WO2012080073A1 - Positionserkennung - Google Patents

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WO2012080073A1
WO2012080073A1 PCT/EP2011/072171 EP2011072171W WO2012080073A1 WO 2012080073 A1 WO2012080073 A1 WO 2012080073A1 EP 2011072171 W EP2011072171 W EP 2011072171W WO 2012080073 A1 WO2012080073 A1 WO 2012080073A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
scanning
profile
electromagnetic radiation
range
article
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/072171
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Gerigk
Andreas BÄCKER
Simon Hoff
Thomas Birsztejn
Christian Roth
Stephan Tabaschuss
Walter Speth
Ralf IMHÄUSER
Original Assignee
Bayer Technology Services Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US13/990,758 priority patent/US20130250310A1/en
Priority to EP11801660.9A priority patent/EP2652440A1/de
Priority to CN2011800596796A priority patent/CN103261837A/zh
Priority to KR1020137015112A priority patent/KR20130141590A/ko
Priority to CA2821066A priority patent/CA2821066A1/en
Priority to AU2011344400A priority patent/AU2011344400A1/en
Priority to RU2013132141/28A priority patent/RU2013132141A/ru
Priority to JP2013543651A priority patent/JP2014504367A/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518—Projection by scanning of the object
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G06T7/001—Industrial image inspection using an image reference approach
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection

Definitions

  • the subject of the present invention is a method for registering an article and retrieving a portion of the article.
  • Automation in the manufacture and processing of many industrial goods and commodities requires automated recognition and recovery of items and / or portions of items.
  • the laid-open specification DE3704313A1 deals, for example, with a non-contact optical method for detecting an object.
  • a hologram is attached to the object.
  • the hologram is illuminated with coherent light and the radiation returned by the hologram is captured by a camera. From the radiation returned, conclusions can be drawn about the type of object, its position in space, shape changes and the dynamic behavior.
  • a disadvantage of the method is the need for an aid (hologram), which must be attached to the object.
  • the method is therefore not applicable to objects that can not be provided with appropriate tools.
  • an item would need to be provided with a variety of holograms to recognize and retrieve different portions of the item.
  • Properties of objects in particular the surface structure of an object, provide features for a unique detection and / or recovery of portions of the object.
  • a first subject of the present invention is thus a method for registering an object, characterized in that a portion of the object is scanned with electromagnetic radiation and at least a part of the emitted from the object as a result of scanning electromagnetic radiation collected and the obtained scanning signal, optionally to S signal ver arb processing, stored together with other parameters to individual sections of the article in the form of a reference profile in a database, wherein the electromagnetic radiation used for scanning has a line-shaped beam profile.
  • a further subject of the present invention is a method for the detection and / or recovery of a portion of an object, comprising the steps:
  • Scanning signal optionally using signal processing methods, wherein the electromagnetic radiation used for scanning has a linear beam profile
  • a further subject of the present invention is a method for associating a portion of a processed object with the corresponding portion of the unprocessed article, comprising the steps of:
  • the present invention can be formally divided into two phases.
  • a first phase - hereinafter also referred to as the first phase - an object is registered.
  • a reference profile is created, which is stored in a database.
  • the reference profile contains information about intrinsic structural properties of the object and the positions of the object where the intrinsic structural properties occur.
  • the reference profile thus represents a kind of map of the object, on which information about intrinsic structural characteristics as a function of the place is recorded.
  • the reference profile contains parameters for individual sections of the article. In the reference profile, these parameters are listed together with the information about the intrinsic structural properties of the object. This means that in the reference profile for individual sections, which are identified by one or more parameters, information about the intrinsic structural properties of the object are present in these sections.
  • the parameters indicate certain features on the map, such as lighthouses.
  • defects such as scratches or inclusions occur in the manufacture and processing of an article. Furthermore, it is conceivable that these defects can not be eliminated immediately, for example, because an immediate elimination would mean the interruption of the manufacturing or processing process.
  • these defects are first detected.
  • the article is scanned by electromagnetic radiation to produce a characteristic scan signal that is so characteristic of individual sections of the article that these sections can later be uniquely retrieved. From the scanning signal, a reference profile is generated.
  • the reference profile records the areas where defects have occurred. It can also be recorded, what kind of flaws it is.
  • Such information about the defects is generally referred to herein as a parameter.
  • the defects can be detected, for example, with online analysis methods. If it is visually detectable defects, it is also conceivable that they are directly detectable in the scanning signal, so that it is possible to dispense with a further analy s ever driving. Scratches on an adjacent surface Whether it is a surface or a surface, it is preferable for the device to be scanned with electromagnetic radiation, for example, a clearly recognizable signal.
  • the defect is to be recovered, for example, to eliminate them.
  • a portion of the object is determined in which the defect occurs. This portion of the item is rescanned to create a local profile. By comparing the local profile with the portion of the reference signal having the missing parts, it is possible to check whether the correct portion of the object is present.
  • This comparison corresponds to a verification; a check is made as to whether the section identified in the reference profile and having a specific feature (defect) actually exists where indicated by the reference profile.
  • the comparison between the local profile and the identified section of the reference profile reveals that the previously determined location, which should have a certain feature, is actually in the area for which a local profile has been created. So is the determined A location having a certain feature actually located on the object may be followed by further steps, such as the elimination of imperfections.
  • the allocation can identify the errors in the determination of the location and the correct area that determines the particular location Should be determined again.
  • the second phase may be used, for example, to associate a portion of a split item with the corresponding portion of the undivided item.
  • the unused item corresponds to the above-mentioned unprocessed item; the divided article corresponds to the above-mentioned machined article.
  • unprocessed and processed are intended to mean that the object has been subjected to any processing between the registration in the first phase (unprocessed state) and the re-sampling in the second phase, which does not necessarily lead to a change of the object ,
  • the processing can therefore for example be a storage.
  • the processing is a process in which the subject has undergone a change.
  • a reference profile to the undivided object is initialized.
  • the object is then divided into several parts.
  • the local profile is compared with the reference profile section by section to be able to assign the local profile to a section of the reference profile. The assignment determines where the part was previously in the undivided counterpart.
  • the electromagnetic radiation during detection and identification has a line-shaped beam profile.
  • the scanning of a portion of the object in the two phases is preferably done in the same manner to achieve high reproducibility.
  • the area scanned in the first phase is also referred to here as the first area, the area scanned in the second phase as the second area.
  • the second region is usually within the first region or overlaps at least partially with it, so that an association between the local profile and a section of the reference profile is even possible.
  • the section of the reference profile is understood to be a contiguous part of the reference profile that is smaller than the reference profile itself.
  • the relative movement between the object and the incident beam may be performed so that the object moves and the radiation source is held, or carried out so that the radiation source moves and the item is being held. It is also conceivable that both the object and the radiation source moves. It is also conceivable that the object and the radiation source are held fast and the scanning beam is guided over a region of the object, for example by means of movable mirrors.
  • the relative movement can take place continuously with constant wind speed, accelerating or decelerating, or discontinuously, ie, step-by-step. Preferably, the movement is carried out at a constant speed.
  • the scanning is done with electromagnetic radiation rather.
  • the wavelength of the electromagnetic radiation used depends on the respectively present intrinsic structural properties of the object. Depending on the nature of the intrinsic structural properties, a particular wavelength range may be advantageous because, for example, it leads to particularly strong signals. It is conceivable to determine the optimum wavelength range empirically. Usually, visible to infrared light is used.
  • the electromagnetic radiation used may be coherent or non-coherent, depending on whether interference phenomena such as speckle patterns are useful or disturbing to generate a reference profile.
