WO2001023869A1 - Vorrichtung und verfahren zur oberflächeninspektion eines kontinuierlich zulaufenden bandmaterials - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur oberflächeninspektion eines kontinuierlich zulaufenden bandmaterials Download PDF

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WO2001023869A1
WO2001023869A1 PCT/EP2000/009167 EP0009167W WO0123869A1 WO 2001023869 A1 WO2001023869 A1 WO 2001023869A1 EP 0009167 W EP0009167 W EP 0009167W WO 0123869 A1 WO0123869 A1 WO 0123869A1
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illuminated
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PCT/EP2000/009167
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Steffen Burkhardt
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Parsytec Ag
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901—Optical details; Scanning details
    • G01N21/8903—Optical details; Scanning details using a multiple detector array

Definitions

  • the invention is based on a device for the optical surface inspection of a flat material, in particular a continuously tapering strip material, and on a method for carrying out such a surface inspection.
  • the aim of such devices and methods is to achieve the most complete possible detection and automatic classification of defects on the material surface.
  • This error inspection is usually carried out as part of a process-accompanying and continuous quality assurance in the production and / or processing of endless strip materials, e.g. Stainless steel or aluminum bands.
  • devices are known in which one or more types of illumination can be generated by means of an illumination device, in particular bright field illumination and / or dark field illumination.
  • an illumination device in particular bright field illumination and / or dark field illumination.
  • cameras are arranged with respect to the illuminated surface of the material in such a way that a reflected radiation at fault locations is deflected in the direction of the camera image and the faults can be recognized and recorded as bright spots in the otherwise dark camera image are (dark field principle).
  • cameras are arranged in relation to a radiation source emitting diffuse radiation in such a way that a defect-free surface makes a bright image produced by the reflected radiation appear in the camera - the cameras are here at the angle of reflection of the inspection surface directed radiation provided (bright field principle). If an error appears on the surface here, part of the radiation is deflected and not shown in the camera image, ie an error appears here as a dark spot in the camera image. While certain types of errors can be difficult to detect in the devices that operate according to the dark field principle, the devices implemented with the bright field principle are in turn less suitable for the detection of other types of errors.
  • DE-OS-19720308 in which lighting according to the bright field principle is combined with lighting according to the dark field principle.
  • separate cameras are provided for the reception of radiation reflected from the dark field and for the reception of radiation reflected from the bright field.
  • the results obtained from both cameras are combined in the further processing of the images to form a common inspection image and thus allow detection of more types of defects per inspection area section compared to the previously described methods of surface inspection.
  • a disadvantage of this device is that the separate cameras require more space.
  • the device is also relatively expensive due to the double number of cameras compared to other devices.
  • the device for inspecting the surface of a strip material has an illumination device and at least one matrix camera, which are connected to a computing and control device.
  • the lighting device creates an illumination surface on the moving strip material.
  • the matrix camera is arranged in such a way that an inspection surface image recorded by it has at least one unilluminated image section which lies outside the illumination surface. This creates a two-part, simultaneous inspection surface image in the camera, namely an image with an at least weakly illuminated section and with an unlit section.
  • the lighting surface and the inspection surface image are not congruent or the second is not completely in the first, but they are shifted against each other.
  • different recording and processing parameters can be entered and / or stored in the computing and control device for the non-illuminated and for the illuminated section of the inspection surface image shown in the camera.
  • the two image sections can be optimized in terms of recording technology and further processing with a view to improved error detection.
  • the resolution, the light sensitivity, the type of light, the error tolerance threshold, the relevant error classes for an error preselection, and other parameters per image section in a camera image can be different.
  • the illumination surface generated by the lighting device is a bright field generated with diffuse radiation or a dark field generated with directed radiation.
  • the device according to the invention can be used to identify types of errors which only become “visible” with bright field lighting or dark field lighting and, in addition, also errors which cannot be identified with any of the aforementioned methods.
  • the device according to the invention can of course also be used Combined brightfield / darkfield illumination, which is known per se, can either be realized with a second, differently arranged camera or camera arrangement or with an additional lighting device, which can increase the error detection efficiency of the device.
  • Illumination area on the surface of the material roughly the shape of a
  • strip material separately, for example, about the exact course of the edge, its shape and / or other factors that occur particularly in the edge area
  • recording and processing parameters that have been changed again for this edge area compared to those of the illuminated and the non-illuminated section of the inspection area image can also be entered into the computing and control device. This then results in three image sections, which can each be treated differently. A larger number of errors can thereby be made "visible".
