WO2005116616A1

WO2005116616A1 - Vorrichtung und verfahren zur detektion von kratzern

Info

Publication number: WO2005116616A1
Application number: PCT/EP2005/001440
Authority: WO
Inventors: Armin Rudert; Ulrich Pingel
Original assignee: Isra Surface Vision Gmbh
Priority date: 2004-05-29
Filing date: 2005-02-12
Publication date: 2005-12-08
Also published as: CA2567061A1; JP4918032B2; IL179385A0; KR100907247B1; EP1751526A1; JP2008501105A; CN1961208A; DE102004026375A1; US20070252996A1; IL179385A; NO20065925L; CN100590426C; US7453563B2; DE102004026375B4; KR20070083397A; CA2567061C

Abstract

Es werden eine Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Detektion von Kratzern auf einer Materialoberfläche (2), insbesondere Glas, mit einer Beleuchtungseinrichtung (3) und einer Aufnahmeeinrichtung (4) beschrieben, welche eine Scanlinie (6) auf der Materialoberfläche (2) erfassen und relativ zu der Materialoberfläche (2) bewegbar sind. Um Kratzer mit grosser Sicherheit zu erkennen weist die Beleuchtungseinrichtung (3) mindestens eine Lichtleiste (9), welche ein quer zur Scanlinie (6) paralleles, in Richtung der Scanlinie (6) diffuses oder quasi diffuses Licht erzeugt, und vorzugsweise mindestens eine Lichtquelle (16) auf, welche ein quer zur Scanlinie (6) diffuses oder quasi diffuses Licht erzeugt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Detektion von Kratzern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Kratzern auf einer insbesondere transparenten Materialoberfläche, wie bspw. Glas, mit einer Beleuchtungseinrichtung und einer Aufnahmeeinrichtung, welche eine Scanlinie auf der Materialoberfläche erfassen und relativ zu der Materialoberfläche bewegbar sind, sowie ein entsprechendes Verfahren.

Grobe Kratzer auf Glas entstehen durch Materialabtrag mit einem spitzen Gegenstand. Bei dem Materialabtrag splittert das Glas in unregelmäßigen kleinen Teilchen aus der glatten Oberfläche. Auf diese Weise entstehen unregelmäßige Strukturen, die Licht in alle Richtungen streuen, ganz gleich aus welcher Rich- tung das einfallende Licht kommt. Solche groben Kratzer werden als „Rub", „Abrasion", „Abrieb", „eisartige Kratzer" oder dgl. bezeichnet. Ferner gibt es andere, im Allgemeinen feinere Kratzer, die durch plastisches Fließen unter dem Druck eines sehr spitzen Gegenstandes in der Glasoberfläche entstehen. Diese feineren Kratzer haben glatte Flanken, die nur in eine bestimmte Richtung re- flektieren und als „Groove", „Flute", „Hairline", „Rille" oder dgl. klassifiziert werden. Wenn man aus einer definierten Richtung auf das Glas sieht, muss der Kratzer aus einer bestimmten Richtung beleuchtet werden, damit man ihn wahrnimmt. Da die Kratzer im Glas beliebig orientiert sein können, muss man eine Glasfläche, auf der man Kratzer beobachten will, von allen Seiten beleuchten, damit man alle Kratzer feststellen kann. Da fast alle Kratzer durch Drehung um 180° in sich selbst übergehen, genügt eine Beleuchtung von 180° um die Glasfläche. Eine Beleuchtung von 360° ist nicht notwendig.