  • interference phenomena such as speckle patterns are useful or disturbing to generate a reference profile.
  • the intrinsic structural properties of the object, which are supposed to produce a characteristic signal upon irradiation, are decisive for the
  • LED light emitting diode
  • Methods for the reduction of speckle appearance in coherent radiation are known in the art (see for example DE102004062418B4). It is also conceivable to use LED arrays, ie an arrangement of several LEDs.
  • the recording of the characteristic radiation emanating from the object takes place in reflection or transmission. It is also conceivable that the recording takes place in reflection and transmission. Since most objects are intransparent to electromagnetic radiation over a wide range of wavelengths, the recording of the characteristic radiation emanating from the object usually takes place in reflection. For the sake of simplicity, only the reflection variant is explained in more detail in the present description; However, the method according to the invention is not limited to the absorption of radiation in reflection but also includes the absorption of radiation in transmission. The person skilled in the art knows how to modify the method described in more detail here in order to record radiation in transmission.
  • the surface of the article is scanned using a focused beam of light.
  • the beam is focused on the surface, for example, by means of a lens. If one were to focus the beam at one point and pass that point across the surface of the object to produce a reference profile in the first phase, then in the second phase one would have to find the area that the point had sampled in the first phase, which, as should be immediately apparent, is very difficult due to the small extent of the scanned area.
  • a line-shaped beam profile is used for scanning, in which the beam profile is widened transversely to the scanning direction.
  • the beam sweeps over a larger area in a single scan than when using a point-shaped beam profile, and this larger area can be re-hit and at least partially rescanned later on.
  • Scanning with a linear beam profile is more akin to averaging over a plurality of scanning signals resulting from scanning with a point beam profile along a plurality of closely spaced and parallel lines. It is surprising that this averaging generates a reference profile over a wide range which is so characteristic of individual sections of the article that the individual sections can later be clearly identified.
  • a linear beam profile is defined here as follows: Usually, the intensity in the cross-sectional center of the radiation is highest and decreases toward the outside. The intensity can decrease evenly in all directions - in this case there is a round cross-sectional profile. In all other cases there is at least one direction in which the intensity gradient is greatest and at least one direction in which the intensity gradient is smallest.
  • the beam width is understood as meaning the distance from the center of the cross-sectional profile in the direction of the smallest intensity gradient, at which the intensity has dropped to half of its value in the center.
  • the beam thickness is understood to be the distance from the center of the cross-sectional profile in the direction of the highest intensity gradient, at which the intensity has dropped to half of its value in the center.
  • a line-shaped beam profile refers to a beam profile in which the beam width is increased by a factor of more than! 0 is greater than the beam thickness.
  • the beam width is larger than the beam thickness by a factor of more than 50, more preferably by a factor of more than 100, and most preferably by a factor of more than 150.
  • the jet thickness is in the range of the mean groove width of the present surface (for the definition of the average groove width, see DI EN ISO 4287: 1998).
  • the abovementioned ranges for the beam thickness and the beam width are very well suited for achieving, on the one hand, the positioning that is sufficiently accurate for reproducibility and, on the other hand, for a sufficiently accurate assignment of the local profile to achieve a sufficient signal-to-noise ratio for a section of the reference profile.
  • the recording of the characteristic radiation emanating from the object takes place with the aid of one or more detectors. Common detectors are camera, photodiode or phototransistor.
  • the radiation source, the object and one or more detectors may be arranged in different ways to one another.
  • the scanning beam preferably falls perpendicular to the surface of the article ( Figure 4).
  • One or more detectors are preferably arranged laterally of the scanning beam in order to absorb diffusely reflected (scattered) radiation.
  • a corresponding sensor with which this embodiment of the method according to the invention can be carried out is described, for example, in the publication WO2010 / 1 18835 (A1) or the application DE 102010015014.2, the content of which is to be incorporated by reference into this description.
  • the scanning beam preferably falls obliquely, ie at an angle of incidence in the range of 10 ° to 80 °, more preferably in the range of 20 ° to 70 ° and especially preferably in the range of 30 ° to 60 ° relative to the normal of the surface of the article to this.
  • Specularly reflected radiation is returned by the object according to the law of reflection at an angle of reflection corresponding to the angle of incidence.
  • One or more detectors are preferably laterally from the fall angle in an angular range of 5 ° to 30 ° relative to the angle of failure arranged (Fig. 1).
  • a corresponding sensor with which this embodiment of the method according to the invention can be carried out is For example, in the publication WO2010 / 040422 (A1) or the application DE102009059054.4 described, the content of which is incorporated by reference into this description.
  • a signal is generated from the collected radiation, which is also referred to here as a scanning signal.
  • a reference profile or a local profile is generated from the scanning signal.
  • scanning The process of irradiating a portion of the object with relative movement of the object and the beam impinging on the object, and capturing a portion of the incident radiation emanating from the object as a result of the irradiation is collectively referred to herein as scanning.
  • the relative movement between the object and the scanning beam can be constant or discontinuous.
  • the incoming radiation at the sampling on the detector is detected and digitized at a discrete and constant sampling frequency.
  • the sampling signal is thus usually an intensity-time function. If a region of the object is scanned at a constant speed, there is a linear relationship between the time of recording an intensity value and the location of the object at which the respective intensity value has occurred during irradiation, so that the intensity-time function can be easily calculated an intensity-location function can be calculated.
  • the relative movement between the object and the scanning signal is not constant, the result is a correspondingly more complex relationship between the intensity-time function and the intensity-location function.
  • a transformation function must be known. Here can be used on the known from the prior art coding.
  • markers with a constant spacing of 300 microns are used to transform the intensity-time signal into an intensity-location signal (see WO05 / 088533A1 page 23). These markers are optically detected with a separate photodetector. Since the constant measuring frequency (sampling rate) and the distance of the markings are known, the location at which the focused scanning beam was located can be determined at any time. This makes it possible to transform the time-dependent scanning signal with the aid of the coder into a time-independent intensity-location signal. For some items, no markings need to be applied because they have a consistent ripple that can be used to correlate time to place (see, for example, application DE 102010021380.2).
  • the reference profile and the local profile are generated from the sampling signal by various mathematical methods such as filtering and / or background subtraction or other other methods of signal processing.
  • filtering and / or background subtraction or other other methods of signal processing By means of these mathematical methods, for example, random or systematic fluctuations resulting from individual measurements are largely eliminated.
  • parameters are added to individual sections of the article in the reference profile. It is also conceivable to include further information on the object in the reference profile, such as, for example, batch numbers, identification numbers, images, property parameters and the like.
  • the reference profile is stored in a database in order to be able to use it at a later time (in the second phase), the term database generally being to be understood as a data or information store.
  • the storage may be on, for example, an electronic storage medium (semiconductor memory), an optical storage medium (e.g., compact disk), a magnetic storage medium (e.g., hard disk), or other information storage medium. It is also conceivable to store the signature as an optical code (barcode, matrix code) on a paper or the object itself or as a hologram. After the reference profile has been generated and saved, the respective object is registered.
  • the item is scanned again.
  • a smaller range is sampled in the second phase than in the first phase.
  • the local profile is compared with one or more sections of the reference profile, around that section of the reference profile or to verify that a local profile is identical to a given portion of the reference profile.
  • FIG. 1 shows schematically the method according to the invention for scanning the surface I of an object.
  • An area 7 of the surface 1 is irradiated by means of a source 2 for electromagnetic radiation.
  • a portion of the reflected radiation 4 is picked up by a detector 5 to pick up a sample signal.
  • the object is moved relative to the array of radiation source 2 and detector 5 (represented by the thick black arrow).
