JP2010532870A - 物体の表面の光学的な検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

物体（１６）の表面（１７）を光学的に検査するために、所定周期（３６）で少なくとも広範囲に連続的に変化する光度配列（３４）を形成する所定数の明るいストライプおよび暗いストライプ（３０，３１，３２，３３）を備えるパターン（２６，２８）を準備する。前記光度配列（３４）が前記表面（１７）にあたるように、ストライプパターン（２６，２８）に対して相対的な第１位置に物体（１６）を位置決めする。第１位置に配置した撮像ユニット（４２）により、表面（１７）にあたる光度配列（３４）を含めて表面（１７）の第１画像（６６）を撮影する。次いで表面（１７）に対して相対的に光度配列（３４）をずらし、表面（１７）の少なくとも１つの別の画像を撮影する。画像に関係して、表面（１７）の特性を決定しる。本発明の一態様によれば、光度配列（３４）を空間的に定置に保持し、表面（１７）を有する物体（１６）をずらす。第２位置に配置した撮像ユニット（４４，４６，４８）により、さらに少なくとも１つの別の画像を撮影する。第１および第２位置を、相互に所定間隔をおいて設け、この所定間隔は所定距離に等しい。

Description

本発明は、物体の表面を光学的に検査するための方法、特に自動車の反射性表面を検査する方法であって、
所定周期で少なくとも広範囲に連続的に変化する光度配列を形成する所定数の明るいストライプおよび暗いストライプを備えるパターンを準備するステップと、
光度配列が表面にあたるように、表面を有する物体をパターンに対して相対的な第１位置に位置決めするステップと、
第１位置に配置した撮像ユニットにより、表面にあたる光度配列を含めて表面の第１画像を撮影するステップと、
表面に対して相対的に光度配列をずらし、ずらされた光度配列をもって表面の少なくとも１つの別の画像を撮影するステップと、
画像に関係して表面の特性を決定するステップとを有する方法に関する。
本発明は、さらに物体の表面、特に自動車の反射性表面を光学的に検査するための装置であって、
所定周期で少なくとも広範囲に連続的に変化する光度配列を形成する所定数の明るいストライプおよび暗いストライプを備えるパターンと、
光度配列が表面にあたるように、表面を有する物体をパターンに対して相対的に位置決めするための収容部と、
表面にあたる光度配列を含めて表面の第１画像を撮影するために第１位置に配置した少なくとも１つの撮像ユニットと、
第１画像および少なくとも１つの別の画像の撮影を制御し、表面に対して相対的に光度配列をずらした後に、少なくとも１つの別の画像を撮影可能とするように構成した制御ユニットと、
画像に関係して表面の特性を決定するための評価ユニットとを備える装置に関する。

このような方法および装置は、ドイツ国特許出願公開第１０３１７０７８号明細書により公知である。

製品を工業生産する場合、近年では製品の品質がますます重要となっている。一方では設計された安定性のある生産プロセスによって高品質を達成することができる。他方では、製品の関連した品質パラメータをできるだけ信頼性良く完全に制御し、品質欠如を早期に検出する必要がある。多くの場合、表面の品質は製品特性の重要な部分である。この場合、装飾表面、例えば自動車における塗装表面、または技術的な表面、例えば、微細加工した金属ピストンの表面または支承面が問題となる。

このような表面を自動的に検査するための多数の提案および概念が既に存在する。しかしながら、公知の方法および装置は、検査すべき表面に関する高度な予備知識を前提とするので、特別な用途においてのみ使用可能な場合が多い。さらに公知の方法および装置は、多くの用途に関して、工業条件下に効率的で、とりわけ信頼できる検査を可能とするためには十分に練り上げられていない。それ故、例えば自動車産業では、今日でも大規模に経験者および教育を受けた人により塗装表面の視覚検査を行っている。塗装表面検査における自動化率は、生産における自動化率よりも著しく低い。公知の塗装表面を視覚的に検査するための装置が米国特許第５，６３６，０２４号明細書に記載されている。公知の装置はトンネルを含み、このトンネルを通って、検査すべき塗装表面を有する自動車を搬送する。トンネルの内壁にはストライプ状の光源が位置し、これらの光源は、明るいストライプと暗いストライプとからなるストライプパターンを生成する。これらのストライプパターンは自動車の塗装表面によって反射される。塗装表面の検査を行う人がトンネル内に立ち、塗装表面におけるストライプパターンの反射を視覚的に検査する。このような方法は観察者の能力に著しく依存しており、それ故、制限された信頼性しか提供しないことは容易にわかる。特にこのような方法は作業が多く、これに応じた費用もかかる。

上述のドイツ国特許出願公開第１０３１７０７８号明細書は、検査表面上に斜めに配置したシールドの上に正弦状の光度配列を備えるストライプパターンを投影する方法および装置を記載している。投影されたパターンを変更または移動し、これにより対応して変更されたストライプパターンを表面にあてる。パターンの変更／移動中または変更／移動後、反射されたパターンを有する表面の少なくとも１つの画像をそれぞれ撮影する。異なった時点で撮影した画像を数学的に関連づけることにより最終画像を生成し、この最終画像に基づいて、表面の欠陥のある領域および欠陥のない領域を計算および／または視認により識別することができる。これに類似した方法および類似した装置が、ドイツ国特許第１９８２１０５９号明細書、米国特許第６，１００，９９０号明細書、DE-Zeitschrift Photonik, Ausgabe 4/2004, Seiten 62-64に発表されたマルクス・クナウアーによる公表文献 “Vermessung spiegelnder Oberflaechen - Eine Aufgabe der optischen 3D -Sensorik” またはDE-Zeitschrift tm - Technisches Messen, Ausgabe 4/2003, Seiten 193-198に発表されたゼーレン・カメルによる公表文献 “Deflektometrie zur Qualitaetspruefung spiegelnd reflektierender Oberflaechen” により公知である。これら公知の方法および装置は全て、ストライプパターンを有する投影シールドに対して少なくとも広く公知の所定の位置および配向で配置した比較的小さい表面しか検査することができないという欠点を有する。自動車における塗装表面の信頼できる効率的な検査はこれらの装置によっては不可能である。