Insbesondere bei gekrümmten Glasoberflächen ist eine derartige Beleuchtung jedoch schwierig zu erreichen. Ein typisches Anwendungsbeispiel hierfür ist die Detektion von Kratzern in Windschutzscheiben. Da Windschutzscheiben im Allgemeinen sphärisch gebogen sind, ist es zum einen nötig, zumindest einen gewissen Bereich um die auf der Windschutzscheibe zweckmäßigerweise von oben nach unten verlaufende Scanlinie einer Aufnahmeeinrichtung, bspw. einer Digitalkamera, gleichmäßig von allen Seiten zu beleuchten. Zum anderen können nicht alle Bereiche einer sphärisch gebogenen Scheibe in gleichem Abstand an der Kamera vorbei geführt werden. Die Beleuchtung muss also über einen gewissen Tiefenbereich die geforderten Eigenschaften einer diffusen Beleuchtung behalten. Außerdem muss die aufnehmende Kamera eine ausreichende Tiefenschärfe aufweisen, um scharfe Abbildungen der Kratzer zu liefern. Dies erfordert eine ausreichend helle Beleuchtung. Um für die Kratzerdetektion einen genügend großen Kontrast zu erhalten, muss die Kamera generell in eine dunkle Lichtfalle blicken. Nur wenn ein Kratzer aufleuchtet, soll Licht in die Kamera fallen. Es muss also vermieden werden, dass Licht direkt von der Beleuch- tungseinrichtung oder nach Reflexion von der intakten Materialoberfläche in die Kamera fällt. Dies ist insbesondere bei gebogenen, bspw. sphärisch gebogenen Scheiben mit den bisherigen Abtast- bzw. Scanvorrichtungen nicht erreichbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein zuverlässiges Erkennen von Kratzern auch auf bspw. sphärisch gebogenen Glasscheiben oder sonstigen Materialoberflächen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei weist die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Lichtleiste, welche ein quer zur Scanlinie paralleles, in Richtung der Scanlinie diffuses oder quasi diffuses Licht erzeugt, und vorzugsweise mindestens eine Lichtquelle aufweist, welche ein quer zur Scanlinie diffuses oder quasi diffuses, insbesondere in einem bestimmten Winkelbereich zur Oberflächennormalen auf die Materialoberfläche einfallendes Licht erzeugt. Dadurch wird ein ausreichend großer Bereich um die gedachte Scanlinie auf der Materi- aloberfläche von allen Seiten gleichmäßig beleuchtet, indem die Beleuchtung insbesondere zwei verschiedene, im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtete Lichtkomponenten mit diffusem oder quasi diffusem, d.h. im Wesentlichen aus allen Richtungen entlang der angegebenen Komponente gleichmäßig einfallendem Licht aufweist.

Das Licht der Lichtleiste und das Licht der Lichtquelle decken also in im Wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Komponenten jeweils einen Einfallsbereich des Lichts von etwa 180° ab. Dadurch wird ein im Sichtbereich der Aufnahmeeinrichtung (Kamera) liegender Kratzer von Licht aus allen Richtungen, also diffusem bzw. quasi diffusem Licht, beleuchtet, so dass der Kratzer auf alle Fälle einen Lichtreflex in der Kamera erzeugt. Durch die Vorgabe von Einfallswinkeln der jeweiligen Komponenten des Lichts auf die Materialoberfläche wird gleichzeitig erreicht, dass kein an der intakten Oberfläche reflektiertes Licht in die Kamera fällt und fälschlicher Weise einen Kratzer oder eine Fehlstelle anzeigt.

Dies lässt sich erfindungsgemäß besonders einfach erreichen, wenn die Aufnahmeeinrichtung im Bereich der Oberflächennormalen eines Punkts auf der Scanlinie angeordnet ist. In diesem Fall würde nur in Normalenrichtung auf die Materialoberfläche einfallendes Licht in die Kamera gestreut. Dies kann durch die erfindungsgemäße Anordnung der Beleuchtungseinrichtung jedoch verhindert werden. Bei einer bspw. sphärisch gekrümmten Materialoberfläche ist die Aufnahmeeinrichtung aufgrund der Krümmung nicht in jeder Aufnahmeposition genau auf der Oberflächennormalen eines Punkts der Scanlinie angeordnet. In diesem Fall ist es bspw. sinnvoll, die Aufnahmeeinrichtung im Bereich der Oberflächennormalen der Mitte der gekrümmten Materialoberfläche anzuordnen. Insbesondere bei einer ungleichmäßigen Krümmung kann jedoch auch eine andere Anordnung der Aufnahmeinrichtung sinnvoll sein. Die Beleuchtungseinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung sind vorzugsweise auf einer Seite des transparenten Materials angeordnet. Da Windschutzscheiben im Allgemeinen auf der Innenseite der Scheibe bedruckte Bereiche aufweisen, ist es notwendig, sowohl die Kamera als auch die Beleuchtung an der Außenseite zu positionieren. Nur in dieser Konfiguration ist es möglich, Kratzer von außen in den schwarzen Bereichen zu detektieren. In eingebautem Zustand sind diese Bereiche ebenfalls noch zu sehen, wobei durch den schwarzen Hintergrund Kratzer beim Betrachten des Fahrzeuges sogar besonders auffallen. Die Inspektion dieser Bereiche ist also notwendig. Fehlen die bedruckten Berei- ehe (z.B. bei vielen Seitenscheiben), ist eine Beleuchtung von innen bei einer Kamera von außen oder umgekehrt ebenfalls möglich.