  • a line-shaped beam profile 6, whose longer extension is transverse to the direction of movement.
  • the sub-figures 2 (a) and 2 (b) illustrate a line-shaped beam profile with a beam width SB and a beam thickness SD.
  • sub-figure 2 (a) the two-dimensional cross-sectional profile of a elektr omagnetis chen beam is shown in the focal point. At the center of the cross-sectional profile is the highest intensity. The intensity / decreases to the outside, where there is a first direction (x), in which the intensity decreases the most with increasing distance A to the center, and a further direction (y), which is perpendicular to the first direction (x), in which the intensity decreases the weakest with increasing distance A to the center.
  • Sub-figure 2 (b) shows the intensity profile / as a function of the state A from the center.
  • the beam width and the beam thickness are defined as those distances from the center in which the intensity has dropped to 50% of its maximum value in the center, here the beam width in the j'-direction and the beam thickness in the x-direction.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) show by way of example how a line-shaped beam profile can be generated with the aid of a plano-convex cylindrical lens 300.
  • the cylinder lens 300 acts in one
  • R is the cylinder radius and n is the refractive index of the lens material.
  • Figure 4 shows a preferred arrangement for scanning an article in which scanning beam 3 falls perpendicular to the surface of the article.
  • Figures 5a, 5b and 5c show scanning signals resulting from the scanning of an object with a linear beam profile.
  • the scanning signal was recorded in each case with a sensor according to the application DE102009059054.4
  • the ordinate in each case shows the voltage signal I (in arbitrary units) of the photodetector used, which is proportional to the intensity of the incident radiation.
  • the abscissa shows the distance X traveled in the scan along a single line in cm.
  • a single photodetector was used in the second feedthrough (12).
  • the scanned article was a composite consisting of the special paper 7110 from 3M (3M 7110 litho paper, white) and a laminated protective film PET Overlam RP35 from UPM Raflatac.
  • the radiation source used was a Speckie-reduced laser diode (Flexpoint line module FP-HOM-SLD, Laser Components GmbH).
  • the beam profile was linear, with a beam width of 5 mm and a beam thickness of 25 ⁇ .
  • the scanning signals can be stored directly as reference profiles.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Registrieren eines Gegenstandes und zum Wiederfinden eines Abschnittes des Gegenstands.

Description

Posilionserkennunii
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Registrieren eines Gegenstandes und zum Wiederfinden eines Abschnittes des Gegenstands.
Die Automatisierung bei der Herstellung und Verarbeitung vieler industrieller Güter und Waren bedingt eine automatisierte Erkennung und Wiederfindung von Gegenständen und/oder Abschnitten von Gegenständen.
Die Offenlegungsschrift DE3704313A1 befasst sich beispielsweise mit einem berührungslosen optischen Verfahren zur Erkennung eines Gegenstandes. An den Gegenstand wird ein Hologramm angebracht. Das Hologramm wird mit kohärentem Licht beleuchtet und die vom Hologramm zurückgesandte Strahlung mit Hilfe einer Kamera aufgefangen. Aus der zurückgesandten Strahlung können Rückschlüsse über die Art des Gegenstands, seine Lage im Raum, Formänderungen und das dynamische Verhalten gezogen werden. Nachteilig an dem Verfahren ist die Notwendigkeit eines Hilfsmittels (Hologramm), das an den Gegenstand angebracht werden muss. Das Verfahren ist somit nicht anwendbar bei Gegenständen, die nicht mit entsprechenden Hilfsmitteln versehen werden können. Zudem müsste ein Gegenstand mit einer Vielzahl von Hologrammen versehen werden, um verschiedene Abschnitte des Gegenstands erkennen und wiederfinden zu können. Bei der Hersteilung von Folien und Beschichtungen kann es beispielsweise zu Einschlüssen von Verunreinigungen oder allgemein zu Fehlstellen kommen, die vor der weiteren Verarbeitung identifiziert und ggf. eliminiert werden müssen. Bei vielen Prozessen ist die Markierung von F ehlstellen, die bei einem Verarb eitungs s chritt auftreten können, während dies es Ver arb eitungs s chrittes nicht möglich. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abschnitt eines Gegenstands zu erkennen und/ oder wiederzufinden, ohne dass der Abschnitt mit einer Markierung versehen werden muss. Das gesuchte Verfahren soll berührungslos erfolgen, eine hohe Geschwindigkeit bei der Erkennung und/oder Wiederfindung ermöglichen sowie einfach im Betrieb und wartungsarm sein.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche 1, 2 und 3. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Der vorliegenden Erfindung liegt der Befund zugrunde, dass die intrinsischen strukturellen
Eigenschaften von Gegenständen, insbesondere die Oberflächenstruktur eines Gegenstands, Merkmale für eine eindeutige Erkennung und/oder Wiederfindung von Abschnitten des Gegenstands liefern. Dabei wäre es jedoch zu aufwändig, die kompletten intrinsischen strukturellen Eigenschaften eines Gegenstandes mittels Bildverarbeitungssystemen zu erfassen und in einer Datenbank abzulegen, um bestimmte Abschnitte zu einem späteren Zeitpunkt wiederfinden zu können.
Überraschend wurde gefunden, dass die Abtastung eines Gegenstands mit elektromagnetischer Strahlung, die ein linienförmiges Strahlpro fil aufweist, auf einfache und schnelle Weise genügend Informationen liefert, um einzelne Abschnitte des Gegenstand mit hoher Genauigkeit und ebenso schnell wiederzufinden.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zum Registrieren eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des Gegenstandes mit elektromagnetischer Strahlung abgetastet und zumindest ein Teil der vom Gegenstand infolge der Abtastung ausgesandten elektromagnetischen Strahlung aufgefangen und das gewonnene Abtastsignal, gegebenenfalls nach S ignal ver arb eitung, zusammen mit weiteren Parametern zu einzelnen Abschnitten des Gegenstands in Form eines Referenzprofils in einer Datenbank gespeichert wird, wobei die zur Abtastung verwendete elektromagnetische Strahlung ein linienförmiges Strahlprofil aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erkennung und/oder Wiederfindung eines Abschnitts eines Gegenstands, umfassend die Schritte:
Ermitteln anhand des Referenzprofils zu dem Gegenstand, in welchem Abschnitt des Gegenstands ein vorgegebener Parameter vorliegt,
Abtasten des ermittelten Abschnitts mit elektr omagnetis ch er Strahlung, Auffangen zumindest eines Teils der vom Gegenstand infolge des Abtastens ausgesandten elektr omagnetis chen Strahlung und Erzeugen eines lokalen ProIiis aus dem gewonnenen
Abtastsignal, gegebenenfalls unter Einsatz von Signalverarbeitungsmethoden, wobei die zum Abtasten verwendete elektromagnetische Strahlung ein linienförmiges Strahlprofil aufweist,
Vergleichen des lokalen Profils mit demjenigen Teil des Referenzprofils, der dem ermittelten Abschnitt entspricht. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Zuordnung eines Abschnitts eines bearbeiteten Gegenstands zu dem entsprechenden Abschnitt des unbearbeiteten Gegenstands, umfassend die Schritte:
Abtasten eines Abschnitts des bearbeiteten Gegenstands mit elektromagnetischer Strahlung, Auffangen zumindest eines Teils der vom bearbeiteten Gegenstand infolge des Abtastens ausgesandten elektromagnetischen Strahlung und Erzeugen eines lokalen Profils aus dem gewonnenen Abtastsignal gegebenenfalls unter Einsatz von Signalverarbeitungsmethoden, wobei die zum Abtasten verwendete elektromagnetische Strahlung ein linienförmiges Strahlprofil aufweist, abschnittsweises Vergleichen des lokalen Profils mit dem Referenzprofil des unbearbeiteten Gegenstands und Identifizieren desjenigen Abschnitts des Referenzprofils, das die größte Ähnlichkeit zum lokalen Profil aufweist.
