WO1999013321A1 - Optisches prüfverfahren, seine anwendung und dafür bestimmte beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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Bernhard Baist
Alexander Melzer
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Melzer Maschinenbau Gmbh
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    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation

Definitions

  • the invention relates to a method for testing plastic cards with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • the invention is also applicable to other flat objects in which a surface defect detection is to be carried out.
  • the cards in question often consist of several laminated together Layers, of which at least one is usually printed. A desired alignment and quality of the printed image is of course part of the surface inspection. Therefore, the cards are so illuminated with diffuse light during the test that the video camera captures an image reflected from the surface of the test object.
  • an optical test method is largely insensitive to small deflections of the flat test specimens, it has the major disadvantage that scratches and grooves are only imaged with low contrast.
  • the object of the invention is therefore to develop a method according to the preamble of claim 1 such that even relatively small surface defects can be identified and the test cannot be falsified by printed images.
  • Claims 5 and 7 name important applications of the method.
  • Claims 8 to 17 relate to an illumination device with which the method according to the invention can be carried out.
  • the contours and thus the location of the targeted flat changes in the card surface can be recognized with certainty.
  • Another important advantage is that the position of the card surface is no longer so critical for the reflection of the card surface, so that the reflection is still sufficiently good even if the card bends.
  • the diffuse light component provides a scatter reflection component, which leads to a lower position sensitivity of the reflection. A loss of contrast that occurs in this respect is slight.
  • the viewing options are consequently significantly increased according to the invention. Further refinements and advantages of the invention can be found in the subclaims and the description below.
  • FIG. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of a lighting device in combination with a video camera
  • Fig. 2 shows schematically a second embodiment of an illumination device in combination with a video camera.
  • test objects 2 are conveyed as test objects 2 along a support for test objects, here a channel 4, which runs perpendicular to the plane of the drawing.
  • a video camera of which only the entrance aperture 6 is indicated, "sees" the test objects 2 at an angle of their optical axis 8 of, for example, 30 °.
  • the lighting device comprises a light source 10 which approximately corresponds to a point light source and illuminates a diffuser 12.
  • the diffuser 12 is, for example, a plate made of frosted glass or a plastic with a corresponding opacity.
  • the diffuser is fixed on a circuit board 14 which is provided with a bore 16.
  • the bore 16 forms an aperture for the light exit.
  • a lens arrangement 18 is provided, consisting of two plano-convex lenses 20, 22, the flat sides of which face outwards and which are accommodated in a common housing 24.
  • the lens arrangement bundles the light from the aperture bore 16 onto the respective test specimen.
  • Fresnel lenses can also be used.
  • the light contains a diffuse component, and it has been shown that with such illumination, surfaces with good contrast are also imaged differently on the test specimens, in which the reflectivity of the surfaces shows only relatively slight differences. This applies in particular to signature strips which - with the same color as the card - are somewhat rougher than the surface of the card itself. Such stripes appear dark in the illustration against a light background.
  • An embossed hologram appears bright against a dark background, with a prism structure present in a hologram also providing image information.
  • the size of the bore 16, which represents an aperture, and the diffusion effect of the plate 12 can be optimized with a few experiments in order to adjust the diffuse portion of the light.
  • All elements are arranged in a common optical axis 8, which forms an angle different from 0 ° and 90 ° with the plane of the surface to be tested of a test specimen 2 when arranged in the beam path, preferably the angle is between 30 ° and 60 °.
  • the test specimens can be arranged in a parallel beam path.
  • the converging lens system 18 consists of two separately arranged converging lenses 20, 22, which can be the same type of lenses as described for FIG. 1, only spatially separated and with the intermediate arrangement of the carrier 4 for the test objects 2. The rest apply the explanations for the first exemplary embodiment according to FIG. 1 correspondingly for the second exemplary embodiment according to FIG. 2.
  • a method according to the invention for the optical testing of plastic card surfaces in which at least a partial area of a surface of the test specimens 2 is illuminated and an image recorded with a video camera is compared with a stored pattern, provision is therefore made for the test specimens 2 to focus into the video camera reflected light, which is a directional incident radiation containing a diffuse portion, so that the surface is reflected.
