WO2008031621A1 - Verfahren und anordnung zur automatischen optischen inspektion von naturholz-oberflächen - Google Patents

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WO2008031621A1
WO2008031621A1 PCT/EP2007/008062 EP2007008062W WO2008031621A1 WO 2008031621 A1 WO2008031621 A1 WO 2008031621A1 EP 2007008062 W EP2007008062 W EP 2007008062W WO 2008031621 A1 WO2008031621 A1 WO 2008031621A1
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camera
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image
illumination
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PCT/EP2007/008062
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Detlev Schroeder
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Massen Machine Vision Systems Gmbh
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    • E01B31/00—Working rails, sleepers, baseplates, or the like, in or on the line; Machines, tools, or auxiliary devices specially designed therefor
    • E01B31/20—Working or treating non-metal sleepers in or on the line, e.g. marking, creosoting

Definitions

  • Natural wood surfaces place particularly high demands on the expert for visual inspection systems.
  • the defects to be detected include very different defects such as healthy and dead branches, resinous galls, pithy tubes, chatter marks, blue stain, etc., which can not be detected together with a single optical detection system.
  • Particularly problematic is e.g. the distinction between a liquid Harzgalle and a visually very similar pith tube.
  • tracheid method uses the so-called “halation effect.”
  • a laser spot or a laser line spreads by lateral optical propagation more in the range of soft wood than hard stronger in the range of a liquid resin gall than a (optically and in terms of color very similar looking) marrow tube.
  • the light propagation preferentially follows the wooden fiber-forming tube (the tracheids) and can thus very well the annual rings recognize etc.
  • a camera that uses a special CMOS image sensor with integrated digital image preprocessing simultaneously creates a brightness image, a 3D image and a tracheid image and thus represents a compact multisensor camera for wood inspection, which is used today by almost all leading providers of inspection systems.
  • the 3D measurement with the IVP sensor is based on the triangulation principle.
  • the surface of the wooden part to be measured is illuminated with a laser line projector, which must be aligned at a very constant angle and exactly in the direction of the lines of the CMOS sensor.
  • the illumination with another laser line projector is required, which must also be aligned very accurately in the direction of the lines of the CMOS sensor.
  • the laser line projectors must be aligned very precisely, which is very difficult to adjust and maintain, taking into account the curvature of the field due to the optical imaging and due to the curvatures and baffles of the wood surface generated tracheid image significantly disturbs and thereby substantially reduces the defect detection.
  • Wood grain is so strong that it is often difficult to differentiate between the quality image of the grain and the defects to be detected such as cracks, knotholes, resin galls, etc.
  • the IVP sensor is a highly complex matrix sensor with a comparably lower cost inevitably lower number of pixels per image line (currently 1536 pixels) than is achieved with classic line sensors without on-chip digitizing and image processing (currently typ. 8000 pixels).
  • the inspection of wide wood products such as veneered furniture panels, natural wood blockboards, etc. therefore requires a large number of tracheid cameras operating in parallel, resulting in significantly higher costs.
  • a natural wood surface to be inspected is illuminated with an illuminating line projected at a shallow angle, and a line camera detects the highlight of the linear illumination reflected at the surface at substantially the same angle.
  • a line camera detects the highlight of the linear illumination reflected at the surface at substantially the same angle.
  • this method which is referred to as bright field or dark field in the professional world
  • local physical properties of the surface are extracted by means of image processing and pattern recognition from a gray value image generated by the line scan camera. This detects local changes in the gloss properties ( ⁇ R (x, y)), local changes in the material thickness ( ⁇ z (x, y)) and / or a local change in the direction of the surface normals ( ⁇ (x, y)).
  • This directed illumination / recording arrangement does not require any precisely aligned laser line projectors, it can be carried out inexpensively with very high-resolution line scan cameras with eg 8000 pixels per sensor and thus leads to a gray-scale image in which all three effects are multiplicatively expressed by intensity differences ⁇ l (x, y) : ⁇ l (x, y) ⁇ ⁇ R (x, y) x ⁇ z (x, y) x ⁇ (x, y) / 1 /
  • the natural wood surface to be inspected is diffusely illuminated with ultraviolet and invisible to the human eye light, and a UV-sensitive camera detects the UV-illuminated surface.