Die vorliegende Erfindung lässt sich formal in zwei Phasen unterteilen. In einer ersten Phase - nachstehend auch die erste Phase genannt - wird ein Gegenstand registriert. Bei dieser Registrierung wird ein Referenzprofil erzeugt, das in einer Datenbank abgelegt wird. Das Referenzpro fil enthält Informationen zu intrinsischen strukturellen Eigenschaften des Gegenstands und den Positionen des Gegenstands, an denen die intrinsischen strukturellen Eigenschaften auftreten.
Das Referenzprofil stellt damit gewissermaßen eine Art Landkarte des Gegenstands dar. auf der Informationen über intrinsische strukturelle Eigenschaften als Funktion des Ortes verzeichnet sind.
Darüber hinaus enthält das Referenzprofil Parameter zu einzelnen Abschnitten des Gegenstands. In dem Referenzprofil sind diese Parameter zusammen mit den Informationen zu den intrinsischen strukturellen Eigenschaften des Gegenstands verzeichnet. Das bedeutet, dass in dem Referenzprofil zu einzelnen Abschnitten, die durch einen oder mehrere Parameter gekennzeichnet sind, Informationen über die intrinsischen strukturellen Eigenschaften des Gegenstands in diesen Abschnitten vorliegen.
Um bei dem oben verwendeten Bild der Landkarte zu bleiben, kennzeichnen die Parameter bestimmte Merkmale auf der Landkarte, wie zum Beispiel Leuchttürme.
In einer späteren zweiten Phase der vorliegenden Erfindung - nachfolgend auch als die zweite Phase bezeichnet - erfolgt eine Erkennung und/oder Wiederfindung eines Abschnittes des Gegenstands. Bevor die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert wird, werden konkrete Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung vorgestellt, um die oben verwendeten Begriffe verständlicher zu machen.
Eine denkbare Anwendungsmöglichkeit ist beispielsweise die Wiederfindung von Fehlsteilen. Es ist denkbar, dass bei der Herstellung und Verarbeitung eines Gegenstands Fehlstellen wie beispielsweise Kratzer oder Einschlüsse auftreten. Weiterhin ist es denkbar, dass diese Fehlstellen nicht unmittelbar eliminiert werden können, beispielsweise weil eine sofortige Eliminierung die Unterbrechung des Herstell- oder Verarbeitungsverfahren bedeuten würde. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung werden diese Fehlstellen zunächst erfasst. Der Gegenstand wird mittels elektromagnetischer Strahlung abgetastet, um ein charakteristisches Abtastsignal zu erzeugen, das für einzelne Abschnitte des Gegenstands so charakteristisch ist, dass diese Abschnitte später eindeutig wiedergefunden werden können. Aus dem Abtastsignal wird ein Referenzprofil erzeugt. In das Referenzprofil wird aufgenommen, an welchen Stellen Fehlstellen aufgetreten sind. Es kann auch aufgenommen werden, um was für Fehlstellen es sich jeweils handelt. Solche Informationen zu den Fehlstellen werden hier allgemein als Parameter bezeichnet.
Die Fehlstellen können beispielsweise mit Online- Analyseverfahren detektiert werden. Wenn es sich um optisch feststellbare Fehlstellen handelt, ist es auch denkbar, dass diese direkt im Abtastsignal erkennbar sind, sodass auf ein weiteres Analy s ever fahr en verzichtet werden kann. Kratzer auf einer ans onsten eb enen Ob erfläche erz eugen b ei d er erfindungs gern äß en Abtastung mit elektromagnetis eher Strahlung beispielsweise ein deutlich erkennbares Signal.
Zu einem späteren Zeitpunkt soll die Fehlstelle wiedergefunden werden, beispielsweise um sie zu eliminieren. Anhand des Referenzsignals wird ein Abschnitt des Gegenstands ermittelt, in dem die Fehlstelle auftritt. Dieser Abschnitt des Gegenstandes wird erneut abgetastet, um ein lokales Profil zu erzeugen. Durch Vergleich des lokalen Profils mit dem Abschnitt des Referenzsignals, das die Fehlsteile aufweist, kann überprüft werden, ob der richtige Abschnitt des Gegenstands vorliegt.
Dieser Vergleich entspricht einer Verifizierung; es wird geprüft, ob der im Referenzprofil identifizierte Abschnitt, der ein bestimmtes Merkmal (Fehlstelle) aufweist, tatsächlich dort vorliegt, wo es von dem Referenzprofil angegeben wird.
In der Regel ergibt der Vergleich zwischen lokalem Profil und dem identifizierten Abschnitt des Referenzprofils, dass die zuvor ermittelte Stelle, die ein bestimmtes Merkmal aufweisen sollte, auch wirklich in dem Bereich liegt, für das ein lokales Profil erstellt worden ist. Ist also die ermittelte Stelle, die ein bestimmtes Merkmal aufweist, tatsächlich auf dem Gegenstand lokalisiert worden, so können weitere Schritte folgen, wie beispielsweise die Eliminierung von Fehlstellen.
Ergibt sich bei der Zuordnung zwischen lokalem Profil und Referenzprofii, dass das lokale Profil die ermittelte Stelle, die ein bestimmtes Merkmal aufweisen soll, nicht umfasst, kann durch die Zuordnung der Fehler bei der Ermittlung der Stelle ausfindig gemacht und der richtige Bereich, der das bestimmte Merkmal aufweisen sollte, erneut bestimmt werden.
In einem anderen Anwendungsfall kann die zweite Phase beispielsweise dazu genutzt werden, um bei einem zerteilten Gegenstand ein Teilstück dem entsprechenden Abschnitt des unzerteilten Gegenstands zuzuordnen. Der unz erteilte Gegenstand entspricht dem oben genannten unbearbeiteten Gegenstand; der zerteilte Gegenstand entspricht dem oben genannten bearbeiteten Gegenstand.
Die Begriffe„unbearbeitet" und„bearbeitet" sollen bedeuten, dass der Gegenstand zwischen der Registrierung in der ersten Phase (unbearbeiteter Zustand) und dem erneuten Abtasten in der zweiten Phase irgendeiner Bearbeitung unterzogen worden ist, die nicht notwendigerweise zu einer Veränderung des Gegenstands führen muss. Die Bearbeitung kann also beispielsweise auch eine Lagerung sein. Üblicherweise ist die Bearbeitung jedoch ein Vorgang, bei der Gegenstand einer Änderung unterzogen worden ist.
In der ersten Phase wird ein Referenzprofil zu dem unzerteilten Gegenstand ersteilt. Der Gegenstand wird dann in mehrere Teilstücke zerteilt. Es liegt nun für die zweite Phase ein Teilstück zur Zuordnung vor. Dieses Teilstück wird abgetastet, um ein lokales Profil zu erstellen. Das lokale Profil wird abschnittsweise mit dem Referenzprofil verglichen, um das lokale Profil einem Abschnitt des Referenzprofils zuordnen zu können. Durch die Zuordnung wird ermittelt, wo sich das Teilstück zuvor in dem unzerteilten Gegenstück befunden hat.
Weitere Anwendungen sind denkbar.