Vorzugsweise ist die Lichtleiste gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Winkel zu der Oberflächennormalen eines Punkts auf der Scanlinie derart ge- neigt angeordnet, dass ein Bereich um die Scanlinie ausgeleuchtet wird. In dieser Anordnung ist die Lichtleiste bei auf derselben Seite angeordneter Kamera neben der Kamera positioniert, so dass ein direkter Lichteinfall in die Kamera ausgeschlossen ist. Aufgrund der Reflexion des Lichts an der Materialoberfläche mit einem dem Einfallswinkel entsprechenden Ausfallswinkel, tritt in einer derartigen Anordnung auch an der glatten Materialoberfläche reflektiertes Licht nicht in die Kamera ein.

Zur Erzeugung des parallelen Lichts kann die Lichtleiste einfacher Weise eine Optik aufweisen, durch welche die Lichtstrahlen parallel ausgerichtet werden.

Erfindungsgemäß kann der Optik ein Diffusor, insbesondere ein Lentikular, zur Erzeugung des in Richtung der Scanlinie diffusen Lichtes nachgeschaltet sein. Zur Vergleichmäßigung des austretenden Lichts könnte auch eine Mattscheibe verwendet werden, die jedoch Transmissionsverluste bringen würde. Daher ist ein aus Mikrozylinderlinsen bestehendes Lentikular vorteilhaft, bei dem die Mikrozylinderlinsen das Licht bei hoher Transparenz gleichmäßig verteilen.

Um die Ausleuchtung weiter zu verbessern können auch zwei Lichtleisten vor- gesehen sein, welche vorzugsweise auf je einer Seite der Oberflächennormalen angeordnet sind. Die Kamera befindet sich dann vorzugsweise zwischen den beiden Lichtleisten. Es ist erfindungsgemäß auch möglich mehrere Lichtleisten nebeneinander anzuordnen, bspw. jeweils zwei Lichtleisten auf jeder Seite der Aufnahmeeinrichtung bzw. Kamera, um die Beleuchtung zu intensivieren. Dabei ist ein um die Normalenebene der Scanlinie symmetrischer Aufbau besonders vorteilhaft.

Insbesondere bei einer Anordnung mit mehreren Lichtleisten kann es erfindungsgemäß sinnvoll sein, an der oder jeder Lichtleiste eine Klappe zum Abde- cken der Lichtleiste anzuordnen. Diese Klappe kann zeitweise vor die Lichtleiste geklappt werden, wenn bspw. aufgrund einer besonders starken Krümmung der Materialoberfläche die Gefahr besteht, dass ein direkter Reflex die Kamera erreicht. Dadurch kann auf ein elektrisches Schalten der Lampen verzichtet werden, das je nach verwendetem Lampentyp Wartezeiten insbesondere beim Wiedereinschalten der Lampe mit sich bringen kann, bis die Lampe ihre Betriebstemperatur wieder erreicht hat.

Die Lichtquelle zur Erzeugung der diffusen oder quasi diffusen Lichtkomponente in der anderen Richtung, insbesondere quer zu der Scanlinie, weist erfindungs- gemäß einen gebogenen Spiegel auf, der bspw. auf einer Kreisbahn auf einer gewissen Länge, welche vorzugsweise etwa 180° abdeckt, um die gedachte Scanlinie herumgeführt ist. Durch Anordnung der Lampe dieser Lichtquelle an geeigneter Position im Innenbereich des Spiegels kann eine näherungsweise gleichmäßige Ausleuchtung des Bereichs um Scanlinie mit Lichtstrahlen erreicht werden, deren Richtung um etwa 180° variiert. Durch diese Anordnung wird also quasi diffuses Licht erzeugt. Anstelle des Spiegels ist es erfindungsgemäß auch möglich, eine Vielzahl von Lampen in der zweiten Lichtquelle vorzusehen, die in etwa halbkreisförmig um die Scanlinie angeordnet sind und auf diese Weise eine Ausleuchtung aus etwa 180°, d.h. ein quasi diffuses Licht, erzeugen.

