WO2015197868A1 - Vorrichtung und verfahren zur prüfung einer oberflächengüte - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur prüfung einer oberflächengüte Download PDF

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WO2015197868A1
WO2015197868A1 PCT/EP2015/064666 EP2015064666W WO2015197868A1 WO 2015197868 A1 WO2015197868 A1 WO 2015197868A1 EP 2015064666 W EP2015064666 W EP 2015064666W WO 2015197868 A1 WO2015197868 A1 WO 2015197868A1
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image
texture
texture feature
medium
unit
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PCT/EP2015/064666
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Tornow
Kai Brune
Stefan Dieckhoff
Hauke Brüning
Andre HOMEYER
Philipp HIRSCHMANN
Lars Höper
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • G01N13/02—Investigating surface tension of liquids

Definitions

  • the present invention relates to a test unit for a surface finish inspecting apparatus, a learning unit for such a test unit, a surface finish inspecting apparatus, a surface finish inspecting method, and a computer program product having corresponding computer program means.
  • the possible contaminations and possible surfaces include in particular, but not exclusively, release agent residues based on silicones, oils, waxes and release films of all kinds in fiber composite components such as CFRP, GFRP and plastics, metals, castings, glasses and hybrid materials of all kinds, contamination with cooling emulsions and Cutting oils resulting from mechanical processing, and residues of fingerprints, adhesives, adhesive tapes or films, masking tapes or films.
  • One aspect of the present invention relates to a test unit for a device for testing a surface quality, wherein a surface to be tested has been coated with a medium having an input means for receiving an image of the surface to be examined with an attached medium, a texture determination means for determining at least one texture feature of the applied medium on the surface to be tested in the received image and a judging means for assessing the surface quality of the surface to be tested on the basis of at least one certain texture feature and creating a test result.
  • a further aspect of the present invention relates to a learning unit for such a test unit, comprising: input means for receiving one or more example images, texture determination means for determining at least one texture feature in an example image or field of a sample image, surface area quality judging means in the example image or sub-image based on the at least one determined texture feature, the texture determination means configured to use the at least one texture feature using at least one texture feature a texture algorithm, and / or the assessment means is adapted to determine the surface quality using at least one assessment algorithm, a matching means adapted thereto, the parameters selected from the at least one texture algorithm and / or the at least one assessment algorithm be adapted to be adapted so that a match between the assessed surface quality and a surface quality assigned to the respective example image or partial image of the example image is obtained, which corresponds to ariess If the learning unit is adapted to provide the adjusted parameters for a test unit according to any one of the preceding claims.
  • Another aspect of the invention relates to a device for testing a surface finish, comprising a document unit for covering a surface to be tested with medium, a recording unit for recording an image of the surface to be tested with an attached medium, and the test unit according to the invention, wherein the test unit with the recording unit is coupled.
  • the invention also relates to a method for testing a surface quality, comprising the steps of covering a surface to be tested with medium, recording an image of the surface to be tested with applied medium, determining at least one texture feature of the applied medium on the surface to be tested in the recorded image and Assess the surface finish of the surface to be tested and generate a test result based on the at least one texture feature.
  • the invention relates to a computer program product with computer program means which cause a device according to the invention to carry out a method according to the invention when the computer program means are executed on the device.
  • the invention is based on the recognition that detection and measurement of individual drops (and the associated requirements for recording and analysis) is not necessary in order to make reliable statements about surface properties to be able to, if instead of (or if necessary supplementary) an evaluation of the drop texture takes place.
  • the present invention is not limited to drop textures.
  • the medium used can comprise not only the possibility of a liquid but also correspondingly fine solids (for example dust) or a combination (suspension) of liquid and solid.
  • the use of a liquid is generally advantageous.
  • the invention is often feasible, so that, for example, test inks or similar. can be used (as they are already used, for example, for surface inspection or other purposes), provided that any remaining residues can be accepted.
  • the invention provides as a medium before a liquid that can be removed without residue from the surface or evaporated residue.