  • This provides a contrast image of the surface in the light-dark area depending on the surface condition and its wanted (like embossed images) or unwanted (like scratches, grooves etc.) roughness.
  • the diffuse proportion of the light can be adjusted via the size of an aperture of the directionally incident radiation.
  • the test specimens 2 can be illuminated by parallel rays of the directionally incident radiation. Alternatively, the test specimens 2 can be illuminated by converging rays of the directionally incident radiation.

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Abstract

Bei der optischen Prüfung von Kunstoffkarten werden diese mit fokussiertem Licht, dem ein diffuser Anteil zugemischt ist, ausgeleuchtet, um auch bei relativ geringen Unterschieden des Reflexionsvermögens der Oberflächenabschnitte diese sicher zur diskrimieren.

Description

Optisches Prüfverfahren, seine Anwendung und dafür bestimmte
Beleuchtungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Kunststoffkarten mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Die Erfindung ist auch bei anderen flächigen Gegenständen anwendbar, bei denen eine Oberflächenfehlererkennung vorzunehmen ist.
Bei der Fertigung von Kunststoffkarten, wie Ausweiskarten, Chipkarten, Kreditkarten und dergleichen werden strenge Anforderungen an die Einhaltung enger Qualitätstoleranzen gestellt. So sollen insbesondere die Oberflächen frei von Kratzern sein, etwa vorgesehene Unterschriftsstreifen dürfen nicht fehlen oder schief aufgeprägt oder sonst fehlerhaft sein, aufgeprägte Hologramme müssen fehlerfrei sein und an der richtigen Stelle sitzen, und so weiter. Bekannte Verfahren verwenden für die Oberflächenkontrolle eine Videokamera mit nachgeschalteter Bildverarbeitung, wobei ein Prüfling mit diffusem Licht beleuchtet wird, damit die Kartenoberflächen gut erkennbar sind. Es obliegt dann einer Bedienungsperson, die Grenzen zwischen "Fehlerfrei" (Gut) und "Fehlerhaft" (Ausschuß) festzulegen.
Oft bestehen die hier in Rede stehenden Karten aus mehreren zusammenlaminierten Schichten, von denen in aller Regel mindestens eine bedruckt ist. Eine gewünschte Ausrichtung und Güte des Druckbild ist natürlich Teil der Oberflächenprüfung. Daher werden die Karten bei der Prüfung so mit diffusem Licht beleuchtet, daß die Videokamera ein von der Oberfläche des Prüflings reflektiertes Bild erfaßt. Ein solches optisches Prüfverfahren ist zwar weitgehend unempfindlich gegenüber geringen Durchbiegungen der flächigen Prüflinge, es hat jedoch den großen Nachteil, daß Kratzer und Rillen nur kontrastarm abgebildet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß auch relativ geringe Oberflächenfehler erkennbar sind und die Prüfung nicht durch Druckbilder verfälscht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 5 und 7 nennen wichtige Anwendungen des Verfahrens. Die Ansprüche 8 bis 17 beziehen sich auf eine Beieuchtungsvorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Hierdurch wird ein Verfahren geschaffen, das durch eine Abspiegelung eine Hell/Dunkel-Abbildung einer Kartenoberfläche mit einem ausreichenden Kontrast liefert zum gleichzeitigen Erkennen einer glänzenden Kartenoberfläche und einer durch Prägung gezielten flächigen Veränderung der Kartenoberfläche, wie z. B. ein Hologramm, Unterschriftenfeld etc. Neben Oberflächenfehlem, wie Kratzern und Rillen, sind insbesondere die Konturen und damit die Lage der gezielten flächigen Veränderungen der Kartenoberfläche mit Sicherheit erkennbar. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß für die Abspiegelung der Kartenoberfläche deren Lage zum Strahlengang nicht mehr ganz so kritisch ist, so daß auch bei gegebenenfalls auftretenden Durchbiegungen der Karte die Abspiegelung noch ausreichend gut ist. Der diffuse Lichtanteil liefert einen Streureflexionsanteil, der zu einer geringeren Lageempfindlichkeit der Abspiegelung führt. Ein insoweit auftretender Kontrastverlust ist gering. Die Betrachtungsmöglichkeiten werden folglich erfindungsgemäß wesentlich erhöht. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig.1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung in Kombination mit einer Videokamera,
Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung in Kombination mit einer Videokamera.
