JP2011043504A - 対象物の表面を光学検査するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射性表面を有する対象物をほぼ自動的に迅速に検査する方法および装置を提案する。
【解決手段】一方向（４６）に分配した多数の表面点（５４，５８，６２）を備える対象物（２６）の表面（２８）を光学的に検査するための装置は、明暗パターン（１６ａ，１６ｂ）を生成するパターン生成器（１２）と、それぞれ１つの表面部分（５２，５６，６０）のみを示す画像（ａ〜ｆ）を撮影するカメラ（３２）と、カメラに対して所定方向（４６）に対象物を移動させ、表面点を連続的に検出する加工物収容部（２０）と、パターン生成器、加工物収容部およびカメラを制御し、明暗パターンと共に表面点を撮影する制御・評価ユニット（３４）とを備える。関連した時系列で、パターン生成器は異なる明暗パターンを準備し、カメラは常に同じ表面点に向けられ、明暗パターンは同じ周期（２４）の強度分布（２２）を備え、配列の３つの明暗パターンは、異なる位相位置で配置された同じ強度分布を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物の表面を光学検査するための装置および方法、特に少なくとも部分的に光沢のある表面を工業条件下でほぼ自動的に、好ましくは完全に自動的に検査するための装置よび方法に関する。

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な役割を担っている。一方では適宜に設計し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、製品表面の品質は重要である。この場合、例えば自動車や家庭用品における塗装表面などの装飾表面、または例えば、微細加工した金属ピストンの表面や支承面などの技術的な表面が問題となる。

表面の自動的な検査に関しては、多く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。さらに既知の方法および装置は、多くの用途に関して、工業条件下において効率的で信頼できる検査を可能とするには練り上げが不十分である。この場合、工業条件は、工業生産に組み込むために関連した所定の周期時間の保持、温度変化、塵埃および騒音を伴う室内生産現場で表面検査を行う能力および／または入れ替わる製品に表面検査を簡単かつ迅速に適合させる可能性である。

このため、例えば自動車産業では、今日でも大規模に熟練者および訓練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。

偏向測定法は、少なくとも部分的に反射する表面のために多大な成果が見込まれる概念であり、検査すべき表面にわたってカメラによって明暗パターンを撮影し、評価する。明暗パターンを表面に対して相対変位させ、パターンの複数の変位位置で表面を撮影する。観察領域が反射により受ける変化に基づいて反射表面を光学的に検査することが可能である。特に明暗パターンの異なる相対位置で、表面点を示す少なくとも３つの画像から表面箇所の局所的な傾斜を測定することができる。局所的な傾斜に基づいて、ひっかき傷、孔、凹部、空洞およびその他の寸法上の欠陥を検出することができる。表面の輝度および散乱特性を偏向測定法によって決定することができる。この関連では、工業条件下においても測定速度、信頼性および効率の観点で装置および方法をさらに改善する必要性がある。

本発明の課題は、少なくとも部分的に反射性の表面を有する対象物を工業条件下に少なくともほぼ自動的に迅速に検査するための方法および装置を提案することである。装置を摩耗しにくく安価に実施することができ、様々な表面および／または対象物に方法よび装置を適合させることができることが望ましい。

この課題は、本発明の一態様によれば、一方向に分配した多数の表面点を備える対象物の表面を光学的に検査するための装置は、
可変の明暗パターンを生成するように構成したパターン生成器と、
それぞれ１つの表面部分のみを示す画像を撮影するためのカメラと、
カメラにより時間的に連続して表面点を検出するために、カメラに対して所定方向に対象物を移動させるように構成した加工物収容部と、
パターン生成器、加工物収容部およびカメラを制御し、多数の異なる明暗パターンと共に多数の分配された表面点のそれぞれの表面点を撮影するように構成した制御・評価ユニットとを備え、パターン生成器は、関連した時系列で異なる明暗パターンを準備し、カメラは、関連した時系列で常に同じ表面点に向けられ、
明暗パターンは、それぞれ同じ所定の周期を有するそれぞれ１つの強度分布を備え、配列の少なくとも３つの明暗パターンが同じ強度分布を有し、これら３つの明暗パターンが、強度分布がそれぞれ異なる位相位置で配置されていることによって異なる装置により解決される。