Ferner kann der Spiegel erfindungsgemäß zumindest als Kegelschnitt ausgebildet sein, wobei ein um etwa 180° gebogener Abschnitt auf der Kegelinnenseite verspiegelt ist. Durch eine derartige Form wird erreicht, dass die Lichtstrahlen unter solchen Winkeln auf die bspw. sphärisch gewölbte Materialoberfläche treffen, dass die Lichtstrahlen von der intakten Oberfläche nicht in die Aufnahmeeinrichtung reflektiert werden. Dabei ist die Art der Krümmung erfindungsgemäß nicht notwendiger Weise auf einen Kegelschnitt beschränkt. Sie kann vom Fachmann ggf. entsprechend angepasst werden, so dass die an der nicht fehlerhaften Materialoberfläche reflektierten Lichtstrahlen nicht in die Aufnahmeein- richtung fallen. Ebenso kann ein um etwa 180° gebogener Hohlspiegel oder ein tonnenförmiger, etwa im Halbkreis gebogener Spiegel verwendet werden.

Einfacher Weise kann die Lichtquelle gemäß der Erfindung an einer Stirnseite der Lichtleiste angeordnet sein, wobei sich eine Lampe der Lichtquelle insbe- sondere in der Normalenebene der Scanlinie befindet. Dadurch wird eine im Wesentliche radiale Ausleuchtung der Scanlinie in einem Winkelbereich von 180° erreicht, die quasi diffus ist.

Um eine hohe Ausleuchtung auch mit dieser Lichtkomponente zu erreichen, sind vorzugsweise zwei Lichtquellen insbesondere an jeder Stirnseite der Lichtleiste angeordnet, deren Spiegel ggf. einander zugewandt ausgerichtet sind.

Eine besonders große Intensität wird erreicht, wenn die Lichtquelle und/oder die Lichtleiste eine diskrete Lampe mit hoher Intensität aufweisen. Um den Kontrast der Aufnahmeeinrichtung bei der Untersuchung transparenter Materialen zu erhöhen, kann erfindungsgemäß eine Lichtfalle derart angeordnet sein, dass der Aufnahmebereich der Aufnahmeeinrichtung in die Lichtfalle ausgerichtet ist. Dadurch wird ein durch einen Kratzer in die Aufnahmeeinrichtung fallender Lichtreflex mit besonders großer Wahrscheinlichkeit erkannt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion von Kratzern auf einer Materialoberfläche, welches insbesondere mit der vorbeschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden kann. Bei dem Verfahren wird die Materialoberfläche mit einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und mit einer Aufnahmeeinrichtung entlang einer vorgegebenen Scanlinie aufgenommen. Erfindungsgemäß ist die Beleuchtungseinrichtung derart angeordnet, dass bei fehlerfreier Materialoberfläche kein Licht der Beleuchtungseinrichtung in die Aufnahmeeinrichtung fällt. Zur Erhöhung des Kontrastes kann die Aufnahmeeinrichtung in eine Lichtfalle blicken, wenn die Oberfläche eines transparenten Materials untersucht wird.

Die Beleuchtungseinrichtung beleuchtet die Materialoberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise diffus und/oder quasi diffus mit einem Streuwinkel von etwa 180°. Dabei findet eine diffuse bzw. quasi diffuse Beleuch- tung vorzugsweise in zwei nicht parallelen, insbesondere orthogonalen Richtungen statt, damit Lichtkomponenten in allen Raumrichtungen auf die Oberfläche fallen und Kratzer mit großer Sicherheit detektiert werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Position eines Fehlers in der Materialoberfläche festgestellt und die Länge, Form und/oder Richtung eines Kratzers ermittelt. Diese Informationen sind wichtig, um die Ursache für den Kratzer feststellen und beseitigen zu können.