  • the illuminating surface and the non-illuminated section are divided by a straight dividing line and the dividing line lies transversely to the feed direction of the strip material in the inspection surface image. This makes it much easier to enter section-related recording and processing parameters.
  • the dividing line divides the inspection area image of the camera into two parts of equal size, so that the number of detectable pixels per individual section is approximately the same and thus enables the same efficiency in the two sections in the detection of errors.
  • the computing and control device is adapted for a partially overlapping recording and evaluation of the unilluminated image section and the illuminated image section of the inspection area image. This ensures that errors that lie exactly between the two sections of the inspection or camera image are also recorded.
  • the lighting device is set up for pulsed operation for emitting
  • the pulse frequency of the lighting is thus advantageously can also be synchronized with an image frequency of the camera or can be matched to an optimal mapping of the two sections of the inspection area image.
  • the lighting of the illumination surface and the recording of the inspection surface image by the matrix camera can be synchronized with a feed speed of the strip material to be inspected using the computing and control device.
  • the device can be set to a maximum possible error detection rate at all belt speeds. This increases the overall efficiency of the device.
  • the method for inspecting surfaces according to the invention according to claim 10 comprises an illumination field generated with an illumination device on the material to be inspected, an inspection surface image which is recorded with at least one matrix camera and the control of the camera and the illumination by means of a computing and Control device, the latter also for further processing, ie For example, the representation, categorization and evaluation of the inspection images taken.
  • the method is characterized by aligning the camera with respect to the illumination surface in such a way that the inspection surface image generated in the camera has at least two image sections which are illuminated differently.
  • the inspection area image preferably has an at least somewhat illuminated image section inside and an unilluminated image section outside the illumination area.
  • two different illumination sections of the material to be inspected are imaged in a camera image of the matrix camera.
  • the advantage here is the detection of types of errors that could not be detected with the previously known methods. It could be determined that in particular in the transition area, the inspection surface image between the two lighting sections, certain errors and types of errors become recognizable, which can only be recognized with difficulty in the lighting field.
  • the non-illuminated image section is recorded with a first and the illuminated image section with a second group of recording and processing parameters.
  • Relevant recording and processing parameters are, for example, the resolution, the light sensitivity, the type of light, the fault tolerance threshold, the relevant fault classes for a fault preselection and other parameters.
  • the two image sections are combined to form an image, the inspection area image, and can be displayed in the form and further processed using the known methods for categorizing and evaluating errors.
  • the method of processing two or more image sections separately is also advantageous regardless of the choice of lighting and can facilitate or improve the surface inspection.
  • the image repetition frequency of the camera arrangement is greater than 100 Hz, as a result of which the method can also be used at higher strip speeds of the incoming strip material with a high resolution of the inspection surface image.
  • the lighting device generates a bright field or a dark field on the surface of the material to be examined.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a surface inspection device with a matrix camera as an example for an entire camera arrangement and
  • FIG. 2 in simplified form the illumination area and the sections of the inspection area image on the strip material from FIG. 1.
  • the device for inspecting the surface of a strip material 5, shown schematically in FIG. 1, has an illuminating device 1 for generating an illuminating surface A on the material 5. Furthermore, the device has a camera arrangement 2, which in the drawing is exemplified by a single one Matrix camera 4 is shown, which of course can also be formed from a plurality of cameras.
  • the matrix camera records an inspection area image B of the surface of the material 5 and is arranged so that in the field of view of the matrix camera 4 there is an at least somewhat illuminated image section E (ie a partial section of the illumination area A) and an unilluminated image section D, the latter correspondingly outside the area Illumination area lies.
  • the lighting device 1 and the matrix camera 4 are connected to a computing and control device 3. In this way, the lighting can be synchronized with the image recording by the matrix camera 4. You can also various recording and processing parameters are hereby entered for the recording of the illuminated section E and for the recording of the non-illuminated section D of the camera image, that is to say the inspection area image B.
  • the two image sections can thus be optimally recorded in terms of troubleshooting. This can make more errors visible.
  • the strip material 5 to be inspected for example a stainless steel strip, runs through the device at a feed speed V, which is determined by a sensor 6 and is input to the control device 3.
  • V feed speed
  • the type of recording and the recording speed of the camera arrangement 2 can be adapted to different supply speeds V of the material 5.