Gemäß Fig. 1 werden zu prüfende Kunststoffkarten als Prüflinge 2 längs eines Trägers für Prüflinge, hier eines Kanals 4, gefördert, der senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. Eine Videokamera, von der nur die Eintrittsapertur 6 angedeutet ist, "sieht" die Prüflinge 2 unter einem Winkel ihrer optischen Achse 8 von z.B. 30°. Die Beleuchtungseinrichtung umfaßt eine Lichtquelle 10, die annähernd einer Punktlichtquelle entspricht und einen Diffusor 12 ausleuchtet. Der Diffusor 12 ist beispielsweise eine Platte aus Milchglas oder einem Kunststoff mit entsprechender Opazität. Der Diffusor ist auf einer Platine 14 festgelegt, die mit einer Bohrung 16 versehen ist. Die Bohrung 16 bildet eine Apertur für den Lichtaustritt. Zwischen dieser Apertur und den Prüflingen 2 ist eine Linsenanordnung 18 vorgesehen, bestehend aus zwei plankonvexen Linsen 20, 22, deren plane Seiten nach außen weisen und die in einem gemeinsamen Gehäuse 24 untergebracht sind. Die Linsenanordnung bündelt das Licht aus der Aperturbohrung 16 auf den jeweiligen Prüfling. Alternativ können auch Fresnelsche Linsen eingesetzt werden. Das Licht enthält jedoch neben einer gerichteten Strahlung einen diffusen Anteil, und es hat sich gezeigt, daß mit einer solchen Beleuchtung auch solche Flächen auf den Prüflingen mit gutem Kontrast unterschiedlich abgebildet werden, bei denen das Reflexionsvermögen der Flächen nur relativ geringe Unterschiede aufweist. Dies gilt insbesondere für Unterschriftsstreifen, die -- bei gleicher Farbe wie die Karte -- etwas rauher als die Oberfläche der Karte selbst sind. In der Abbildung erscheinen solche Streifen dunkel vor hellem Hintergrund. Ein aufgeprägtes Hologramm hingegen erscheint hell vor dunklem Hintergrund, wobei eine bei einem Hologramm vorhandene Prismenstruktur dabei auch Bildinformation liefert.
Die Größe der Bohrung 16, die eine Blendenöffnung darstellt, und die Diffusionswirkung der Platte 12 lassen sich mit wenigen Versuchen optimieren, um den diffusen Anteil des Lichtes einzustellen.
Alle Elemente sind in einer gemeinsamen optischen Achse 8 angeordnet, die mit der Ebene der zur prüfenden Oberfläche eines Prüflings 2 bei Anordnung im Strahlengang einen von 0° und 90° verschiedenen Winkel bildet, vorzugsweise liegt der Winkel zwischen 30° und 60°.
Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein konvergierendes Strahlenbündel auf die Prüflinge 2 fällt, können gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 die Prüflinge in einem parallelen Strahlengang angeordnet sein. Dazu besteht das Sammellinsensystem 18 aus zwei getrennt angeordneten Sammellinsen 20, 22, bei denen es sich um die gleiche Art Linsen handeln kann, wie zu Fig. 1 beschrieben, nur räumlich getrennt und unter Zwischenanordnung des Trägers 4 für die Prüflinge 2. Im übrigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 entsprechend für das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum optischen Prüfen von Kunststoffkartenoberflächen, bei dem zumindest ein Teilbereich einer Oberfläche der Prüflinge 2 beleuchtet und ein mit einer Videokamera davon aufgenommenes Bild mit einem gespeicherten Muster verglichen wird, ist deshalb vorgesehen, daß die Prüflinge 2 mit einem in die Videokamera fokussiert reflektiertem Licht beleuchtet werden, das eine einen diffusen Anteil enthaltende, gerichtet auffallende Strahlung ist, so daß die Oberfläche abgespiegelt wird. Erhalten wird dadurch ein Kontrastbild der Oberfläche im Bereich Hell-Dunkel in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit und deren gewollten (wie Prägebilder) oder ungewollten (wie Kratzer, Rillen etc.) Rauhigkeiten. Dabei kann der diffuse Anteil des Lichtes über die Größe einer Blendenöffnung der gerichtet auffallenden Strahlung eingestellt werden. Die Prüflinge 2 können von parallelen Strahlen der gerichtet auffallenden Strahlung beleuchtet werden. Alternativ können die Prüflinge 2 von konvergierenden Strahlen der gerichtet auffallenden Strahlung beleuchtet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum optischen Prüfen von Kunststoffkartenoberflächen, bei dem zumindest ein Teilbereich einer Oberfläche der Prüflinge beleuchtet und ein mit einer Videokamera davon aufgenommenes Bild mit einem gespeicherten Muster verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüflinge mit einem in die Videokamera fokussiert zurückgestrahltem Licht beleuchtet werden, das eine einen diffusen Anteil enthaltende, gerichtet auffallende Strahlung ist, so daß die Oberfläche abgespiegelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichet, daß der diffuse Anteil des Lichtes über die Größe einer Blendenöffnung der gerichtet auffallenden Strahlung eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling von parallelen Strahlen der gerichtet auffallenden Strahlung beleuchtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling von konvergierenden Strahlen der gerichtet auffallenden Strahlung beleuchtet wird.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für das Prüfen von Karten, auf die mindestens ein Objekt aufgeprägt ist.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt von einem Hologramm gebildet wird.
7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Karten ein Unterschriftsstreifen aufgeprägt ist.
8. Beleuchtungsvorrichtung für das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Lichtquellenelement (10), ein dem Lichtquellenelement (10) nachgeordnetes Diffusorelement (12), ein dem Diffusorelement (12) vor oder nachgeordnetes Aperturelement (16), ein dem Aperturelement (16) nachgeordnetes Sammellinsensystem (20, 22) zum Fokussieren des Lichtes nach einem Strahlgang in eine Erkennungseinrichtung (6), wobei alle Elemente in einer gemeinsamen optischen Achse (8) angeordnet sind, die mit der Ebene einer zu prüfenden Oberfläche einer Kunststoffkarte (2) bei Anordnung im Strahlengang einen von 0° und 90° verschiedenen Winkel bildet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtquellenelement (10) annähernd Punktlichtquellencharakter hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusorelement (12) von einer zur optischen Achse (8) senkrecht angeordneten Platte mit Milchglascharakter gebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Apertur (16) von einem Loch in einer zur optischen Achse (8) senkrecht angeordneten Platine (14) gebildet ist.
12. Vorrichtung nach Ansprüchen 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte auf und/oder unter der Platine (14) befestigt ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammellinsensystem (18) zwei plankonvexe (20, 22) Linsen umfaßt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (8) mit der Ebene einer Oberfläche der Kunststoff karte (2) einen zwischen 30° und 60° liegenden Winkel bildet.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14 mit einer Videokamera als Erkennungseinrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, daß deren optische Achse mit der Ebene einer Oberfläche der Kunststoffkarte (2) einen Winkel bildet, der annähernd spiegelbildlich gleich dem der optischen Achse (8) der Beleuchtungsvorrichtung ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene einer Oberfläche der Kunststoffkarte (2) in einem Strahlenabschnitt zwischen zwei das Sammellinsensystem (18) bildenden Sammellinsen (20, 22) angeordnet ist, wobei in dem Strahlenabschnitt ein paralleler Strahlgang ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene einer Oberfläche der Kunststoffkarte (2) in einem Strahlenabschnitt nach dem Symmellinsensystem (18) angeordnet ist, wobei in dem Strahlenabschnitt ein konvergierender Strahlenausgang ausgebildet ist.
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