EP2531836A1 - Verfahren und vorrichtung zum optischen inspizieren eines prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden oberfläche - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum optischen inspizieren eines prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden oberfläche

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EP2531836A1
EP2531836A1 EP11705434A EP11705434A EP2531836A1 EP 2531836 A1 EP2531836 A1 EP 2531836A1 EP 11705434 A EP11705434 A EP 11705434A EP 11705434 A EP11705434 A EP 11705434A EP 2531836 A1 EP2531836 A1 EP 2531836A1
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EP
European Patent Office
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light sources
light
individual
camera
series
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11705434A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Beck
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.)
Carl Zeiss OIM GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss OIM GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss OIM GmbH filed Critical Carl Zeiss OIM GmbH
Publication of EP2531836A1 publication Critical patent/EP2531836A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N2021/8829—Shadow projection or structured background, e.g. for deflectometry

Definitions

  • the present invention relates to a method for optically inspecting a specimen having an at least partially reflecting surface, comprising the steps of:
  • Providing a lighting device with a plurality of spatially distributed light sources Positioning the device under test relative to the illumination device and the camera so that light from the light sources is reflected across the surface to the camera,
  • the invention further relates to a device for optically inspecting a specimen with an at least partially reflecting surface, with a camera having a number of pixels, with a lighting device with a plurality of spatially distributed light sources, with a workpiece holder for positioning the specimen relative to the illumination device and the camera such that light from the light sources is reflected to the camera via the surface, with a control unit for generating a series of different illumination patterns on the surface, different light sources being turned on in the course of the series, and recording a series of Images of the surface with one of the Beleuehtungsmuster, and with an evaluation unit for determining properties of the specimen in dependence on the images.
  • Such a method and such a device are known for example from DE 10 2007 063 529 AI.
  • the known method and the known device use a multiplicity of different illumination patterns, each of which has a spatial intensity curve with a defined period.
  • the illumination patterns are light and dark stripes that form a sinusoidal intensity profile transverse to the strip direction. If one moves such a pattern relative to the surface of a specimen and takes at least three images of the surface with the shifted stripe patterns, one can determine various properties of the surface from the recorded images, in particular the local inclination of each considered surface point or a local scattering behavior of the surface point.
  • the known method presupposes that the reflection properties of the examined surface allow a sufficiently clear separation of the light and dark stripes in the recorded images.
  • the method described in DE 10 2007 063 529 AI and the corresponding device allow automated inspection of a test specimen with an at least partially reflective surface, where required for the inspection prior knowledge of the properties of the specimen can be reduced compared to even older methods.
  • the known method and the known device are not yet optimal, since the strip direction also has an influence on the detection capability of the method and the device.
  • at least three (preferably at least four) images of the surface must be taken with the surface in each image shifted relative to the stripe patterns.
  • the known method and apparatus do not provide complete characterization of an unknown surface unless one would take any surface point with a large number of illumination patterns with finely graded stripe widths, stripe directions, and shift positions.
  • fringe projection methods in which a fringe pattern is projected from a known position onto the surface of the specimen in order to determine shape characteristics of the specimen on the basis of trigonometric relationships.
  • shape from shading This is a method in which a DUT is illuminated from different directions without changing its position relative to the camera, and shape characteristics of the DUT are determined based on the different brightnesses depending on the light incident direction.
  • fringe projection and shape from shading are not suitable or only partially suitable for specimens with a very shiny surface. In addition, they do not provide any characterization of the specimen surface, but only shape features.
  • this object is achieved by a method of the type mentioned above, wherein based on the images for at least one pixel, an individual Lichtherzers (2) is determined, which represents a spatial distribution of (preferably all) individual light contributions, the generate the light sources over the surface on the at least one pixel, wherein the properties of the specimen are determined based on the individual Lichtherzers involveds.
  • this object is achieved by a device of the type mentioned at the outset, wherein the evaluation unit is firstly designed to determine an individual light source region, which represents a spatial distribution of individual light contributions, on the basis of the images for at least one pixel which generate the light sources used over the surface on the at least one pixel, and wherein the evaluation unit is further adapted to determine the properties of the specimen based on the individual light source region.
  • the new method and apparatus rely on the idea of determining the scattering characteristic of a spot on the specimen surface by examining which of the spatially distributed light sources can "see” a defined camera pixel over the specimen surface at that surface point. Any light source that can "see” the camera pixel above the surface point can create a light contribution on the camera pixel. This light contribution depends on the position of the light source, the position of the camera pixel and the scattering characteristic of the surface point. If it is a highly reflective surface, the law "angle of incidence equals failure angle" essentially applies. The defined camera pixel will therefore only a small number of light sources "can see. The light-source area for the defined pixel is relatively small.
  • a diffusely scattering surface "disperses" incident light into a larger solid angle. Accordingly, light sources which are further away and which can not reach the defined pixel according to the law "angle of incidence equal to the angle of reflection can nevertheless produce a light contribution on the camera pixel.
  • the new method and the new device use this context to characterize the scattering characteristic of a surface point of the specimen surface on the basis of the spatial directions, from which light can reach a defined measuring point, namely the defined camera pixel.
  • the set of these spatial directions defines the light source area, which could alternatively be referred to as a light catchment area or light collection area of a particular camera pixel.
  • the light source region allows a comprehensive characterization of the scattering properties of a considered surface point. On the basis of parameters such as shape, extent, orientation and / or symmetry of the light source region, the scattering properties of the surface point can be characterized in a simple and reproducible manner. If one determines the light source area for a large number of camera pixels, one obtains a location-dependent characterization of the scattering properties of the surface.
  • each light source whose light is reflected across the surface to the camera, turned on once in the course of the series.
  • This embodiment allows a very accurate determination of the individual light source region, and it therefore contributes to a comprehensive characterization of the specimen surface.
  • it is sufficient to switch on each light source whose light is or can be reflected via the surface to the camera exactly once, in order to determine the individual light contribution of these light sources.
  • This variant is also preferred in some embodiments to reduce the number of image captures.
  • it is also possible to turn on light sources several times in the course of the new method, for example in order to be able to reduce statistical influences by averaging.
  • it is possible to leave light sources whose light can not reach the camera via the test object surface per se, unused or disregarded on the basis of corresponding a-priori knowledge.
  • each light source whose light is reflected across the surface to the camera individually turned on in the course of the series.
  • the individual light sources are point light sources.
  • the light sources of this embodiment may be linear light sources which each generate a "light line”.
  • This embodiment allows a very simple control of the light sources.
  • the individual light-source area for a plurality of pixels can be determined by simply combining the images taken in the course of the series.
  • for each considered Camera pixels together grouped all the images that create a light contribution on the pixel under consideration.
  • the individual light sources have little time to heat up, so that thermal problems are avoided.
  • this embodiment allows a simple and cost-effective implementation of the new device.
  • several light sources are switched on at the same time in the course of the series to produce a plurality of spatially extended illumination patterns, wherein the individual light contributions of the light sources used are calculated based on the plurality of spatially extended illumination patterns.
  • the extended illumination patterns can form a (two-dimensional, areally extended) Fourier series, from which the light contributions of the individual light sources can be calculated by a mathematical Fourier transformation. This corresponds to the decomposition of a Dirac impact into a Fourier series.
  • extended illumination patterns that have a large spatial bandwidth and a single peak as an autocorrelation function are suitable.
  • These include, for example, binary pseudo random noise (PRN) sequences or so-called chirp patterns.
  • PRN binary pseudo random noise
  • a chirp is a sine wave with a linearly varied frequency. Therefore, a two-dimensional illumination pattern corresponding to the Fresnel zone plate is particularly advantageous. If the scattering characteristic of the specimen surface is analyzed only in one viewing direction.
  • lighting patterns with parallel lines of light which are switched on individually, are suitable. Using a lighting device with a plurality of point light sources, such light lines can be easily generated by switching along the desired line lying point light sources at the same time.
  • the individual light contributions of the light sources used can also be determined on the basis of spatially extended illumination patterns by calculating the "center of gravity" of the illumination patterns used from the perspective of the defined pixel. All these variants allow image acquisition with a reduced number of images.
  • the "price” is the required amount of computation or the restriction of the information obtained to a test piece axis, however, with the appropriate computing capacity, this embodiment can realize very fast operating devices.
  • the light sources are switched on or off digitally in the course of the series.
  • the individual light sources are turned on with a defined and for all light sources substantially the same brightness when they are needed to generate the illumination pattern.
  • the latter is advantageous for generating illumination patterns with sinusoidal intensity gradients.
  • the "digital" switching on / off of the individual light source allows higher contrasts and a better signal-to-noise ratio in the recorded images, which is advantageous for the determination of the individual light source regions.
  • area characteristics of the individual light source area are identified, the characteristics of the test area being determined. Depending on the area characteristics of the individual Lichthercombs involveds be determined.