  • a UV-sensitive camera detects the UV-illuminated surface.
  • the surface to be inspected may be a natural wood surface applied to a substrate, it may also consist of an array of different natural woods or an array of natural wood and non-natural wood elements.
  • ambiguous physical properties are resolved by the combination of the two gray scale images into unique evaluation statements.
  • further statements can be made by linking the gray value images of the first and the second line scan camera, e.g. by pixel-by-pixel superimposition or by superimposition after the segmentation of the true or apparent defects.
  • the disadvantages of the high cost, the poor signal-to-noise ratio, the limited geometric resolution, the sensitive alignment of laser line projectors and matrix sensors for the known 3D cameras and tracheid cameras and the disturbing visibility of the wood grain in the the latter has been effectively reduced in terms of technology and cost, without having to pay for this with increased demands on image processing and pattern recognition.
  • FIG. 1 shows by way of example a first illumination with a first camera
  • Figure 2 shows schematically the change in the intensity l (x, y) of the light detected by the line scan camera through various defects
  • FIG. 3 shows by way of example an arrangement according to the invention with a line illumination and a UV illumination.
  • FIG. 1 shows a tabletop with a natural wood to be inspected.
  • a directional line illumination 18 and a b / w line scan camera 20 are arranged in a third-light shielding housing 16.
  • the line lighting 18 illuminates the natural wood surface 12 with a lighting line projected at a shallow angle ⁇ .
  • the reflected highlight is directed to the camera 20 via a mirror 22, so that the camera 20 detects the reflected highlight approximately at the same angle ⁇ .
  • the surface to be inspected is in transit, i. scanned during transport.
  • Figure 2 shows schematically a surface 12 with a defect 24 having a changed local reflectance, defects 26 with locally changing material thickness and a defect 28 with a local change of the surface normal by an angle ⁇ .
  • FIG. 3 shows an arrangement according to the invention in which the arrangement shown in FIG. 1 is supplemented by an ultraviolet line illumination and a corresponding camera. Corresponding parts in FIGS. 1 and 3 are designated by the same reference numerals and will not be explained again.
  • the natural wood surface 12 is illuminated diffusely from a vertical UV line illumination 30 with invisible to the human eye ultraviolet light and observed in this embodiment, also from the vertical direction through a UV-sensitive line scan camera 32.
  • a line lighting has proven itself for wide wood structures.
  • a shield 34 prevents ultraviolet light from entering the camera 32 directly from the line illumination 30.
  • the sensor is limited to the ultraviolet wavelength range by e.g. delimits an upstream optical filter glass, which passes only narrow band light in the UV range.
  • the use of UV light greatly suppresses the wood grain disturbing the error detection.
  • the quality of detection of errors is further by the choice of the wavelength of the line illumination 18 for the bright field or Darkfield method is affected.
  • a wavelength range which has not been visible to the human eye has proven to be particularly favorable here.
  • Both the line scan camera 20 and the line scan camera 32 are provided with a
  • Image processing system 36 in which the gray scale images generated by the cameras using image processing and pattern recognition methods be evaluated. This evaluation allows a quality assessment of the inspected wood surface.
  • the gray scale images of the first and the second line scan camera are superimposed pixel by pixel, so that further statements about the defects are obtained. It is also possible to add further channels, such as color channel, grayscale channel etc., for the image evaluation, and the arrangement can be supplemented by further illumination sources and / or cameras.
  • the method according to the invention therefore leads to much simpler, more robust and cost-saving systems, in particular for the area of inspection of natural wood surfaces in which the natural grain must not be evaluated.

