale mit entsprechenden Wirkungen in Zusammenhang mit der Erfindung zu nennen:In particular, the following features with corresponding effects in connection with the invention may be mentioned:
Ein Messsystem und ein Verfahren zur Erfassung von bewegten Objekten sind jeweils mit mindestens zwei eindimensional ab- bildenden Kameras verknüpft, wobei es sich entweder um Zeilenkameras Kl und K2 handeln kann oder um eine Zeilenkamera und eine zweidimensional auflösende Kamera.A measuring system and a method for detecting moving objects are each associated with at least two one-dimensional imaging cameras, which may be either line scan cameras K1 and K2, or a line camera and a two-dimensionally resolving camera.
Die Kameras Kl, K2, sind in Bezug auf eine optische Achse, welche in z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems verläuft, zueinander um ca. 90° um die Achse gedreht angeordnet. Dies bedeutet, dass das Bild Zl der ersten Zeilenkamera Kl längs zur Bewegungsrichtung BR des aufzunehmenden Objektes 1,2 verläuft, während das Bild Z2 der zweiten Kamera quer zur Bewegungsrichtung des PrüfObjektes ausgerichtet ist.The cameras Kl, K2, are arranged in relation to an optical axis which runs in the z-direction of a Cartesian coordinate system, rotated about 90 ° to each other about the axis. This means that the image Z1 of the first line scan camera Kl runs longitudinally to the movement direction BR of the object to be recorded 1,2, while the image Z2 of the second camera is oriented transversely to the movement direction of the inspection object.
Die Zeilenkameras Kl, K2 können unterschiedliche Anzahl von Pixelelementen besitzen. Gleichzeitig kann der Abbildungsmaßstab jeder Kamera sich von dem anderer Kameras unterscheiden.The line scan cameras K1, K2 can have different numbers of pixel elements. At the same time, the magnification of each camera may differ from that of other cameras.
Die Bildfelder beider Kameras überlappen sich, wobei die Abbildungen der Kameras im Objektraum auch T-förmig ausgebildet sein können, wie es Figuren 2 A und 2B zu entnehmen ist. Bei- de aufnehmenden Kameras Kl und K2 werden zueinander zu bestimmten Zeitpunkten getriggert. Ein Sonderfall der Trigge- rung ist die gleichzeitige Triggerung der Bildaufnahme beider Kameras .The image fields of both cameras overlap, wherein the images of the cameras in the object space can also be T-shaped, as can be seen in FIGS. 2A and 2B. examples The recording cameras Kl and K2 are triggered at certain times. A special case of the triggering is the simultaneous triggering of the image acquisition of both cameras.
Die längs der Bewegungsrichtung BR von Objekten 1,2 aufnehmende Kamera Kl dient der Ermittlung der Bildverzerrung, die durch die ungleichmäßige Bewegung von Objekten entsteht. Hierzu wird die Objektverschiebung in nacheinander aufgenom- menen Bildern analysiert und für die Bildkorrektur verwendet.The camera K1 accommodating along the direction of movement BR of objects 1, 2 serves to determine the image distortion which arises due to the uneven movement of objects. For this purpose, the object shift is analyzed in successive recorded images and used for the image correction.
Die Kamera K2 dient der Erfassung der Objektabbildung, was bedeutet, dass das Prüfobjekt zeilenweise mit der zweiten Kamera K2 abgescannt wird, gespeichert und bzgl. der einzelnen Bildzeile einem zweidimensionalen zu erstellenden Bild zugeordnet wird.The camera K2 is used to capture the object image, which means that the test object is scanned line by line with the second camera K2, stored and associated with respect to the individual image line a two-dimensional image to be created.
Die Zeilenkamera Kl wird in Verbindung mit einer Synchronisationsschaltung auch zur Triggerung der zweiten Kamera K2, K3 verwendet. Hierbei wird der für die Kamera Kl hinterlegte Abbildungsmaßstab verwendet. Auf dessen Basis kann durch entsprechende Pixelauswertung der günstigste Triggerzeitpunkt zur Aktivierung der zweiten Kamera K2, K3 abgeleitet werden und die Triggerung entsprechend gestartet werden.The line scan camera Kl is also used in connection with a synchronization circuit for triggering the second camera K2, K3. Here, the magnification used for the camera Kl is used. On the basis of this, the most favorable trigger time for activating the second camera K2, K3 can be derived by appropriate pixel evaluation and the triggering can be started accordingly.