  • a medium particularly preferred here is water as a medium.
  • the following mixtures are considered to be particularly advantageous: water-alcohol mixtures, water-solvent mixtures and water-hydrocarbon mixtures, since these allow adjustment of the distribution produced by changes in the mixture concentration.
  • most of these mixtures are characterized in that there is a reduction in the surface tension of the medium, as a result of which larger droplet structures can form on the surfaces, since, for example, better wetting of the surface occurs. This can be beneficial if the drops produced by pure water are too small for evaluation.
  • media are considered to be advantageous, as they are already known from the method of contact angle measurements.
  • a photograph of the surface in the visible region of the electromagnetic spectrum is made.
  • the invention is not limited thereto. This way, the In addition, images should also be taken in other areas of the electromagnetic spectrum, such as in the UV or IR range, as well as using other effects.
  • a liquid or particles can be applied, which can be excited to fluorescence, luminescence, phosphorescence. It is not (primarily) about using these substances as selective markers, but in turn evaluating the resulting distribution patterns.
  • a liquid or particles can be used, which show a specific absorption behavior with suitable lighting, for example, appear dark when illuminated with red light.
  • Another possibility is to provide a liquid or particles that emit radiation of their own, which in turn can be evaluated as a distribution image.
  • electromagnetic radiation eg gamma radiation
  • particle radiation eg alpha, beta radiation
  • An example would be the use of weakly radioactive substances, as they are also used as contrast agents in medical technology.
  • biologically active substances can be used whose growth depends on the surface quality and whose distribution can be evaluated. This approach is particularly suitable for long-term monitoring of surface conditions. These variations can also be used in combination.
  • the surface is covered with a medium in such a way that the coating itself does not lead to any predetermined texture.
  • a medium for the detection aspect of the invention, details of the wetting or occupancy process are incidental, as long as comparable droplet textures are generated on average using the method used.
  • the type of imaging of the wetted surface is also arbitrary and makes no further demands on the quality of the recording, provided that sufficient reproducibility is given here as well.
  • An advantageous possibility to occupy the surface with medium is to spray, for example, a liquid as a medium.
  • Another possibility is to use a condensation (or possibly sublimation) of the medium from the atmosphere present at the surface.
  • the surface can also be completely covered with a liquid, for example by immersion, in which case, in particular, the droplet distribution can be considered after a defined evaporation time (for example 10 minutes in standard climate).
  • a defined evaporation time for example 10 minutes in standard climate.
  • an evaluation of the evaporation or drying behavior can also be used in the context of the present invention, ie a temporal development of the texture on the surface can be taken into account.
  • a single texture feature can already be used as a sufficient basis for the analysis, wherein advantageously combinations of several texture features can be used.
  • a combination of Haralick texture features is particularly suitable (see, for example, Haralick, RM, Shanmugam, K., & Dinstein, I. (1973).) Textural Features for Image Classification. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics , 3 (6), 610-621), which are calculated on the basis of gray-scale matrices, and local binary pattern texture features (see, for example, Ojala, T., Pietikäinen, M., & Guren Georgä, T. (2002), Multiresolution Gray-scale and rotation invariant texture Classification with local binary patterns. Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, 24 (7), 971-987).
  • the input means for receiving the image is subdivided into a plurality of partial images and / or for generating partial images from the received image
  • the texture determination means is configured to determine the at least one texture feature for each of the plurality of partial images
  • the judging means is adapted to determine the surface finish for each of the sub-images and to generate the test result based on the surface qualities determined from the sub-images.
  • this embodiment also includes the variant that both one (or more) complete images and the corresponding partial images are processed together. It is also possible here that the set of partial images only corresponds to a part of the received image, just as it is possible for the partial images to overlap one another.
  • the input means for receiving the image in multiple versions with different recording characteristics, in particular with different resolutions and / or viewing angles, and / or designed to produce versions of the received image in different resolutions that is Texture determination agent to designed to determine the at least one texture feature for each of the plurality of frames
  • the judging means is adapted to determine the surface finish for each of the frames of the image and to produce the test result based on the surface qualities determined from the frames. Also, using different resolutions and / or viewing angles (or varying other recording characteristics) allows the test to be more robust against anomalies.