Bei durchgehenden Kratzern ist eine Kratzerlängenbestimmung vergleichsweise einfach. Es gibt aber auch Kratzer, die von einer Ursache herrühren, jedoch unterbrochen sind. Um diese nicht durchgehenden Kratzer zu erkennen, kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass am Ende eines Kratzers in einem vorgegebenen Winkel und auf einer vorgegebenen Strecke nach neuen Kratzern gesucht wird. Mit einem solchen Suchalgorithmus können auch nicht durchge- hende Kratzer aufgefunden werden. Ein direkter Zusammenhang der Kratzer lässt sich beispielsweise auch durch eine Richtungsanalyse der Kratzerteilstücke erreichen. Wenn mehrere Kratzerteilstücke auf einer durchgehenden Bahn liegen, ist anzunehmen, dass diese dieselbe Ursache haben.

Um die Kratzer anzuzeigen, können diese auf einem Display, einem Ausdruck oder dgl. dargestellt werden. Dabei können auch mehrere Kratzerteilstücke so dargestellt werden, dass sie als zusammenhängende Kratzer erkennbar sind.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen horizontalen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Detektion von Kratzern gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung;

Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Detektion von Kratzern gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 einen vertikalen Teilquerschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Lichtquelle;

Fig. 4 einen horizontalen Querschnitt durch die Lichtquelle gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 einen Kratzer auf der zu untersuchenden Materialoberfläche.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung 1 zur Detektion von Kratzern auf einer Materialoberfläche 2 weist eine Beleuchtungseinrichtung 3 und eine Aufnahmeeinrichtung 4 in Form einer Digitalkamera auf, welche auf die Oberfläche 2 einer Windschutzscheibe 5 ausgerichtet ist und dort eine quer zur Schnittrichtung verlaufende Scanlinie 6 über die gesamte Scheibenhöhe abdeckt. Wenn die Scanlinie 6 nicht die gesamte Scheibenhöhe abgedeckt wird, wäre es denkbar, die Vorrichtung 1 mit der Beleuchtungseinrichtung 3 und der Aufnahmeeinrichtung 4 und/oder die Windschutzscheibe 5 entlang der Scanlinie 6 zu verfahren. Bevorzugt ist jedoch die dargestellte Anordnung, in der die ortsfeste Aufnahmeeinrichtung 4 die Scanlinie 6 mit ihrem Aufnahmebereich 7 über die gesamte Scheibenhöhe abdeckt und die Windschutzscheibe 5 quer zur Auf- nahmeeinrichtung bewegt wird, um die gesamte Oberfläche 2 der Windschutzscheibe 5 abzuscannen.

Auf der der Aufnahmeeinrichtung 4 gegenüberliegenden Seite der Windschutzscheibe 5 ist eine Lichtfalle 8 ausgebildet, in die die Aufnahmeeinrichtung 4 bzw. Kamera blickt.

Um Kratzer auf der Materialoberfläche 2 erkennen zu können, muss diese in dem Bereich der Scanlinie 6, der gerade von der Aufnahmeeinrichtung 4 aufgenommen wird, mit diffusem oder quasi diffusem Licht mit einem Einfallswinkel- bereich von etwa 180° ausgeleuchtet werden, damit ein Lichtreflex von dem Kratzer mit großer Sicherheit auch in die Aufnahmeeinrichtung 4 reflektiert wird.

Dazu wird die Scanlinie 6 durch die Beleuchtungseinrichtung 3 von der Seite beleuchtet. Diese seitliche Beleuchtung besteht aus zwei geraden, im Wesentlichen senkrechten Lichtleisten 9, die gegeneinander geneigt sind. Zwischen den Lichtleisten 9 ist im Wesentlichen im Bereich der Oberflächennormale 10 eines Punktes auf der Scanlinie 6 die Kamera 4 angeordnet. Wenn die Windschutzscheibe 5 durch eine translatorische Bewegung in Richtung des Pfeils P relativ zu der Vorrichtung 1 bewegt wird, verändert sich die Richtung der Oberflächennormalen 10 auf Grund der sphärischen Krümmung der Windschutzscheibe 5. In diesem Fall ist die Kamera 4 erfindungsgemäß im Bereich der Oberflächennormalen 10 angeordnet, wenn sie etwa im Zentrum des von der Oberflächennormalen 10 in vertikaler und/oder horizontaler Richtung abgedeckten Bereichs liegt.