  • the specimen is characterized by area characteristics of the individual Lichtherzers responsiblees. It is particularly advantageous if the identified area properties represent at least one of the following territorial properties: shape of the individual light source area, extent of the individual light source area, symmetry of the individual light source area, orientation of the individual light source area, intensity distribution within the individual light source area.
  • the extent of the individual light-source region can be a qualitative feature that characterizes the width of the specimen surface scattering lobe at the considered surface point. An extensive light-source area suggests a more diffuse-scattering surface, while a narrower light-source area indicates a highly reflective surface. The position and orientation of the light source area as well as its symmetry characterize the scattering properties of the specimen surface.
  • the intensity distribution within the individual light source area provides information on the size of the light contributions of the individual "visible" light sources (from the perspective of the defined camera pixel.)
  • the use of such area characteristics allows a simple typing of the sample surface with a few parameters
  • a strongly asymmetric light source region indicates that the reflection properties of the specimen surface are highly dependent on the viewing direction, allowing conclusions to be drawn about the material properties of the specimen surface, such as revolving, milling or other directional machining marks.
  • a defined number of further illumination patterns for further image recordings is determined depending on the area characteristics of the individual light source area.
  • the determination of the Lichtherzers responsiblees a preliminary study, for example, to perform an optimal stripe width (period) and stripe direction for a further inspection of the test specimen using phase shift method, as described in the aforementioned DE 10 2007 063 529 AI .
  • a local surface inclination of the considered surface point is determined on the basis of the further illumination patterns and image recordings. The embodiment enables a faster and more targeted selection of the optimum strip width and direction for such an embodiment.
  • a plurality of individual Lichtherginss responsibleen for a plurality of pixels is determined.
  • This embodiment extends the above-described method to a plurality of pixels.
  • the design allows for a simple location-dependent characterization of a specimen surface, i. a characterization of the specimen surface at a plurality of distributed surface points.
  • the illumination device has a matrix of at least 10 ⁇ 10 light sources. It is particularly preferred in this case if the individual light sources can be controlled individually. In a preferred embodiment, the individual light sources are LEDs that form a corresponding matrix. In other embodiments, the illumination device may be an LCD monitor or a light projector in which the illumination patterns are generated by means of a suitable mask in the light beam.
  • a lighting device with a matrix of at least 10 x 10 light sources allows a very variable and individual implementation of the new method for a variety of different specimens. Furthermore for example, the individual light-source regions can be easily and quickly determined for a large number of surface points.
  • the light sources of the illumination device form a tunnel-like lateral surface which surrounds the surface.
  • This embodiment allows a very flexible, individual and quick inspection of an unknown or at least largely unknown test specimen according to the new method.
  • the tunnel-like outer surface covers a large solid angle area with light sources, which helps to capture the individual light source area as completely as possible.
  • a first and at least a second series of different illumination patterns is generated, wherein the illumination patterns of the first and second series are the same, but are generated at different distances to the surface.
  • This embodiment allows a simple determination of 3 D coordinates of the considered surface points, since the individual Lichtheraimss responsiblee from the first and second series due to the central perspective of the defined pixel in the manner of a projection must be related. Thus, this embodiment allows a comprehensive characterization of a test specimen in terms of shape characteristics and surface properties.
  • FIG. 2 shows the embodiment of FIG. 1 in a view from above
  • Fig. 3 is a schematic representation for explaining a preferred embodiment
  • Fig. 4 shows another embodiment of the new device and the new method.
  • a first embodiment of the new device is designated in its entirety by the reference numeral 10.
  • the device 10 has a camera 12, a lighting device 14 with a plurality of light sources 16 and a workpiece holder 18.
  • the light sources 16 are in the embodiment shown here individually controllable LEDs, but in some embodiments, several small LEDs combined to form a larger "light node” can be to produce a higher amount of light per light source.
  • the LEDs connected together to form a "light node” are understood here to be a light source in the sense of the present invention.
  • a specimen 20 is arranged with an at least partially reflecting surface 22.
  • the exemplary embodiment illustrated is a can with a lacquered, largely glossy surface 22.
  • the reference numeral 24 denotes a cylinder shell, on whose inner circumferential surface a plurality of LEDs is arranged like a matrix.
  • the plurality of LEDs forms a "wallpaper" of light sources on the inside of the cylinder shell 24.
  • Concentric inside the cylinder shell 24 is a translucent screen 26 is arranged, through which the light of the LEDs can fall on the DUT 20.
  • the ground glass 26 is in preferred embodiments, a satined Plexiglas plate or a comparable semi-transparent screen. It causes the individual light sources behind the ground glass 26 to blur and thus contributes to lighting patterns with largely continuous brightness gradients (without "stairs") being able to be generated on the ground glass 26.
  • Both the cylindrical shell 24 and the ground glass 26 have approximately centrally a hole 27 through which the camera 12 can see on the surface 22 of the specimen 20.
  • the reference numeral 28 denotes an electric drive, with the aid of which the workpiece holder 18 can be rotated about a vertical axis 30. This makes it possible to inspect the rear side of the test piece 20 facing away from the camera 12. Alternatively, for this purpose, another camera (not shown here) could be arranged on the rear side of the test object.
  • Reference numeral 32 denotes an evaluation and control unit. In preferred embodiments, it is a PC with a processor 34 and a memory 36. In the memory on the one hand, a computer program (not shown here) is stored, which is designed to carry out the new method with all method steps. Further, the memory 36 is for storing images taken with the camera 12.
  • a first illumination pattern is shown.
  • the illumination pattern 38 results when a single light source 16 is turned on while all other light sources 16 are turned off.
  • Reference numeral 38 'illustrates another illumination pattern of this type which results when another light source 16 is individually turned on.
  • the illumination patterns 38, 38 'here form a series of different illumination patterns in the sense of the new method.
  • the reference numeral 40 a further illumination pattern is indicated in sections.
  • the illumination pattern 40 consists of a multiplicity of light and dark stripes which form a preferably sinusoidal intensity profile transversely to the strip direction.
  • the further illumination pattern 40 is used in preferred embodiments for determining educable words including the local inclinations of the surface points of the specimen 20, as described in the aforementioned DE 10 2007 063 529 AI.
  • the illumination pattern 40 is selected as a function of area characteristics of an individual light source area, the latter being determined using the illumination patterns 38, 38 'according to the new method (is carried out).
  • a stripe pattern of the type indicated at 40 could also be used to determine individual light-origin regions in the sense of the new method.
  • the illumination pattern in these cases is a one-dimensional or two-dimensional chirp pattern (areal sinusoidal pattern in one or more directions) or a pseudo random noise pattern with a peak-like autocorrelation function.
  • the camera 12 is shown simplified with a matrix of pixels and optics 50.
  • the use of a matrix camera is preferred.
  • a line camera could also be used, in particular if the test object 20 is arranged on a rotatable workpiece holder 18, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the new device can also be realized with a translationally moved test object 20, for example when the test object 20 is mounted on a conveyor belt on the camera 12 is passed.
  • the camera 12 could be realized as a line scan camera.
  • the reference numeral 52 denotes a surface point on the surface 22 of the test piece 20.
  • the surface point 52 has reflection and scattering properties that can be technically represented by a so-called scattering lobe 54.
  • the scattering lobe 54 indicates in which directions and with which intensity a light beam striking the surface point 52 is scattered.
  • the scattering lobe is spherical. This means that such a radiator scatters incident light evenly in all spatial directions.
  • each light beam 56, 58 produces an individual light contribution on the observed pixel 48.
  • all the light sources 16 that produce an individual light contribution on the pixel 48 are bold shown.
  • the set of all light sources 16 which produce a light contribution on the pixel 48 defines an individual light-source region, designated by the reference numeral 60 in FIG.
  • the individual light-origin region 60 is largely elliptical in the illustrated case and has an extension, indicated by the reference numeral 62 for the major axis of the ellipse, by way of example.
  • the light source region 60 has an intensity distribution along the main axis, which is indicated for example at the reference numeral 64.
  • the area characteristics of the light-origin region 60 particularly the extent, shape, orientation (in this case the ellipse) in the plane subtended by the light sources 16, symmetries present and the intensity distribution, characterize the scattering lobe 54 of the surface point 52.
  • the individual light-source region 60 for the pixel 48 in the preferred embodiments of the new method based on the images taken with the camera 12 determined.
  • the area characteristics of the Lichtherlows capablees 60 such as shape, extent, symmetry, orientation, etc., determined to determine the Stxeu suspectizing the surface point 52.
  • an illumination pattern 40 is determined which has an optimal stripe direction and an optimal stripe width (period) for subsequent inspection of the device under test 20.
  • individual light-emitting regions 60 for a plurality of pixels 48 of the camera 12 are determined. Since each pixel 48 sees "its" individual light source region 60 via another surface point 52, a location-dependent scattering characteristic of the test object surface 22 is obtained in this way.
  • a further illumination device 14 ' is shown, which is arranged at a greater radial distance from the surface point 52 than the first illumination device 14.
  • the further illumination device 14' with the first illumination device 14 is identical.
  • the greater distance of the further illumination device 14 can be realized, for example, in that the illumination device 14 can be displaced on a rail 68.