  • the texture determination means is configured to determine the at least one texture feature by means of at least one texture algorithm, and / or the assessment means is adapted to evaluate the surface finish based on the at least one texture feature using at least one assessment algorithm.
  • the texture determination means is adapted to parameters on the basis of which the at least one texture algorithm determines the at least one texture feature by training using pre-classified sample images and / or by receiving the parameters from outside to obtain the test unit, and / or the evaluation means configured to obtain parameters, on the basis of which the surface quality is assessed by means of the at least one assessment algorithm, by training using pre-classified sample images and / or by receiving the parameters from outside the test unit.
  • the device according to the invention comprises a light source for diffuse illumination of the surface to be tested, wherein the receiving unit is arranged or arranged for arranging such that any reflections of the device do not appear in the recorded image.
  • the invention makes it possible to use a non-destructive detection of contaminants on surfaces as a method of quality assurance, wherein the components can be selected with fewer constraints so that optimization in terms of small size and weight is possible.
  • One aspect of the invention provides for use of a minimum atomizing nozzle to reduce the amount of air and water required when using water as a medium. Image recognition on specular surfaces, especially high gloss varnishes, is generally difficult.
  • the invention allows passive illumination with a diffuse light source as well as an angled arrangement of all other components, so that the detection unit does not record itself.
  • a time-controlled valve can be used to achieve the desired reproducibility of the sprayed amount of water.
  • a temporal synchronization of the medium application and the detection unit takes place in order to avoid evaporation effects, whereby, however, the time course of evaporation effects and the like. can also be used.
  • An advantageous embodiment of the invention provides for the use of adapted profile frames to ensure the position of the focal plane when using a camera.
  • the invention allows a quantification of impurities, whereby there is also a possibility of the classification of different impurity types, even within a recorded image.
  • the invention allows a determination of a state of contamination based on texture features, for example a droplet image. Texture features are quantitative measures that describe spatial arrangement patterns of pixel values.
  • An advantage of the invention is that this determination is also possible if the recording or surface conditions do not allow delimitation of individual drops.
  • the invention provides for a separate determination of the state of contamination in partial images, for example of a droplet image.
  • state of contamination herein may refer to both a quantitative (e.g., 80% soiled) and a qualitative (e.g., "clean,” “little soiled,” “soiling type A") description of contaminants on surfaces.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for testing a surface quality
  • FIG. 3 shows an exemplary recording of a medium-occupied, partially contaminated surface
  • FIG. 4 shows an embodiment of a test unit according to the invention for a
  • Device for testing a surface quality shows an exemplary embodiment of a learning unit according to the invention for a test unit for a device for testing a surface quality.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for testing a surface finish.
  • the device 1 which is shown schematically, for example, is constructed so that it can also be used as a hand-held device.
  • the device 1 comprises a drop applicator 2 as an example of a document unit, a camera 5 as an example of a recording unit and a test unit 6, and a light source 15.
  • a drop applicator 2 is medium, here in the form of water 4, on the surface 3, the Check is sprayed on.
  • the light source 15 illuminates at least part of the surface 4 occupied by water 4 in order to set suitable exposure conditions for the camera 5. If the otherwise existing ambient lighting is sufficient for this purpose alone or (for example, in the case of radiation through the medium itself) no lighting in any form is necessary, can also be dispensed with the light source 15.
  • the camera 5 takes one or more images of the sprayed with water 4 surface 3 and gives them for testing to the test unit 6, which in turn outputs the corresponding test result.
  • the output of the test result may be quantitative (e.g., a numerical value indicating a clogging value) or qualitative (e.g., red or green for non-OK or OK).
  • a hand-held device can be used as a drop applicator 2, for example, a compressed air-operated strictlyzerstäuberdüse for spraying water. This keeps the device lightweight and compact in design.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a method according to the invention for testing a surface finish.