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Abstract

Verfahren und Anordnung zur automatischen optischen Inspektion von Naturholzoberflächen in der Produktionslinie, wobei eine zu inspizierende Naturholzoberfläche (12) mit einer ersten linienförmigen Beleuchtung (18) unter einem flachen Winkel gerichtet beleuchtet wird und eine erste Zeilenkamera (20) das an der Oberfläche reflektierte Glanzlicht der ersten linienförmigen Beleuchtung (18) unter einem zumindest näherungsweise gleichen symmetrischen Winkel erfasst. Mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung werden aus einem von der ersten Zeilenkamera (20) erzeugten Grauwertbild lokale physikalische Eigenschaften der Oberfläche extrahiert. Ferner wird die zu inspizierende Naturholzoberfläche (12) mit einer zweiten linienförmigen Beleuchtung (30) mit ultraviolettem und für das menschliche Auge nicht sichtbarem Licht beleuchtet und eine zweite Zeilenkamera (32), die nur für den ultravioletten Spektralbereich der Beleuchtung empfindlich ist, erfasst die UV-beleuchtete Oberfläche. Mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung werden aus einem von der zweiten Zeilenkamera (32) erzeugten Grauwertbild ebenfalls lokale physikalische Eigenschaften der Oberfläche extrahiert. Aus der Kombination beider Bildauswertungen wird eine Qualitätsbewertung der einzelnen Regionen der Holzoberfläche sowie des gesamten Produktes berechnet.

Description

Verfahren und Anordnung zur automatischen optischen Inspektion von
Naturholz-Oberflächen
Die automatische visuelle Kontrolle von Naturholz-Oberflächen ist eine wichtige die Produktivität steigernde Automatisierungsaufgabe sowohl im Bereich der sekundären Holzindustrie (Sortierung von Profilholz, automatische
Ansteuerung von Kappsägen zur Entfernung von Ästigkeit, optimiertes
Zuschneiden von gesägten Baumstämmen, usw.) als auch im Bereich der tertiären Holzindustrie (Inspektion von furnierten Platten, Inspektion von Echtholz- und Lamellenplatten, Inspektion von Parkettstäbchen usw.).
Dabei stellen Naturholz-Oberflächen an den Fachmann für visuelle Inspektionssysteme besonders hohe Anforderungen. Zum einen sind bei der Inspektion von Naturholz-Oberflächen häufig sehr breite Produkte zu überprüfen und zum anderen weist bereits die einwandfreie Oberfläche starke natürliche Färb- und Strukturschwankungen auf, z.B. durch die Maserung, und auch Verdrehungen oder Wölbungen und Schüsselungen der Holzoberfläche sind häufig vorkommende, normale Eigenschaften der zu inspizierenden Produkte. Außerdem umfassen die zu erkennenden Fehlstellen sehr unterschiedliche Defekte wie gesunde und tote Äste, Harzgallen, Markröhren, Rattermarken, Blaufäule usw., die zusammen mit einem einzelnen optischen Erfassungssystem nicht zu detektieren sind. Besonders problematisch ist z.B. die Unterscheidung zwischen einer flüssigen Harzgalle und einer optisch sehr ähnlichen Markröhre.
Es ist im Stand der Technik üblich, sogenannte multisensorielle Kamerabasierte Systeme einzusetzen, welche unterschiedliche Beleuchtungs- und Bildaufnahmeverfahren kombinieren, um die unterschiedlichen Defekte und Eigenschaften zu erfassen. Fast alle Anbieter wie die führenden Firmen Woodeye (www.woodeyeinc.com), LuxScan Technologies (www.luxscan.com) und Microtec (www.microtec.org) setzen neben s/w und Farbkameras für die Oberflächeninspektion sog. Tracheid-Kameras ein, um optisch ähnliche Objekte wie gesunde und kranke Äste, Harzgallen und Markröhren zu differenzieren. Diese in der EP O 765 471 beschriebene, in der Literatur auch als „Tracheid- Verfahren" bekannte Methode verwendet den sogenannten Lichthof-Effekt. Ein Laserpunkt oder eine Laserlinie verbreitet sich durch laterale optische Ausbreitung stärker im Bereich von weichem Holz als von hartem, ebenso stärker im Bereich einer flüssigen Harzgalle als einer (optisch und farblich sehr ähnlich aussehenden) Markröhre. Die Lichtausbreitung folgt bevorzugt den die Holzfaser bildenden Röhrchen (den Tracheiden) und lässt damit auch sehr gut die Jahresringe usw. erkennen.