Proceedings of SPIE, Vol. 4301 (2001), Seiten 199-206 に発表されたＲ．シューリン等による公表文献 “Dynamic Lightning System for Specular Surface Inspection”により、相互に鮮明に区別された明るいストライプと暗いストライプとを有するストライプパターンを使用した方法および装置が公知である。ストライプパターンは検査表面にあたる。カメラは上方から垂直方向に検査表面を見る。表面に欠陥がない場合、カメラは明るいストライプと暗いストライプとをはっきりと見る。しかしながら、表面欠陥、例えば凹みがある場合、明るいストライプの光は暗いストライプの画像に偏向され、これにより、暗いストライプの画像に明るい光点を見ることができる。表面を完全に検査するためには明るいストライプを表面にわたって移動させる必要があり、これは物体の検査表面を移動するか、またはストライプパターンを変化させることにより行うことができる。後者は、この公表文献によれば好ましい変化態様である。なぜなら、幾何学形状が複雑な場合に完全な検査はさもなければ保証されないからである。外光の不都合な影響を阻止するために、物体の検査表面はトンネル内に配置されていることが望ましい。この方法では、原則的に大きい表面の検査が可能となるが、冒頭で述べた要求に関しては最適でなはない。検出確実性または方法の信頼性には懐疑点がある。さらにカメラは検査表面に対してできるだけ垂直に整列されていなければならず、このことは、任意に形成された物体の効率的な表面検査を困難にする。

米国特許第５，７２６，７０５号明細書により、自動車表面を検査するための方法および装置が公知である。ここでは自動車は橋状装置による搬送機構によって搬送され、橋状装置には多数のカメラが装置横断面に沿って分配されている。自動車表面は、鮮明に相互に隣接する明るいストライプと暗いストライプとからなるストライプパターンによって照明される。カメラ画像の評価は、シューリンの公表文献の場合と類似した形で行われる。この方法の欠点は、米国特許第５，７２６，７０５号明細書では、例えば、エンジンボンネットを検査するためには、自動車の屋根を検査するのとは別の一連のカメラが必要となることである。それ故、著しく多数のカメラが必要となり、このことは、高い投資および画像処理コストにつながる。さらに、このシステムにおいても考えられる表面欠陥、例えば小さいひっかき傷、凸部、凹部、孔などが全て確実に検出されるかどうかには疑問がある。

ドイツ国特許出願公開第１０３１７０７８号 米国特許第５，６３６，０２４号 米国特許第５，７２６，７０５号 ドイツ国特許第１９８２１０５９号 米国特許第６，１００，９９０号

"Vermessung spiegelnder Oberflaechen - Eine Aufgabe der optischen 3D - Sensorik", DE-Zeitschrift Photonik, Ausgabe 4/2004, Seiten 62-64 "Deflektometrie zur Qualitaetspruefung spiegelnd reflektierender Oberflaechen", DE-Zeitschrift tm - Technisches Messen, Ausgabe 4/2003, Seiten 193 bis 198 "Dynamic Lightning System for Specular Surface Inspection", Proceedings of SPIE, Vol. 4301 (2001), Seiten 199-206

これらの背景技術を前提とした本発明の課題は、広範囲に自動的、迅速および確実に表面を検査するための方法および装置を提案することである。有利には、方法および装置はユニバーサルに使用可能であることが望ましく、大きい表面の検査、特に自動車における塗装表面の検査に適していることが望ましい。

この課題は、本発明の一態様によれば、冒頭で述べた形式の方法において、光度配列を空間的に定置に保持し、表面を有する物体を空間的に定置の光度配列に対して相対的に所定距離だけずらし、第２位置に配置した撮像ユニットによって少なくとも１つの別の画像を撮影し、第１および第２位置を相互に上記所定距離に等しい所定間隔をおいて配置する方法により解決される。

本発明の別の態様によれば、この課題は、冒頭で述べた形式の装置において、光度配列が空間的に定置であり、収容部が、表面を有する物体を空間的に定置の光度配列に対して相対的に所定距離だけずらすように構成されており、制御ユニットが、第２位置で撮像ユニットによって少なくとも１つの別の画像を撮影するように構成されており、第１および第２位置を相互に所定距離に等しい所定間隔をおいて配置した装置によって解決される。

新規の方法および新規の装置では、一定不変のパターンを移動軌道の領域に定置で配置することもでき、この移動軌道に沿って物体の検査表面をずらす。原則的には、パターンは可変であってもよい。しかしながら、パターンは第１および第２画像を連続的に撮影する場合には一定に保持される。表面に対するストライプパターンの相対移動および変化はむしろ物体または物体表面の移動により行う。この措置は、定置のパターンを通過して表面を案内するので、任意に大きい表面の検査を可能にする。従って、大きい表面が走査され、物体の前進移動は、画像処理をどの程度の速さで行うかに応じて、原則的に連続的または段階的に行う。

検査表面を有する物体を２つの収容部間で前進させる距離は、少なくとも２つの画像を撮像する所定間隔に等しいので、少なくとも２つの相互に独立して撮影した画像がそれぞれ全く同じ表面部分を示す。より正確には、少なくとも２つの画像はそれぞれ同一の表面点を示すが、パターンに対する相対位置は異なっている。これにより、異なったパターン領域が複数回撮影した表面点に反映される。これにより、それぞれの表面点に対し、異なる画像内容を有する複数の画像が提供され、このことは情報密度を高め、ひいては局部的な表面の特性を詳細に決定することを可能にする。