本発明の別の態様によれば、上記課題は、一方向に分配した多数の表面点を備える対象物の表面を光学的に検査するための方法において、
前記表面の１つの部分のみを検出するカメラの撮影領域に対象物を位置決めするステップと、
パターン生成器によって多数の異なる明暗パターンを生成し、個々の明暗パターンを上記表面部分に映すステップと、
カメラに対して対象物を所定方向に移動し、表面点を時間的に連続して撮影領域に配置するステップと、
表面点を明暗パターンと共に示す多数の画像を撮影するステップとを含み、
分配された多数の表面点のそれぞれの表面点を多数の異なる明暗パターンと共に撮影し、パターン生成器により、関連した時系列で異なる明暗パターンを準備し、関連した時系列で常に同じ表面点にカメラを向け、明暗パターンにそれぞれ同じ所定の周期を有するそれぞれ１つの強度分布を設け、配列の少なくとも３つの明暗パターンに同じ強度分布を設け、それぞれ異なる位相位置で強度分布を配置することによりこれら３つの明暗パターンを区別する方法により解決される。

新規の装置および新規の方法は、異なる明暗パターンを可変に生成することができるパターン生成器を使用する。パターン生成器は、可変の明暗パターンをマットに投影するＬＣＤモニターまたはプロジェクターであってもよい。しかしながら、以下にさらに詳細に説明する好ましい実施形態では、パターン生成器は、多数の個々の光源、特に発光ダイオードまたは他の点状の光源を有し、制御・評価ユニットによって個別に、または小グループで、これらの光源の光強度を個々に制御する。有利には、この場合、光源は個別に制御可能な列および行を有するマトリックスを形成する。

したがって、個々の明暗パターンの特徴および詳細は、適宜な制御によって柔軟に選択および変更することができる。有利には、明るいストライプおよび暗いストライプからなるストライプパターンの形態の明暗パターンが生成される。全体としてチェス盤のような菱形パターンが生じるように異なる方向に相互に重ねたストライプであってもよい。明暗パターンは、所定の周期の少なくとも１つの強度分布、すなわち、場所に関係した光強度を含む。１つのストライプパターンでは、この強度分布はストライプ方向に対して横方向に生じる。明暗パターンの内部に多数のストライプパターンを重ね、明暗パターンが異なる強度分布および周期を有するようにすることも可能である。正弦状強度分布は特に有利であり、この場合、明暗パターンの光強度は一方向に沿って正弦状に変化する。

本発明による装置は、明暗パターンが表面または表面の少なくとも一部に映るように対象物を位置決めする加工物収容部を含む。さらにカメラには検査すべき表面の一部に向けられた撮影領域が設けられる。

加工物収容部は、カメラが撮影領域により表面の様々な表面点を時間的に連続して検出するように、検査すべき対象物をカメラに対して移動する。このような実施形態は、対象物の大きさとはほぼ無関係に新規の装置により対象物を検査することができるという利点を有する。このような実施形態は、極めて長い対象物、例えば連続鋳造異形材などの表面検査のために特に有利である。

制御・評価ユニットは、パターン生成器によって異なる明暗パターンの時系列、すなわちパターン配列を生成する。様々な明暗パターンは、特に強度分布の位相位置および／または個々のストライプの幅および方向に関して異なっている。

パターン配列は、関連した時間内に生成され、この時間内に検査すべき表面点に連続的にカメラを向ける。換言すれば、検査すべきそれぞれの表面点に関して時間的に連続した複数の画像を撮影し、画像は、パターン配列のそれぞれ異なるパターンと共に表面点を示す。一方では、空間的に分配された表面点を時間的に連続して撮影するために、カメラに対して対象物を移動する。しかしながら、他方では直接的な時系列でそれぞれの表面点について多数の画像を撮影する。好ましい実施形態では、それぞれの表面点は一回だけカメラを横切り、パターン配列の必要な全ての画像を連続して撮影する。

新規の方法および新規の装置は、表面を一回だけカメラに対して位置決めすればよいという利点を有する。これは、まず全ての表面部分を個々の明暗パターンと共に撮影し、次いで新たにこれらの部分をカメラの撮影領域に配置して第２の明暗パターンと共に画像を撮影しなければならない代替的な方法に比べて有利である。新規の方法および新規の装置は、異なる明暗パターンと共に撮影した全ての画像が等しい幾何学的比率で撮影されることを保証する。その結果、対象物を移動させるための機械的駆動部が適度な位置精度しか有していない場合であっても、様々な明暗パターンを有する画像は極めて正確に相互に「適合する」。これは、例えば表面点における表面の局所的な傾斜を決定するために、位相をずらす偏向測定法によって表面特性を決定することが望ましい場合には特に有利である。このような方法は、検査すべき表面に対して所定の明暗パターンを高精度で変位することを前提とする。パターンと表面との間の相対変位はここでは「電子的な方法」で生成され、パターン生成器が所定の明暗パターンの視覚的な変位を表す複数のパターンを生成する。新規の方法および新規の装置により、パターンと表面との間の位置決めエラーおよびこれにより生じる測定の不正確さを簡単かつ効率的に低減することができる。また対象物とカメラとの間の「実際の」空間的な移動により、極めて大きい表面を極めて迅速に正確に検査することができる。