In den Lichtleisten 9 sind diskrete Lampen 11 hoher Intensität angebracht. Diese Lampen 11 werden für eine hohe Lichtleistung benötigt. Durch eine Optik 12 treten die Lichtstrahlen parallel aus. Zur Vergleichmäßigung des austretenden Lichtes ist hinter der Optik 12 ein Lentikular 13 angebracht. Das Lentikular 13 besteht aus Mikrozylinderlinsen, die das Licht bei hoher Transparenz gleichmäßig verteilen. Eine Mattscheibe anstelle des Lentikulars 13 würde Transmissionsverluste bringen. Auf diese Weise ist das Licht in vertikaler Richtung absolut diffus. Dies trägt zur weiter unten beschriebenen Beleuchtung der Kratzer von oben und unten bei, ohne dass im Fall einer intakten Materialoberfläche 2 Licht in die Kamera 4 reflektiert wird. Die Lichtleisten 9 erzeugen also jeweils ein quer zur Scanlinie 6 paralleles, längs der Scanlinie 6 diffuses Licht. Durch die Anordnung gemäß Fig. 1 wird im Bereich 14 eine gleichmäßige Beleuchtung von zwei Seiten der Scanlinie 6 in einer gewissen Tiefe erreicht. Die Tiefe sollte so groß sein wie die Stichhöhe der Windschutzscheibe 5.

An der Seite jeder Lichtleiste 9 sind Klappen 15 angebracht, die vor die Optik 12 mit Lentikular 13 der Lichtleisten 9 geklappt werden können, wenn die Gefahr besteht, dass ein direkter Reflex die Kamera 4 erreicht. Elektrisch können Lampen 11 hoher Intensität häufig nicht so schnell schalten, so dass das zeitweise Abdecken einer Lampe einfacher ist. Wenn eine Lampe 11 durch die Klappen 15 ausgeblendet werden muss, bleibt immer noch eine Beleuchtung um 180° erhalten, so dass alle Kratzer gesehen werden können.

Fig. 2 zeigt eine Fig. 1 vergleichbare Anordnung, bei der jeweils zwei Lichtleisten 9 auf jeder Seite der Aufnahmeeinrichtung angeordnet sind. Jede der Licht- leisten 9 ist und der Rest der Vorrichtung 1 sind dabei gleich aufgebaut, so dass auf eine detaillierte Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann. Eine solche Anordnung empfiehlt sich insbesondere für stark gebogene Scheiben. Dabei können die Lichtleisten 9 erfindungsgemäß separat schaltbar sein. Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, die Lichtleisten 9 insbesondere quer zur Scan- linie 6 verfahrbar auszubilden, wobei die parallelen Lichtstrahlen bspw. durch ein Verdrehen der Lichtleiste 9 um die eigene Achse auf den Aufnahmebereich der Aufnahmeeinrichtung 4 auszurichten. Ebenso ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den Abstand der Lichtleisten 9 zu der Materialoberfläche 2 zusammen oder separat einstellen. Dies gilt auch für die weiteren Lichtquellen 16, die nachfolgend mit Bezug auf Fig. 3 und 4 genauer beschrieben werden.

Für die Beleuchtung der Windschutzscheibe 5 von oben und unten ist jeweils eine Lichtquelle 16 an den Stirnseiten der Lichtleisten 9 angeordnet, von denen in Fig. 3 nur eine dargestellt ist. Die Lichtquelle 16 weist auch eine Lampe 11 hoher Intensität auf. Die Lampe 11 ist auf der Innenseite eines Spiegels 17 angeordnet, der als Kegelschnitt ausgebildet ist und vorzugsweise mit einer nicht dargestellten Abschirmung gegen eine direkte Beleuchtung der Windschutzscheibe 5 versehen. Eine solche Abschirmung ist für das erfindungsgemäße Prinzip jedoch nicht notwendig.