  • a particularly preferred example for the realization of the illumination devices 14, 14 ' is explained below with reference to FIG. 4.
  • the individual light source region 60 'on the illumination device 14' is one due to the central projection (starting from the camera pixel 48 or Therefore, one can determine the 3D coordinates of the surface point 52 in a coordinate system, which is spanned by the camera pixel 48 and the illumination devices 14, 14 ', according to the laws of Gottptojekti- on , In preferred embodiments of the new method the 3D coordinates for a plurality of surface points 52 are determined according to this variant of the new method, in order to determine the surface shape of the specimen 20 in addition to the scattering properties of the surface 22.
  • FIG. 4 A particularly preferred embodiment for the practical realization of this variant of the new method is shown in Fig. 4.
  • Like reference numerals designate the same elements as before.
  • the first illumination device 14 and the second illumination device 14 ' are attached to the free ends of an eccentrically mounted support arm 70, 72.
  • a first arm part 70 carries the first illumination device 14, a second arm part 72 carries the second illumination device 14 '.
  • the arm members 70, 72 are secured to a shaft 74 and extend radially outward from the shaft 74.
  • the first illuminator 14 and the second illuminator 14 ' are diametrically opposed to each other to provide weight balance as the shaft 74 rotates.
  • 14 balancing weights may be arranged on the short arm portion 70 and / or the first illumination device.
  • the shaft 74 is rotatably mounted in a bearing 76. As can be seen in Fig. 4, the distance d between the center of rotation of the shaft 74 and the illumination device 14 is smaller than the distance D between the center of rotation of the shaft 74 and the further illumination device 14 '.
  • the illumination devices 14, 14 ' are formed substantially rod-shaped, wherein the light sources 16, 16' each have a row or a narrow matrix (with a long extension parallel to the axis of rotation and a short extension tangent to the axis of rotation) of light sources form, which extends approximately parallel to the axis of rotation of the shaft 74. Due to the rotational movement of the shaft 74, the light sources 16 of the first illumination device 14 sweep over a first cylinder jacket 78. The light sources 16 'of the second illumination device 14' cover a second cylinder shell 78. mantle 80. The two cylinder mantles 78, 80 are concentric with the axis of rotation of the shaft 74 and concentric with each other.
  • the illumination devices 14, 14 ' Due to the rotational movement of the shaft 74, it is sufficient if the illumination devices 14, 14 'occupy only a small portion of the cylinder jacket surface 78, 80. It may be advantageous if the "light lines" of the lighting devices 14, 14 'are inclined in the direction of rotation or counter to the direction of rotation, that is not exactly parallel to the axis of rotation. Particularly advantageous is a variant in which the "light lines" of the lighting devices 14, 14 'are inclined differently with respect to the direction of rotation, ie, the light line of the lighting devices 14 is inclined in the direction of rotation and the light line of the lighting devices 14' is inclined against the direction of rotation ( or the other way around). The two light lines of the illumination devices 14, 14 'are parallel to one another in this case.
  • the light lines of the illumination devices 14, 14 ' are inclined at one of the following angles: about 30 °, about 45 °, or about 60 °.
  • the recording of all required images can be realized with the illumination device 14 and / or 14 'in a very simple and fast manner by the arm part 70 and / or 72 once around the workpiece (or the surface of interest of the workpiece) and around defined angle of rotation positions of the arm part, the individual light sources of the light line are turned on in turn individually.
  • the defined rotational angle positions may, for example, be spaced apart from one another by 1 °, 3 °, 5 ° or 10 °, depending on which resolution of the light-origin regions is desired. If the individual light sources are switched through quickly enough, a quasi-continuous circulation movement of the arm part is possible.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum optischen Inspizieren eines Prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche (22) besitzt eine Kamera (12) mit einer Anzahl von Pixeln (48) und eine Beleuchtungseinrichtung (14) mit einer Vielzahl von räumlich verteilten Lichtquellen (16). Eine Werkstückaufnahme dient zum Positionieren des Prüflings relativ zu der Beleuchtungseinrichtung (14) und der Kamera (12), so dass Licht der Lichtquellen (16) über die Oberfläche (22) zu der Kamera (12) reflektiert wird. Eine Auswerte- und Steuereinheit (32) erzeugt eine Serie von unterschiedlichen Beleuchtungsmustern (38, 38'; 40) auf der Oberfläche (22), wobei im Verlauf der Serie verschiedene Lichtquellen (16) angeschaltet werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird anhand der mit der Kamera aufgenommenen Bilder für zumindest ein Pixel (48) ein individuelles Lichtherkunftsgebiet (60) bestimmt, das eine räumliche Verteilung von individuellen Lichtbeiträgen (56, 58) repräsentiert, die die Lichtquellen (16) über die Oberfläche (22) auf dem zumindest einen Pixel (48) erzeugen. Eigenschaften des Prüflings (20) werden anhand des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60) bestimmt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum optischen Inspizieren eines Prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Inspizieren eines Prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche, mit den Schritten:
Bereitstellen einer Kamera mit einer Anzahl von Pixeln,
Bereitstellen einer Beleuchtungseinrichtung mit einer Vielzahl von räumlich verteilten Lichtquellen, Positionieren des Prüflings relativ zu der Beleuchtungseinrichtung und der Kamera, so dass Licht der Lichtquellen über die Oberfläche zu der Kamera reflektiert wird,
Erzeugen einer Serie von unterschiedlichen Beleuchtungsmustern auf der Oberfläche, wobei im Verlauf der Serie verschiedene Lichtquellen angeschaltet werden,
Aufnehmen einer Serie von Bildern der Oberfläche mit jeweils einem der Beleuchtungsmuster, und
Bestimmen von Eigenschaften des Prüflings in Abhängigkeit von den Bildern.
[0002] Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum optischen Inspizieren eines Prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche, mit einer Kamera mit einer Anzahl von Pixeln, mit einer Beleuchtungseinrichtung mit einer Vielzahl von räumlich verteilten Lichtquellen, mit einer Werkstückaufnahme zum Positionieren des Prüflings relativ zu der Beleuchtungseinrichtung und der Kamera, so dass Licht der Lichtquellen über die Oberfläche zu der Kamera reflektiert wird, mit einer Steuereinheit zum Erzeugen einer Serie von unterschiedlichen Beleuchtungsmustern auf der Oberfläche, wobei im Verlauf der Serie verschiedene Lichtquellen angeschaltet werden, und zum Aufnehmen einer Serie von Bildern der Oberfläche mit jeweils einem der Beleuehtungsmuster, und mit einer Auswerteeinheit zum Bestimmen von Eigenschaften des Prüflings in Abhängigkeit von den Bildern.
[0003] Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind beispielsweise aus DE 10 2007 063 529 AI bekannt.
[0004] Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung verwenden eine Vielzahl von unterschiedlichen Beleuchtungsmustern, die jeweils einen räumli- chen Intensitätsverlauf mit einer definierten Periode aufweisen. In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Beleuchtungsmuster helle und dunkle Streifen, die quer zur Streifenrichtung einen sinusförmigen Intensitätsverlauf bilden. Verschiebt man ein solches Muster relativ zu der Oberfläche eines Prüflings und nimmt zumindest drei Bilder der Oberfläche mit den verschobenen Streifenmustern auf, kann man anhand der aufgenommenen Bilder verschiedene Eigenschaften der Oberfläche bestimmen, insbesondere die lokale Neigung jedes betrachteten Oberflächenpunktes oder ein lokales Streuverhalten des Oberflächenpunktes. Allerdings setzt das bekannte Verfahren voraus, dass die Reflexionseigenschaften der untersuchten Oberfläche eine hinreichend deutliche Trennung der hellen und dunklen Streifen in den aufgenommenen Bildern ermöglichen. Je schmaler die einzelnen Streifen des Beleuchtungsmusters sind, desto eher "verschwimmen" die Streifen in den aufgenommenen Bildern, wenn die Oberfläche diffus streut. Andererseits ermöglichen schmale Streifen (das entspricht kurzen Perioden des Intensitätsverlaufs) eine höhere Auflösung und eine höhere Messgenauigkeit. Aus diesem Grund schlägt DE 10 2007 063 529 AI vor, mehrere Beleuchtungsmuster mit Intensitätsverläufen unterschiedlicher Periode zu verwenden, um auf diese Weise eine optimale Streifenbreite (Periode) zu bestimmen. Mit anderen Worten verwenden das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung eine Vielzahl von Beleuchtungsmustern mit räumlichen Intensitätsverläufen unterschiedlicher Periode, um eine für die Streucharakteristik der untersuchten Oberfläche repräsentative Kenngröße zu bestimmen.