したがって、対象物の空間的移動は、比較的大きい表面をできるだけ完全に走査するための役割を果たす。これに対して、検査すべき表面点に対する所定パターンの変位は、表面の実際の空間的移動によってではなく、パターン配列の様々なパターンを用いて実施する。

本発明によれば、明暗パターンは、それぞれ等しい所定の周期を備えるそれぞれ１つの強度分布を有し、配列の少なくとも３つの明暗パターンが等しい強度分布を有し、これら３つの明暗パターンは、強度分布がそれぞれ異なった位相位置で配置されていることにより異なる。

少なくとも３つの明暗パターンは構造的に等しい。有利には、明暗パターンは、正弦状の強度分布をなし、それぞれ１つの等しいストライプ幅を有する明るいストライプと暗いストライプとを交互に備えたストライプパターンである。少なくとも３つの明暗パターンは、ここでは検査すべき表面部分に対する相対位置によってのみ異なる。換言すれば、それぞれ明暗パターンは、配列の先行する明暗パターンに対して、好ましくは強度分布方向に相対変位されている。有利には、異なった位置は、少なくとも３つのパターンが強度分布の１周期全体を通過するように選択される。このような明暗パターンの使用により、カメラの視界で１つのみの明暗パターンが表面に対して変位されるという効果が得られる。この相対変位により、位相をずらす偏向測定法によって極めて正確な表面検査が可能となる。ここでは対象物に対してパターンを「仮想的に」移動することが有利である。パターンと対象物との間の機械的な相対移動時に生じる恐れのある位置エラーによる測定の不正確さは効果的に低減される。

全体として、新規の装置よび新規の方法により、様々な対象物における自動的で迅速に、柔軟で正確な表面検査が可能となる。可変に制御可能なパターン生成器により、変化する検査課題に装置を極めて簡単に迅速に適合させることができる。したがって、上記課題は完全に解決される。

好ましい実施形態では、パターン生成器は、個々に、または小グループで制御可能な多数の別個の光源を有する。

このようなパターン生成器により極めて迅速なパターン交換が可能となる。本発明の別の実施形態によれば、ｋＨｚ範囲、例えば１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲の波長で、好ましくは１０ｋＨｚでパターン交換を行う。これに対して、従来のＬＣディスプレイまたはプロジェクターによって典型的に達成することのできるパターン交換速度は、５０Ｈｚ〜１００Ｈｚである。このような実施形態では、パターン配列の個々のパターンを眼で認識できないか、または相互に区別することができないほどに迅速にパターン交換を行うことができる。観察者は、むしろグレー面を見る。この実施形態により、極めて迅速な検査、高い光強度、および高い明暗コントラストが可能となる。最後に挙げた２つの特性により、様々な明るい対象物および暗い対象物における表面検査が容易となる。

別の実施形態では、パターン生成器は定常配置されている。

この実施形態では、パターン生成器は空間に定常配置されている。表面部分を位置決めするために対象物をパターン生成器に対して移動する。この定常配置により、特に別個の光源を使用した場合に簡単な取付けおよび冷却が可能となる。不可欠な供給ラインおよび制御ラインを安価に設けることができる。さらに提供された光比率は容易に制御可能である。

別の実施形態ではカメラが定常配置されている。

この実施形態では、カメラも空間に定常配置されている。好ましくは、カメラはパターン生成器に対して固定した位置および配向で配置されている。このことによっても、取付けおよび画像の撮影時の光比率および位置比率の制御が容易になる。さらにカメラは機械的移動による損傷からより良好に保護される。

特に好ましい実施形態では、カメラはラインカメラである。

この実施形態では、カメラは、「１次元的な」ラインに隣接して配列された多数の感光性画素を有する。有利には、カメラはこのような画素列を１列だけ含む。これに対して新規の装置の他の実施形態では、マトリックス状の２次元的な画素配置を有するカメラによって実施してもよい。好ましい実施形態では、カメラは表面を列毎に撮影する。これにより、２０ｋＨｚまでの読取り周波数による画素情報の極めて迅速な読取り、ひいては高い撮像速度が可能となる。さらに、表面が著しく湾曲している場合の遠近法的な歪みに容易に対処することができる。例えば、このような利点は円筒状の対象物の検査時に、周表面の小さい一部分のみが検出されるようにカメラ列を対象物の円筒軸線に対して平行に配置した場合に発揮される。円筒状の対象物を回動させることにより、次いで円筒状周面全体を部分的にラインカメラによって撮影することができる。それぞれの部分は、同じ遠近法的比率および同じ光比率で撮影される。