Die Erfindung mit der Registrierung in der ersten Phase und den verschiedenen Varianten in der zweiten Phase lässt sich zu folgendem Gesamtverfahren, das ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, zusammenfassen: Verfahren zur Erkennung und/oder Wiederfindung eines Abschnitts eines Gegenstands, umfassend die Phasen
Erfassen des Gegenstands, gekennzeichnet durch die Schritte
o Abtasten eines ersten Bereichs des Gegenstands mit elektromagnetischer Strahlung und Auffangen eines Teils der vom Gegenstand zurückgesandten elektromagnetis chen Strahlung zur Erzeugung eines Abtastsignals o Erzeugen eines Referenzprofils aus dem Abtastsignal und Speicherung des Referenzprofils in einer Datenbank
Identifizieren eines Abschnitts des Gegenstands, gekennzeichnet durch die Schritte
o Abtasten eines zweiten Bereichs des Gegenstands mit elektromagnetischer Strahlung und Auffangen eines Teils der vom Gegenstand zurückgesandten elektromagnetischen Strahlung zur Erzeugung eines Abtastsignals o Erzeugen eines lokalen Profils aus dem Abtastsignal
o Zuordnen des lokalen Profils zu einem Abschnitt des Referenzprofils
wobei die elektromagnetische Strahlung beim Erfassen und Identifizieren ein linienförmiges Strahlprofil aufweist.
Die Abtastung eines Bereichs des Gegenstands erfolgt in den beiden Phasen vorzugsweise in derselben Weise, um eine hohe Reproduzierbarkeit zu erreichen. Der in der ersten Phase abgetastete Bereich wird hier auch als erster Bereich, der in der zweiten Phase abgetastete Bereich als zweiter Bereich bezeichnet.
Der zweite Bereich liegt üblicherweise innerhalb des ersten Bereichs oder überlappt mit diesem zumindest teilweise, damit eine Zuordnung zwischen lokalem Profil und einem Abschnitt des Referenzprofils überhaupt möglich ist. Unter Abschnitt des Referenzprofils wird ein zusammenhängender Teil des Referenzprofils verstanden, der kleiner ist als das Referenzprofil selbst.
Bei der Abtastung fällt elektromagnetische Strahlung auf den Gegenstand. Bei der Abtastung bewegen sich die einfallende Strahlung und der Gegenstand relativ zueinander, so dass die elektromagnetische Strahlung einen Bereich des Gegenstands überstreicht. Dieser Vorgang des Überstreichens wird hier auch als Scan bezeichnet. Die relative Bewegung zwischen Gegenstand und einfallendem Strahl kann so ausgeführt werden, dass sich der Gegenstand bewegt und die Strahlenquelle festgehalten wird, oder so ausgeführt werden, dass sich die Strahlenquelle bewegt und der Gegenstand festgehalten wird. Denkbar ist auch, dass sich sowohl der Gegenstand als auch die Strahlenquelle bewegt. Denkbar ist auch, dass Gegenstand und Strahlenquelle festgehalten werden und der Abtaststrahl beispielsweise mit Hilfe beweglicher Spiegel über einen Bereich des Gegenstands geführt wird. Die relative Bewegung kann kontinuierlich mit gleichbleibender Ges ch windigkeit, beschleunigend oder abbremsend, oder diskontinuierlich, d.h. z.B. schrittweise erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Bewegung mit gleichbleibender Geschwindigkeit.
Die Abtastung erfolgt mit elektromagnetis eher Strahlung. Die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung richtet sich nach den jeweils vorliegenden intrinsischen strukturellen Eigenschaften des Gegenstandes. Je nach Art der intrinsischen strukturellen Eigenschaften kann ein bestimmter Wellenlängenb er eich vorteilhaft sein, weil er beispielsweise zu besonders starken Signalen führt. Es ist denkbar, den optimalen Wellenlängenbereich empirisch zu ermitteln. Üblicherweise wird sichtbares bis infrarotes Licht verwendet.
Die verwendete elektromagnetische Strahlung kann kohärent oder nichtkohärent sein, je nachdem ob Interferenzerscheinungen wie beispielsweise Specklemuster zur Erzeugung eines Referenzprofils nützlich oder störend sind. Auch hier sind wieder die intrinsischen strukturellen Eigenschaften des Gegenstands, die bei Bestrahlung ein charakteristisches Signal erzeugen sollen, maßgeblich für die
Auswahl der Eigenschaften der verwendeten Strahlung. Die Auswahl erfolgt vorzugsweise empirisch. Als Strahlenquelle wird üblicherweise ein Laser, der bei Bedarf specklereduziert sein kann, oder eine nichtkohärente Strahlungsquelle wie beispielsweise eine LED (LED = light emitting diode) verw endet. Verfahren zur Reduktion von Speckleerscheinungen bei kohärenter Strahlung sind dem Fachmann bekannt (siehe z.B. DE102004062418B4). Es ist auch denkbar, LED-Arrays zu verwenden, d.h. eine Anordnung von mehreren LEDs. Bei der Bestrahlung eines Bereichs des Gegenstands kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen der eintreffenden Strahlung mit dem Gegenstand, genauer gesagt mit der intrinsischen Struktur des Gegenstands . Das Resultat dieser Wechselwirkung ist eine vom Gegenstand ausgehende charakteristische Strahlung, die Informationen über die intrinsische Struktur trägt. Diese wird zumindest teilweise aufgefangen. Je nach Art des Gegenstands erfolgt die Aufnahme der vom Gegenstand ausgehenden charakteristischen Strahlung in Reflexion oder Transmission. Es ist auch denkbar, dass die Aufnahme in Reflexion und Transmission erfolgt. Da die meisten Gegenstände in einem weiten Wellenlängenbereich für elektromagnetische Strahlung intransparent sind, erfolgt die Aufnahme der vom Gegenstand ausgehenden charakteristischen Strahlung üblicherweise in Reflexion. Zur Vereinfachung wird in der vorliegenden Beschreibung nur die Reflexionsvariante näher ausgeführt; das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Aufnahme von Strahlung in Reflexion beschränkt sondern umfasst auch die Aufnahme von Strahlung in Transmission. Dem Fachmann der Optik ist bekannt, wie das hier näher beschriebene Verfahren modifiziert werden muss, um Strahlung in Transmission aufzunehmen.
Vorzugsweise wird die Oberfläche des Gegenstands mit Hilfe eines fokussierten Lichtstrahls abgetastet. Der Strahl wird beispielsweise mittels einer Linse auf die Oberfläche fokussiert. Würde man den Strahl auf einen Punkt fokussieren und diesen Punkt über die Oberfläche des Gegenstands führen, um in der ersten Phase ein Referenzprofil zu erzeugen, so müsste man in der zweiten Phase den Bereich, den der Punkt in der ersten Phase abgetastet hat, wiederfinden, was, wie unmittelbar einsichtig sein sollte, aufgrund der geringen Ausdehnung des abgetasteten Bereichs sehr schwierig ist.
Dabei hätte es Vorteile, den abgetasteten Bereich besonders schmal zu gestalten. Je schmaler der Bereich ist, desto schneller kann eine Abtastung erfolgen, desto geringer sind die Datenmengen, die als Abtastsignal oder Referenzprofil anfallen und desto geringer ist die Rechenzeit für die Zuordnung in Phase 2. Auf der anderen Seite wird es mit abnehmender Breite zunehmend schwieriger, bei der Abtastung in Phase 2 diesen Bereich auch zu treffen.