従って新規の方法および装置は、検査表面における同一の表面点の複数の画像を迅速および簡単に撮影することを可能とする。この特徴は、所定の周期で連続的に変化する光度配列を形成するパターンの使用と組み合せた場合、特に有利である。なぜなら、複数の異なる撮像ユニットの画像はわずかな前進時には既に相互に異なっているからである。好ましくは、パターンは連続的な正弦状に経過する光度配列を有している。しかしながら、光度が周期にわたって少なくとも広範囲に連続的に変化する場合には、原則的には鋸歯状または別の周期的な光度配列であってもよい。以下に好ましい実施例に基づきさらに説明するように、新規の方法および新規の装置は、例えば冒頭に挙げたカメルおよびクナウアーによる公表文献に記載のように、極めて大きい表面を偏向測定式の評価方法により検査するために適している。このような偏向測定式の評価方法は、小さいひっかき傷、凸部、凹部、孔などの様々な種類の著しく小さい表面欠陥を極めて正確および確実に検出することを可能とする。それ故、新規の方法および新規の装置は、極めて多様に使用することができる。

しかしながら、原則的には、新規の方法および新規の装置を別の評価方法、例えば、いわゆる「陰影からの形状の復元法」により公知の評価方法と組み合わせることもできる。有利には、このような場合のストライプパターンは、所定周期にわたってのみ延在する光度配列を有し、この周期の長さは、検査物体の長さにほぼ対応しているか、またはこれよりも長い。このように構成した方法および装置は、艶消し表面を検査するために特によく適している。

以下に好ましい実施例に基づき説明するように、新規の方法および新規の装置は、全体として極めて安価に、細部を正確に、そして迅速に、大きい表面を検査することを可能にする。

それ故、上記課題は完全に解決される。

本発明の好ましい構成では、別の画像は少なくとも第２および第３画像を含み、表面を有する物体は第２画像と第３画像との間で新たに所定距離だけずらされ、第２および第３画像は、第１および第２画像と同じ相互の所定間隔をおいて撮影される。

この構成では、同一の表面点の数なくとも３つの画像が極めて効率的に撮影される。これにより、この構成は、偏向測定式に画像を評価するために特によく適している。偏向測定式評価では、周期的に変化する光度配列の画像におけるそれぞれの位相を決定する。この位相は、それぞれの表面点における局部的な表面傾斜と相関する。それ故、少なくとも３つの画像の位相に基づき、それぞれの表面点に対する局部的な表面傾斜を決定することができる。隣接する表面点間の局部的な表面傾斜の急激な変化は、ひっかき傷または別の局部的に限定された表面欠陥を示唆する。偏向測定式評価の利点は、本発明に関しては、表面欠陥は、一般には局部的な表面傾斜の極めて大きい変化を喚起するが、表面欠陥の絶対的な寸法は極めて小さい場合もあるということである。好ましい構成により、まさにこのような小さい表面欠陥から極めて迅速で正確な検出が可能となる。

本発明の別の構成では、第１画像を第１撮像ユニットにより撮影し、別の画像を少なくとも１つの別の撮像ユニットにより撮影し、第１の撮像ユニットと、少なくとも１つの別の撮像ユニットとは相互に所定間隔をおいて配置されている。有利には、この構成の撮像ユニットは定置に配置されている。

有利には定置の、複数の撮像ユニットの使用は、この関連では、それぞれの表面点に対して様々な画像を時間的にオーバラップさせて撮影できるという利点を有する。それ故、前方に位置する表面点の第１画像を撮影し、さらに後方に位置する表面点の第２および第３画像を同時に撮影することもできる。従ってこの構成は、大きい表面における極めて迅速で効率的な撮像を可能にする。特に装置の取付け時に、定置の撮像ユニットは極めて正確に、安定的に整列させることができ、振動、揺動などに対して良好に保護することができる。新規の方法および新規の装置の正確さおよび堅牢性は、より簡単に保証することができる。

上述の構成に補足的に、別の撮像ユニットは、有利には少なくとも第２および第３撮像ユニットを含み、第２および第３撮像ユニットは、第１および第２撮像ユニットと同様に相互に等しい所定間隔をおいて配置されている。新規の方法および新規の装置が少なくとも４つの撮像ユニットを使用し、これらの撮像ユニットが所定間隔をおいて前後に配置されており、所定間隔が、それぞれの撮像につき検査表面をずらす距離に対応している場合、特に有利である。この構成により、いわゆる４バケット方式による簡単で迅速な撮像および画像評価が可能となる。

別の構成では、撮像ユニットは、それぞれ１つのライン状の画素配置を有するラインスキャンカメラである。

これに対して代替的には、撮像ユニットは、マトリクス状の画素配置を有するエリアスキャンカメラであってもよい。

ラインスキャンカメラは、画素を極めて迅速に読み取ることができるという利点を有する。さらにラインスキャンカメラは、解像度が極めて高い場合にも安価である。これに対して、マトリクス状の画素配置を有するエリアスキャンカメラは、前進方向に前後に位置する表面点を１つの画像で撮影することができ、これにより、より大きい距離にわたって物体を前進させることができるという利点を有する。これにより、物体の前進に関連して撮影を開始するトリガを単純化することができる。さらに市販のエリアスキャンカメラは、一般にラインスキャンカメラよりも高い光度を有しており、これによりパターンの照明力に対する要求が減じられる。

別の構成では、第１およびさらなる別の撮像ユニットは、それぞれ１つの視線方向を有し、これらの視線方向は広範囲に相互に平行である。

この構成では、撮像ユニットは平行な「扇形視野」を有している。この構成により、１つの表面点で前後に撮影した画像を極めて簡単かつ迅速に相互比較および／または相互に関連付けすることができる。