Bei der ersten Kamera Kl handelt es sich um eine Zeilenkamera, die mit einer Bildaufnahme mehrerer Zeilen verbunden ist. Die zusätzlichen Bildteile werden für die Bestimmung der Lage des Objektes bzw. des Prüflings verwendet.The first camera Kl is a line scan camera which is connected to a picture capture of several lines. The additional image parts are used to determine the position of the object or the test object.
Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders für die Abbildung entlang einer optischen Achse mit bewegten Objekten mit Undefinierter Geschwindigkeit, wobei unterschiedliche Korrekturen bei der Bildaufnahme möglich sind, womit die Qua- lität der optischen Inspektion verbessert wird. Zusätzlich können mittels des entsprechenden Verfahrens insbesondere Messeinrichtungen einfacher und somit kostensparender in eine Fertigungslinie integriert werden. Für den Fall, dass die Erfindung mittels eines Systems von zwei Kameras realisiert wird, kann auch eine eindimensional auflösende und eine zweidimensional auflösende Kamera für die Kombination eingesetzt werden. Die eindimensional auflösende Kamera Kl ist dabei ständig funktionsfähig auf die Objektoberfläche gerichtet und erst bei Auftreten eines geeigneten Abbildungsprofils eines Objektes 1,2 wird die zweite zweidimensional auflösende Kamera K3 über eine Synchronisations- Schaltung getriggert. Das beschriebene Verfahren verwendet zumindest eine eindimensional auflösende Kamera Kl und eine zweidimensional auflösende Kamera K3. Als ständig betriebene, eindimensional auflösende Kamera kann auch eine Zeilenkamera mit mehreren Zeilen verwendet werden, mit der gleichzeitig eine Vielzahl von Bildzeilen gescannt wird. Bei Verwendung von mehreren Zeilenkameras im Kamerasystem dient die zusätzliche Information zur Verbesserung der Objekterkennung. Die Bildanalyse geschieht mittels einer Bildverarbeitungs- Hardware und entsprechender Analyse-Software.The method described is particularly suitable for imaging along an optical axis with moving objects at an undefined speed, wherein different corrections in the image recording are possible, whereby the quality of the optical inspection is improved. In addition, by means of the corresponding method, in particular measuring devices can be integrated more easily and thus cost-savingly into a production line. In the case that the invention is realized by means of a system of two cameras, a one-dimensionally resolving and a two-dimensionally resolving camera can also be used for the combination. The one-dimensionally resolving camera K1 is constantly functioning on the object surface and only when a suitable imaging profile of an object 1, 2 the second two-dimensionally resolving camera K3 is triggered via a synchronization circuit. The described method uses at least one one-dimensionally resolving camera K1 and a two-dimensionally resolving camera K3. As a constantly operated, one-dimensionally resolving camera, a line scan camera with several lines can be used, with which a plurality of image lines is scanned simultaneously. When using multiple line scan cameras in the camera system, the additional information is used to improve object recognition. The image analysis is done by means of an image processing hardware and corresponding analysis software.
Die Triggerung der zweidimensional auflösenden Kamera K3 erfolgt dann, wenn mit der eindimensional abbildenden Kamera Kl ein geeignetes Zeilenprofil, welches das aufzunehmende Objekt beschreibt, erfasst wird. Nach der Auffindung dieses vorgege- benen geeigneten Profils eines Prüfobjektes wird eine definierte Verzögerungszeit verstreichen, bevor die Bildaufnahme mit der zweidimensional auflösenden Kamera K3 gestartet wird.The triggering of the two-dimensionally resolving camera K3 takes place when a suitable line profile, which describes the object to be recorded, is recorded with the one-dimensionally imaging camera K1. After the finding of this predefined suitable profile of a test object, a defined delay time will elapse before the image acquisition is started with the two-dimensionally resolving camera K3.
Das Bildfeld beider Kameras überlappt sich derart, dass zu- mindest ein von Kamera Kl abgebildetes Bildelement auf dem von Kamera K2, K3 abgebildeten Bilds liegt.The image field of both cameras overlaps in such a way that at least one image element imaged by camera Kl lies on the image imaged by camera K2, K3.
Die optischen Nachbildungsmaßstäbe für beide Kameras Kl und K2 und auch K3 können unterschiedlich sein. Die Kamera Kl be- steht aus einer Zeilenkamera, welche mindestens eine Zeile gleichzeitig scannt und ggf. aus einer Optik Ol und einer Beleuchtung BR besteht. Die Kamera K2 besteht aus einer zweidimensional auflösenden Kameras, einer zweidimensional abbildenden Optik und einer Beleuchtung B. Die Kameras Kl und K2 bzw. K3 besitzen gemeinsame optische Elemente zur Abbildung des Objektes, d. h., sie überschneiden sich zumindest in einem Bildpunkt an der Objektoberfläche .The optical reproduction scales for both cameras Kl and K2 and also K3 can be different. The camera K1 consists of a line scan camera which scans at least one line at a time and if necessary consists of an optical system Ol and a lighting BR. The camera K2 consists of a two-dimensional resolution camera, a two-dimensional imaging optics and illumination B. The cameras Kl and K2 or K3 have common optical elements for imaging the object, ie, they overlap at least one pixel on the object surface.
Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders für die Abbildung entlang einer optischen Achse entlang der Objekte mit Undefinierter Geschwindigkeit bewegt werden, wie beispielsweise Mikrostrukturen auf einem Förderband oder zu inspizierenden gedruckten Mikrostrukturen auf einer Folie. Ein Einsatz der Erfindung, insbesondere bei der Darstellung eines Messnadelaufbaus zur Prüfung elektronischer Bauelemente, mit einer korrespondierenden optischen Anordnung ist vorteilhaft.The described method is particularly suitable for imaging along an optical axis along which objects are moved at undefined rates, such as microstructures on a conveyor belt or printed microstructures to be inspected on a film. An application of the invention, in particular in the representation of a measuring needle assembly for testing electronic components, with a corresponding optical arrangement is advantageous.
Die Figuren IA, 2A und 3A zeigen die Lösungsvariante mit einer eindimensional auflösenden Kamera Kl, korrespondierend mit der Zeile Zl und kombiniert mit der zweidimensional auf- lösenden Kamera K3, die mit der Fläche F3 korrespondiert. Relativ zu der zentralen optischen Achse AX sind die Kameras Kl, K3 ca. um 90° verdreht angeordnet. Eine Einkoppelung der Strahlengänge erfolgt über Strahlteiler ST. Jeder Kamera ist eine Kameraoptik Ol, 02 zugeordnet. Weiterhin ist im zentra- len Strahlengang eine gemeinsame Optik 012 mit einer Beleuchtung B vorgesehen. Die Zeile Zl ist entsprechend der Bewegungsrichtung BR ausgerichtet, d. h. parallel zu dieser. Die Zeile Zl entspricht der Abbildung der Zeilenkamera Kl auf dem Objekt. Die Zeile Zl und die Fläche F3 überschneiden sich zu- mindest in einem Bildpunkt.FIGS. 1A, 2A and 3A show the solution variant with a one-dimensionally resolving camera K1, corresponding to the line Z1 and combined with the two-dimensionally resolving camera K3, which corresponds to the surface F3. Relative to the central optical axis AX, the cameras Kl, K3 are arranged rotated by approximately 90 °. A coupling of the beam paths via beam splitter ST. Each camera is assigned a camera optics oil, 02. Furthermore, a common optic 012 with an illumination B is provided in the central beam path. The line Zl is aligned according to the direction of movement BR, d. H. parallel to this. The line Z1 corresponds to the image of the line camera K1 on the object. The line Z1 and the surface F3 overlap at least in one pixel.
Die Figuren IB, 2B und 3B zeigen die Lösungsvariante mit zwei eindimensional auflösenden Kameras Kl, K2. Die Systemkomponenten sind im Übrigen im Wesentlichen gleich. Auf dem Objekt 1 ist auch die der Kamera Kl zugeordnete Zeile Zl, die in Bewegungsrichtung ausgerichtet ist, angedeutet. Anstelle der Fläche F3 ist in Figur IB auf dem Objekt 1 die Abbildung der Zeile der Kamera K2 zu sehen mit der Bezeichnung Z2. Die Zeilen Zl und Z2 überschneiden sich zumindest in einem Bildpunkt. In der Figur 2B ist eine Objektabtastung angedeutet, wobei sich Zl und Z2 berühren und in einem Bildpunkt überschneiden können oder in einer größeren Anzahl von Bildpunkten eine Überlappung aufweisen. Figuren 3A und 3B enthalten eine Synchronisation und eine Bildauswertung für die Variante mit einer zweidimensional auflösenden Kamera K3. Figures IB, 2B and 3B show the solution variant with two one-dimensional resolution cameras Kl, K2. Incidentally, the system components are essentially the same. On the object 1 and the camera Kl associated line Zl, which is aligned in the direction of movement, indicated. Instead of the area F3, the image of the line of the camera K2 can be seen in FIG. 1B on the object 1 with the designation Z2. The lines Z1 and Z2 overlap at least in one pixel. In FIG. 2B, an object scan is indicated, wherein Z1 and Z2 can touch and overlap in one pixel or have an overlap in a larger number of pixels. FIGS. 3A and 3B contain a synchronization and an image evaluation for the variant with a two-dimensionally resolving camera K3.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erfassung von schnell und/oder ungleichmäßig bewegten Objekten mit folgenden Schritten: - mit mindestens einer ersten, eindimensional auflösenden Kamera (Kl) mit mindestens einer Zeile (Zl) wird ein Objektbereich erfasst, wobei das Bild der ersten Kamera längs zur Bewegungsrichtung der Objekte verläuft,1. A method for detecting objects moving rapidly and / or non-uniformly, comprising the following steps: - an object region is detected with at least one first one-dimensionally resolving camera (Kl) with at least one line (Z1), the image of the first camera being longitudinal to the direction of movement the objects runs,