別の実施形態では、制御・評価ユニットは、画像に関係して表面点における局所的な表面傾斜を決定するように構成されている。

この実施形態は新規の装置の可能性を有利に活用している。位相をずらす偏向測定法によって、検査すべき表面点における局所的な表面傾斜を決定することができる。局所的な表面傾斜から、極めて小さいひっかき傷、空洞、およびその他の極めて小さい表面血管を極めて良好に検出することができる。

他の実施形態では配列の少なくとも２つの明暗パターンは、異なる周期の異なった強度分布を有している。

この実施形態では、配列の少なくとも２つの明暗パターンは構造的に異なるように構成されている。特に明暗パターンは、強度分布の配向および／または周期に関して異なっている。ストライプパターンの場合には、例えば一方の明暗パターンは他方の明暗パターンよりも太いストライプを有している。このことは、付加的特性、例えば特に制御特性および表面の輝度をより簡単に決定することができるという利点を有する。さらに明暗パターンの周期を変化させることにより、光沢のある表面および艶消し表面を異なった形で検査することができる。したがって、太いストライプ、すなわち長い周期を有する艶消し表面と、細いストライプ、すなわち短い周期を有する光沢の強い表面とを検査することは有利である。これは、反射性表面はわずかな散乱を有し、細いストライプはカメラにとって良好に認識可能に反射されることに基づく。艶消し表面はストライプを強く散乱し、細いストライプをカメラにとって「不鮮明にする」が、これに対して太いストライプは良好に検出される。

特に最後に挙げた実施形態とその前に挙げた実施形態とを組み合わせ、異なる強度分布を有する明暗パターンおよび位相位置の異なる等しい強度分布を有する明暗パターンが１つの配列に位置する場合、有利である。このようにして、散乱特性の異なる表面を極めて簡単かつ効率的に検査することができる。

別の実施形態では、制御・評価ユニットは、加工物収容部を制御し、明暗パターン配列の生成中に対象物を移動させるように構成されている。

この実施形態では、明暗パターン配列が生成される間に対象物を移動する。対応して、対象物は、まず配列の１つのパターンからパターンに対してわずかに変位した位置をとる。カメラ、対象物およびパターンの間の幾何学的比率は、全ての画像に対してもはや同一ではない。驚くべきことに、この実施形態によっても対象物の移動速度が明暗パターンの交換速度に比べて小さく、かつカメラの撮像速度に比べて小さい場合には評価可能な連続画像を撮影することができることが示された。この実施形態により、小さい振動および同期変動による対象物の一様な回動ならびに極めて迅速な撮像が可能となる。

別の実施形態では、制御・評価ユニットは、加工物収容部を連続的に制御し、対象物を連続的に移動させるように構成されている。

この実施形態では、表面の検査時に少なくともほぼ常時の移動を行う。このことは、移動を行うために、ステップ幅およびステップ順序がほぼ常時の移動を誘起する場合にはステッピングモータを用いることを除外しない。この実施形態により、極めて簡単で安価な実現ならびに工業生産ラインへの簡単な統合が可能となる。

上記特徴および以下にさらに説明する特徴はそれぞれに述べた組み合わせでのみならず、本発明の範囲を逸脱することなしに他の組み合わせで、または独立して使用することもできることは自明である。

次に本発明の実施の形態を図示し、以下に詳細に説明する。

本発明による対象物の表面を光学検査するための装置および方法により、少なくとも部分的に反射性の表面を有する対象物を工業条件下に少なくともほぼ自動的に迅速に検査するための方法および装置が得られる。さらに装置を摩耗しにくく安価に実施することができ、様々な表面および／または対象物に方法よび装置を適合させることができる。

本発明に係る装置の好ましい実施形態を示す斜視図である。 図１による装置を概略的に一部断面して示す側面図である。 図１による装置を概略的に示す平面図である。 所定の時点における表面の複数部分の位置を示す概略図である。 ３つの表面部分を様々な明暗パターンと共に示す６つの画像の概略図である。 好ましい実施形態による６つの画像の別の概略図である。

図１、図２および図３では、本発明に係る装置の好ましい実施形態に全体として符号１０を付している。装置１０は、ここでは「縦型」トンネルの形態または鉛直方向のトンネル状検査空間を有するカラムの形態で実施されている。これとは異なり、検査対象物を案内する「横型」トンネルまたは開放した検査領域を有する他の実施形態で装置１０を実施してもよい。