[0005] Das in DE 10 2007 063 529 AI beschriebene Verfahren und die entsprechende Vorrichtung ermöglichen eine automatisierte Inspektion eines Prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche, wobei das für die Inspektion benötigte Vorwissen über die Eigenschaften des Prüflings gegenüber noch älteren Verfahren reduziert werden kann. Allerdings sind das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung noch nicht optimal, da auch die Streifenrichtung Einfluss auf das Detektionsvermögen des Verfahrens und der Vorrichtung besitzt. Außerdem müssen für jede Streifenbreite (Periode) und für jede Streifenrichtung zumindest drei (vorzugsweise zumindest vier) Bilder der Oberfläche aufgenommen werden, wobei die Oberfläche in jedem Bild relativ zu den Streifenmustern verschoben ist. Bei einer unbekannten oder im Vorhinein schwer charakterisierbaren Oberfläche wird also eine hohe Anzahl an Bildaufnahmen und Schiebeschritten benötigt. Gleichwohl liefern das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung keine vollständige Charakterisierung einer unbekannten Oberfläche, es sei denn, man würde jeden Oberflächenpunkt mit einer großen Anzahl von Beleuchtungsmustern mit fein abgestuften Streifenbreiten, Streifenrichtungen und Schiebepositionen aufnehmen.
[0006] Aus WO 2005/031251 AI sind ein ähnliches Verfahren und eine ähnliche Vorrichtung bekannt. Auch dieses Dokument schlägt die Verwendung von Beleuchtungsmustern mit unterschiedlicher Streifenperiode vor, um unter anderem die Reflektivität der Oberfläche eines Prüflings zu bestimmen. Hinsichtlich der Nachteile gilt das Gleiche wie bei dem Verfahren und der Vorrichtung aus DE 10 2007 063 529 AI.
[0007] Es gibt eine Reihe von weiteren bekannten Verfahren zum Inspizieren eines Prüflings, wobei der Prüfling zusammen mit einem definierten Beleuchtungsmuster aufgenommen wird und die resultierenden Bilder ausgewertet werden. Hierzu gehören insbesondere Streifenprojektionsverfahren, bei denen ein Streifenmuster von einer bekannten Position aus auf die Oberfläche des Prüflings projiziert wird, um anhand von trigonometrischen Beziehungen Formmerkmale des Prüflings zu bestimmen. Des weiteren ist ein Verfahren als Shape from Shading bekannt. Hier handelt es sich um ein Verfahren, bei dem ein Prüfling ohne Änderung seiner Position relativ zu der Kamera aus unterschiedlichen Richtungen beleuchtet wird, wobei Formmerkmale des Prüflings anhand der unterschiedlichen Helligkeiten abhängig von der Lichteinfallsrichtung bestimmt werden. Streifenprojektion und Shape from Shading eignen sich jedoch nicht oder nur bedingt für Prüflinge mit einer stark glänzenden Oberfläche. Sie liefern darüber hinaus keine Charakterisierung der Prüflingsoberfläche, sondern nur Formmerkmale.
[0008] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine möglichst umfassende messtechnische Charakterisierung und/oder Typisierung eines Prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche ermöglichen.
[0009] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei anhand der Bilder für zumindest ein Pixel ein individuelles Lichtherkunftsgebiet bestimmt wird, das eine räumliche Verteilung von (vorzugsweise allen) individuellen Lichtbeiträgen repräsentiert, die die Lichtquellen über die Oberfläche auf dem zumindest einen Pixel erzeugen, wobei die Eigenschaften des Prüflings anhand des individuellen Lichtherkunftsgebiets bestimmt werden.
[OOIO] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Auswerteeinheit erstens dazu ausgebildet ist, anhand der Bilder für zumindest ein Pixel ein individuelles Lichtherkunftsgebiet zu bestimmen, das eine räumliche Verteilung von individuellen Lichtbeiträgen repräsentiert, die die verwendeten Lichtquellen über die Oberfläche auf dem zumindest einen Pixel erzeugen, und wobei die Auswerteeinheit ferner dazu ausgebildet ist, die Eigenschaften des Prüflings anhand des individuellen Lichtherkunftsgebiets zu bestimmen.
[0011] Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung beruhen auf der Idee, die Streucharakteristik eines Punktes an der Prüflingsoberfläche zu bestimmen, indem man untersucht, welche der räumlich verteilten Lichtquellen ein definiertes Kamerapixel über die Prüflingsoberfläche an dem betreffenden Oberflächenpunkt "sehen" kann. Jede Lichtquelle, die das Kamerapixel über den Oberflächenpunkt "sehen" kann, kann einen Lichtbeitrag auf dem Kamerapixel erzeugen. Dieser Lichtbeitrag hängt von der Position der Lichtquelle, der Position des Kamerapixels und der Streucharakteristik des Oberflächenpunktes ab. Handelt es sich um eine stark spiegelnde Oberfläche, gilt im Wesentlichen das Gesetz "Einfallswinkel gleich Ausfalls Winkel". Das definierte Kamerapixel wird daher nur eine geringe Anzahl von Lichtquellen "sehen" können. Das Lichtherkunftsgebiet für das definierte Pixel ist relativ klein. Eine diffus streuende Oberfläche "verteilt" einfallendes Licht hingegen in einen größeren Raumwinkel. Dementsprechend können auch weiter abseits liegende Lichtquellen, die das definierte Pixel nach dem Gesetz "Einfallswinkel gleich Ausfallswinker nicht erreichen können, trotzdem einen Lichtbeitrag auf dem Kamerapixel erzeugen.
[0012] Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung nutzen diesen Zusammenhang, um die Streucharakteristik eines Oberflächenpunktes der Prüflingsoberfläche anhand der Raumrichtungen zu charakterisieren, aus denen Licht einen definierten Messpunkt, nämlich das definierte Kamerapixel, erreichen kann. Die Menge dieser Raumrichtungen definiert das Lichtherkunftsgebiet, das man alternativ auch als Lichteinzugsgebiet oder Lichtsammeigebiet eines bestimmten Kamerapixels bezeichnen könnte.
[0013] Das Lichtherkunftsgebiet ermöglicht eine umfassende Charakterisierung der Streueigenschaften eines betrachteten Oberflächenpunktes. Anhand von Parametern, wie Form, Ausdehnung, Orientierung und/oder Symmetrie des Lichtherkunftsgebietes, können die Streueigenschaften des Oberflächenpunktes auf einfache und reproduzierbare Weise charakterisiert werden. Bestimmt man das Licht- herkunftsgebiet für eine Vielzahl von Kamerapixeln, erhält man eine ortsabhängige Charakterisierung der Streueigenschaften der Oberfläche.
[0014] Die reproduzierbare Bestimmung des Lichtherkunftsgebietes ermöglicht eine einfache und schnell vergleichbare Typisierung von Prüflingen mit weitgehend unbekannten Oberflächeneigenschaften. Gleichzeitig erfordern das neue Verfahren und die neue Vorrichtung recht wenig Vorwissen über die Eigenschaften des Prüflings. Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst. [0015] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird im Verlauf der Serie jede Lichtquelle, deren Licht über die Oberfläche zu der Kamera reflektiert wird, einmal angeschaltet.
[0016] Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr genaue Bestimmung des individuellen Lichtherkunftsgebietes, und sie trägt daher zu einer umfassenden Charakterisierung der Prüflingsoberfläche bei. Prinzipiell genügt es, jede Lichtquelle, deren Licht über die Oberfläche zu der Kamera reflektiert wird oder werden kann, genau einmal anzuschalten, um den individuellen Lichtbeitrag dieser Lichtquellen zu bestimmen. Diese Variante ist in einigen Ausführungsbeispielen auch bevorzugt, um die Zahl der Bildaufnahmen zu reduzieren. Es ist jedoch auch möglich, Lichtquellen im Verlauf des neuen Verfahrens mehrfach anzuschalten, etwa um durch Mittelwertbildung statistische Einflüsse reduzieren zu können. Des Weiteren ist es prinzipiell möglich, jede vorhandene Lichtquelle zum Bestimmen des individuellen Licht- herkunftsgebietes eines Pixels (zumindest) einmal anzuschalten. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Reflexionseigenschaften des Prüflings unbekannt sind. Alternativ ist es möglich, Lichtquellen, deren Licht die Kamera über die Prüflingsoberfläche per se nicht erreichen kann, aufgrund von entsprechendem a-priori-Wissen unbenutzt bzw. unberücksichtigt zu lassen.
[0017] In einer weiteren Ausgestaltung wird im Verlauf der Serie jede Lichtquelle, deren Licht über die Oberfläche zu der Kamera reflektiert wird, einzeln angeschaltet. Besonders bevorzugt ist es in diesem Fall, wenn die einzelnen Lichtquellen Punktlichtquellen sind. In anderen Ausfuhrungsbeispielen können die Lichtquellen dieser Ausgestaltung jedoch linienförmige Lichtquellen sein, die jeweils eine "Lichtlinie" erzeugen.