別の構成では、第１撮像ユニットと第２撮像ユニットとは一体的なカメラヘッドを有している。このカメラヘッドには、第１および第２撮像ユニットが相互に所定間隔をおいて堅固に配置されている。

この構成は、極めて堅牢な取り付けやすい新規の装置の実施形態を可能にする。さらにカメラヘッドに撮像ユニットを組み込んだことにより、個々の撮像ユニットの極めて正確な整列を行うことができ、これにより、新規の方法の精度および信頼性が高まる。

別の構成では、第１画像と少なくとも１つの別の画像とを、物体と共にずらした撮像ユニットにより撮影する。有利には、この構成の撮像ユニットは、表面を有する物体をパターンに対して相対移動させる収容部または支持体に結合されている。

この構成は、特に光度が高いエリアスキャンカメラおよび／または小さい物体の場合に有利である。表面のより大きい部分を、ここでは１つの画像で撮影することができる。物体のライン方式の走査は不要となる。

別の構成では、表面を有する物体は、少なくとも３つの側から物体を包囲する内壁を有する内部空間でずらされ、パターンは包囲する内壁にわたって延在している。好ましい構成では、パターンは少なくとも第１および第２画像の撮影中には内壁に定置されている。これに対して代替的に、ストライプパターンを外部または内部から内壁に投影するか、または光素子によって内壁に生成することもできる。

この構成は、新規の装置および新規の方法の極めて安価で堅牢な実施形態を可能にする。さらに内部空間により、撮像は、検査表面の配向には広範囲に無関係となる。特にこの構成により、表面があらかじめ正確にわかっていない異なった空間方向に向いている３次元物体の効率的な検査が可能となる。

別の構成では、ストライプは螺旋状（渦巻き状）に内壁に沿って延在している。有利には、この場合ストライプは約４５°の勾配を有している。有利にはスペクトルにより符号化した２つの異なるストライプパターンの場合、勾配は、有利には＋４５°および−４５°または数学的な意味では１／−１である。

ストライプパターンの螺旋状の配置は、多数の用途で極めて信頼できる表面検査を可能にする著しく空間を節約した実施形態である。

別の構成では、（有利にはトンネル状の）内部空間は横断面を有し、この横断面に平行に多数の撮像ユニットが分配されており、これにより、少なくとも３つの側から（有利には完全に）物体の表面を撮影する。

この構成では、少なくとも２つの撮像ユニットが内部空間の横断面に配置されている。有利には、少なくとも２つの撮像ユニットの視線方向は、トンネル横断面の中央に配向されている。この構成により、任意に形成された３次元物体の表面の迅速で効率的な検査を簡単かつ安価に行うことが可能となる。

別の構成では、内部空間は長手方向軸線を有し、物体はこの長手方向軸線に対して平行にずらされる。

この構成では、パターンの光度配列に対して相対的な並進移動により物体を移動させる。代替的には、原則的に回動も可能であり、この場合、トンネル状の内部空間をドーム状の内部空間に変更することができる。並進移動は、検査表面を有する物体が「任意の」長さであってよいという利点を有し、これに対して回動の場合には物体の長さ方向寸法は制限されている。さらに並進移動は、現在の作製プロセスの生産の流れに極めて良好に組み込みことができる。

別の構成では、パターンは、少なくとも第１ストライプを有する第１ストライプパターンと、第２ストライプを有する第２ストライプパターンとを含み、第１および第２ストライプは異なるように構成されている。

この構成は、１つの工程または連続する複数の工程における異なった表面の極めて可変で、個別的な、とりわけ迅速な検査を可能にする。

別の構成では、第１ストライプと第２ストライプとは互いに対して横方向に配置されてりる。有利には、第１および第２ストライプは、互いに対角線上に延在する。さらに、ストライプが、検査表面を有する物体の移動方向に対して広範囲に横方向に延在する場合、好ましい。

この構成では、一般にストライプの延在方向に対して横方向にのみ表面欠陥を検出することができるので、未知の表面の極めて簡単で迅速な信頼できる検査が可能となる。互いに横方向に配置したストライプを有する少なくとも２つのストライプパターンを使用することにより、表面欠陥を少なくとも両ストライプパターンのいずれかにより検出できることが保証される。

特に好ましい構成では、第１および第２ストライプのスペクトルは異なるように構成されている。

それ自体が偏向測定式評価方法に関連した発明でもあるこの構成では、少なくとも２つのストライプパターンは、ストライプから「放出」される波長に関して異なっている。例えば、第１および第２ストライプパターンは、異なった色で構成されていてもよい。異なった色はスペクトルによる符号を形成し、このような符号によって、評価時に異なったストライプパターンを相互に識別することができる。特に好ましい構成では、撮像ユニットは、例えば適宜なカラーフィルタによってスペクトルの異なるストライプパターンを相互に識別するように構成されている。しかしながら、ストライプパターンおよび撮像ユニットは、ＩＲまたはＵＶ領域の異なった波長のために構成されていてもよい。この構成は、大きい表面の極めて効率的な検査を可能にし、装置に必要な所要スペースの最小化に貢献する。

別の好ましい構成では、少なくとも２つのストライプパターンは同じ周期および／または同じストライプ幅を有している。これに対して代替的に、周期および／またはストライプ幅を変化させることができる。後者の構成は、検査表面の湾曲とは無関係に最適なストライプ幅および／またはストライプ密度を選択することができ、これにより、表面欠陥を検出する場合の確実性をさらに高めることができるという利点を有する。これに対して、前者の構成はより簡単であり、ひいてはより安価な実施形態を可能にするという利点を有する。

別の構成では、画像に基づき多数の局部的な表面傾斜を決定し、これらの局部的な表面傾斜に基づき、表面の特性を表す出力信号が生成される。有利には、局部的な表面傾斜は偏向測定式評価方法によって決定される。