Eine naheliegende Lösung wäre es, anstelle eines einzelnen Scans mehrere nebeneinander liegende Scans vorzunehmen und hieraus ein Referenzprofil zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird jedoch zur Abtastung ein linienförmiges Strahlprofil verwendet, bei dem das Strahlprofil quer zur Scanrichtung aufgeweitet ist. Dadurch überstreicht der Strahl bei einem einzelnen Scan einen größeren Bereich als bei Verwendung eines punktförmigen Strahlprofils und dieser größere Bereich kann später entsprechend einfacher wieder getroffen und zumindest teilweise erneut abgetastet werden. Die Abtastung mit einem linienförmigen Strahlprofil entspricht quasi einer Mittelung über eine Vielzahl von Abtastsignalen, die aus der Abtastung mit einem punktförmigen Strahlprofil entlang einer Vielzahl an eng aneinander liegenden und parallel verlaufenden Linien resultieren. Es ist überraschend, dass aus dieser Mittelung über einen breiten Bereich ein Referenzprofil erzeugt werden kann, das für einzelne Abschnitte des Gegenstands so charakteristisch ist, dass die einzelnen Abschnitte später eindeutig wiedergefunden werden können.
Durch die Verwendung des linienförmigen Strahlprofils ist es möglich, den Gegenstand bei der Erfassung in Phase 1 schnell und einfach zu registrieren. Unter Strahlprofil oder wird das Intensitätsprofil des auf den Gegenstand fokussierten Strahls im Querschnitt in der Fokusebene verstanden.
Ein linienförmiges Strahlprofil wird hier wie folgt definiert: Üblicherweise ist die Intensität im Querschnittszentrum der Strahlung am höchsten und nimmt nach außen hin ab. Die Intensität kann in allen Richtungen gleichmäßig abnehmen - in diesem Fall liegt ein rundes Querschnittsprofil vor. In allen anderen Fällen gibt es mindestens eine Richtung, in der der Intensitätsgradient am größten ist und mindestens eine Richtung, in der der Intensitätsgradient am kleinsten ist. Im Folgenden wird unter der Strahlbreite derjenige Abstand vom Zentrum des Querschnittsprofils in Richtung des kleinsten Intensitätsgradienten verstanden, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Wertes im Zentrum gesunken ist. Weiterhin wird unter der Strahldicke derjenige Abstand vom Zentrum des Querschnittsprofils in Richtung des höchsten Intensitätsgradienten verstanden, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Wertes im Zentrum gesunken ist. Unter einem linienförmigen Strahlprofil wird ein Strahlprofil bezeichnet, bei dem die Strahlbreite um einen Faktor von mehr als ! 0 größer ist als die Strahldicke. Bevorzugt ist die Strahlbreite um ei nen Faktor von mehr als 50 größer als die Strahldicke, besonders bevorzugt um einen Faktor von mehr als 100 und ganz besonders bevorzugt um einen Faktor von mehr als 150.
In einer bevorzugten Aus führungs form liegt die Strahldicke im Bereich der mittleren Rillenbreite der vorliegenden Oberfläche (zur Definition der mittleren Rillenbreite siehe DI EN ISO 4287: 1998).
Für eine Vielzahl an Gegenständen, insbesondere für Gegenstände aus Papier, haben sich die folgenden Strahldicken und -breiten als geeignet erwiesen: Strahlbreiten im Bereich von 2 mm bis 7 mm. bevorzugt im Bereich von 3 mm bis 6,5 mm. besonders bevorzugt im Bereich 4 mm bis 6 mm und ganz besonders bevorzugt im Bereich 4,5 mm bis 5,5 mm.
Strahldicken im Bereich von 5 μΐΉ bis 35 μιη, bevorzugt im Bereich von 10 μιη bis 30 μιη, besonders bevorzugt im Bereich von 15 μιη bis 30 μιη, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20 μιη bis 27μΐΉ. Dem Fachmann der Optik ist bekannt, wie ein entsprechendes Strahlprofil mittels optischer Elemente erzeugt werden kann. Optische Elemente dienen der Strahlformung und Fokussierung. Als optische Elemente werden insbesondere Linsen, Blenden, diffraktive optische Elemente und dergleichen bezeichnet. Überraschend wurde gefunden, dass die oben genannten Bereiche für die Strahidicke und die Strahlbreite sehr gut geeignet sind, um auf der einen Seite die für die Reproduzierbarkeit ausreichend genaue Positionierung zu erzielen, und um auf der anderen Seite ein für eine hinreichend genaue Zuordnung des lokalen Profils zu einem Abschnitt des Referenzprofils ein ausreichendes Signal- Rausch- Verhältnis zu erzielen. Die Aufnahme der vom Gegenstand ausgehenden charakteristischen Strahlung erfolgt mit Hilfe eines oder mehrerer Detektoren. Übliche Detektoren sind Kamera, Fotodiode oder Fototransistor.
Die Strahlenquelle, der Gegenstand und ein oder mehrere Detektoren können auf verschiedene Weisen zueinander angeordnet sein. Üblicherweise bestimmen die intrinsischen strukturellen
Eigenschaften des Gegenstands die optimale Anordnung. Auf zwei bevorzugte Anordnungen wird im Folgenden näher eingegangen, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken.
Bei Gegenständen, die bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung einen hohen Anteil an diffus reflektierter Strahlung erzeugen, fällt der Abtaststrahl vorzugsweise senkrecht auf die Oberfläche des Gegenstands (Fig. 4). Ein oder mehrere Detektoren sind vorzugsweise seitlich vom Abtaststrahl angeordnet, um diffus re fl ekt i erte (gestreute) Strahlung aufzufangen. Ein entsprechender Sensor, mit dem diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann, ist beispielsweise in der Publikation WO2010/1 18835(A1) oder der Anmeldeschrift DE 102010015014.2 beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen werden soll.
Bei Gegenständen, die bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung einen hohen Anteil an spekular reflektierter Strahlung erzeugen, fällt der Abtaststrahl vorzugsweise schräg, d.h. in einem Einfallswinkel im Bereich von 10° bis 80°, besonders bevorzugt im Bereich von 20° bis 70° und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 30° bis 60° bezogen auf die Normale der Oberfläche des Gegenstands auf diesen. Spekular reflektierte Strahlung wird vom Gegenstand gemäß Reflexionsgesetz in einem Ausfallswinkel, der dem Einfallswinkel entspricht, zurückgesandt. Ein oder mehrere Detektoren sind vorzugsweise seitlich vom Aus fall winkel in einem Winkelbereich von 5° bis 30° bezogen auf den Ausfallswinkel angeordnet (Fig. 1). Ein entsprechender Sensor, mit dem diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann, ist beispielsweise in der Publikation WO2010/040422(A1 ) oder der Anmeldeschrift DE102009059054.4 beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen werden soll.
Mit Hilfe des Detektors wird aus der aufgefangenen Strahlung ein Signal erzeugt, das hier auch als Abtastsignal bezeichnet wird. Aus dem Abtastsignal wird schließlich ein Referenzprofil oder ein lokales Profil erzeugt.
Der Vorgang der Bestrahlung eines Bereiches des Gegenstands unter relativer Bewegung von Gegenstand und dem auf den Gegenstand auftreffenden Strahl sowie unter Auffangen eines Teils der vom Gegenstand infolge der Bestrahlung ausgehenden char akteristis ch en Strahlung wird hier zusammengefasst als Abtastung bezeichnet.