  • FIG. 2 shows in simplified form the illumination area and the sections of the inspection area image on the strip material corresponding to FIG. 1.
  • the strip material 5 runs at a speed V in the direction of the illumination surface A.
  • the two differently illuminated areas (E, D) are shown partially overlapping, since the image of the Image can also be overlapping (with parameters changed in each case) to avoid gaps in the center of the inspection area image B.

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auffinden und zur Kategorisierung von Oberflächenfehlern eines zulaufenden Bandmaterials (5) vorgeschlagen mit einer Beleuchtungseinrichtung (1) zur Erzeugung einer Beleuchtungsfläche (A), mit einer Kameraanordnung (2) zur Aufnahme eines Bildes (B) einer Inspektionsfläche und mit einer Rechen- und Steuerungseinrichtung (3), wobei wenigstens eine Matrixkamera (4) vorgesehen ist und das Inspektionsflächenbild (B) in mindestens zwei getrennt auswertbare Bildabschnitte (D, E) unterteilt ist, insbesondere mindestens einen unbeleuchteten Bildabschnitt (D) außerhalb der Beleuchtungsfläche (A) und einen zumindest etwas beleuchteten Bildabschnitt (E) aufweist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Oberflächeninspektion eines kontinuierlich zulaufenden Bandmaterials
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur optischen Oberflächeninspek- tion eines flächigen Materials, insbesondere eines kontinuierlich zulaufenden Bandmaterials und von einem Verfahren zur Durchführung einer solchen Oberflächeninspektion. Das Ziel derartiger Vorrichtungen und Verfahren ist es, eine möglichst vollständige Erkennung und automatische Klassifizierung von Fehlern auf der Materialoberfläche zu erreichen. Diese Fehlerinspektion erfolgt in der Regel im Rahmen einer prozeßbegleitenden und kontinuierlichen Qualitätssicherung bei der Herstellung und/oder Bearbeitung von endlosen Bandmaterialen, wie z.B. Edelstahl- oder Aluminiumbändem.
Hierzu sind Vorrichtungen bekannt bei denen mittels einer Beleuchtungseinrichtung eine oder mehrere Beleuchtungsarten erzeugbar sind, insbesondere eine Hellfeldbeleuchtung und/oder eine Dunkelfeldbeleuchtung. Bei einer Ausführung einer derartigen Fehleruntersuchungs- Vorrichtung sind Kameras in Bezug auf die beleuchtete Oberfläche des Materials so angeordnet, daß eine reflektierte Strah- lung an Fehlerorten in Richtung des Kamerabildes abgelenkt wird und so in dem ansonsten dunklen Kamerabild die Fehler als helle Flecken erkennbar und aufnehmbar sind (Dunkelfeldprinzip).
Nach einer anderen Ausführung einer derartigen Oberflächeninspektion zur Fehlersuche werden Kameras im Verhältnis zu einer diffuse Strahlung ausstrahlenden Strahlungsquelle so angeordnet, daß eine fehlerfreie Oberfläche ein durch die reflektierte Strahlung erzeugtes helles Bild in der Kamera erscheinen läßt - die Kameras sind hier im Ausfallswinkel der auf die Inspektionsfläche gerichteten Strahlung vorgesehen (Hellfeldprinzip). Taucht hier ein Fehler auf der Oberfläche auf, so wird ein Teil der Strahlung abgelenkt und nicht in dem Kamerabild abgebildet, d.h. ein Fehler erscheint hier als dunkler Fleck in dem Kamerabild. Während bei den Vorrichtungen, die nach dem Dunkelfeldprinzip arbeiten, gewisse Fehlerarten schwer erkannt werden können, sind die mit dem Hellfeldprinzip realisierten Vorrichtungen dagegen wiederum für die Detektion anderer Fehlerarten weniger geeignet.
Des weiteren ist in der DE-OS-19720308 eine Vorrichtung beschrieben bei der eine Beleuchtung nach dem Hellfeldprinzip mit einer solchen nach dem Dunkelfeldprinzip kombiniert ist. Dazu sind für den Empfang von aus dem Dunkelfeld reflektierter Strahlung und für den Empfang von aus dem Hellfeld reflektierter Strahlung jeweils separate Kameras vorgesehen. Die aus beiden Kameras gewonnenen Ergebnisse werden in der Weiterverarbeitung der Bilder zu einem gemeinsamen Inspektionsbild zusammengesetzt und erlauben so gegenüber den zuvor beschriebenen Methoden der Oberflächeninspektion eine Erkennung von mehr Fehlerarten pro Inspektionsflächenabschnitt.
Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist jedoch, daß die separaten Kameras einen erhöhten Platzbedarf erfordern. Die Vorrichtung ist außerdem auf Grund der gegenüber anderen Vorrichtungen verdoppelten Kameraanzahl relativ kostenintensiv. Obwohl eine sehr große Anzahl von Fehlern mit der beschriebenen Vorrichtung erkannt wird, hat es sich zudem gezeigt, daß bestimmte Fehlerarten dennoch, auch mit der auf diese Weise kombinierten Hell- und Dunkelfeldinspektion, nur schwer erkannt werden können.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Oberflächeninspektion zu schaffen, die eine hohe Fehlererkennungsrate erzielen und dabei mit geringeren Kosten bei einem einfachem konstruktiven Aufbau herstellbar bzw. ausführbar sind. Darüber hinaus sollen auch Fehler identifizierbar gemacht werden, welche bisher mit den herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren nicht erkennbar waren. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bzw. mit einem Verfahren gemäß den im Anspruch 10 genannten Schritten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Die Vorrichtung zur Inspektion der Oberfläche eines Bandmaterials nach der Erfindung weist eine Beleuchtungseinrichtung und wenigstens eine Matrixkamera auf, die mit einer Rechen- und Steuerungseinrichtung verbunden sind. Die Beleuchtungseinrichtung erzeugt eine Beleuchtungsfläche auf dem bewegten Band- material. Die Matrixkamera ist dabei so angeordnet, daß ein von ihr aufgenommenes Inspektionsflächenbild mindestens einen unbeleuchteten Bildabschnitt aufweist, welcher außerhalb der Beleuchtungsfläche liegt. Dadurch entsteht ein zweigeteiltes, simultanes Inspektionsflächenbild in der Kamera, nämlich ein Bild mit einem zumindest schwach beleuchteten Abschnitt und mit einem unbeleuchteten Abschnitt. Anders gesagt sind die Beleuchtungsfläche und das Inspektionsflächenbild nicht deckungsgleich bzw. liegt nicht das zweite vollständig in dem ersten, sondern sie sind gegeneinander verschoben.
Es hat sich gezeigt, daß durch diese Bildaufteilung - in wohlgemerkt einer Kamera - auch sehr kleine Fehler und eine größere Anzahl von Fehlerarten insgesamt detektierbar werden, d.h. mit der Vorrichtung erkennbar werden. Mögliche Fehler auf dem Band werden in einem einzigen Inspektionsflächenbild einmal in unbeleuchtetem Zustand und einmal in beleuchtetem Zustand „betrachtet", was zu einer wesentlich höheren Fehlererkennungsrate fuhrt gegenüber den konventio- nellen Vorrichtungen. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß gerade in dem Übergangsbereich zwischen der beleuchteten Fläche und der unbeleuchteten Oberfläche zusätzliche Fehler sichtbar werden, welche auch mit einer kombinierten Dunkelfeld-/Hellfeldbeleuchtungs-Vorrichtung nicht leicht identifizierbar sind. Die Erfindung ermöglicht somit eine verbesserte Fehlererkennung und dies zudem bei einer Verringerung der benötigten Anzahl von Kameras gegenüber dem Stand der Technik. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in die Rechen- und Steuerungseinrichtung für den unbeleuchteten und für den beleuchteten Abschnitt des in der Kamera abgebildeten Inspektionsflächenbildes verschiedene Auf- nähme- und Verarbeitungsparameter eingebbar und/oder speicherbar. Auf diese Weise können die beiden Bildabschnitte im Hinblick auf eine verbesserte Fehlererkennung aufnahmetechnisch und weiterverarbeitungsbezogen optimiert werden. Zum Beispiel können so die Auflösung, die Lichtempfindlichkeit, die Lichtart, die Fehlertoleranzschwelle, die relevanten Fehlerklassen für eine Fehlervorauswahl, und andere Parameter je Bildabschnitt in einem Kamerabild unterschiedlich sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Beleuchtungsfläche ein mit einer diffusen Strahlung erzeugtes Hellfeld oder ein mit einer gerichteten Strahlung erzeugtes Dunkelfeld. Dadurch sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Fehlerarten identifizierbar, die nur mit einer Hellfeldbeleuchtung bzw. einer Dunkelfeldbeleuchtung „sichtbar" werden und zusätzlich dazu auch noch Fehler, welche mit keinem der vorgenannten Verfahren sicher identifiziert werden können. Selbstver- ständlich kann die Vorrichtung nach der Erfindung auch eine, an sich bekannte, kombinierte Hellfeld-/Dunkelfeldbeleuchtung aufweisen. Dies kann entweder mit einer zweiten, anders angeordneten Kamera bzw. Kameraanordnung realisiert werden oder mit einer zusätzlichen Beleuchtungseinrichtung. Hierdurch kann die Fehlererkennungseffizienz der Vorrichtung gesteigert werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat die