[0018] Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr einfache Ansteuerung der Lichtquellen. Außerdem kann das individuelle Lichtherkunftsgebiet für eine Vielzahl von Pixeln durch einfaches Zusammenfügen der im Verlauf der Serie aufgenommenen Bilder bestimmt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden für jedes betrach- tete Kamerapixel alle Bilder zusammengruppiert, die einen Lichtbeitrag auf dem betrachteten Pixel erzeugen. Man erhält somit pro betrachtetem Kamerapixel einen Datensatz, der einen individuellen Lichtbeitrag in Abhängigkeit vom Ort der einzelnen Lichtquellen repräsentiert. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die einzelnen Lichtquellen nur wenig Zeit zum Aufheizen haben, so dass thermische Probleme vermieden werden. Insgesamt ermöglicht diese Ausgestaltung eine einfache und kostengünstige Realisierung der neuen Vorrichtung.
[0019] In einer weiteren Ausgestaltung werden im Verlauf der Serie mehrere Lichtquellen zeitgleich angeschaltet, um eine Vielzahl räumlich ausgedehnter Beleuchtungsmuster zu erzeugen, wobei die individuellen Lichtbeiträge der verwendeten Lichtquellen anhand der Vielzahl der räumlich ausgedehnten Beleuchtungsmuster berechnet werden.
[0020] Prinzipiell ist es möglich, einen individuellen Lichtbeitrag aller verwendeten Lichtquellen auch dann zu bestimmen, wenn mehrere Lichtquellen zeitgleich angeschaltet sind. Im einfachsten Fall können Lichtquellen zeitgleich angeschaltet sein, deren Lichtbeiträge nur unterschiedliche Pixel erreichen. Für die einzelnen Pixel ist diese Situation identisch zu der alternativen Ausgestaltung, bei der jede Lichtquelle einzeln angeschaltet wird. Es ist jedoch auch möglich, individuelle Lichtbeiträge zu bestimmen, wenn mehrere Lichtquellen gleichzeitig einen Lichtbeitrag zu einem bestimmten Pixel liefern. Beispielsweise können die ausgedehnten Beleuchtungsmuster eine (zweidimensionale, flächig ausgedehnte) Fourier-Reihe bilden, aus der sich durch eine mathematische Fourier-Transformation die Lichtbeiträge der einzelnen Lichtquellen berechnen lassen. Dies entspricht der Zerlegung eines Dirac-Stoßes in eine Fourierreihe. Generell eignen sich ausgedehnte Beleuchtungsmuster, die eine große räumliche Bandbreite und einen Einzelpeak als Autokorrelationsfunktion besitzen. Hierzu gehören beispielsweise binäre Pseudo Random Noise (PRN)-Folgen oder sogenannte Chirp-Muster. Ein Chirp ist eine Sinusschwingung mit linear variierter Frequenz. Besonders vorteilhaft ist daher ein zweidimensionales Beleuchtungsmuster, das der Fresnel'schen Zonenplatte entspricht. Wenn man die Streucharakteristik der Prüflingsoberfläche nur in einer Betrachtungsrichtung analy- sieren möchte, eignen sich prinzipiell Beleuchtungsmuster mit parallelen Lichtlinien, die einzeln angeschaltet werden. Verwendet man eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Vielzahl von Punktlichtquellen, lassen sich solche Lichtlinien einfach erzeugen, indem man entlang der gewünschten Linie liegende Punktlichtquellen zeitgleich anschaltet. Schließlich können die individuellen Lichtbeiträge der verwendeten Lichtquellen auch anhand von räumlich ausgedehnten Beleuchtungsmustern bestimmt werden, indem man den "Schwerpunkt" der verwendeten Beleuchtungsmuster aus Sicht des definierten Pixels berechnet. All diese Varianten ermöglichen eine Bildakquise mit einer reduzierten Anzahl an Bildern. Der„Preis" ist der erforderliche Rechenaufwand oder die Beschränkung der erhaltenen Informationen auf eine Prüflingsachse. Bei entsprechender Rechenkapazität lassen sich mit dieser Ausgestaltung jedoch sehr schnell arbeitende Vorrichtungen realsisieren.
[0021] In einer weiteren Ausgestaltung werden die Lichtquellen im Verlauf der Serie jeweils digital an- oder ausgeschaltet.
[0022] In dieser Ausgestaltung werden die einzelnen Lichtquellen mit einer definierten und für alle Lichtquellen weitgehend gleichen Helligkeit angeschaltet, wenn sie zum Erzeugen der Beleuchtungsmuster benötigt werden. Alternativ ist es in anderen Ausgestaltungen möglich, die einzelnen Lichtquellen mit einer variablen Helligkeit anzuschalten, die zwischen den "Extremwerten" (aus bzw. an mit maximaler/definierter Helligkeit) gemäß der hier bevorzugten Ausgestaltung liegen. Letzteres ist vorteilhaft, um Beleuchtungsmuster mit sinusförmigen Intensitätsverläufen zu erzeugen. Das "digitale" An-/Ausschalten der einzelnen Lichtquelle ermöglicht allerdings höhere Kontraste und ein besseres Signal-/Rauschverhältnis in den aufgenommenen Bildern, was für die Bestimmung der individuellen Lichtherkunftsgebiete von Vorteil ist.
[0023] In einer weiteren Ausgestaltung werden Gebietseigenschaften des individuellen Lichtherkunftsgebietes identifiziert, wobei die Eigenschaften des Prüf- lings in Abhängigkeit von den Gebietseigenschaften des individuellen Lichtherkunftsgebiets bestimmt werden.
[0024] In dieser Ausgestaltung wird der Prüfling anhand von Gebietseigenschaften des individuellen Lichtherkunftsgebietes charakterisiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die identifizierten Gebietseigenschaften zumindest eine der folgenden Gebietseigenschaften repräsentieren: Form des individuellen Lichtherkunftsgebietes, Ausdehnung des individuellen Lichtherkunftsgebietes, Symmetrie des individuellen Lichtherkunftsgebietes, Orientierung des individuellen Lichtherkunftsgebietes, Intensitätsverteilung innerhalb des individuellen Lichtherkunftsgebietes. Wie bereits weiter oben erwähnt wurde, kann die Ausdehnung des individuellen Lichtherkunftsgebietes ein qualitatives Merkmal sein, das die Breite der Streukeule der Prüflingsoberfläche an dem betrachteten Oberflächenpunkt charakterisiert. Ein ausgedehntes Lichtherkunftsgebiet deutet auf eine eher diffus streuende Oberfläche hin, während ein eng begrenztes Lichtherkunftsgebiet eine stark reflektierende Oberfläche anzeigt. Auch die Lage und Orientierung des Lichtherkunftsgebietes sowie dessen Symmetrie charakterisieren die Streueigenschaften der Prüflingsoberfläche. Die Intensitätsverteilung innerhalb des individuellen Lichtherkunftsgebietes liefert darüber hinaus noch Informationen, wie groß die Lichtbeiträge der einzelnen „sichtbaren" Lichtquellen (aus Sicht des definierten Kamerapixels) sind. Die Verwendung solcher Gebietseigenschaften ermöglicht eine einfache Typisierung der Prüflingsoberfläche anhand von wenigen Parametern. Dabei repräsentieren die bevorzugten Gebietseigenschaften wertvolle Informationen über die Prüflingsoberfläche. So deutet etwa ein stark unsymmetrisches Lichtherkunftsgebiet darauf hin, dass die Reflexionseigenschaften der Prüflingsoberfläche stark von der Betrachtungsrichtung abhängen, was Rückschlüsse auf Materialeigenschaften der Prüflingsoberfläche erlaubt, etwa auf Drehreifen, Fräsriefen oder andere richtungsabhängige Bearbeitungsspuren.
[0025] In einer weiteren Ausgestaltung wird in Abhängigkeit von den Gebietseigenschaften des individuellen Lichtherkunftsgebietes eine definierte Anzahl an weiteren Beleuchtungsmustern für weitere Bildaufnahmen bestimmt. [0026] In dieser Ausgestaltung ist die Bestimmung des Lichtherkunftsgebietes eine Voruntersuchung, um beispielsweise eine optimale Streifenbreite (Periode) und Streifenrichtung für eine weitere Inspektion des Prüflings unter Verwendung von Phasenschiebeverfahren durchzuführen, wie sie in der eingangs genannten DE 10 2007 063 529 AI beschrieben sind. Insbesondere wird in bevorzugten Ausführungsbeispielen dieser Ausgestaltung eine lokale Oberflächenneigung des betrachteten Oberflächenpunktes anhand der weiteren Beleuchtungsmuster und Bildaufnahmen bestimmt. Die Ausgestaltung ermöglicht eine schnellere und gezielte Auswahl der optimalen Streifenbreite und -richtung für ein solches Ausführungsbeispiel.
[0027] In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Vielzahl von individuellen Lichtherkunftsgebieten für eine Vielzahl von Pixeln bestimmt.
[0028] Diese Ausgestaltung erweitert das oben beschriebene Verfahren auf eine Vielzahl von Pixeln. Die Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Weise eine ortsabhängige Charakterisierung einer Prüflingsoberfläche, d.h. eine Charakterisierung der Prüflingsoberfläche an einer Vielzahl von verteilt angeordneten Oberflächenpunkten.