  • the method 100 includes the following steps: First, in step 101, the surface to be tested is covered with medium. Following this, in step 102, at least one image of the surface to be tested with applied medium is created, which is the basis of the further examination. The picture is taken in the following step
  • step 103 determined at least one texture feature of the applied medium on the surface to be tested. On the basis of this at least one texture feature is in step
  • Step 102 or steps 102 to 104 can also be carried out repeatedly in order to observe a chronological course of the occupation of the surface to be tested with medium.
  • FIG. 3 shows an exemplary image of a medium-contaminated, partially contaminated surface, in which the different surface properties can be recognized on the basis of the different droplet textures.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a test unit according to the invention for a device for testing a surface quality.
  • the test unit 6 comprises an input means 7, a texture determination means 8 and a judging means 9 which are coupled together.
  • the input means 7 serves to receive one or more images or partial images of the surface to be examined and optionally also be configured to process the received data, e.g. to create partial images from a received image.
  • the data received or processed by the input means 7 is sent to the texture determination means 8, which preferably determines texture features in these data using parameterized texture algorithms.
  • the parameters for this can be supplied to the texture determination means 8 from the outside.
  • the texture determination means 8 outputs the determined texture feature (s) to the judging means 9 for judging the surface finish of the surface to be inspected and preparing a test result, which is then output from the judging means 9.
  • the evaluation means also preferably uses parameterized evaluation algorithms whose parameters can be supplied from the outside.
  • 5 shows an exemplary embodiment of a learning unit according to the invention for a test unit for a device for testing a surface quality.
  • the learning unit 10 comprises an input means 11, a texture determination means 12, a judging means 13 and a matching means 14.
  • the input means 1 1 is used to receive and possibly to process one or more sample images, which it passes on to the texture determination means 12.
  • the texture determination means 12 is for determining at least one texture feature in an example image or a sub-image of an example image, wherein the texture feature (s) are given to the judging means 13.
  • the judging means 13 is for judging the surface finish in the example image or the partial image on the basis of the at least one specific texture feature.
  • the texture determination means 12 and / or the assessment means 13 are designed to use one or more parameterized algorithms to perform their tasks.
  • the texture determining means 12 is configured to determine the at least one texture feature using at least one texture algorithm
  • the judging means 13 is configured to determine the surface finish using at least one judgment algorithm.
  • the result of the judging means 13 is supplied to the matching means 14, where it is compared with an example result supplied in parallel with the exemplary images.
  • the used parameters can be given to a test unit.
  • the matching means 14 is adapted to adapt the parameters used by the at least one texture algorithm or the at least one assessment algorithm until a match between the assessed surface finish and one of the respective surface quality Example image or partial image of the sample image assigned surface quality is obtained, which satisfies the predetermined agreement scale.
  • the invention provides to identify the state of contamination on the basis of characteristic texture features in a digital image of the wetted surface.
  • Texture features are statistics about the spatial distribution of pixel values that are calculated from the digital image.
  • the detection and measurement of individual drops is thereby superfluous.
  • preferably learning-capable classification algorithms from the field of pattern recognition are used, which automatically determine the state of contamination on the basis of complex classification rules.
  • the classification rules do not have to be programmed manually, but are preferably derived automatically from pre-classified example images.
  • the calculation and evaluation of the drop texture takes place either in the entire image or separately in partial images whose size and shape are chosen application-specifically.
  • the sub-image results may be combined into an overall result for the whole image, e.g. by the majority result of the individual partial images.
  • the reliability of the overall result is improved because the majority result of the partial images remains unaffected by individual classification errors.
  • it becomes possible to calculate a reliability measure for the overall result e.g. from the relative frequency of the majority result among the sub-images.
  • the invention allows the following advantages:
  • the detection of the drop texture in the presented method requires significantly less computation than the detection and measurement of individual drops in the existing methods and is therefore much faster.
  • the detection of the drop texture is also possible if the quality of the drop images does not allow delimitation of individual drops.