Der Spiegel 17 weist, wie Fig. 3 zu entnehmen, eine gerade Rückseite auf, die entsprechend einem Kegelschnitt schräg gestellt und um etwa 180° gebogen ist. Von diesem Spiegel 17 fallen die von der Lampe 11 reflektierten Lichtstrahlen quasi diffus auf die sphärische Windschutzscheibe 5 und werden dort bei einer intakten Oberfläche 2 so reflektiert, dass keine störenden Reflexe in die im Bereich der Oberflächennormalen 10 eines Punktes der Scanlinie 6 angeordneten Kamera 4 fallen. Ferner trägt die Form des Spiegels zu einer vertikal diffusen Beleuchtung bei. In Fig. 3 ist nur die untere Lichtquelle 16 dargestellt. Die obere Lichtquelle 16 ist gleich aufgebaut und entsprechend an der Mittelebene gespiegelt angeordnet, so dass insgesamt ein etwa tonnenförmiges Gebilde entsteht.

Quer zur Scanlinie 6 wird das quasi diffuse Licht dadurch erzeugt, dass der kegelschnittartig geformte Spiegel 17, wie in Fig. 4 dargestellt, auf einer gewis- sen Länge um die vertikale Linie der Scanlinie 6 herumgeführt ist. Die Lampe 11 befindet sich dabei in der Normalenebene des Scanlinie 6 derart, dass Licht in einem Winkelbereich von etwa 180° auf die Windschutzscheibe 5 einfällt. Dabei steht die Lampe im Krümmungsmittelpunkt des Spiegels 17. Um andere Beleuchtungswinkel zu erhalten, können insbesondere entlang der Oberflächen- normalen 10 auch mehrere Lampen 11 hintereinander angeordnet werden. Prinzipiell ist es sogar möglich, den Spiegel 17 durch entsprechend angeordnete Lampen 11 zu ersetzen, um das quasi diffuse Licht zu erzeugen.

Durch die Beleuchtungseinrichtung 3 mit Lichtleisten 9 und Lichtquellen 16 wird also auf der Oberfläche 2 einer sphärisch gekrümmten Scheibe 5 in einem ausreichenden Tiefenbereich diffuses und/oder quasi diffuses Licht mit in einem Winkelbereich von 180° in zwei zueinander im Wesentlichen orthogonalen Richtungen erzeugt, so dass eine ausreichende Beleuchtung der Scheibe 5 zur Detektion aller möglichen Kratzer erfolgt. Natürlich kann mit der Vorrichtung 1 auch planes Glas auf Kratzer untersucht werden.

Die beschriebene Vorrichtung 1 arbeitet in Reflexion, d. h. die Kamera 4 und die Beleuchtungseinrichtung 3 befinden sich auf derselben Seite. Die Vorrichtung 1 mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 3 kann jedoch auch so aufgebaut werden, dass sie in Transmission arbeitet. In diesem Fall sind Kamera 4 und Beleuchtungseinrichtung 3 auf verschiedenen Seiten der transparenten Materialoberfläche 2 zu finden.

Wenn in der Kamera 4 der Vorrichtung 1 ein Lichtreflex festgestellt wird, deutet dies auf einen Fehler in der Materialoberfläche 2 hin. Mit einer an die Vorrichtung 1 angeschlossenen, nicht dargestellten Auswerteeinrichtung werden die Position des Fehlers auf der Materialoberfläche 2 und die Länge, Form und/oder Richtung eines Kratzers 18 bestimmt.

Die Kratzerlängenbestimmung ist dann einfach, wenn die Kratzer 18 durchgehend sind. Es gibt aber auch Kratzer 18, die von einer Ursache herrühren, jedoch unterbrochen sind. Die Ursache dieser Kratzerspuren ist umso leichter zu ermitteln, je vollständiger der Kratzer 18 verfolgt werden kann. Mit dem Auge kann man in der Regel sehr gut feststellen, dass die unterbrochenen Kratzer- spuren auf einer gemeinsamen Bahn liegen. Bei maschineller Beurteilung muss man einen Suchalgorithmus einführen. Dieser Algorithmus wird nachfolgend anhand von Fig. 5 erläutert.