図１では、装置は、多数の別個の光源１２を備えるパターン生成器を有し、光源１２は、ここではマット１４の後方に配置されている。光源１２は、仮想の円筒状周面部分に沿ってマトリクス状に定常配置されている。図３に示す平面図では、光源１２の配置についてＣ字形の基本形状が生じる。光源１２は、マット１４を照射し、強度に関係してマット１４に所定の明暗パターン１６を生成する。明暗パターン１６は、ここでは明確化のために部分的にのみ示している。光源１２はここでは検査空間１８を規定し、検査空間１８は仮想の円筒周面部分の内側領域に対応する。

図２は、装置１０の側面図を示し、図３は平面図を示す。検査空間１８は、明暗パターン１６の部分がわかるように断面図で示されている。検査空間１８の下方には、鉛直方向に移動可能な加工物収容部２０が配置されている。代替的または補足的に、加工物収容部は水平方向に移動可能になっていてもよい。後者は、「横型トンネル」の場合またはパターン生成器を上方に配置した、開放された検査領域の場合に好ましい。加工物収容部によって、加工物収容部２０を有する検査空間の外側で対象物を収容し、検査空間１８に搬送することできる。

マット１４の明暗パターン１６は、ここでは一転鎖線で示す強度分布２２を含む。図示の明暗パターン１６は、鉛直方向に延在するストライプおよび水平方向に延在する強度分布２２を有するストライプパターンである。この強度分布２２に沿って、明暗パターン１６は所定の周期２４を有している。強度分布２２の周期２４は、ここではストライプを横断してそれぞれ１つの明るいストライプと暗いストライプとにわたって延在している。

図示の明暗パターン１６は、明暗パターン１６のための可能な実施形態である。他の実施形態では、他のストライプ方向および／または他の周期を有する明暗パターンも使用される。有利な明暗パターンは、異なる複数の強度分布を有する重ねられたストライプを含んでいてもよい。この場合、複数の強度分布は、異なるストライプ方向に対応した異なる配向および／または異なる周期を有している。例えば、２つのストライプパターンを、互いに重ねられ、強度分布が互いに横方向に延在する明暗パターンとして使用することもできる。このような場合、明るい菱形と暗い中間領域とを有する菱形パターンが生じてもよい。

加工物収容部２０には、表面２８を有する対象物２６が配置されている。表面２８は、ここでは装置１０によって光学的に検査される。

マット１４は部分的に示されている。マット１４は、有利には明暗パターン１６の領域、ここではほぼ中央に配置した鉛直方向のスリットの形態の開口部３０を有している。開口部３０によって、ラインカメラ３２は表面２８の狭幅な部分を検出する。ラインカメラ３２はここでは定常配置されている。制御・評価ユニット３４がライン３６によって光源１２に接続されている。ライン３６によって、制御・評価ユニット３４は光源１２の強度を制御し、これにより、光源は時間的に連続して異なった明暗パターン１６をマット１４に生成する。光源１２の光強度はここでは個々に制御され、明暗パターン１６の明領域は光源１２の高い光強度によって生成され、明暗パターン１６の暗領域は光源１２の光強度ゼロまでの低い光強度によって生成される。幾つかの実施形態では、光源１２は、４つの小さいグループで制御されるＬＥＤである。

カメラ３２は、ここではデジタル式のラインカメラ３２として構成されている。ラインカメラ３２は、カバー３３と、感光性画素の列を有する画像センサ３５とを有している。画像センサ３５はカバー３３の開放時にそれぞれ１つの画像に対して画像データを生成する。制御・評価ユニット３４はライン３８によってラインカメラ３２に接続されている。ライン３８によって、一方ではカバー３３が制御され、他方では画素情報がラインカメラ３２の画像データとして制御・評価ユニット３４に伝達される。カバー３３の開閉の間の時間間隔は、ラインカメラ３２の露光時間を決定する。

制御・評価ユニット３４は、ライン４０によって加工物収容部２０に接続されている。加工物収容部２０は、ここではステッピングモータ４２を有し、ステッピングモータ４２はライン４０を介して制御・評価ユニット３４によって制御される。ステッピングモータ４２によって、回転軸線４４を中心として加工物収容部２０を回転方向４６に回動させることができる。このようにして、対象物２６、ひいては表面２８をラインカメラ３２に対して移動させる。さらに制御・評価ユニット３４は、ここでも回転軸線４４に対して平行に鉛直方向に加工物収容部２０を移動させ、対象物２６を下方から検査空間１８に搬送する。