- mit mindestens einer zweiten, eindimensional auflösenden Kamera (K2) mit mindestens einer Zeile (Z2) wird ein erfass- tes Objekt (1, 2) zeilenweise abgetastet, wobei das Bild der zweiten Kamera quer zur Bewegungsrichtung der Objekte verläuft, und es wird ein zweidimensionales Bild des Objektes erzeugt, - wobei sich die Bildfelder der beiden Kameras (Kl, K2) zumindest an einem Bildpunkt, der in einem von der zweiten Kamera erzeugten Bild vorhandenen ist, überschneiden.- With at least one second, one-dimensionally resolving camera (K2) with at least one line (Z2), a detected object (1, 2) is scanned line by line, wherein the image of the second camera is transverse to the direction of movement of the objects, and it is a generates two-dimensional image of the object, - wherein the image fields of the two cameras (Kl, K2) overlap at least at one pixel, which is present in an image generated by the second camera.
2. Verfahren zu Erkennung von schnell und/oder ungleichmäßig bewegten Objekten mit folgenden Schritten:2. Method for detecting fast and / or irregularly moving objects with the following steps:
- mit mindest einer ersten eindimensional auflösenden Kamera (Kl) mit mindestens einer Zeile (Zl) wird ein Objektbereich ständig erfasst, wobei das Bild der ersten Kamera längs zur Bewegungsrichtung von Objekten verläuft, - wird ein vorgegebenes Zeilenprofil, welches das Objekt beschreibt, von der Kamera (Kl) aufgenommen und erkannt, so wird nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit mit einer zweiten, durch die Kamera (Kl) getriggerten, zweidimensional auflösenden Kamera (K2) eine Bildaufnahme getätigt, erzeugt,- With at least a first one-dimensionally resolving camera (Kl) with at least one line (Zl) an object area is constantly detected, the image of the first camera is longitudinal to the direction of movement of objects, - is a predetermined line profile, which describes the object of the Camera (Kl) recorded and detected, so after a predetermined delay time with a second, by the camera (Kl) triggered, two-dimensionally resolving camera (K2) an image taken, created,
- wobei sich die Bildfelder der beiden Kameras (Kl, K2) zumindest an einem Bildpunkt, der in einem von der zweiten Kamera erzeugten Bild vorhandenen ist, überschneiden.- Where the image fields of the two cameras (Kl, K2) overlap at least at one pixel, which is present in an image generated by the second camera.
3. Verfahren nach Anspruch loder 2, bei dem optische Abbildungsmaßstäbe für unterschiedliche Kameras unterschiedlich sind. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the optical imaging scales for different cameras are different.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, bei die Kamera (Kl) eine Zeilenkamera mit mindestens einer Zeile ist und zusätzlich eine Optik und eine Beleuchtung aufweist.4. The method according to any one of claims 1-3, wherein the camera (Kl) is a line scan camera with at least one line and additionally comprises optics and illumination.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem beim Einsatz zweier eindimensional auflösender Kameras bei vorgebbaren Zeitpunkten beide gegeneinander getriggert werden.5. The method according to any one of claims 1-4, wherein when using two one-dimensional resolution cameras at predetermined times both are triggered against each other.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem Triggerung über eine Synchronisationsschaltung abläuft.6. The method according to any one of claims 1-5, wherein the triggering proceeds via a synchronization circuit.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem eine eindimensional auflösende Kamera zur besseren Objekterkennung mehrere Zeilen aufweist.7. The method according to any one of claims 1-6, wherein a one-dimensionally resolving camera for better object detection has a plurality of lines.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem zwei in einem Messkopf befindliche Kameras (Kl, K2) in Richtung der optischen Achse eines gesamten Systems aufnehmen und diese in ihrer gegenseitigen Ausrichtung relativ zur optischen Achse um 90° versetzt sind. 8. The method according to any one of claims 1-7, wherein two cameras located in a measuring head (Kl, K2) in the direction of the optical axis of an entire system record and these are offset in their mutual alignment relative to the optical axis by 90 °.
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