Beleuchtungsfläche auf der Oberfläche des Materials etwa die Form eines
Rechtecks, wobei ein von der Matrixkamera abgebildeter Randbereich des
Bandmaterials gesondert ausgewertet wir, beispielsweise um den genauen Verlauf des Randes, seine Form und/oder andere besonders im Randbereich auftretende
Eigenschaften genau analysieren zu können. Nach einem diesbezüglichen Aspekt können auch für diesen Randbereich nochmals veränderte Aufnahme- und Verarbeitungsparameter gegenüber denen des beleuchteten und des unbeleuchteten Abschnitts des Inspektionsflächenbildes in die Rechen- und Steuerungseinrichtung eingegeben werden. Es ergeben sich hierbei dann drei Bildabschnitte, die jeweils unterschiedlich behandelt werden können. Eine größere Anzahl von Fehlern kann dadurch „sichtbar" gemacht werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Beleuchtungsfläche und der unbeleuchtete Abschnitt von einer geraden Trennungslinie unterteilt und die Trennungslinie liegt quer zur Zulaufrichtung des Bandmaterials in dem Inspektionsflächenbild. Dadurch wird die Eingabe von abschnittbezogenen Aufhahme- und Verarbeitungsparametern wesentlich erleichtert.
Nach einem diesbezüglichen Aspekt unterteilt die Trennungslinie das Inspektionsflächenbild der Kamera in zwei gleich große Teile, so daß die Anzahl der erfaßbaren Bildpunkte pro Einzelabschnitt in etwa gleich ist und damit eine gleichgroße Effizienz in den beiden Abschnitten bei der Erkennung von Fehlern ermöglicht wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Rechen- und Steuerungseinrichtung angepaßt für eine teilweise überlappende Aufnahme und Auswertung des unbeleuchteten Bildabschnitts und des beleuchteten Bildab- Schnitts des Inspektionsflächenbildes. Dadurch ist gewährleistet, daß auch Fehler, welche genau zwischen den beiden Abschnitten des Inspektions- bzw. Kamerabildes liegen mit erfaßt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Beleuch- tungseinrichtung eingerichtet für einen Impulsbetrieb zur Aussendung von
Strahlungsimpulsen. Die Impulsfrequenz der Beleuchtung ist so in vorteilhafter- weise auch mit einer Bildfrequenz der Kamera synchronisierbar bzw. kann auf ein optimales Abbilden der beiden Abschnitte des Inspektionsflächenbildes abgestimmt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mit der Rechen- und Steuerungseinrichtung die Beleuchtung der Beleuchtungsfläche und die Aufnahme des Inspektionsflächenbildes durch die Matrixkamera mit einer Zulaufgeschwindigkeit des zu inspizierenden Bandmaterials synchronisierbar. Hierdurch läßt sich die Vorrichtung bei allen Bandgeschwindigkeiten auf eine maximal mögliche Fehlererkennungsrate einstellen. Der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung wird hierdurch erhöht.
Das Verfahren zur Inspektion von Oberflächen nach der Erfindung gemäß Anspruch 10 umfaßt ein mit einer Beleuchtungseinrichtung erzeugtes Beleuchtungs- feld auf dem zu inspizierenden Material, ein Inspektionsflächenbild, das mit mindestens einer Matrixkamera aufgenommen wird und das Steuern der Kamera und der Beleuchtung mittels einer Rechen- und Steuereinrichtung, wobei letztere auch der Weiterverarbeitung, d.h. zum Beispiel der Darstellung, der Kategorisierung und der Auswertung der aufgenommenen Inspektionsbilder dient. Das Verfahren zeichnet sich aus durch ein Ausrichten der Kamera in Bezug auf die Beleuchtungsfläche in der Weise, daß das in der Kamera erzeugte Inspektionsflächenbild mindestens zwei Bildabschnitte aufweist, die unterschiedlich beleuchtet werden. Vorzugsweise weist dabei das Inspektionsflächenbild einen zumindest etwas beleuchteten Bildabschnitt innerhalb und einen unbeleuchteten Bildabschnitt außerhalb der Beleuchtungsfläche auf. Anders gesagt werden bei dem Verfahren nach der Erfindung zwei unterschiedliche Beleuchtungsabschnitte des zu inspizierenden Materials in einem Kamerabild der Matrixkamera abgebildet.