  • the invention also allows the detection of contaminants on structured, high gloss lacquered and textured lacquered surfaces.
  • classification algorithms the process can be further adapted quickly to new surface properties or contaminations. Instead of the elaborate determination of the droplet size distributions of new surfaces or contamination states, only pre-classified sample images have to be specified.
  • Another advantage of the system is that it can be made so autonomous that no dependence on connections is required. This particularly concerns the connections required to produce the drop texture, such as water and compressed air.
  • the evaluation of the drop texture by the software also reduces the error dependence of the user, which arises in comparable methods such as ink test.
  • the applications of the invention are manifold and, among other things, allow a hand-held, through the type of result evaluation used here, fast and universal system for quality control of surfaces. Especially in process areas of the automotive and aerospace industries, which place high demands on painting and bonding processes, the present invention can be used excellently.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfeinheit (6) für eine Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte, eine Lerneinheit für eine solche Prüfeinheit (6), eine Vorrichtung (1) zur Prüfung einer Oberflächengüte, ein Verfahren zur Prüfung einer Oberflächengüte und ein Computerprogrammprodukt mit entsprechenden Computerprogrammmitteln. Aufgabe der Erfindung ist es, Vorrichtungen (1, 6) und Verfahren (100) zur Prüfung einer Oberflächengüte bereitzustellen, die schnell und mit moderaten Anforderungen an die Prüfbedingungen in reproduzierbarer und verlässlicher Weise Ergebnisse liefern. Hierzu wird eine Prüfeinheit (6) für eine Vorrichtung (1) zur Prüfung einer Oberflächengüte vorgeschlagen, wobei eine zu prüfende Oberfläche (3) mit einem Medium (4) belegt wird, mit einem Eingabemittel zum Empfang eines Bildes der zu prüfenden Oberfläche (3) mit aufgelegtem Medium (4), einem Texturbestimmungsmittel zum Bestimmen wenigstens eines Texturmerkmals des aufgelegtem Mediums (4) auf der zu prüfenden Oberfläche (3) im empfangenen Bild und einem Beurteilungsmittel zum Beurteilen der Oberflächengüte der zu prüfenden Oberfläche (3) auf Basis des wenigstens einen bestimmten Texturmerkmals und Erstellen eines Prüfergebnisses.

Description

FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN
FORSCHUNG e.V
Hansastraße 27c, 80686 München
Vorrichtungen und Verfahren zur Prüfung einer Oberflächengüte
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfeinheit für eine Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte, eine Lerneinheit für eine solche Prüfeinheit, eine Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte, ein Verfahren zur Prüfung einer Oberflächengüte und ein Computerprogrammprodukt mit entsprechenden Computerprogrammmitteln.
Es besteht Interesse an Verfahren und Vorrichtungen zur Prüfung einer Oberflächengüte und damit zur Qualitätssicherung einer Oberfläche. Hier ist insbesondere die Erkennung von Verunreinigungen sowie Benetzungseigenschaften vor einem Lackierprozess oder einem Klebeprozess von Bedeutung. Es ist wünschenswert, wenn ein eingesetztes System bei der Analyse unterstützen kann, falls Störungen der Qualität der Oberfläche (weiterhin) vorhanden sind. Zu den möglichen Kontaminationen und möglichen Oberflächen zählen insbesondere, aber nicht