Die Firma SICK-IVP (www.sickivp.com) stellt eine solche multisensorielle
Kamera her, welche durch einen besonderen CMOS Bildsensor mit integrierter digitaler Bildvorverarbeitung gleichzeitig ein Helligkeitsbild, ein 3D-BiId und ein Tracheid-Bild erzeugt und damit eine kompakte multisensorielle Kamera für die Holzinspektion darstellt, welche heute von fast allen führenden Anbietern von Inspektionssystemen eingesetzt wird. Die 3D Vermessung mit dem IVP-Sensor beruht auf dem Triangulationsprinzip. Die Oberfläche des zu vermessenden Holzteils wird mit einem Laserlinienprojektor beleuchtet, welcher unter einem sehr konstanten Winkel und genau in Richtung der Zeilen des CMOS Sensors ausgerichtet werden muss. Für das Tracheid-Bild ist die Beleuchtung mit einem weiteren Laserlinien-Projektor erforderlich, welcher ebenfalls sehr genau in Richtung der Zeilen des CMOS Sensors ausgerichtet werden muss.
So interessant diese Lösung ist, so ist sie dennoch mit einer Reihe von technischen und wirtschaftlichen Nachteilen behaftet:
a) Sowohl für das Tracheid-Bild als auch für das 3D Bild müssen die Laserlinienprojektoren sehr genau ausgerichtet werden, was unter Berücksichtigung der Bildfeldkrümmung durch die optische Abbildung und auf Grund der Wölbungen und Schüsselungen der Holzoberfläche sehr schwierig einzustellen und einzuhalten ist, und insbesondere das erzeugte Tracheid-Bild erheblich stört und dadurch substantiell die Fehlstellenerkennung verringert.
b) Der Tracheid-Effekt vergrößert die Sichtbarkeit der natürlichen
Holzmaserung so stark, dass es oft schwierig ist, zwischen dem für die Qualität belanglosen Bild der Maserung und den zu erkennenden Defekten wie Risse, Astlöcher, Harzgallen usw. zu unterscheiden. c) Der IVP-Sensor ist ein hochkomplexer Matrixsensor mit einer bei vergleichbaren Kosten erzwungenermaßen deutlich niedrigeren Anzahl von Bildpunkten pro Bildzeile (derzeit 1536 pixel) als dies mit klassischen Zeilensensoren ohne on-chip Digitalisierung und Bildverarbeitung erreicht wird (derzeit typ. 8000 pixel). Die Inspektion von breiten Holzprodukten wie furnierte Möbelplatten, Naturholz-Tischlerplatten usw. erfordert daher eine große Anzahl von parallel arbeitenden Tracheid-Kameras, was zu deutlich höheren Kosten führt.
d) Die Kombination analoger und digitaler Bildverarbeitung on-chip führt zwangsläufig zu schlechteren Signal/Rauschverhältnissen als bei einer off-chip
Digitalisierung.
Es gibt daher ein hohes technisches und wirtschaftliches Interesse an einer multisensoriellen Kamera-basierten Inspektion von Naturholzoberflächen, welche die beschriebenen Nachteile insbesondere bei der Inspektion von breiten Produkten nicht aufzeigt.
Dies wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 12 erreicht. Eine zu inspizierende Naturholzoberfläche wird mit einer unter einem flachen Winkel aufprojizierten Beleuchtungslinie beleuchtet, und eine Zeilenkamera erfasst das an der Oberfläche unter im wesentlichen demselben Winkel reflektierte Glanzlicht der linienförmigen Beleuchtung. Mit diesem in der Fachwelt als Hellfeld- bzw. Dunkelfeld bezeichneten Verfahren werden mittels Bildverarbeitung und Mustererkennung aus einem von der Zeilenkamera erzeugten Grauwertbild lokale physikalische Eigenschaften der Oberfläche extrahiert. Erkannt werden hiermit lokale Änderung der Glanzeigenschaften (ΔR(x,y)), lokale Änderungen der Materialdicke (Δz(x,y)) und/oder eine lokale Änderung der Richtung der Oberflächennormalen (Δα(x,y)). Diese gerichtete Beleuchtungs- /Aufnahmeanordnung benötigt keinerlei präzise ausgerichtete Laserlinienprojektoren, sie kann kostengünstig mit sehr hochauflösenden Zeilenkameras mit z.B. 8000 pixel pro Sensor durchgeführt werden und führt damit zu einem Grauwertbild, in welchem sich alle drei Effekte multiplikativ durch Intensitätsunterschiede Δl(x,y) ausdrücken: Δl(x,y) ~ ΔR(x,y) x Δz(x,y) x Δα (x,y) /1/
Durch die flache gerichtete Beleuchtung wird das Hintergrundbild der
Holzmaserung bereits signifikant abgeschwächt, so dass lokale
Intensitätsänderungen nach /1/ tatsächlich weitgehend von qualitätsmindernden Fehlstellen stammen und nur noch selten Fehldetektion aufgrund dunkler oder heller Maserung erzeugt werden.