Wie oben beschrieben, kann die relative Bewegung zwischen Gegenstand und Abtaststrahl gleichbleibend oder diskontinuierlich erfolgen. Üblicherweise wird die bei der Abtastung am Detektor ankommende Strahlung mit einer diskreten und konstanten Abtastfrequenz erfasst und digitalisiert. Das Abtastsignal ist somit üblicherweise eine Intensität-Zeit-Funktion. Wird ein Bereich des Gegenstands mit gleichbleibender Geschwindigkeit abgetastet, besteht zwischen der Zeit der Aufnahme eines Intensitätswerts und dem Ort des Gegenstands, bei dem der jeweilige Intensitätswert bei Bestrahlung aufgetreten ist, ein linearer Zusammenhang, so dass aus der Intensität-Zeit-Funktion in einfacher Weise eine Intensität-Ort-Funktion berechnet werden kann. Ist die relative Bewegung zwischen Gegenstand und Abtastsignal nicht gleichbleibend, ergibt sich ein entsprechend komplexerer Zusammenhang zwischen Intensität-Zeit-Funktion und Intensität-Ort-Funktion. In jedem Fall muss zur Umwandlung der Intensität-Zeit-Funktion in eine Intensität-Ort-Funktion eine Transformationsfunktion bekannt sein. Hier kann auf die aus dem Stand der Technik bekannten Kodierverfahren zurückgegriffen werden.
Es ist zum Beispiel denkbar, zur Ermittlung der Trans formations funktion einen mechanischen, optischen oder magnetischen Kodierer zu verwenden. Im Fall der WO05/088533A1 werden beispielsweise Markierungen mit einem gleichbleibenden Abstand von 300 Mikrometern zur Transformation des Intensität-Zeit-Signals in ein Intensität-Ort-Signal verwendet (siehe WO05/088533A1 Seite 23). Diese Markierungen werden mit einem separaten Fotodetektor optisch erfasst. Da die konstante Messfrequenz (Abtastrate) und der Abstand der Markierungen bekannt sind, kann zu jedem Zeitpunkt der Ort bestimmt werden, an dem sich der fokussierte Abtaststrahl befunden hat. Damit ist es möglich, das zeitabhängige Abtastsignal mit Hilfe des Kodierers in ein zeitunabhängiges Intensität-Ort-Signal zu transformieren. Bei einigen Gegenständen müssen keine Markierungen angebracht werden, da sie über eine gleichbleibende Welligkeit verfügen, die zur Korrelation zwischen Ort und Zeit verwendet werden kann (siehe z.B. die Anmeldeschrift DE 102010021380.2).
Ebenso ist es denkbar, die relative Bewegung zwischen Gegenstand und Abtastsignal mittels Specklevelocimetrieverfahren (siehe z.B. EP0947833B1) oder analogen Verfahren zu verfolgen.
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung einer Transformationsfunktion ist in der Anmeldeschrift DE102010020810.8 beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen werden soll.
In der Regel wird das Referenzprofil und das lokale Profil aus dem Abtastsignal durch verschiedene mathematische Methoden wie Filterung und/ oder Untergrundabzug oder andere andere Methoden der Signalverarbeitung erzeugt. Durch diese mathematischen Methoden werden beispielsweise zufällige oder systematische Schwankungen, die aus Einzelmessungen resultieren, weitestgehend eliminiert.
In das Referenzprofil werden wie oben beschrieben Parameter zu einzelnen Abschnitten des Gegenstands aufgenommen. Es ist auch denkbar weitere Informationen zu dem Gegenstand in das Referenzprofil aufzunehmen, wie beispielsweise Chargennummern, Identifikationsnummern, Bilder, Eigenschaftsparameter u.v.m.
Das Referenzprofil wird in einer Datenbank gespeichert, um zu einem späteren Zeitpunkt (bei der zweiten Phase) auf dieses zurückgreifen zu können, wobei der Begriff Datenbank allgemein als Daten- oder Informationsspeicher zu verstehen ist. Die Speicherung kann beispielsweise auf einem elektronischen Speichermedium (Halbleiterspeicher), einem optischen Speichermedium (z.B. Compact Disk), einem magnetischen Speichermedium (z.B. Festplatte) oder einem anderen Medium zur Speicherung von Informationen erfolgen. Denkbar ist auch die Ablage der Signatur als optischer Code (Barcode, Matrixcode) auf einem Papier oder dem Gegenstand selbst oder als Hologramm. Nachdem das Referenzprofil generiert und gespeichert ist, ist der jeweilige Gegenstand registriert.
Zu einem späteren Zeitpunkt wird der Gegenstand erneut abgetastet. Üblicherweise wird in der zweiten Phase ein kleinerer Bereich abgetastet als in der ersten Phase.
Bei der Zuordnung von lokalem Profil zu Referenzprofil erfolgt ein Vergleich des lokalen Profils mit einem oder mehreren Abschnitten des Referenzprofils, um denjenigen Abschnitt des Referenzprofils zu identifizieren, der dem lokalen Profil am ähnlichsten ist, oder um zu verifizieren, dass ein lokales Profil mit einem vorgegebenen Abschnitt des Referenzprofils identisch ist.
Der Vergleich selbst kann mit mathematischen Methoden, die dem Fachmann hinlänglich bekannt sind, erfolgen. Es können z.B. bekannte Verfahren des Pattern Matching eingesetzt werden, bei denen nach Ähnlichkeiten zwischen Datensätzen gesucht wird (siehe z.B. Image Analysis and Processing: 8th International Conference, ICIAP '95, San Remo. Itaiy, September 13-15, 1995. Proceedings (Lecture Notes in Computer Science), WO 2005088533(A1), WO20060161 14(A 1), C. Demant, B. Streicher-Abel. P. Waszkewitz, Industrielle Bildverarbeitung, Springer- Verlag, 1998, S. 133 ff. J. Rosenbaum, Barcode, Verlag Technik Berlin, 2000, S. 84 ff, US 7333641 B2, DE 1026064 AI , DE 10260638 AI, EP1435586B1). Auch optische KoiTelationsmethoden sind denkbar.
Für die Erzeugung von Referenzprofil und/oder lokalem Profil sowie zur Zuordnung und zum Vergleich von Profilen und/oder Profilabschnitten wird üblicherweise ein Computer verwendet. Das Ergebnis einer Zuordnung und/oder eines Vergleichs wird üblicherweise auf einem Bildschirm einem Benutzer angezeigt. Es ist auch denkbar, dass das Ergebnis einer Maschine zur weiteren Bearbeitung des Gegenstands übergeben wird. Dem Fachmann der Automatisierungstechnik sind diese und weitere Möglichkeiten wohlbekannt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren näher erläutert, ohne sie auf die dort gezeigten Ausführungsformen zu beschränken.
Figur 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtastung der Oberfläche I eines Gegenstandes. Ein Bereich 7 der Oberfläche 1 wird mittels einer Quelle 2 für elektromagnetische Strahlung bestrahlt. Ein Teil der reflektierten Strahlung 4 wird mit Hilfe eines Detektors 5 aufgefangen, um ein Abtastsignal auf/unehmen. Der Gegenstand wird in Bezug zur Anordnung aus Strahlenquelle 2 und 5 Detektor bewegt (dargestellt durch den dicken schwarzen Pfeil). In der Oberflächenebene liegt ein linienförmiges Strahlprofil 6 vor, dessen längere Ausdehnung quer zur Bewegungsrichtung liegt.
Die Teilfiguren 2(a) und 2(b) verdeutlichen ein linienförmiges Strahlprofil mit einer Strahlbreite SB und einer Strahldicke SD. In Teilfigur 2(a) ist das zweidimensionale Querschnittsprofil eines elektr omagnetis chen Strahls im Fokuspunkt dargestellt. Im Zentrum der Quer s chnittspr ofils liegt die höchste Intensität / vor. Die Intensität / nimmt nach außen ab, wobei es eine erste Richtung (x) gibt, in der die Intensität / mit zunehmendem Abstand A zum Zentrum am stärksten abnimmt, und eine weitere Richtung (y), die senkrecht zur ersten Richtung (x) steht, in der die Intensität / mit zunehmendem Abstand A zum Zentrum am schwächsten abnimmt. Teilfigur 2(b) zeigt den Intensitätsverlauf / als Funktion des Ab Standes A vom Zentrum. Die Strahlbreite und die Strahldicke werden als diejenigen Abstände vom Zentrum definiert, in denen die Intensität / auf 50% ihres Maximalwerts im Zentrum gesunken ist, wobei hier die Strahlbreite in j'-Richtung und die Strahldicke in x-Richtung liegt.