ausschließlich Trennmittelrückstände auf Basis von Silikonen, Ölen, Wachsen sowie von Trennfolien aller Art bei Faserverbundbauteilen wie CFK, GFK sowie Kunststoffen, Metallen, Gussteilen, Gläsern sowie Hybridmaterialien aller Art, Verschmutzungen mit Kühlemulsionen und Schneideölen in Folge mechanischer Bearbeitung, sowie Rückstände von Fingerabdrücken, Klebstoffen, Klebebändern oder - folien, Maskierbändern oder -folien. Dabei ist es unerheblich, ob die Oberfläche bereits beschichtet, wie insbesondere aber nicht ausschließlich lackiert oder bedampft, vorbehandelt, wie insbesondere aber nicht ausschließlich plasma- oder laserbehandelt, geschliffen, gesandstrahlt, gebeizt, geätzt, gereinigt oder unbehandelt vorliegt. Ein weiterer Aspekt ist es, die Effizienz von Reinigungsschritten zu bewerten und den Reinigungspro- zess zu überwachen. Bisher werden zur Prüfung der Oberflächengüte und insbesondere der Benetzungseigen- schaften einer Oberfläche vielfach Kontaktwinkelmessungen eingesetzt. Hierzu gibt es verschiedene Ansätze. Den meisten dieser Ansätze ist gemein, dass sie nur eine sehr kleine Fläche untersuchen, nämlich die Fläche unterhalb eines einzelnen Tropfens. Darüber hinausgehende Verfahren, die eine ganze Tropfenverteilung aufbringen, stellen einschränkende Anforderungen an die Materialien und erfordern einen großen Aufwand bei der Erfassung und Abbildung der aufgebrachten Verteilungen. Hierzu zählen Verfahren, die mit streifen- oder flächenhaft (siehe EP 1 650 544 A1 ) sowie mit speziell geformten Verteilungen (DE 10 201 1 017 466 Ab arbeiten. Eine frühere Anmeldung der Anmelderin (DE 10 2005 027 106) ermöglicht bereits eine flächenhafte Erfassung einer Oberfläche. Der Kontaminationszustand wird bei diesem Verfahren anhand der Tropfengrößenverteilung auf der benetzten Oberfläche festgestellt, welche automatisch aus digitalen Bildern der Oberfläche bestimmt wird. Die dafür notwendige Erkennung und Vermessung einzelner Topfen mit Bildverarbeitungsmethoden ist sehr zeitintensiv und stellt hohe Anforderungen an die Qualität der Tropfenabbildung. So müssen die Tropfen gegenüber dem Hintergrund deutlich kontrastiert und gegenüber einander deutlich abgegrenzt sein. Insbesondere bei strukturierten, hochglänzend lackierten sowie strukturiert lackierten Oberflächen ist diese Voraussetzung nicht gegeben.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, Vorrichtungen und Verfahren zur Prüfung einer Oberflächengüte bereitzustellen, die schnell und mit moderaten Anforderungen an die Prüfbedingungen in reproduzierbarer und verlässlicher Weise Ergebnisse liefern.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Prüfeinheit für eine Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte, wobei eine zu prüfende Oberfläche mit einem Medium belegt wurde, mit einem Eingabemittel zum Empfang eines Bildes der zu prüfenden Oberfläche mit aufgelegtem Medium, einem Texturbestimmungsmittel zum Bestimmen wenigstens eines Texturmerkmals des aufgelegtem Mediums auf der zu prüfenden Oberfläche im empfangenen Bild und einem Beurteilungsmittel zum Beurteilen der Oberflächengüte der zu prüfenden Oberfläche auf Basis des wenigstens einen bestimm- ten Texturmerkmals und Erstellen eines Prüfergebnisses.