Diese dem Fachmann der Bildverarbeitung bekannte Anordnung, welche aber in der Inspektion von Naturholzflächen noch wenig eingesetzt wird, ist allerdings nicht in der Lage, die besondere Stärke der Tracheid-Kamera bei der Erkennung von flüssiger Phase (z.B. störende gefüllte Harzgalle, störende Leimreste u.a.) zu erreichen.
Daher wird erfindungsgemäß die zu inspizierende Naturholzoberfläche diffus mit ultraviolettem und für das menschliche Auge nicht sichtbarem Licht beleuchtet, und eine UV-empfindliche Kamera erfasst die UV-beleuchtete Oberfläche. Mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung werden aus einem von der UV-empfindlichen Kamera erzeugten Grauwertbild diejenigen lokalen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche extrahiert, welche zu einer zu kurzen Wellenlängen hin ansteigenden Rückstreuung des UV Lichtes führen. Die Rückstreuung von Licht aus einem transluzenten Medium steigt extrem stark mit kürzer werdenden Wellenlänge an:
Δl(x,y) ~ 1/λ4 /2/
Die Verwendung von möglichst kurzwelligem Licht, für welche es noch empfindliche Bildsensoren gibt, führt daher zu einer extrem hellen Reflektion von Defekten wie gefüllte Harzgallen, Leimreste u.a. Übliche CCD Bildsensoren besitzen eine (wenn auch verringerte) Empfindlichkeit bis zu ca. 360 nm. Für diesen Bereich gibt es auch geeignete Linienbeleuchtungen (Fluoreszenzröhren bzw. UV-LED Zeilen). Durch die Verwendung von UV-Licht wird der Einfluss der Holzmaserung weitgehend unterdrückt. In der Tat haben die organischen Pigmente von Holz, welche weitgehend im sichtbaren rötlich-gelben Bereich liegen, im ultravioletten Bereich ein praktisch gleiches Reflexionsverhalten. Dies bedeutet, dass der Kontrast zwischen heller und dunkler Maserung sehr stark zurückgeht und damit für die automatische Bildauswertung des UV Bildes kaum noch stört. Dies ist ein Vorteil, welchen die Tracheid-Kamera nicht hat, da diese im Gegenteil die Maserung stark hervorhebt.
Aus der Kombination beider Bildauswertungen wird eine Qualitätsbewertung der einzelnen Regionen der Holzoberfläche sowie des gesamten Produktes berechnet.