Der Vorteil hierbei ist die Erkennung von Fehlerarten, welche mit den bisher bekannten Verfahren nicht erkannt werden konnten. Es konnte festgestellt werden, daß insbesondere in dem Übergangsbereich, des Inspektionsflächenbildes zwischen den beiden Beleuchtungsabschnitten bestimmte Fehler und Fehlerarten erkennbar werden, die in dem Beleuchtungsfeld nur schwer erkannt werden können.
Nach einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der unbeleuchtete Bildabschnitt mit einer ersten und der beleuchtete Bildabschnitt mit einer zweiten Gruppe von Aufnahme- und Verarbeitungsparametern aufgenommen. Dadurch ist eine höhere Fehlererkennungsrate erreichbar, da die beiden von der Kamera aufgenommenen Bildabschnitte eine auf die Beleuchtungsverhältnisse optimal abgestimmte Aufhahmequalität haben. Diesbezügliche Aufnahme- und Verarbeitungsparameter sind beispielsweise die Auflösung, die Lichtempfindlichkeit, die Lichtart, die Fehlertoleranzschwelle, die relevanten Fehlerklassen für eine Fehlervorauswahl und andere Parameter.
Die beiden Bildabschnitte werden in einem weiteren Schritt zu einem Bild, dem Inspektionsflächenbildes zusammengefügt und können in der Form angezeigt und mit den bekannten Verfahren zur Kategorisierung und Fehlerauswertung weiterverarbeitet werden.
Generell ist die Methode der getrennten Verarbeitung von zwei oder mehr Bildab- schnitten auch unabhängig von der Wahl der Beleuchtung vorteilhaft und kann die Oberflächeninspektion erleichtern oder verbessern.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Bildfolgefrequenz der Kameraanordnung größer als 100 Hz, wodurch das Verfahren auch bei höheren Bandgeschwindigkeiten des zulaufenden Bandmaterials bei einer hohen Auflösung des Inspektionsflächenbildes anwendbar ist. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erzeugt die Beleuchtungseinrichtung ein Hellfeld oder ein Dunkelfeld auf der Oberfläche des zu untersuchenden Materials. Das Verfahren kann dadurch entsprechend den gegebenen Anforderungen auf bestimmte Fehlerarten speziell eingestellt werden. Die Anwendungsvariabilität ist höher.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Oberflächeninspektionsvorrichtung mit einer Matrixkamera exemplarisch für eine ganze Kameraanordnung und
Fig. 2 in vereinfachter Form die Beleuchtungsfläche und die Abschnitte des In- spektionsflächenbildes auf dem Bandmaterial aus Fig. 1.
Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Inspektion der Oberfläche eines Bandmaterials 5 weist eine Beleuchtungseinrichtung 1 auf zur Erzeugung einer Beleuchtungsfläche A auf dem Material 5. Weiter weist die Vor- richtung eine Kameraanordnung 2 auf, welche in der Zeichnung exemplarisch durch eine einzige Matrixkamera 4 dargestellt ist, die aber selbstverständlich auch aus einer Mehrzahl von Kameras gebildet sein kann. Die Matrixkamera nimmt ein Inspektionsflächenbild B der Oberfläche des Materials 5 auf und ist dazu so angeordnet, daß im Sichtfeld der Matrixkamera 4 ein zumindest etwas beleuchteter Bildabschnitt E (d.h. ein Teilabschnitt der Beleuchtungsfläche A) und ein unbeleuchteter Bildabschnitt D liegt, wobei letzterer entsprechend außerhalb der Beleuchtungsfläche liegt.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 und die Matrixkamera 4 sind mit einer Rechen- und Steuerungseinrichtung 3 verbunden. Auf diese Weise ist die Beleuchtung mit der Bildaufnahme durch die Matrixkamera 4 synchronisierbar. Außerdem können hierdurch für die Aufnahme des beleuchteten Abschnitts E und für die Aufnahme des unbeleuchteten Abschnitts D des Kamerabildes, sprich des Inspektionsflächenbildes B, verschiedenartige Aufnahme- und Verarbeitungsparameter eingegeben werden. Die beiden Bildabschnitte können so im Hinblick auf die Fehlersuche jeweils optimal aufgenommen werden. Mehr Fehler können dadurch sichtbar gemacht werden.