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Lerneinheit für eine solche Prüfeinheit, mit: einem Eingabemittel zum Empfang eines oder mehrerer Beispielbilder, einem Texturbestimmungsmittel zum Bestimmen wenigstens eines Texturmerkmals in einem Beispielbild oder einem Teilbild eines Beispielbildes, einem Beurteilungsmittel zum Beurteilen der Oberflächengüte in dem Beispielbild oder dem Teilbild auf Basis des wenigstens einen bestimmten Texturmerkmals, wobei das Texturbestimmungsmittel dazu ausgestaltet ist, das wenigstens eine Texturmerkmal unter Nutzung wenigstens eines Texturalgorithmus zu bestimmen, und/oder das Beurteilungsmittel dazu ausgestaltet ist, die Oberflächengüte unter Nutzung wenigstens eines Beurteilungsalgorithmus zu bestimmen, einem Abgleichsmittel, das dazu ausgestaltet ist, die Parameter, die von dem wenigstens einen Texturalgorithmus und/oder dem wenigstens einen Beurteilungsalgo- rithmus genutzt werden, so anzupassen, dass eine Übereinstimmung zwischen der beurteilten Oberflächengüte und einer dem jeweiligen Beispielbild oder Teilbild des Beispielbildes zugewiesenen Oberflächengüte erhalten wird, die einem vorbestimmten Übereinstimmungsmaßstab genügt, wobei die Lerneinheit dazu ausgestaltet ist, die angepassten Parameter für eine Prüfeinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche bereitzustellen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte, mit einer Belegeinheit zum Belegen einer zu prüfenden Oberfläche mit Medium, einer Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen eines Bildes der zu prüfenden Oberfläche mit aufgelegtem Medium, und der erfindungsgemäßen Prüfeinheit, wobei die Prüfeinheit mit der Aufnahmeeinheit gekoppelt ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Prüfung einer Oberflächengüte, mit den Schritten Belegen einer zu prüfenden Oberfläche mit Medium, Aufnehmen eines Bildes der zu prüfenden Oberfläche mit aufgelegtem Medium, Bestimmen wenigstens eines Texturmerkmals des aufgelegten Mediums auf der zu prüfenden Oberfläche in dem aufgenommenen Bild und Beurteilen der Oberflächengüte der zu prüfenden Oberfläche und Erstellen eines Prüfergebnisses auf Basis des wenigstens einen Texturmerkmals.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Computerprogrammmitteln, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung dazu veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn die Computerprogrammmittel auf der Vorrichtung ausge- führt werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Erkennung und Vermessung einzelner Tropfen (und die damit verbundenen Anforderungen an Aufnahme und Analyse) nicht notwendig ist, um belastbare Aussagen über Oberflächeneigenschaften machen zu können, wenn stattdessen (oder ggf. ergänzend) eine Auswertung der Tropfentextur erfolgt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Tropfentexturen beschränkt. Das eingesetzte Medium kann neben der Möglichkeit einer Flüssigkeit auch entsprechend feine Festkör- per (z.B. Staub) oder eine Kombination (Suspension) von Flüssigkeit und Festkörper umfassen.
So ist es beispielsweise möglich, für die Erfindung einen feinen Staub zu benutzen, wobei dann etwa eine Klebrigkeit der Oberfläche der Oberflächenparameter wäre, der über die Anlagerung und Verteilung und damit schließlich auch über die geänderte Texturierung der Oberfläche entscheiden würde.
Aus Gründen der Beseitigung von Rückständen des Mediums ist jedoch im Allgemeinen die Nutzung einer Flüssigkeit von Vorteil. Auch hier ist die Erfindung vielfach umsetzbar, so dass beispielsweise auch Testtinten o.ä. genutzt werden können (wie sie beispielsweise schon zur Oberflächenprüfung oder anderen Zwecken genutzt werden), sofern die dabei eventuell verbleibenden Rückstände in Kauf genommen werden können.