ラインカメラ３２は、回転方向４６に極めて狭幅な撮影領域しか有していないことによって原理的には同様に可能なマトリックスカメラとは異なっている。これに対して回転軸線４４に対して平行に、ラインカメラ３２は大きい撮影領域を有している。好ましい実施形態では、回転軸線４４に対して平行なラインカメラの撮影領域は、表面２８が回転軸線４４の方向にできるだけ完全に検出される程度に大きい。これに対して回転方向に所定の時点でそれぞれ表面２８の小さい部分のみがラインカメラ３２によって検出される。加工物収容部２０によって回転方向４６に対象物２６を回転させることによって、表面の様々な部分が時間的に連続してラインカメラ３２の撮影領域に位置決めされる。このようにして、ラインカメラ３２は狭幅な撮影領域にもかかわらず、表面２８の大きい部分または表面２８の全体を撮影することができる。

図３は、装置１０を平面図で示している。ここでは検査領域１８はほぼＣ字形の横断面を有し、パターン１６は、円筒状周面部分に沿って配置されている。他の実施形態では、検査空間１８は別の形状および／または大きさを有していてもよい。例えば、長方形または台形の横断面も可能である。さらに光源１２は原理的には平坦なパターン面に配置されていてもよい。

図４は、新規の方法を説明するための概略図を示す。ラインカメラ３２は、多数の画素４８を有し、これらの画素４８は好ましい実施形態では回転軸線４４に対して平行にライン状に重ねて配置されている（図５参照）。図４は、個々の画素４８を連続した３つの異なる時点４８′，４８，５８″で例示的に示している。回動の結果、画素４８は、異なる時点で表面２８の異なる部分を撮影する。符号４８は、所定の第１時点における画素を、この第１時点で検出した、ここでは象徴的にのみ示唆する画像内容と共に示す。符号４８′は、より早い時点における同じ画素をより速い時点の画像内容と共に示す。符号４８″は、より遅い時点における画素をより遅い時点の画像内容と共に示す。カメラ３２は、それぞれの時点でそれぞれ表面２８の一部を検出する撮影領域５０，５０′または５０″を有している。すなわち、撮影領域５０′により、表面２８の第１部分５２が検出される。第１部分５２の内部には、ここでは第１表面点５４を円形により象徴的に示す。次の時点では、画素４８は表面２８の第２部分５６を撮影する。第２部分は、対象物２６の回動に基づいて第１部分５２に続く。第２部分５６の内部には第２表面点５８を三角形により象徴的に示す。撮影領域５０″によって、画素４８は表面２８の第３部分６０を撮影する。第３部分の内部には第３の表面点６２を十字により象徴的に示す。回転方向４６に表面２８を移動させることにより時間的に連続して画素４８に部分５２，５６および６０が結像される。図４では、ラインカメラ３２は表面点５８を有する部分５６のみを実際に検出する。

図５は、６つの画像ａ〜ｆを示す。画像ａ〜ｆは、ここでは簡略化して５つの画素５８により示すラインカメラ３２によって撮影される。５つの画素は、個々の画素列６４に鉛直方向に重ねて配置されている。画像ａ〜ｆは、連続した異なる時点でカメラ３２の撮影領域５０を示す。全ての画像ａ〜ｆで、カメラ３２の撮影領域５０は全ての画素４８にわたっている。

画像ａは、表面２８における第１時点で撮影した所定数の表面点５４を有する部分５２を示す。この第１時点では、制御・評価ユニット３４は第１の明暗パターン１６ａを生成し、この第１の明暗パターン１６ａは表面点５４に映り、表面点５４と共に撮影される。画像ｂは、表面２８における画像ａと同じ部分５２をより遅い時点で、別の明暗パターン１６ｂと共に示す。換言すれば、表面の部分５２はここでは複数回撮影され、それぞれ別の明暗パターン１６ａ，１６ｂが表面点５４に映る。新規の方法によれば、制御・評価ユニットは、加工物収容部２０が回動されるよりも迅速に明暗パターン１６ａ，１６ｂが入れ替わるように、光源１２、カメラ３２および加工物収容部２０を制御する。したがって、部分５２の表面点５４は異なる明暗パターン１６ａ，１６ｂと共に連続的に複数回撮影される。好ましくは表面部分５２の画像数は、明暗パターン１６ａ，１６ｂの数に対応する。好ましい実施形態では、それぞれの表面部分５２は少なくとも４回撮影され、それぞれの画像は、別の明暗パターン１６ａ，１６ｂを有する表面点５４を示す。この場合、明暗パターン１６ａ，１６ｂは構造的に等しい。しかしながら、強度分布２２は、４つのパターン１６それぞれにおいて、周期２４の所定部分だけ表面点５４に対して変位される。好ましい実施形態では、強度分布２２はそれぞれＰ／ｎだけ変位され、Ｐは周期、ｎは表面点５４の画像数である。国際公開第２００９／００７１２９号パンフレットに記載のように、このようにして得られた画像から、それぞれの表面点５４について局所的な傾斜を決定することができる。この刊行物はこの点で参照により本明細書に組み込まれる。