Vom Ende eines Kratzerteils 18 wird in einem bestimmten Winkel W und auf einer bestimmten Strecke S mit vorgebbarer Länge nach Spuren neuer Kratzer 18 gesucht. Werden in diesem Bereich neue Kratzer 18 gefunden, wird das als fortlaufender Kratzer 18 gedeutet. Am Ende des nächsten Kratzerteils 18 wird die Suche fortgeführt, bis in dem Suchbereich kein neuer Kratzer 18 gefunden wird. Für den Suchbereich kann man den Winkel W und die Strecke S nach individuellen Gesichtspunkten einstellen.

Das Ergebnis der Kratzerdetektion wird von der Auswerteeinrichtung in an sich bekannter Weise dargestellt. Mit diesem Verfahren kann insbesondere unter Verwendung der Vorrichtung 1 ein Kratzer 18 mit großer Sicherheit vollständig in der Materialoberfläche 2 festgestellt werden.

Bezugszeichenliste:

1 Vorrichtung zur Kratzerdetektion

2 Materialoberfläche

3 Beleuchtungseinrichtung

4 Aufnahmeeinrichtung

5 Windschutzscheibe

6 Scanlinie

7 Aufnahmebereich

8 Lichtfalle

9 Lichtleiste

10 Oberflächennormale

11 Lampe hoher Intensität

12 Optik

13 Lentikular

14 Bereich

15 Klappe

16 Lichtquelle

17 Spiegel

18 Kratzer

P Pfeil

W Winkel

S Strecke

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Detektion von Kratzern auf einer Materialoberfläche (2), insbesondere Glas, mit einer Beleuchtungseinrichtung (3) und einer Aufnahme- einrichtung (4), welche eine Scanlinie (6) auf der Materialoberfläche (2) erfassen und relativ zu der Materialoberfläche (2) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (3) mindestens eine Lichtleiste (9), welche ein quer zur Scanlinie (6) paralleles, in Richtung der Scanlinie (6) diffuses oder quasi diffuses Licht erzeugt, und vorzugsweise mindestens eine Licht- quelle (16) aufweist, welche ein quer zur Scanlinie (6) diffuses oder quasi diffuses Licht erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (4) im Bereich der Oberflächennormalen (10) eines Punkts auf der Scanlinie (6) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiste (9) derart angeordnet ist, dass ein Bereich um die Scanlinie (6) ausgeleuchtet wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiste (9) eine Optik (12) aufweist, durch welche die Lichtstrahlen parallel ausgerichtet werden.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiste einen Diffusor, insbesondere ein Lentikular (13), zur Erzeugung des in Richtung der Scanlinie (6) diffusen Lichtes aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtleisten (9) vorgesehen sind, welche vorzugsweise auf je einer Seite der Oberflächennormalen (10) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lichtleiste (9) eine Klappe (15) zum Abdecken der Lichtleiste (9) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) einen gebogenen Spiegel (17) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (17) zumindest abschnittweise als Kegelschnitt ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) an einer Stirnseite der Lichtleiste (9) angeordnet ist, wobei sich eine Lampe (11) der Lichtquelle (16) insbesondere in der Normalenebene der Scanlinie (6) befindet.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtquellen (16), insbesondere eine an jeder Stirnseite der Lichtleiste (9), angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) und/oder die Lichtleiste (9) eine Lampe mit hoher Intensität (11) aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtfalle (8) derart angeordnet ist, dass der Aufnah- mebereich (7) der Aufnahmeeinrichtung (4) in die Lichtfalle (8) ausgerichtet ist.

14. Verfahren zur Detektion von Kratzern auf einer Materialoberfläche (2), insbesondere mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Materialoberfläche (2) mit einer Beleuchtungseinrichtung (3) beleuchtet und mit einer Aufnahmeeinrichtung (4) entlang einer Scanlinie (6) aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (3) derart angeordnet ist, dass bei fehlerfreier Materialoberfläche (2) kein Licht der Beleuchtungseinrichtung (3) in die Aufnahmeeinrichtung (4) fällt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (3) die Materialoberfläche (2) diffus und/oder quasi diffus mit einem Streuwinkel von mindestens 180° beleuchtet.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Position eines Fehlers in der Materialoberfläche (2) festgestellt und die

Länge, Form und/oder Richtung eines Kratzers (18) ermittelt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende eines Kratzers (18) in einem vorgegebenen Winkel (W) und auf einer vorgege- benen Strecke (S) nach neuen Kratzern (18) gesucht wird.