In den Teilfiguren 3(a) und 3(b) ist beispielhaft gezeigt, wie ein linienförmiges Strahlprofil mit I lilfe einer plankonvexen Zylinderlinse 300 erzeugt werden kann. Die Zylinder linse 300 wirkt in einer
Ebene als Sammellinse (Figur 3(b)). In der dazu senkrechten Ebene hat sie keine brechende Wirkung. In der paraxiaien Näherung gilt für die Brennweite /' einer solchen Linse die Formel: f ~ G1. 1
n - l
wobei R der Zylinderradius und n die Brechzahl des Linsenmaterials ist.
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Anordnung zur Abtastung eines Gegenstands, bei der Abtaststrahl 3 senkrecht auf die Oberfläche des Gegenstands fällt. Es sind zwei Detektoren 5, 5' seitlich von der Strahlenquelle 2 angeordnet, die diffus reflektierte Strahlung 4 auffangen.
Figuren 5a, 5b und 5c zeigen Abtastsignale, die aus der Abtastung eines Gegenstands mit einem linienförmigen Strahlprofil resultieren. Das Abtastsignal wurde jeweils mit einem Sensor gemäß Anmeldeschrift DE102009059054.4 Figur 3 aufgenommen. Die Ordinate zeigt j eweils das Spannungssignal I (in willkürlichen Einheiten) des verwendeten Fotodetektors, das proportional zur Intensität der eintreffenden Strahlung ist. Auf der Abszisse ist der bei der Abtastung entlang einer einzigen Linie zurückgelegte Weg X in cm aufgetragen. Es wurde in allen drei Fällen ein einzelner Fotodetektor in der zweiten Durchführung (12) verwendet. Der abgetastete Gegenstand war ein Verbundmaterial bestehend aus dem Spezialpapier 7110 der Firma 3M (3M 7110 Lithopapier, weiß) und einer auflaminierten Schutzfolie PET Overlam RP35 der Firma UPM Raflatac. Als Strahlungsquelle wurde eine Speckie-reduzierte Laserdiode verwendet (Flexpoint Linienmodul FP- HOM-SLD, Laser Components GmbH). Das Strahlprofil war linienförmig, mit einer Strahlbreite von 5 mm und einer Strahldicke von 25 μιη.
Im Fall der Figuren 5a und 5b wurde derselbe Bereich abgetastet. Die Signale sind sehr ähnlich. Im Fall der Figur 5c wurde ein anderer Bereich als in den Fällen der Figuren 5a und 5b abgetastet. Das Signal der Figur 5c ist eindeutig verschieden von den Signalen der Figuren 5a und 5b. Ein Vergleich der Signale aus den Figuren 5a und 5b erbrachte einen Korrelationskoeffizienten von 0,98, während der Vergleich der Signale aus den Figuren 5a und 5c einen Korrelationskoeffizienten von 0,6 brachte. Die Abtastsignale ließen sich auch nach längerer Zeit noch sehr gut reproduzieren. Die Abtastsignale in den Figur 5a, 5b und 5c weisen eine Vielzahl von charakteristischen Merkmalen auf, die eine Wiedererkennung eines Abschnitts des Gegenstands ermöglichen.
Die Abtastsignale können direkt als Referenzprofile abgespeichert werden.
Bezugszeichen: 1 Oberfläche
2 Quelle für elektromagnetische Strahlung
3 Abtaststrahl
4 reflektierte Strahlung
5 Detektor für elektromagnetische Strahlung
5' Detektor für elektromagnetische Strahlung
6 linienförmiges Strahlprofil
7 Abtastbereich
20 Fokuspunkt
300 Zylinder linse

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Registrieren eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des Gegenstandes mit elektromagnetischer Strahlung abgetastet und zumindest ein Teil der vom Gegenstand infolge der Abtastung ausgesandten elektr omagnetis chen Strahlung aufgefangen und das gewonnene Abtastsignal gegebenenfalls nach Signal Verarbeitung zusammen mit weiteren Parametern zu einzelnen Abschnitten des Gegenstands in Form eines Referenzprofils in einer Datenbank gespeichert wird, wobei die zur Abtastung verwendete elektromagnetische Strahlung ein linienförmiges Strahlprofil aufweist.
2. Verfahren zur Erkennung und/oder Wiederfindung eines Abschnitts eines Gegenstands, umfassend die Schritte:
Ermitteln anhand des Referenzprofils zu dem Gegenstand, in welchem Abschnitt des Gegenstands ein vorgegebener Parameter vorliegt,
Abtasten des ermittelten Abschnitts mit elektromagnetischer Strahlung, Auffangen zumindest eines Teils der vom Gegenstand infolge des Abtastens ausgesandten elektromagnetischen Strahlung und Erzeugen eines lokalen Profils aus dem gewonnenen Abtastsignal gegebenenfalls unter Einsatz von Signalverarbeitungsmethoden, wobei die zum Abtasten verwendete elektromagnetische Strahlung ein linienförmiges Strahlprofil aufweist, Vergleichen des lokalen Profils mit demjenigen Teil des Referenzprofils, der dem ermittelten Abschnitt entspricht.
3. Verfahren zur Zuordnung eines Abschnitts eines bearbeiteten Gegenstands zu dem entsprechenden Abschnitt des unbearbeiteten Gegenstands, umfassend die Schritte:
Abtasten eines Abschnitts des bearbeiteten Gegenstands mit elektromagnetischer Strahlung, Auffangen zumindest eines Teils der vom bearbeiteten Gegenstand infolge des Abtastens ausgesandten elektromagnetischen Strahlung und Erzeugen eines lokalen Profils aus dem gewonnenen Abtastsignal gegebenenfalls unter Einsatz von Signalverarbeitungsmethoden, wobei die zum Abtasten verwendete elektromagnetische Strahlung ein linienförmiges Strahlprofil aufweist,
abschnittsweises Vergleichen des lokalen Profils mit dem Referenzprofil des unbearbeiteten Gegenstands und Identifizieren desjenigen Abschnitts des Referenzprofils, das die größte Ähnlichkeit zum lokalen Profil aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlbreite des linienförmigen Strahlprofüs um einen Faktor von mehr als 50 größer ist als die Strahldicke.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlbreite im Bereich von 2 mm bis 7 mm, bevorzugt im Bereich von 3 mm bis 6,5 mm, besonders bevorzugt im Bereich 4 mm bis 6 mm und ganz besonders bevorzugt im Bereich 4,5 mm bis 5,5 mm liegt, während die Strahldicke im Bereich von 5 μηι bis 35 μηι, bevorzugt im Bereich von 10 μηι bis 30 μηι, besonders bevorzugt im Bereich von 15 μηι bis 30 μιη, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20 μιη bis 27μιη liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abtastung elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich des sichtbaren bis infraroten Lichts verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtaststrahl senkrecht auf die Oberfläche des Gegenstands fällt und die von der Oberfläche diffus reflektierte Strahlung seitlich des Abtaststrahls aufgefangen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtaststrahl schräg auf die Oberfläche des Gegenstands fällt und ein oder mehrere Detektoren Zum Auffangen von zurückgesandter Strahlung seitlich vom spekular reflektierten Strahl angebracht sind.
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