画像ｃおよび画像ｄは、表面２８の次の部分５６をより遅い時点で示し、表面点５８は、ここでは再び異なる明暗パターン１６ａおよび１６ｂと共に連続して撮影される。画像ｅおよび画像ｆは、表面点６２および異なる明暗パターン１６ａおよび１６ｂを有する第３部分６０を示す。

画像ａおよびｂ、ｃおよびｄならびにｅおよびｆと共に撮影した異なる明暗パターン１６ａは、明暗パターン１６の配列をなす。

この配列は全ての検査すべき表面部分５２，５６および６０について繰り返される。有利には、検査すべきそれぞれの表面部分５２，５６および６０はこの配列のそれぞれの明暗パターン１６と共に撮影され、好ましい実施形態では、それぞれの表面部分は一回だけカメラ３２を横切って移動され、これにより全ての画像が異なる明暗パターン１６と共に撮影される。幾つかの実施形態では、制御・評価ユニット３４は、画像の撮影時、すなわち、明暗パターン１６の配列の生成中に対象物２６が静止しているように、加工物収容部を段階的にそれぞれ制御する。これらの実施形態では、対象物２６は加工物収容部２０のそれぞれの回動後に「停止位置」をとり、この停止位置は、少なくとも配列の全ての明暗パターン１６が通過するまで保持される。この場合、それぞれ１つの所定の表面部分５２，５６，６０がカメラの撮影領域に位置し、カメラはこの所定の表面部分の所定数の画像を異なる明暗パターン１６と共に撮影する。

しかしながら、好ましい実施形態では、制御・評価ユニット３４は、加工物収容部２０をほぼ連続的に移動させる。これも有利にはステッピングモータ４２によって行うことができ、制御・評価ユニット３４は短いパルス-中断比で、一様なパルス列でステッピングモータ４２を制御する。これらの実施形態では、対象物２６は、個々の撮像と撮像との間および／または個々の撮像中にさえも移動する。

図６は、このような実施形態を別の画像ａ〜ｆに基づいて示す。画像は、ここでも交互の明暗パターン１６ａ，１６ｂと共に撮影される。しかしながら、図５に示す画像とは反対に、対象物２６は画像の撮影時に静止していない。その結果、画像ａおよびｂは、変更された明暗パターン１６ａ／１６ｂに基づいてだけでなく、カメラに対する対象物の移動により変更された画像内容に関しても異なる。画像ｂからわかるように、移動による加工物収容部２０の前進、ひいては表面点５４の前進は、配列の全ての必要な明暗パターンと共に表面点５４が画素４８に結像される程度に小さい。同様のことが図ｃ〜ｆに基ついて示した表面点５８および６０についてもいえる。

幾つかの実施形態では、制御および評価ユニットはカメラ３２を制御し、カバー３３の開閉はステッピングモータ４２の前進ステップと同期されており、これにより、対象物２６はほぼ連続的な移動にもかかわらず、カバー３３の開放時には実質的に静止している。しかしながら、他の実施形態では、カメラ３２の露光時間は、場合によって生じる対象物の「停止時間」よりも長い。これらの場合、回動４６の結果、画像ａ〜ｆは動画鮮明度をもって撮影される。すなわち、換言すれば、ラインカメラ３２に向けられた表面点５２，５８，６２は、生じた画像では幾分「不鮮明に」なる。しかしながら、驚くべきことに動画鮮明度は、露光時間が短い場合には無視できる効果を有する、これは、好ましい装置では原則的にあてはまる。なぜなら、表面点５４，５８，６２はパターン配列のそれぞれのパターンと共に撮影され、したがって露光時間は既に迅速なパターン交換に基づき短くなければならないからである。

回動に対して代替的に、検査すべき表面を有する対象物を直線状に移動させることもできる。さらに、それぞれの対象物を検査自体のために停止させる必要なしに、連続的に移動する対象物、例えば連続鋳造異形材を生産時に検査する可能性が生じる。カメラの撮像速度およびパターンの交換速度が対象物の前進速度に比べて大きいことのみが前提である。