Bei der zu inspizierenden Oberfläche kann es sich um eine auf einem Trägermaterial aufgebrachte Naturholzoberfläche handeln, sie kann auch aus einer Anordnung verschiedener Naturhölzer oder aus einer Anordnung von Naturholz- und Nicht-Naturholz-Elementen bestehen. Bevorzugterweise werden mehrdeutige physikalische Eigenschaften durch die Kombination der beiden Grauwertbilder zu eindeutigen Bewertungsaussagen aufgelöst. In einer bevorzugten Ausführungsform können weitere Aussagen durch Verknüpfung der Grauwertbilder der ersten und der zweiten Zeilenkamera geschehen, z.B. durch bildpunktweise Überlagerung oder durch Überlagerung nach der Segmentierung der echten oder scheinbaren Fehlstellen. Diese Verfahren der „sensor fusion" sind dem Fachmann der Bildverarbeitung bekannt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechenden Anordnungen werden die Nachteile der hohen Kosten, des schlechten Signal/Rauschverhältnisses, der begrenzten geometrischen Auflösung, der empfindlichen Ausrichtung von Laserlinienprojektoren und Matrixsensoren für die bekannten 3D Kameras und Tracheid-Kameras sowie die störende Sichtbarkeit der Holzmaserung bei der letzteren technisch und kostenmäßig wirksam reduziert, ohne dass dies mit erhöhten Anforderungen an die Bildverarbeitung und Mustererkennung erkauft werden muss.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten und werden aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Anordnung anhand der Inspektion von Tischplatten mit einer Naturholz-Oberfläche, bei welcher die automatische optische Inspektion qualitätsmindemde Fehlstellen wie Astlöcher, Harzgallen, Risse, Leimreste, Kantenausbrüche usw. erkennen und lokalisieren muss, deutlich. Die Beschreibung stützt sich auf die beigefügten Figuren, in denen:
Figur 1 beispielhaft eine erste Beleuchtung mit einer ersten Kamera zeigt; Figur 2 schematisch die Veränderung der Intensität l(x,y) des von der Zeilenkamera erfassten Lichtes durch verschiedene Fehlstellen zeigt; und
Figur 3 beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Linienbeleuchtung und einer UV-Beleuchtung zeigt.
Figur 1 zeigt eine Tischplatte mit einer zu inspizierenden Naturholz-
Oberfläche 12, die auf einer Transportvorrichtung 14 transportiert wird. In einem Fremdlicht abschirmenden Gehäuse 16 sind eine gerichtete Linienbeleuchtung 18 und eine s/w Zeilenkamera 20 angeordnet. Mit der Linienbeleuchtung 18 wird die Naturholz-Oberfläche 12 mit einer unter einem flachen Winkel α aufprojizierten Beleuchtungslinie beleuchtet. Das reflektierte Glanzlicht wird über einen Spiegel 22 auf die Kamera 20 geleitet, so dass die Kamera 20 das reflektierte Glanzlicht näherungsweise unter dem gleichen Winkel α erfasst. Die zu inspizierende Oberfläche wird im Durchlauf, d.h. während des Transports abgetastet.
Diese in der Fachwelt unter dem Namen „Hellfeld" oder „Dunkelfeld" bekannte
Anordnung erfasst, wie in Figur 2 schematisch dargestellt, lokale Änderungen des reflektierenden Glanzlichtes durch Fehlstellen mit veränderter lokaler Reflektion. Figur 2 zeigt schematisch eine Oberfläche 12 mit einer Fehlstelle 24 mit geändertem lokalen Reflektionsvermögen, Fehlstellen 26 mit lokaler Änderung der Materialdicke und eine Fehlstelle 28 mit einer lokalen Änderung der Oberflächennormalen um einen Winkel Δα.
Die drei verschiedenen Eigenschaften der Oberfläche führen im Grauwertbild, das durch die Kamera 20 erzeugt wird, multiplikativ zu einem Intensitätsunterschied Δl(x,y), welcher als Produkt der einzelnen Veränderungen beschrieben werden kann:
a) Änderungen der lokalen Reflektion ΔR(x,y) an der Stelle (x,y) der Fehlstelle 24. Hierdurch können z.B. qualitätsmindernde Stellen durch Reste von Lacken (lokal zu hohe Reflektion) oder faule Äste (lokal zu niedrige Reflexion) als Grauwertunterschied im Kamerabild erkannt werden.
b) Lokale Änderungen der Oberflächenhöhe bzw. Materialdicke Δz(x,y) an den Fehlstellen 26. Hierdurch können z.B. überstehende Äste (Δz(x,y) >0) bzw. leere Astlöcher, Ausbrüche oder Risse (Δz(x,y) <0) als Grauwertunterschied im Kamerabild erkannt werden.
c) Lokale Änderungen der Oberflächennormalen Δα (x,y) an der Fehlstelle 28. Hierdurch können Beulen und Dellen erkannt werden.