[0029] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Beleuchtungseinrichtung eine Matrix von zumindest 10 χ 10 Lichtquellen auf. Besonders bevorzugt ist es in diesem Fall, wenn die einzelnen Lichtquellen individuell ansteuerbar sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Lichtquellen LEDs, die eine entsprechende Matrix bilden. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Beleuchtungseinrichtung ein LCD-Monitor oder ein Lichtprojektor sein, bei dem die Beleuchtungsmuster mit Hilfe einer geeigneten Maske im Lichtstrahl erzeugt werden.
[0030] Eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Matrix von zumindest 10 x 10 Lichtquellen ermöglicht eine sehr variable und individuelle Realisierung des neuen Verfahrens für eine Vielzahl von unterschiedlichen Prüflingen. Darüber hinaus können die individuellen Lichtherkunftsgebiete für eine Vielzahl von Oberflächenpunkten einfach und schnell bestimmt werden.
[0031] In einer weiteren Ausgestaltung bilden die Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung eine tunnelartige Mantelfläche, die die Oberfläche umgibt.
[0032] Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr flexible, individuelle und schnelle Inspektion eines unbekannten oder zumindest weitgehend unbekannten Prüflings nach dem neuen Verfahren. Durch die tunnelartige Mantelfläche wird ein großer Raumwinkelbereich mit Lichtquellen bedeckt, was dazu beiträgt, das individuelle Lichtherkunftsgebiet möglichst vollständig zu erfassen.
[0033] In einer weiteren Ausgestaltung wird eine erste und zumindest eine zweite Serie von unterschiedlichen Beleuchtungsmustern erzeugt, wobei die Beleuchtungsmuster der ersten und zweiten Serie gleich sind, aber in verschiedenen Abständen zu der Oberfläche erzeugt werden.
[0034] Diese Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Weise eine zusätzliche Bestimmung von 3 D-Koordinaten der betrachteten Oberflächenpunkte, da die individuellen Lichtherkunftsgebiete aus der ersten und der zweiten Serie aufgrund der Zentralperspektive des definierten Pixels nach Art einer Projektion in Beziehung stehen müssen. Damit ermöglicht diese Ausgestaltung eine umfassende Charakterisierung eines Prüflings in Bezug auf Formmerkmale und Oberflächeneigenschaften.
[0035] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0036] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel der neuen Vorrichtung in einer vereinfachten, teilweise geschnittenen Seitenansicht,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 in einer Ansicht von oben,
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels des neuen Verfahrens, und
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung und des neuen Verfahrens.
[0037] In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 besitzt eine Kamera 12, eine Beleuchtungseinrichtung 14 mit einer Vielzahl von Lichtquellen 16 und eine Werkstückaufnahme 18. Die Lichtquellen 16 sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einzeln ansteuerbare LEDs, wobei in einigen Ausführungsbeispielen allerdings mehrere kleine LEDs zu einem größeren "Lichtknoten" zusammengefasst sein können, um eine höhere Lichtmenge pro Lichtquelle zu erzeugen. Die zu einem " Lichtknoten" zusammengeschalteten LEDs werden hier als eine Lichtquelle im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden.
[0038] Auf der Werkstückaufnahme 18 ist ein Prüfling 20 mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche 22 angeordnet. In dem dargestellten Aus- führungsbeispiel handelt es sich um eine Kanne mit einer lackierten, weitgehend glänzenden Oberfläche 22.
[0039] Mit der Bezugsziffer 24 ist eine Zylinderschale bezeichnet, an deren innerer Mantelfläche eine Vielzahl von LEDs matrixartig angeordnet ist. Die Vielzahl der LEDs bildet eine "Tapete" von Lichtquellen an der Innenseite der Zylinderschale 24. Konzentrisch im Inneren der Zylinderschale 24 ist eine lichtdurchlässige Mattscheibe 26 angeordnet, durch die das Licht der LEDs auf den Prüfling 20 fallen kann. Die Mattscheibe 26 ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen eine satinierte Plexiglasplatte oder eine vergleichbare semitransparente Mattscheibe. Sie bewirkt, dass die einzelnen Lichtquellen hinter der Mattscheibe 26 verschwimmen und trägt somit dazu bei, dass auf der Mattscheibe 26 Beleuchtungsmuster mit weitgehend kontinuierlichen Helligkeitsverläufen (ohne "Treppenstufen") erzeugt werden können. Sowohl die Zylinderschale 24 als auch die Mattscheibe 26 besitzen etwa mittig ein Loch 27, durch das die Kamera 12 auf die Oberfläche 22 des Prüflings 20 sehen kann.
[0040] Mit der Bezugsziffer 28 ist ein elektrischer Antrieb bezeichnet, mit dessen Hilfe die Werkstückaufnahme 18 um eine Hochachse 30 gedreht werden kann. Hierdurch wird es möglich, die von der Kamera 12 abgewandte Rückseite des Prüflings 20 zu inspizieren. Alternativ könnte zu diesem Zweck eine weitere Kamera (hier nicht dargestellt) auf an der Rückseite des Prüflings angeordnet sein.
[0041] Mit der Bezugsziffer 32 ist eine Auswerte- und Steuereinheit bezeichnet. In bevorzugten Ausführungsbeispielen handelt es sich um einen PC mit einem Prozessor 34 und einem Speicher 36. In dem Speicher ist einerseits ein Computerprogramm (hier nicht dargestellt) gespeichert, das zum Durchführen des neuen Verfahrens mit allen Verfahrensschritten ausgebildet ist. Des Weiteren dient der Speicher 36 zum Abspeichern von Bildern, die mit der Kamera 12 aufgenommen werden.
[0042] Bei der Bezugsziffer 38 ist ein erstes Beleuchtungsmuster dargestellt. Das Beleuchtungsmuster 38 ergibt sich, wenn eine einzelne Lichtquelle 16 angeschaltet ist, während alle anderen Lichtquellen 16 ausgeschaltet sind. Bei der Bezugsziffer 38' ist ein weiteres Beleuchtungsmuster dieser Art dargestellt, das sich ergibt, wenn eine andere Lichtquelle 16 einzeln angeschaltet ist. Die Beleuchtungsmuster 38, 38' bilden hier eine Serie von unterschiedlichen Beleuchtungsmustern im Sinne des neuen Verfahrens. [0043] Bei der Bezugsziffer 40 ist ein weiteres Beleuchtungsmuster ausschnittsweise angedeutet. Das Beleuchtungsmuster 40 besteht aus einer Vielzahl von hellen und dunklen Streifen, die quer zur Streifenrichtung einen vorzugsweise sinusförmigen Intensitätsverlauf bilden. Das weitere Beleuchtungsmuster 40 dient in bevorzugten Ausführungsbeispielen zur Bestimmung von Prüflingseigenschaften einschließlich der lokalen Neigungen der Oberflächenpunkte des Prüflings 20, wie dies in der eingangs erwähnten DE 10 2007 063 529 AI beschrieben ist. Vorteilhafterweise wird das Beleuchtungsmuster 40 in Abhängigkeit von Gebietseigenschaften eines individuellen Lichtherkunftsgebietes ausgewählt, wobei Letzteres mit Hilfe der Beleuchtungsmuster 38, 38' nach dem neuen verfahren bestimmt wird (wird ausgeführt).
[0044] Alternativ hierzu könnte ein Streifenmuster der bei Bezugsziffer 40 angedeuteten Art auch dazu verwendet werden, um individuelle Lichtherkunftsgebiete im Sinne des neuen Verfahrens zu bestimmen. Besonders vorteilhaft ist das Beleuchtungsmuster in diesen Fällen ein eindimensionales oder zweidimensionales Chirp-Muster (flächiges Sinusmuster mit linear ansteigender Frequenz in einer Richtung oder in mehreren Richtungen) oder ein Pseudo Random Noise-Muster mit einer Peak-artigen Autokorrelationsfunktion.
[0045] Bei der nachfolgenden Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des neuen Verfahrens bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente wie zuvor.
[0046] In Fig. 3 ist die Kamera 12 vereinfacht mit einer Matrix von Pixeln und einer Optik 50 dargestellt. Die Verwendung einer Matrixkamera ist bevorzugt. Prinzipiell könnte jedoch auch eine Zeilenkamera verwendet werden, insbesondere wenn der Prüfling 20 auf einer drehbaren Werkstückaufnahme 18 angeordnet ist, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Darüber hinaus kann die neue Vorrichtung in anderen Ausführungsbeispielen auch mit einem translatorisch bewegten Prüfling 20 realisiert werden, etwa wenn der Prüfling 20 auf einem Förderband an der Kamera 12 vorbeigeführt wird. Auch in diesem Fall könnte die Kamera 12 als Zeilenkamera realisiert sein.