この構成は、様々な表面欠陥を極めて確実に、正確に検出することを可能にする。それ故、この構成は、高い要求が課せられる塗装表面および別の反射性表面を検査するために特に有利である。

別の構成では、物体は前端と後端とを有し、第１の所定数の撮像ユニットは前端に配置されており、第２の所定数の撮像ユニットは後端に配置されている。有利には、撮像ユニットの視線方向はそれぞれ斜めに内部空間に向けられている。

この構成も、大きい３次元物体の表面を極めて迅速に効率的に検査するためには極めて有利である。

別の構成では、周期は所定間隔の整数倍であり、この整数倍は、好ましくは相互に所定間隔をおいて配置した撮像ユニットの数に等しい。

特に好ましい構成で互いに前後に配置した４つの撮像ユニットを使用した場合、光度配列の周期は、従ってここでは所定間隔の４倍である。この構成では、例えば冒頭で述べたカメルの公表文献に記載のいわゆる４バケット方式による極めて迅速で簡単な位相再構成が可能となる。

上述の特徴および以下にさらに説明する特徴は、それぞれに記載の組み合わせのみでなく、本発明の枠から離れることなしに、別の組み合わせで、または独立して使用することも可能であることは自明である。

本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。

自動車の塗装表面を検査するための検査トンネルを備える新規の装置の一実施例を示す概略図である。 図１の検査トンネルを前方から見た断面図である。 新規の方法を説明するための概略図である。 新規の方法の一実施例を説明するための概略的なフローチャートである。 新規の装置の別の好ましい実施例を示す概略図である。

図１および図２には、新規の装置の一実施例が全体に符号１０で示されている。

装置１０は、前端１３および後端１４を有するトンネル１２を含む。トンネル１２は長手方向軸線１５を有し、ここでは検査すべき塗装表面１７を有する自動車１６は、この長手方向軸線１５に対して平行に矢印１８の方向に移動させることができる。ここでは自動車１６が搬送車両２０に配置されており、この搬送車両２０は、例えば電気式駆動装置（図示しない）によってトンネル１２を通って牽引することができる。代替的に、自動車１６はコンベヤに配置されていてもよいし、または自動車１６は、搬送車両２０なしに牽引するか、または走行することもできる。いずれの場合にもトンネル底部は、場合によっては搬送車両またはコンベヤと共に、検査物体のための収容部を形成している。

図２に示すように、図示の実施例のトンネル１２は、円の約２７０°の角度をカバーするほぼ円形の横断面２２を有している。しかしながら、原則的には、例えば多角状または長方形などの他のトンネル横断面も可能である。円形のトンネル横断面または屈曲のない別のトンネル横断面は、以下に説明するパターンをほぼ一定に、接合箇所なしに実施することができ、これにより、塗装表面の検査が容易になるので、現在の見解では有利である。トンネル１２は、カバー率を簡単に高めることができるミラー（図示しない）によって実施してもよい。

図２に示すように、検査物体、ここでは自動車１６の横断面半径は、有利にはトンネル半径の２０％〜７０％となるように選択されている。これよりも大きいか、または小さい物体では、表面、以下に説明するパターン、および撮像ユニットの間の間隔が大きすぎるか、または小さすぎるので、表面の検査が困難となる。検査表面に対して大きすぎるトンネルは不経済であろう。さらに物体をトンネル横断面のほぼ幾何学的中心点で搬送した場合、好適である。

トンネル１２は内壁２４（多角状のトンネル横断面の場合には複数の内壁）を有し、内壁にはここでは２つのストライプパターン２６，２８が配置されている。ストライプパターン２６は明るいストライプ３０と暗いストライプ３１とからなり、これらは交互に隣接して、相互に平行に延在している。ストライプパターン３２は明るいストライプ３２と暗いストライプ３３とからなり、これらは同様に相互に平行に隣接して配置されている。図示の実施例では暗いストライプ３１，３３はスペクトルが異なるように構成されており、図１ではこのことを異なる「点密度」で示している。例えば、暗いストライプ３１，３３は異なった色、有利には青と赤とで実施されている。

一実施例では、ストライプパターン２６，２８はトンネル１２の内壁２４に塗装されている。別の実施例では、トンネル１２の内壁２４にシートが接着されており、このシートに異なったストライプが印刷されている。別の実施例では、内壁２４において、半透明のシールドの後方に多数の発光ダイオードが配置されており、これらの発光ダイオードによって明るいストライプと暗いストライプとを生成する。別の実施例では、有機発光ダイオードからなる「タピストリ」を用いる。例えば光度配列の周期で、発光ダイオードの色を切り換えることができ、かつ／または物体に適合させることができる場合、有利である。さらに別の実施例では、トンネルの内部空間２４から、または外部からの投影によって、ストライプパターンをトンネル１２の内壁２４に投影することができ、後者の場合、トンネルの外壁は半透明のシールドとなる。さらに別の実施例では、トンネル壁は、艶消し領域を有する部分的に透明の材料からなる。透明な材料は全反射に関して光導体の役割を果たす。この場合、艶消し領域は照明される。

全ての好ましい実施例では、ストライプパターン２６，２８は空間的に定置されているか、または定置されており、このことは原則的にパターンを変更できることを除外しない。しかしながら、自動車１６がトンネル１２を通って移動するので、これまでに公知のストライプパターンによる方法とは反対に、表面１７の検査中にストライプパターンを一定に保持することができる。すなわち、「定置である」または「空間的に定置である」とは、所定表面の検査中または検査のためのパターン２６、２８の実施形態に関係しており、より正確には、第１の画像およびさらに別の画像を撮影する位置および時点に関するパターンの実施形態に関係している。ここには図示しない一実施例では、種々異なったパターン２６，２８を、幅の異なったストライプ３０，３１，３２，３３によって設けることおよび／または発光ダイオードによって生成することを提案しており、この場合にも空間的に定置である場合には画像をそれぞれ「同じ」パターンと比較して撮像を行う。