Mit der Anordnung nach Figur 1 können Fehlstellen mit flüssiger Phase, z.B. störende gefüllte Harzgallen oder störende Leimreste nicht ausreichend erkannt werden. Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der die in Figur 1 gezeigte Anordnung um eine ultraviolette Linienbeleuchtung und eine entsprechende Kamera ergänzt wird. Einander entsprechende Teile in Figur 1 und 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut erläutert.
Die Naturholz-Oberfläche 12 wird aus senkrechter Richtung diffus aus einer UV-Linienbeleuchtung 30 mit für das menschliche Auge unsichtbarem ultravioletten Licht beleuchtet und in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus senkrechter Richtung durch eine UV-empfindliche Zeilenkamera 32 beobachtet. Eine Linienbeleuchtung hat sich für breite Holzstrukturen bewährt. Eine Abschirmung 34 verhindert, dass ultraviolettes Licht direkt von der Linienbeleuchtung 30 in die Kamera 32 gelangt. Der Sensor ist auf den ultravioletten Wellenlängenbereich durch z.B. ein vorgeschaltetes optisches Filterglas begrenzt, welches nur schmalbandig Licht im UV Bereich durchlässt. Trotz der senkrechten Beobachtung wird durch die Verwendung von UV-Licht die die Fehlererkennung störende Holzmaserung stark unterdrückt. Die Verwendung von kurzwelligem Licht, für welches es noch empfindliche Bildsensoren gibt, führt dabei zu einer hellen Reflektion von Defekten wie gefüllten Harzgallen, Leimresten usw. Die Qualität der Erkennung von Fehlem wird weiter durch die Wahl der Wellenlänge der Linienbeleuchtung 18 für das Hellfeld- bzw. Dunkelfeld-Verfahren beeinflusst. Als besonders günstig hat sich hier ein Wellenlängenbereich erwiesen, welcher für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.
Sowohl die Zeilenkamera 20 als auch die Zeilenkamera 32 sind mit einem
Bildverarbeitungssystem 36 verbunden, in dem die von den Kameras erzeugten Grauwertbilder mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung ausgewertet werden. Diese Auswertung erlaubt eine Qualitätsbewertung der inspizierten Holzoberfläche. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Grauwertbilder der ersten und der zweiten Zeilenkamera bildpunktweise überlagert, so dass weitere Aussagen zu den Fehlstellen gewonnen werden. Es können für die Bildauswertung auch weitere Kanäle wie Farbkanal, Grauwertkanal usw. hinzugefügt werden und die Anordnung kann um weitere Beleuchtungsquellen und/oder Kameras ergänzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt daher insbesondere für den Bereich der Inspektion von Naturholzoberflächen, bei denen die natürliche Maserung nicht bewertet werden muss, zu wesentlich einfacheren, robusteren und kostensparenden Systemen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatischen optischen Inspektion von Naturholzoberflächen in der Produktionslinie, wobei eine zu inspizierende Oberfläche (12) mit einer unter einem flachen Winkel aufprojizierten Beleuchtungslinie beleuchtet wird und eine Zeilenkamera (20) das an der Oberfläche unter im wesentlichen demselben Winkel reflektierte Licht erfasst; mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung aus einem von der Zeilenkamera (20) erzeugten Grauwertbild lokale physikalische Eigenschaften der Oberfläche extrahiert werden; die Oberfläche (12) diffus mit ultraviolettem Licht beleuchtet wird und eine UV- empfindliche Kamera (32) die UV-beleuchtete Oberfläche erfasst; mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung aus einem von der
UV-empfindlichen Kamera (32) erzeugten Grauwertbild diejenigen lokalen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche extrahiert werden, welche zu einer zu kurzen Wellenlängen hin ansteigenden Rückstreuung des UV Lichtes führen; und die aus beiden Grauwertbildern extrahierten Eigenschaften kombiniert werden und daraus eine Qualitätsbewertung der Holzoberfläche berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei mehrdeutige physikalische Eigenschaften durch die Kombination der beiden Grauwertbilder zu eindeutigen Bewertungsaussagen aufgelöst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die durch Auswertung des Grauwertbildes der Zeilenkamera (20) detektierten physikalischen Eigenschaften der Oberfläche lokale Änderungen der Glanzeigenschaften und/oder lokale Änderungen der Materialdicke und/oder lokale Änderungen der Richtung der Oberflächennormalen sind, die auf das Vorhandensein von wenigstens einem der folgenden Fehler hinweisen:
- Äste - Ausbrüche
- Risse - Faulstellen
- Harzgallen
- Markröhren
- Löcher - Rindeneinschlüsse
- Eindrücke
- Beulen
- Leim
- Kontaminationen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die durch Auswertung des Grauwertbildes der UV-empfindlichen Kamera (32) detektierten physikalischen Eigenschaften der Oberfläche helle Reflexionen sind, die auf das Vorhandensein von wenigstens einem der folgenden Fehler hinweisen:
- Leim - Harzgallen
- Beschichtungsreste.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die UV- empfindliche Kamera (32) mit einer Filtereinrichtung gegen Licht außerhalb des Bereichs des verwendeten UV-Lichts abgeschirmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zeilenkamera (20) eine Schwarz-Weiß Zeilenkamera ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zeilenkamera (20) und/oder die UV-empfindliche Kamera (32) aus flächenhaften Bildsensoren bestehen, bei welchen Bildzeilen selektiv ausgelesen werden.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungslinie mit Licht in einem Wellenlängenbereich erzeugt wird, welcher für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Beleuchtungslinie mit Licht im infraroten Bereich erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Beleuchtungslinie mit Licht im ultravioletten Bereich erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Grauwertbilder der Zeilenkamera (20) und der UV-empfindlichen Kamera (32) bildpunktweise überlagert werden, so dass weitere Aussagen zu den Fehlstellen gewonnen werden.
12. Anordnung zur automatischen optischen Inspektion von Naturholzoberflächen in der Produktionslinie, umfassend eine erste Beleuchtungsquelle (18), mit der eine Lichtlinie auf die zu inspizierende Oberfläche (12) unter einem flachen Winkel projiziert wird; eine Zeilenkamera (20), die so angeordnet ist, dass sie das an der Oberfläche reflektierte Glanzlicht der ersten Beleuchtungsquelle (18) unter einem zumindest näherungsweise gleichen Winkel erfasst; eine zweite Beleuchtungsquelle (30), mit der die zu inspizierende Oberfläche (12) mit ultraviolettem Licht diffus beleuchtet wird; eine UV-empfindliche Kamera (32), die so angeordnet ist, dass sie das von der UV-beleuchteten Oberfläche kommende UV-Licht erfasst; ein Bildverarbeitungssystem (36), das mit Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung aus einem von der Zeilenkamera (20) erzeugten Grauwertbild lokale physikalische Eigenschaften der Oberfläche extrahiert, welche zu einer lokalen Änderung der Glanzeigenschaften und/oder einer lokalen Änderungen der Materialdicke und/oder einer lokalen Änderungen der Richtung der Oberflächennormalen führen, und aus einem von der UV-empfindlichen Kamera (32) erzeugten Grauwertbild diejenigen lokalen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche extrahiert, welche zu einer zu kurzen Wellenlängen hin ansteigenden Rückstreuung des UV Lichtes führen, und aus der Kombination beider Bildauswertungen eine Qualitätsbewertung der einzelnen Regionen der Holzoberfläche sowie des gesamten Produktes berechnet.
13. Anordnung nach Anspruch 12, wobei die UV-empfindliche Kamera (32) so angeordnet ist, dass sie die Oberfläche annähernd senkrecht von oben betrachtet.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 und 13, die ferner ein Fremdlicht abschirmendes Gehäuse (16) umfasst, wobei die erste und zweite Beleuchtungsquelle (18, 30) sowie die Zeilenkamera (20) und die UV- empfindliche Kamera (32) innerhalb des Gehäuses (16) angeordnet sind.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, mit einer Filtereinrichtung, die die UV-empfindliche Kamera (32) gegen Licht außerhalb des Bereiches des verwendeten UV-Lichtes abschirmt.
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