[0047] Mit der Bezugsziffer 52 ist ein Oberflächenpunkt auf der Oberfläche 22 des Prüflings 20 bezeichnet. Der Oberflächenpunkt 52 besitzt Reflexions- und Streueigenschaften, die technisch durch eine so genannte Streukeule 54 dargestellt werden können. Die Streukeule 54 gibt an, in welche Richtungen und mit welcher Stärke ein auf den Oberflächenpunkt 52 auftreffender Lichtstrahl gestreut wird. Bei einem idealen so genannten Lambert-Strahler ist die Streukeule kugelförmig. Dies bedeutet, dass ein solcher Strahler einfallendes Licht in alle Raumrichtungen gleichmäßig streut.
[0048] Mit den Bezugsziffern 56, 58 sind beispielhaft zwei Lichtstrahlen bezeichnet, die von zwei verschiedenen Lichtquellen 16 der Beleuchtungseinrichtung 14 ausgehen. Da die Streueigenschaften des Oberflächenpunktes 52 auch in umgekehrter Richtung wirksam sind, erzeugt jeder Lichtstrahl 56, 58 einen individuellen Lichtbeitrag auf dem betrachteten Pixel 48. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 3 alle Lichtquellen 16, die einen individuellen Lichtbeitrag auf dem Pixel 48 erzeugen, fett dargestellt. Die Menge aller Lichtquellen 16, die einen Lichtbeitrag auf dem Pixel 48 erzeugen, definiert ein individuelles Lichtherkunftsgebiet, das in Fig. 3 mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet ist. Das individuelle Lichtherkunftsgebiet 60 ist in dem dargestellten Fall weitgehend elliptisch, und es besitzt eine Ausdehnung, die beispielhaft bei der Bezugsziffer 62 für die Hauptachse der Ellipse angedeutet ist. Des Weiteren besitzt das Lichtherkunftsgebiet 60 entlang der Hauptachse eine Intensitätsverteilung, die beispielsweise bei der Bezugsziffer 64 angedeutet ist. Die Gebietseigenschaften des Lichtherkunftsgebietes 60, insbesondere die Ausdehnung, die Form, die Orientierung (in diesem Fall der Ellipse) in der von den Lichtquellen 16 aufgespannten Ebene, vorhandene Symmetrien und die Intensitätsverteilung, charakterisieren die Streukeule 54 des Oberflächenpunktes 52. Dementsprechend wird das individuelle Lichtherkunftsgebiet 60 für das Pixel 48 in den bevorzugten Ausführungsbeispielen des neuen Verfahrens anhand der Bilder, die mit der Kamera 12 aufgenommen werden, bestimmt. Anschließend werden die Gebietseigenschaften des Lichtherkunftsgebietes 60, wie Form, Ausdehnung, Symmetrie, Orientierung etc., bestimmt, um die Stxeucharakteristik des Oberflächenpunktes 52 zu bestimmen. In bevorzugten Ausführungsbeispielen wird in Abhängigkeit von den identifizierten Gebietseigenschaften des Lichtherkunftsgebietes 60 ein Beleuchtungsmuster 40 bestimmt, das eine optimale Streifenrichtung und eine optimale Streifenbreite (Periode) zur nachfolgenden Inspektion des Prüflings 20 besitzt.
[0049] In den bevorzugten Ausführungsbeispielen werden individuelle Lichtherkunftsgebiete 60 für eine Vielzahl von Pixeln 48 der Kamera 12 bestimmt. Da jedes Pixel 48 "sein" individuelles Lichtherkunftsgebiet 60 über einen anderen Ober- flächenpunkt 52 sieht, erhält man auf diese Weise eine ortsabhängige Streucharakteristik der Prüflingsoberfläche 22.
[0050] In Fig. 3 ist eine weitere Beleuchtungseinrichtung 14' dargestellt, die in einem größeren radialen Abstand zu dem Oberflächenpunkt 52 angeordnet ist als die erste Beleuchtungseinrichtung 14. Im Übrigen ist die weitere Beleuchtungseinrichtung 14' mit der ersten Beleuchtungseinrichtung 14 identisch. Der größere Abstand der weiteren Beleuchtungseinrichtung 14 kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung 14 an einer Schiene 68 verschoben werden kann. Ein besonders bevorzugtes Beispiel zur Realisierung der Beleuchtungseinrichtungen 14, 14' ist weiter unten anhand von Fig. 4 erläutert.
[0051] Da die Lichtquellen 16' der Beleuchtungseinrichtung 14' das Kamerapixel 48 über dieselbe Streukeule 54 erreichen wie die Lichtquellen 16 der Beleuchtungseinrichtung 14, ist das individuelle Lichtherkunftsgebiet 60' auf der Beleuchtungseinrichtung 14' eine aufgrund der Zentralprojektion (ausgehend von dem Kamerapixel 48 bzw. dem Oberflächenpunkt 52) vergrößerte "Kopie" des Lichtherkunftsgebietes 60. Daher kann man die 3D-Koordinaten des Oberflächenpunktes 52 in einem Koordinatensystem, das von dem Kamerapixel 48 und den Beleuchtungseinrichtungen 14, 14' aufgespannt wird, nach den Gesetzen der Zentralptojekti- on bestimmen. In bevorzugten Ausführungsbeispielen des neuen Verfahrens werden die 3D-Koordinaten für eine Vielzahl von Oberflächenpunkten 52 nach dieser Variante des neuen Verfahrens bestimmt, um zusätzlich zu den Streueigenschaften der Oberfläche 22 auch die Oberflächenform des Prüflings 20 zu bestimmen.
[0052] Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur praktischen Realisierung dieser Variante des neuen Verfahrens ist in Fig. 4 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben Elemente wie zuvor.
[0053] In Fig. 4 sind die erste Beleuchtungseinrichtung 14 und die zweite Beleuchtungseinrichtung 14' an den freien Enden eines exzentrisch gelagerten Tragarms 70, 72 befestigt. Ein erstes Armteil 70 trägt die erste Beleuchtungseinrichtung 14, ein zweites Armteil 72 trägt die zweite Beleuchtungseinrichtung 14'. Die Armteile 70, 72 sind an einer Welle 74 befestigt und erstrecken sich von der Welle 74 radial nach außen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegen die erste Beleuchtungseinrichtung 14 und die zweite Beleuchtungseinrichtung 14' diametral einander gegenüber, um einen Gewichtsausgleich beim Drehen der Welle 74 zu schaffen. Gegebenenfalls können an dem kurzen Armteil 70 und/oder der ersten Beleuchtungseinrichtung 14 Ausgleichsgewichte angeordnet sein. Die Welle 74 ist in einem Lager 76 drehbar gelagert. Wie man in Fig. 4 erkennen kann, ist der Abstand d zwischen dem Drehmittelpunkt der Welle 74 und der Beleuchtungseinrichtung 14 kleiner als der Abstand D zwischen dem Drehmittelpunkt der Welle 74 und der weiteren Beleuchtungseinrichtung 14'.
[0054] In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Beleuchtungseinrichtungen 14, 14' weitgehend stabförmig ausgebildet, wobei die Lichtquellen 16, 16' jeweils eine Zeile oder eine schmale Matrix (mit einer langen Ausdehnung parallel zur Drehachse und einer kurzen Ausdehnung tangential zur Drehachse) von Lichtquellen bilden, die sich in etwa parallel zu der Drehachse der Welle 74 erstreckt. Aufgrund der Drehbewegung der Welle 74 überstreichen die Lichtquellen 16 der ersten Beleuchtungseinrichtung 14 einen ersten Zylindermantel 78. Die Lichtquellen 16' der zweiten Beleuchtungseinrichtung 14' überstreichen einen zweiten Zylinder- mantel 80. Die beiden Zylindermäntel 78, 80 liegen konzentrisch zu der Drehachse der Welle 74 und konzentrisch zueinander. Aufgrund der Drehbewegung der Welle 74 genügt es, wenn die Beleuchtungseinrichtungen 14, 14' jeweils nur einen kleinen Abschnitt der Zylindermantelfläche 78, 80 einnehmen. Es kann vorteilhaft sein, wenn die "Lichtzeilen" der Beleuchtungseinrichtungen 14, 14' in Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung geneigt sind, also nicht exakt parallel zur Drehachse stehen. Besonders vorteilhaft ist eine Variante, bei der die "Lichtzeilen" der Beleuchtungseinrichtungen 14, 14' in Bezug auf die Drehrichtung unterschiedlich geneigt sind, d.h. die Lichtzeile der Beleuchtungseinrichtungen 14 ist in Drehrichtung geneigt und die Lichtzeile der Beleuchtungseinrichtungen 14' ist gegen die Drehrichtung geneigt (oder umgekehrt). Die beiden Lichtzeilen der Beleuchtungseinrichtungen 14, 14' liegen in diesem Fall parallel zueinander. Mit dieser Variante können vorteilhafte Hell-Dunkel-Muster mit schräg verlaufenden Streifen sehr einfach und schnell erzeugt werden. In einigen Ausführungsbeispielen sind die Lichtzeilen der Beleuchtungseinrichtungen 14, 14' in einem der nachfolgenden Winkel geneigt: etwa 30°, etwa 45° oder etwa 60°.