１２ パターン生成器
１６ １６ａ，１６ｂ 明暗パターン
２０ 加工物収容部
２２ 強度分布
２４ 周期
２６ 対象物
２８ 表面
３２ カメラ
３４ 制御・評価ユニット
４６ 方向
５２，５６，６０ 表面部分
５４，５８，６２ 表面点
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ 画像

Claims (10)

1. 一方向（４６）に分配した多数の表面点（５４，５８，６２）を備える対象物（２６）の表面（２８）を光学的に検査するための装置において、
   可変の明暗パターン（１６ａ，１６ｂ）を生成するように構成したパターン生成器（１２）と、
   前記表面（２８）におけるそれぞれ１つの部分（５２，５６，６０）のみを示す画像（ａ〜ｆ）を撮影するためのカメラ（３２）と、
   前記カメラ（３２）により時間的に連続して前記表面点（５４，５８，６２）を検出するために、カメラ（３２）に対して所定の方向（４６）に前記対象物（２６）を移動させるように構成した加工物収容部（２０）と、
   前記パターン生成器（１２）、前記加工物収容部（２０）および前記カメラ（３２）を制御し、多数の異なる明暗パターン（１６ａ，１６ｂ）と共に多数の分配された表面点（５４，５８，６２）のそれぞれの表面点を撮影するように構成した制御・評価ユニット（３４）とを備え、前記パターン生成器（１２）が、関連した時系列で異なる明暗パターン（１６ａ，１６ｂ）を準備し、前記カメラ（３２）が、関連した時系列で常に同じ表面点（５４，５８，６２）に向けられ、
   前記明暗パターン（１６ａ，１６ｂ）が、それぞれ同じ所定の周期（２４）を有するそれぞれ１つの強度分布（２２）を備え、配列の少なくとも３つの前記明暗パターン（１６ａ，１６ｂ）が同じ強度分布（２２）を有し、これら３つの明暗パターン（１６ａ，１６ｂ）が、前記強度分布（２２）がそれぞれ異なる位相位置で配置されていることによって異なることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記パターン生成器（１２）が、個別的に、または小グループ単位で制御可能な多数の別個の光源（１２）を有する装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、
   前記パターン生成器（１２）が定常配置されている装置。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の装置において、
   前記カメラ（３２）が定常配置されている装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置において、
   前記カメラ（３２）がラインカメラである装置。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置において、
   前記制御・評価ユニット（３４）が、前記画像（ａ〜ｆ）に関係して前記表面点（５４，５８，６２）における局所的な表面傾斜を決定するように構成した装置。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置において、
   前記制御・評価ユニット（３４）が前記加工物収容部（２０）を制御し、前記明暗パターン（１６）の配列の生成中に前記対象物（２６）を移動させるように構成した装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置において、
   前記制御・評価ユニット（３４）が前記加工物収容部（２０）を連続的に制御し、前記対象物（２６）を連続的に移動させるように構成した装置。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置において、
   前記制御・評価ユニット（３４）が、前記加工物収容部（２０）を移動させるよりも速く前記明暗パターン（１６）を交換するように構成した装置。
10. 一方向（４６）に分配した多数の表面点（５４，５８，６２）を備える対象物（２６）の表面（２８）を光学的に検査する方法において、
    前記表面（２８）の１つの部分（５２，５６，６０）のみを検出するカメラ（３２）の撮影領域（５０）に対象物（２６）を位置決めするステップと、
    パターン生成器（１２）によって多数の異なる明暗パターン（１６）を生成し、個々の明暗パターン（１６）を前記部分（５２，５６，６０）に映すステップと、
    前記カメラ（３２）に対して前記対象物（２６）を所定の方向（４６）に移動し、前記表面点（５４，５８，６２）を時間的に連続して前記撮影領域（５０）に配置するステップと、
    前記表面点（５４，５８，６２）を前記明暗パターン（１６）と共に示す多数の画像（ａ〜ｆ）を撮影するステップとを含み、
    分配された多数の前記表面点（５４，５８，６２）のそれぞれの表面点を多数の異なる前記明暗パターン（１６）と共に撮影し、前記パターン生成器（１２）により、関連した時系列で異なる明暗パターン（１６）を準備し、関連した時系列で常に同じ表面点（５４，５８，６２）に前記カメラ（３２）を向け、前記明暗パターン（１６）にそれぞれ同じ所定の周期（２４）を有するそれぞれ１つの強度分布（２２）を設け、配列の少なくとも３つの明暗パターン（１６ａ，１６ｂ）に同じ強度分布（２２）を設け、それぞれ異なる位相位置で前記強度分布（２２）を配置することにより前記３つの明暗パターン（１６）を区別することを特徴とする方法。

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