Das zu inspizierende Bandmaterial 5, beispielsweise ein Edelstahlband, durchläuft die Vorrichtung mit einer Zulaufgeschwindigkeit V, die über einen Sensor 6 er- mittelt wird und als Input in die Steuerungseinrichtung 3 eingeht. Dadurch kann die Aufhahmeart und Aufnahmegeschwindigkeit der Kameraanordnung 2 an verschiedene Zulaufgeschwindigkeiten V des Materials 5 angepaßt werden.
Die Fig. 2 zeigt in vereinfachter Form die Beleuchtungsfläche und die Abschnitte des Inspektionsflächenbildes auf dem Bandmaterial entsprechend der Fig. 1. Das Bandmaterial 5 läuft mit einer Geschwindigkeit V in Richtung der Beleuchtungsfläche A. Das von der Matrixkamera 4 (in Fig. 2 nicht dargestellt) aufgenommene Inspektionsflächenbild B, sprich das Sichtfeld der Kamera 4, bildet einen Teilbereich E der Beleuchtungsfläche A ab und einen unbeleuchteten Bereich D außerhalb der Beleuchtungs fläche A. Die beiden unterschiedlich beleuchteten Bereiche (E, D) sind teilweise überlappend dargestellt, da die Aufnahme des Bildes auch überlappend erfolgen kann (mit jeweils geänderten Parametern) zur Vermeidung von Lücken in der Mitte des Inspektionsflächenbildes B. Das in Fig. 2 dargestellte Inspektionsflächenbild B ist selbstverständlich als exemplarisch anzusehen, da zur Inspektion des gesamten Materialbandquerschnitts mehrere Matrixkameras neben- und/oder hintereinander angeordnet werden, die jedoch hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden. Zur genaueren Beobachtung des Randbereiches des Bandmaterials kann auch noch ein weiterer Bildabschnitt F gesondert beobachtet und ausgewertet werden, beispielsweise um den Verlauf des Randes, seine Form und/oder andere besonders im Randbereich auftretende Eigenschaften festzustellen. Weitere Vorteile und vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen, in der Zeichnung und in der Zusammenfassung enthalten. Die Erfindung eignet sich für eine besonders ökonomische, aber umfassende Qualitätskontrolle von Bandmaterial.
Bezu gszeich enliste
1 Beleuchtungseinrichtung
2 Kameraanordnung
3 Rechen- und Steuerungseinrichtung
4 Matrixkamera
5 Bandmaterial
6 Geschwindigkeitssensor
A Beleuchtungsfläche
B Inspektionsflächenbild (Kamerabild)
D unbeleuchteter Bildabschnitt
E beleuchteter Bildabschnitt F Randbereich
V Zulaufgeschwindigkeit des Bandmaterials

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur optischen Inspektion von Oberflächen eines kontinuierlich zulaufenden Bandmaterials, insbesondere zum Auffinden und zur
Kategorisierung von Oberflächenfehlern, mit einer Beleuchtungseinrichtung (1) zur Erzeugung einer Beleuchtungsfläche (A) auf dem Material, mit einer Kameraanordnung (2) zur Aufnahme eines Bildes (B) einer Inspektionsfläche des zu inspizierenden Materials, wobei die Kameraanordnung (2) und die Beleuchtungseinrichtung (1) zusammenwirkend miteinander verbunden sind, und mit einer Rechen- und Steuerungseinrichtung (3) zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung (1) und der Kameraanordnung (2) und zur Weiterverarbeitung des Inspektionsflächenbildes (B), dadurch gekennzeichnet, daß die Kameraanordnung (2) wenigstens eine Matrixkamera (4) aufweist und die
Matrixkamera (4) so angeordnet ist, daß das aufgenommene Inspektionsflächenbild (B) mindestens einen unbeleuchteten Bildabschnittt (D) außerhalb der Beleuchtungsfläche (A) und einen zumindest etwas beleuchteten Bildabschnitt (E) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den unbeleuchteten Bildabschnitt (D) und für einen beleuchteten Bildabschnitt (E) des Inspektionsflächenbildes (B) verschiedene Aufnahme- und Verarbeitungsparameter in die Rechen- und Steuerungseinrichtung (3) eingebbar und/oder speicherbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsfläche (A) ein mit einer diffusen Strahlung erzeugtes Hellfeld oder ein mit einer gerichteten Strahlung erzeugtes Dunkelfeld ist.
. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsfläche (A) etwa die Form eines Rechtecks hat und die Matrixkamera (4) einen Randbereich (F) des Bandmaterials gesondert abbildet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsfläche (A) und der unbeleuchtete Abschnitt (D) von einer geraden Trennungslinie unterteilt sind und die Trennungslinie quer zur Zulaufrichtung des Bandmaterials in dem Inspektionsflächenbild (B) liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trennungslinie das Inspektionsflächenbild (B) in zwei gleich große Teile unterteilt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und Steuerungseinrichtung angepaßt ist für eine teilweise überlappende Aufnahme und Auswertung des unbeleuchteten Bildabschnitts (D) und des beleuchteten Bildabschnitts (E) des Inspektionsflächenbildes (B).
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung eingerichtet ist für einen Impulsbetrieb zur Aussendung von Strahlungsimpulsen und ist mit der Matrixkamera synchronisierbar.
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Rechen- und Steuerungseinrichtung (3) die Beleuchtung der Fläche (A) und die Aufnahme des Inspektionsflächenbildes (B) mit einer Zulaufgeschwindigkeit des Bandmaterials synchronisierbar ist.
10. Verfahren zur optischen Inspektion von Oberflächen eines kontinuierlich zulaufenden Bandmaterials, insbesondere zum Auffinden und zur Kategorisierung von Oberflächenfehlem, insbesondere zur Anwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem mit einer Beleuchtungseinrichtung (1) eine Beleuchtungsfläche (A) auf dem Material erzeugt wird und eine mindestens eine Matrixkamera (4) aufweisende Kameraanordnung (2) ein Bild (B) einer Inspektionsfläche des zu inspizierenden Materials aufnimmt, wobei die Kameraanordnung (2) und die Beleuchtungseinrichtung (1) zusammenwirkend miteinander und mit einer Rechen- und Steuerungseinrichtung (3) verbunden sind zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung (1) und der Kameraanordnung (3) sowie zur Weiterverarbeitung des Inspektionsflächenbildes (B), wobei das
Inspektionsflächenbild (B) in mindestens zwei unterschiedliche Bildabschnitte (D, E, F) unterteilt wird, welche getrennt weiterverarbeitet werden, insbesondere unterschiedlichen Auswerteverfahren mit unterschiedlichen Parametern unterworfen werden, um zumindest Teile der Oberfläche auf unterschiedliche Weise zu inspizieren, insbesondere zumindest Teile der Oberfläche auf mindestens zwei unterschiedliche Weisen nacheinander zu inspizieren.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a.) Ausrichten der Matrixkamera (4) auf die Beleuchtungsfläche (A) in der Weise, daß das Inspektionsflächenbild (B) einen zumindest etwas beleuchteten Bildabschnitt (E) und einen unbeleuchteten Bildabschnitt (D) außerhalb der Beleuchtungsfläche (A) aufweist; b.) Aufnehmen des unbeleuchteten Bildabschnitts (D) mit einer ersten
Gruppe von Aufnahme- und Verarbeitungsparametem; c.) Aufnehmen des beleuchteten Bildabschnitts (E) mit einer zweiten
Gruppe von Aufnahme- und Verarbeitungsparametem; d.) Zusammenfügen der Bildabschnitte (D, E) zu dem Inspektionsflächenbild (B); e.) Weiterverarbeiten des Inspektionsflächenbildes (B) in der Rechen- und
Steue ngseinrichtung; f.) Wiederholen der Schritte b.) bis e.) in einer vorbestimmten
Bildfolgefrequenz.
12. Verfahren nach Anspmch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bildfolgefrequenz in Schritt f.) größer als 100 Hz ist.
13. Verfahren nach Anspmch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (1) ein Hellfeld oder ein Dunkelfeld auf der
Oberfläche des Materials erzeugt.
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