[0055] Die Aufnahme aller erforderlichen Bilder kann mit der Beleuchtungseinrichtung 14 und/oder 14' auf sehr einfache und schnelle Weise realisiert werden, indem das Armteil 70 und/oder 72 einmal um das Werkstück (oder die interessierende Oberfläche des Werkstücks) herumläuft und an definierten Drehwinkelpositionen des Armteils die einzelnen Lichtquellen der Lichtzeile der Reihe nach einzeln eingeschaltet werden. Die definierten Drehwinkelpositionen können beispielsweise jeweils 1°, 3°, 5° oder 10° voneinander beabstandet sein, je nachdem welche Auflösung der Lichtherkunftsgebiete gewünscht ist. Wenn die einzelnen Lichtquellen schnell genug durchgeschaltet werden, ist auch eine quasi kontinuierliche Umlaufbewegung des Armteils möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum optischen Inspizieren eines Prüflings (20) mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche (22), mit den Schritten:
Bereitstellen einer Kamera (12) mit einer Anzahl von Pixeln (48),
Bereitstellen einer Beleuchtungseinrichtung (14) mit einer Vielzahl von räumlich verteilten Lichtquellen (16),
- Positionieren des Prüflings (20) relativ zu der Beleuchtungseinrichtung (14) und der Kamera (12), so dass Licht der Lichtquellen (16) über die Oberfläche (22) zu der Kamera (12) reflektiert wird,
Erzeugen einer Serie von unterschiedlichen Beleuchtungsmustern (38, 38'; 40) auf der Oberfläche (22), wobei im Verlauf der Serie verschiedene Lichtquellen (16) angeschaltet werden,
Aufnehmen einer Serie von Bildern der Oberfläche (22) mit jeweils einem der Beleuchtungsmuster (38, 38'; 40), und
Bestimmen von Eigenschaften des Prüflings (20) in Abhängigkeit von den Bildern, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Bilder für zumindest ein Pixel (48) ein individuelles Lichtherkunftsgebiet (60) bestimmt wird, das eine räumliche Verteilung von individuellen Lichtbeiträgen (56, 58) repräsentiert, die die Lichtquellen (16) über die Oberfläche (22) auf dem zumindest einen Pixel (48) erzeugen, wobei die Eigenschaften des Prüflings (20) anhand des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60) bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf der Serie jede Lichtquelle (16), deren Licht über die Oberfläche (22) zu der Kamera (12) reflektiert wird, einmal angeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf der Serie jede Lichtquelle (16), deren Licht über die Oberfläche (22) zu der Kamera (12) reflektiert wird, einzeln angeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf der Serie mehrere Lichtquellen (16) zeitgleich angeschaltet werden, um eine Vielzahl räumlich ausgedehnter Beleuchtungsmuster (40) zu erzeugen, wobei die individuellen Lichtbeiträge (56, 58) der verwendeten Lichtquellen (16) anhand der Vielzahl der räumlich ausgedehnten Beleuchtungsmuster (40) berechnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (16) im Verlauf der Serie jeweils digital an- oder ausgeschaltet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Gebietseigenschaften (62, 64) des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60) identifiziert werden, wobei die Eigenschaften des Prüflings (20) in Abhängigkeit von den Gebietseigenschaften(62, 64) des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60) bestimmt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die identifizierten Gebietseigenschaften (62, 64) zumindest eine der folgenden Gebietseigenschaften repräsentieren: Form des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60), Ausdehnung (62) des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60), Symmetrie des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60), Orientierung des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60), Intensitätsverteilung (64) innerhalb des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60).
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den Gebietseigenschaften (62, 64) des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60) eine definierte Anzahl an weiteren Beleuchtungsmustern (40) für weitere Bildaufnahmen bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von individuellen Lichtherkunftsgebieten (60) für eine Vielzahl von Pixeln (48) bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (14) eine Matrix von zumindest 10 χ 10 Lichtquellen (16) aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (16) der Beleuchtungseinrichtung (14) eine tunnelartige Mantelfläche (24) bilden, die die Oberfläche (22) zumindest teilweise umgibt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und zumindest eine zweite Serie von unterschiedlichen Beleuchtungsmustern (38, 38') erzeugt wird, wobei die Beleuchtungsmuster der ersten und zweiten Serie gleich sind, aber in verschiedenen Abständen zu der Oberfläche (22) erzeugt werden.
13. Vorrichtung zum optischen Inspizieren eines Prüflings (20) mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche (22), mit einer Kamera (12) mit einer Anzahl von Pixeln (48), einer Beleuchtungseinrichtung (14) mit einer Vielzahl von räumlich verteilten Lichtquellen (16), einer Werkstückaufnahme (18) zum Positionieren des Prüflings (20) relativ zu der Beleuchtungseinrichtung (14) und der Kamera (12), so dass Licht der Lichtquellen (16) über die Oberfläche (22) zu der Kamera (12) reflektiert wird, einer Steuereinheit (32) zum Erzeugen einer Serie von unterschiedlichen Beleuchtungsmustem (38, 38'; 40) auf der Oberfläche (22), wobei im Verlauf der Serie verschiedene Lichtquellen (16) angeschaltet werden, und zum Aufnehmen einer Serie von Bildern der Oberfläche (22) mit jeweils einem der Beleuchtungsmuster (38, 38'; 40), und einer Auswerteeinheit (32) zum Bestimmen von Eigenschaften des Prüflings (20) in Abhängigkeit von den Bildern, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (32) erstens dazu ausgebildet ist, anhand der Bilder für zumindest ein Pixel (48) ein individuelles Lichtherkunftsgebiet (60) zu bestimmen, das eine räumliche Verteilung von individuellen Lichtbeiträgen (56, 58) repräsentiert, die die verwendeten Lichtquellen (16) über die Oberfläche (22) auf dem zumindest einen Pixel (48) erzeugen, und dass die Auswerteeinheit (32) ferner dazu ausgebildet ist, die Eigenschaften des Prüflings (20) anhand des individuellen Lichtherkunftsgebietes (60) zu bestimmen.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10869020B2 (en) 2012-06-29 2020-12-15 Inb Vision Ag Method for capturing images of a preferably structured surface of an object and device for image capture
WO2014023342A1 (de) 2012-08-07 2014-02-13 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Vorrichtung zum inspizieren eines messobjekts mit triangulationssensor
JP2018036186A (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 株式会社サンユウ 欠陥検査用照明装置
DE102017118767B4 (de) 2017-08-17 2020-10-08 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von dimensionellen und/oder geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts
DE102017222708A1 (de) * 2017-12-14 2019-06-19 Conti Temic Microelectronic Gmbh 3D-Umfelderfassung mittels Projektor und Kameramodulen
CN113383207A (zh) * 2018-10-04 2021-09-10 杜·普雷兹·伊萨克 光学表面编码器
DE102019103519B4 (de) 2019-02-12 2021-09-16 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Vorrichtung zum Bestimmen von dimensionalen und/oder geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts
WO2023046510A1 (en) * 2021-09-22 2023-03-30 Sony Group Corporation System and method for determining a characteristic of a surface of an object, methods for training a machine-learning model and programmable hardware

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4755058A (en) * 1984-06-19 1988-07-05 Miles Laboratories, Inc. Device and method for measuring light diffusely reflected from a nonuniform specimen
DE19821059C2 (de) * 1998-05-11 2002-09-19 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Formabweichungen an Objekten
US7616985B2 (en) * 2002-07-16 2009-11-10 Xenogen Corporation Method and apparatus for 3-D imaging of internal light sources
DE10258130A1 (de) * 2002-11-29 2004-06-17 Christoph Wagner Verfahren und Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen
WO2004106983A2 (en) * 2003-05-22 2004-12-09 Optical Research Associates Illumination in optical systems
DE10345586B4 (de) 2003-09-29 2007-03-15 BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Struktur einer Oberfläche
ATE414270T1 (de) * 2004-10-08 2008-11-15 Koninkl Philips Electronics Nv Optische inspektion von testoberflächen
US20060139575A1 (en) * 2004-12-23 2006-06-29 Upstream Engineering Oy Optical collection and distribution system and method
JP2007183225A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Toyota Motor Corp 光照射装置、面形状検査システム、および面形状検査方法
DE102006012432B3 (de) * 2006-03-17 2007-10-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Erfassung der Oberflächenform einer teilspiegelnden Oberfläche
US8488895B2 (en) * 2006-05-31 2013-07-16 Indiana University Research And Technology Corp. Laser scanning digital camera with pupil periphery illumination and potential for multiply scattered light imaging
DE102007063529A1 (de) 2007-12-27 2009-07-23 Carl Zeiss Ag Verfahren und Vorrichtung zum optischen Inspizieren einer Oberfläche an einem Gegenstand

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2011095322A1 *

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Publication number Publication date
DE102010007396A1 (de) 2011-08-04
WO2011095322A1 (de) 2011-08-11
DE102010007396B4 (de) 2013-10-02
US8823869B2 (en) 2014-09-02
US20120327295A1 (en) 2012-12-27

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