それぞれのパターン２６，２８は光度配列３４を形成しており、図示の実施例では光度配列３４は正弦状である。しかしながら、原則的には他の光度配列、例えば鋸歯状または三角形状の配列も可能である。全ての光度配列は、図１に符号３６で示すように所定の周期を有する点で共通している。原則的には周期があれば十分である。

符号３８および４０により、２つのカメラヘッドが示されており、カメラヘッド３８はトンネル１２の前端１３に配置されており、カメラヘッド４０は後端１４に配置されている。それぞれのカメラヘッド３８，４０は、ここでは互いに所定間隔をおいて配置された４つの撮像ユニット４２，４４，４６，４８を有している（図３および以下の説明を参照のこと）。図１に概略的に示すように、撮像ユニット４２，４４，４６，４８の視線方向５０は互いに平行に延在している。この実施例では、それぞれのカメラヘッド３８および４０は、可変のカラーフィルタ５１を有し、カラーフィルタ５１によって撮像のために一方または他方のストライプパターン２６，２８を選択することができる。

図２に示すように、装置１０はここではトンネルの前端１３に３つのカメラヘッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃおよび後端１４に対応した３つの対応したカメラヘッド４０ａ，４０ｂ，４０ｃ（図示しない）をそれぞれ有する。３つのカメラヘッド３８ａ,３８ｂ,３８ｃは、はトンネル１２の横断面に沿って３つの異なる方向から、ひいてはほぼ完全に自動車を撮像できるように分配されている。それぞれの撮像ユニット４２，４４，４６、４８は、ここではラインスキャンカメラとして実施している。すなわち、撮像ユニット４２，４４，４６，４８は、ライン状の画素配置５２を有するそれぞれ１つの画像センサを備える（図２参照）。図１に概略的に示した所定間隔をおいた視線方向５０および図２に概略的に示した扇形視野５４が生じるように、それぞれのカメラヘッド３８の内部にはラインセンサが前後に配置されている。光度を高めるために、好ましくは、ここではいわゆるＴＤＩ方式ラインセンサを使用する。

しかしながら、代替的に撮像ユニット４２〜４８はエリアスキャンカメラとして実施することもできる。一実施例では、それぞれの撮像ユニット４２〜４８は、マトリクス状の画素配置を有するエリアスキャンカメラ（図示しない）であり、このマトリクス状の配置によってそれぞれ単一の行または列のみが読み取られ、したがって、マトリクス状の配置はラインセンサの段階的な配置と比較可能である。別の実施例では、マトリクス状の画素配置は広範囲に面状に読み取られ、これにより、自動車１６の表面１７のより大きい部分を検出することができる。有利には、理想的な前進移動からの前進移動の偏差は、カメラ画像に基づき計算により補償される。このために搬送車２０にマークを配置し、これらのマークによって理想的な前進移動からの偏差を検出することができる場合、有利である。

図１には符号６０により、自動車１６の前進運動１８を制御するように構成された評価ユニットおよび制御ユニットが示されている。好ましい実施例では、自動車１６はトンネル１２を通って連続的に移動する。別の実施例では前進を段階的に行い、それぞれの前進段階後に１回の撮像を撮像ユニット４２〜４８により行う。

図３は、原理図に基づき新規の方法および新規の装置の一態様を示す。上述のものと同じ素子には同じ参照符号を付す。

図３は、表面１７における全部で４つの異なる位置Ｐ_０，Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３を示している。特にカメラヘッド３８，４０のいずれか一方の４つの撮像ユニット４２〜４８が示されている。参照符号６２により、撮像ユニット４２と、隣接する撮像ユニット４４との相対間隔を示し、この相対間隔は表面１７の前進方向１８に対して平行に測定している。参照符号６４により、位置Ｐ_０から次の位置Ｐ_１へ、そしてまた次の位置へと表面１７をずらす距離を示している。参照符号６６により、表面１７で反射されるか、または他の方法で表面１７で検出することができるパターン像６６、すなわち、ストライプパターン２６または２８の像を示している。参照符号６６′は、距離６４だけ前進した後の表面１７′におけるパターン像６６を示している。

図３からわかるように、撮像ユニット４２によって位置Ｐ_０で表面１７における表面点６８が撮影される。撮像時点で暗いストライプ領域が表面にあたったと仮定する。このことをパターン像６６に関する撮像ユニット４２の視線方向に基づいて図３に示している。

選択した間隔６２および距離６４に基づいて、前進段階後に同じ表面点６８が撮像ユニット４４によって撮影される。もちろんこの時点では参照符号６６′で示すようにパターン２６の別の部分が表面点６８にあたる。パターン像の変化の原因は、パターン２６に対する表面１７の相対移動である。

図３に示すように、同じ表面点６８が別の撮像ユニット４６，４８によっても撮影され、表面１７が矢印１８の方向に前進したので、それぞれ表面点６８におけるパターン画像６６がそれぞれ変化する。結果として４つの撮像ユニット４２，４４，４６，４８によって表面点６８の４つの画像が得られる。有利には４バケット方式に従ってこれらの４つの画像を評価し、これにより、表面点６８における局部的な表面傾斜を決定する。表面傾斜に基づき、様々な種類の表面欠陥を検出することができる。

この形式の好ましい方法を図４に簡略化して示す。ステップ７８で、まず前進方向１８に沿って表面の開始位置ｘを読み取る。これは公知のようにトンネル軸線１５に沿って配置した位置センサによって行うことができる。次いでステップ８０で変数ｎをゼロに設定する。次のステップ８２で、計数器ｎを１だけ増加させる。次いでステップ８４で、画像#１．ｎ／#２．ｎ／#３．ｎ／#４．ｎを４つの撮像ユニット４２〜４８によって撮影する。画像#１は、ここでは第１撮像ユニットによって反復ステップｎで撮影した画像を示す。

次のステップ８６で、所定距離６４だけ表面を前進させる（図３の位置Ｐ_１）。次いでステップ８８で、反復ステップが既に十分に行われたかどうかについて問い合わせを行う。この実施例では、反復計数器ｎ＝４・ｓとなっているかどうかをチェックし、この場合ｓはもっとも単純な場合には１に等しい。ステップ８８のチェックにより、反復ステップがまだ十分に行われていないことが判明した場合、方法はループ９０に従って再びステップ８２に分岐し、別の画像を４つのカメラにより撮影し、表面を所定距離だけ前進させる。

全てのループ９０を終了した後（この実施例で最も簡単な場合にはループを４回実施）に、４バケット方式に従って表面点６８における局部的な表面傾斜を決定するために十分な画像#１．１, #２．２, #３．３,#４．４が提供される。これはステップ９２で行う。

次いでステップ９４により、例えば閾値基準を用いて、局部的な表面傾斜に関係して表面欠陥を決定する。ステップ９６により、例えば検出した表面欠陥において、欠陥として検出された表面点をマークするか、または別の方法で記憶するよう指示する出力信号を生成する。

前述の実施例では、前進距離６４は撮像ユニットの相対距離６２と等しいと仮定した。このような距離で表面１７における「飛躍」が大きすぎる場合には、より小さい前進を行うこともできる。すなわち、前進距離６４はより小さい間隔（図示しない）に分割される。この場合、図４に示す方法は、変数ｓを距離６４以内の部分間隔の数として行う。これに対応して、表面点６８を４つの全ての結像ユニット４２〜４８によって撮影するまで、より多くの反復ステップを行う必要がある。前進距離６４を、例えば３つの部分間隔に分割した場合、１２回の前進後にようやく表面点６８のための４つの全ての撮像ユニット４２〜４８の画像が提供される。

図５は、新規の装置および新規の方法のための別の実施例を示す。同じ素子には同じ参照符号を付す。この実施例では複数の結像ユニット１００，１０２，１０４が、搬送車２０に堅固に結合された保持部に配置されている。これにより、撮像ユニット１００，１０２，１０４は自動車１６と共にトンネル１２を通って前進する。従って、この場合には撮像ユニット１００，１０２，１０４と自動車１６との相対間隔は変化しない。それにもかかわらず、撮像ユニット１００，１０２，１０４は、光度配列３４の交互の反射によって表面１７を撮影する。これに対応して、評価ユニット６０は、様々な画像に基づいて表面欠陥を検出することができる。

この実施例では、撮像ユニット１００，１０２，１０４は、有利には、表面１７の全ての関連領域が検出されるように配置したエリアスキャンカメラである。このために、場合によっては図示の３つのみの撮像ユニット１００，１０２，１０４よりも多くの撮像ユニットが必要となることは自明である。有利には、少なくとも１つの撮像ユニット１００，１０２，１０４が自動車の前端１０６に配置され、別の撮像ユニットが自動車の後端１０８に配置されている。

図示していない一実施例では、トンネル１２は前端１３および後端１４にそれぞれドアまたはフラップを有し、これにより、表面検査中の外光の進入が完全に阻止される。別の実施例では、トンネル１２は著しく小さく、例えば個々の車体部分、例えば塗装したダンパー、ピストン、ガラス板などを検査する。さらに、新規の方法および新規の装置は、自動車部分または自動車における表面検査のためにだけではなく、他の物体、特に技術的な表面、例えば微細加工した金属表面における表面検査にも使用することができる。一般的には、検査表面がそれぞれ撮像ユニットの被写界深度領域に位置することが好ましく、このことは、装置の寸法決め時に考慮する必要がある。幾つかの好ましい実施例では、撮像ユニットの焦点深度領域は、パターンにではなく、検査表面に合うように調整される。

原則的には、表面検査に加えて、例えば局部的な表面傾斜を組み込んだ、表面の全般的なトポグラフィの再構成を行うこともできる。これにより、表面検査に補足的に形状決定を行う。

Claims (20)

1. 物体（１６）の表面（１７）を光学的に検査するための方法、特に自動車の反射性表面を検査する方法であって、
   所定周期（３６）で少なくとも広範囲に連続的に変化する光度配列（３４）を形成する所定数の明るいストライプ（３０，３２）および暗いストライプ（３１，３３）を備えるパターン（２６，２８）を準備するステップと、
   前記光度配列（３４）が前記表面（１７）にあたるように、前記表面（１７）を有する前記物体（１６）を前記パターン（２６，２８）に対して相対的に位置決めするステップと、
   第１位置に配置した撮像ユニット（４２；１００，１０２，１０４）により、前記表面（１７）にあたる前記光度配列（３４）を含めて前記表面（１７）の第１画像（６６）を撮影するステップと、
   前記表面（１７）に対して相対的に前記光度配列（３４）をずらし、ずらされた該光度配列（３４）をもって前記表面（１７）の少なくとも１つの別の画像（６６′）を撮影するステップと、
   前記画像（６６，６６′）に関係して前記表面（１７）の特性を決定するステップとを有する方法において、
   前記光度配列（３４）を空間的に定置に保持し、前記表面（１７）を有する前記物体（１６）を空間的に定置の前記光度配列（３４）に対して相対的に所定距離（６４）だけずらし、第２位置に配置した撮像ユニット（４４，４６，４８；１００，１０２，１０４）によって前記少なくとも１つの別の画像（６６′）を撮影し、第１および第２位置を相互に前記所定距離（６４）に等しい所定間隔（６２）をおいて配置することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記別の画像（６６′）に少なくとも第２および第３画像を含め、前記表面（１７）を有する物体（１６）を、前記第２画像と第３画像との間で新たに前記所定距離（６４）だけずらし、第２および第３画像を、前記第１および第２画像（６６，６６′）と同じ相互の前記所定間隔（６２）をおいて撮影する方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   前記第１画像（６６）を前記第１撮像ユニット（４２）により撮影し、前記少なくとも１つの別の画像（６６′）を少なくとも１つの前記別の撮像ユニット（４４，４６，４８）により撮影し、前記第１の撮像ユニット（４２）と、前記少なくとも１つの別の撮像ユニット（４４，４６，４８）とを、相互に前記所定間隔（６２）をおいて配置する方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   前記少なくとも１つの撮像ユニット（４２〜４８）を、それぞれ１つのライン状の画素配置（５２）を有するラインスキャンカメラとする方法。
5. 請求項３または４に記載の方法において、
   前記第１の撮像ユニットおよび前記少なくとも１つの別の撮像ユニット（４２〜４８）に、それぞれ１つの視線方向（５０）を設け、該視線方向（５０）を広範囲に相互に平行とする方法。
6. 請求項３から５までのいずれか一項に記載の方法において、
   前記第１撮像ユニット（４２）と前記少なくとも１つの別の撮像ユニット（４４〜４８）とにより、一体的なカメラヘッド（３８，４０）を形成する方法。
7. 請求項３から６までのいずれか一項に記載の方法において、
   前記撮像ユニット（４２〜４８；１００〜１０４）を、それぞれ１つのマトリクス状の画素配置を有するエリアスキャンカメラとする方法。
8. 請求項１または２に記載の方法において、
   前記第１画像（６６）と前記少なくとも１つの別の画像（６６′）とを、前記物体（１６）と共にずらした撮像ユニット（１００，１０２，１０４）により撮影する方法。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法において、
   少なくとも３つの側から前記物体（１６）を包囲する内壁（２４）を有する内部空間（１２）で前記物体（１６）をずらし、包囲する前記内壁（２４）にわたって前記パターン（２６，２８）を延在させる方法。
10. 請求項９に記載の方法において、
    前記内壁（２４）にストライプ（３０〜３３）を螺旋状に延在させる方法。
11. 請求項９または１０に記載の方法において、
    前記内部空間（１２）に横断面（２２）を設け、該横断面（２２）に対して平行に多数の撮像ユニット（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ）を分配し、これにより、少なくとも３つの側から前記表面（１７）を有する前記物体（１６）を撮影する方法。
12. 請求項９から１１までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記内部空間（１２）に長手方向軸線（１５）を設け、該長手方向軸線（１５）に対して平行に前記物体（１６）をずらす方法。
13. 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記パターンに、少なくとも前記第１ストライプ（３０，３１）を有する第１ストライプパターン（２６）と、前記第２ストライプ（３２，３３）を有する第２ストライプパターン（２８）とを含め、前記第１ストライプおよび第２ストライプ（３０，３１，３２，３３）を異なるように構成する方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、
    前記第１ストライプ（３０，３１）と第２のストライプ（３２，３３）とを互いに対して横方向に配置する方法。
15. 請求項１３または１４に記載の方法において、
    前記第１および第２ストライプ（３０，３１，３２，３３）を、スペクトルが異なるように構成する方法。
16. 請求項１３から１５までのいずれか一項に記載の方法において、
    少なくとも２つの前記ストライプパターン（２６，２８）に、同じ周期（３６）および／または同じストライプ幅を設ける方法。
17. 請求項１３から１５までのいずれか一項に記載の方法において、
    少なくとも２つの前記ストライプパターン（２６，２８）に、異なる周期（３６）および／またはストライプ幅を設ける方法。
18. 請求項１から１７までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記画像（６６，６６′）に基づき多数の局部的な表面傾斜（９２）を決定し、該局部的な表面傾斜（９２）に基づき、前記表面（１７）の特性を表す出力信号（９６）を生成する方法。
19. 請求項１から１８までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記物体（１６）に前端（１０６）と後端（１０８）とを設け、第１の所定数の撮像ユニット（３８；１００）を前端（１０６）に配置し、第２の所定数の撮像ユニット（４０；１０４）を後端（１０８）に配置する方法。
20. 物体（１６）の表面（１７）を光学的に検査するための装置、特に自動車の反射性表面を検査するための装置であって、
    所定周期（３６）で少なくとも広範囲に連続的に変化する光度配列（３４）を形成する所定数の明るいストライプおよび暗いストライプ（３０，３１，３２，３３）を備えるパターン（２６，２８）と、
    前記光度配列（３４）が前記表面（１７）にあたるように、前記表面（１７）を有する物体（１６）を前記パターン（２６，２８）に対して相対的に位置決めするための収容部（２０）と、
    前記表面（１７）にあたる前記光度配列（３４）を含めて前記表面（１７）の第１画像（６６）を撮影するために第１位置に配置した少なくとも１つの撮像ユニット（４２；１００，１０２，１０４）と、
    前記第１画像（６６）および少なくとも１つの別の画像（６６′）の撮影を制御し、前記表面（１７）に対して相対的に前記光度配列（３４）をずらした後に、前記少なくとも１つの別の画像（６６′）を撮影可能とするように構成した制御ユニット（６６）と、
    画像に関係して前記表面（１７）の特性を決定するための評価ユニット（６０）とを備える装置において、
    前記光度配列（３４）が空間的に定置であり、前記収容部（２０）が、前記表面（１７）を有する前記物体（１６）を空間的に定置の前記光度配列（３４）に対して相対的に所定距離（６４）だけずらすように構成されており、前記制御ユニット（６０）が、第２位置で前記撮像ユニット（４４，４６，４８；１００，１０２，１０４）によって少なくとも１つの別の画像（６６′）を撮影するように構成されており、前記第１および第２位置を、相互に前記所定距離（６２）と等しい所定間隔（６４）をおいて配置したことを特徴とする装置。

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