In besonders vorteilhafter Weise sieht die Erfindung als Medium eine Flüssigkeit vor, die rückstandsfrei von der Oberfläche entfernt werden kann bzw. rückstandsfrei verdunstet. Besonders bevorzugt ist hierbei Wasser als Medium. Des Weiteren werden folgende Gemische als besonders vorteilhaft angesehen: Wasser-Alkohol-Gemische, Wasser- Lösungsmittel-Gemische und Wasser-Kohlenwasserstoff-Gemische, da diese durch Änderungen der Gemischkonzentration eine Einstellbarkeit der erzeugten Verteilung erlauben. Insbesondere sind die meisten dieser Gemische dadurch gekennzeichnet, dass es zu einer Reduktion der Oberflächenspannung des Mediums kommt, wodurch sich auf den Oberflächen größere Tropfenstrukturen ausbilden können, da es beispielsweise zu einer besseren Benetzung der Oberfläche kommt. Dies kann von Vorteil sein, wenn die Tropfen, die von reinem Wasser erzeugt werden, zu klein für eine Auswertung sind. Des Weiteren werden Medien als vorteilhaft angesehen, wie sie bereits aus dem Verfahren der Kontaktwinkelmessungen bekannt sind. Hierzu gehören, insbesondere aber nicht ausschließlich, Glykol und Diiodmethan. In einer einfach zu implementierenden Variante der Erfindung wird eine photographische Aufnahme der Oberfläche im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums vorgenommen. Die Erfindung ist allerdings hierauf nicht beschränkt. So kann die Auf- nähme von Bildern auch in anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums wie beispielsweise im UV- oder IR-Bereich sowie unter Nutzung anderer Effekte erfolgen. Beispielsweise können eine Flüssigkeit oder Partikel aufgebracht werden, die zur Fluoreszenz, Lumineszenz, Phosphoreszenz angeregt werden können. Es geht hierbei nicht (primär) darum, diese Stoffe als selektive Marker zu verwenden, sondern wiederum die sich ergebenden Verteilungsmuster auszuwerten. Ferner können eine Flüssigkeit oder Partikel genutzt werden, die bei geeigneter Beleuchtung ein spezifisches Absorptionsverhalten zeigen, bspw. bei Beleuchtung mit rotem Licht dunkel erscheinen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Flüssigkeit oder Partikel vorzusehen, die von sich aus Strahlung abgeben, die dann wiederum als Verteilungsbild ausgewertet werden kann. Dies schließt sowohl die Emission von elektromagnetischer Strahlung (bspw. Gammastrahlung) als auch von Teilchenstrahlung (z.B. alpha-, beta-Strahlung) ein. Ein Beispiel wäre die Verwendung von schwach radioaktiven Stoffen, wie sie auch als Kontrastmittel in der Medizintechnik eingesetzt werden. Darüber hinaus können auch biologisch aktiven Substanzen genutzt werden, deren Wachstum von der Oberflächenqualität abhängt und deren Verteilung ausgewertet werden kann. Dieser Ansatz ist insbesondere für langfristige Überwachungen von Oberflächenzuständen geeignet. Diese Variationen können auch kombiniert genutzt werden.
Bevorzugt erfolgt das Belegen der Oberfläche mit einem Medium in einer Weise, dass das Belegen selbst noch zu keiner vorbestimmten Textur führt. Für den Erfassungsaspekt der Erfindung sind Details des Benetzungs- oder Belegungsprozesses nebensächlich, solange mit dem verwendeten Verfahren im Mittel vergleichbare Tropfentexturen erzeugt werden. Auch die Art der Abbildung der benetzen Oberfläche ist beliebig und stellt keine weiteren Anforderungen an die Qualität der Aufnahme, sofern auch hier eine ausreichen- de Reproduzierbarkeit gegeben ist.
Eine vorteilhafte Möglichkeit, die Oberfläche mit Medium zu belegen, besteht darin, beispielsweise eine Flüssigkeit als Medium aufzusprühen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Kondensation (oder ggf. Sublimation) des Mediums aus der an der Oberfläche anstehenden Atmosphäre zu nutzen. Ferner (oder ergänzend) kann die Oberfläche auch vollständig mit einer Flüssigkeit, z.B. durch Eintauchen bedeckt werden, wobei dann insbesondere die Tropfenverteilung nach einer definierten Verdunstungszeit (bspw. 10 Minuten in Normklima) betrachtet werden kann. Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Auswertung des Verdunstungs- bzw. Abtrocknungsverhaltens genutzt werden, d.h. eine zeitliche Entwicklung der Textur auf der Oberfläche berücksichtigt werden.
Prinzipiell kann ein einzelnes Texturmerkmal bereits als ausreichende Basis für die Analyse genutzt werden, wobei vorteilhafterweise Kombinationen aus mehreren Texturmerkmalen genutzt werden können. Besonders geeignet ist zum Beispiel eine Kombination aus Haralickschen Texturmerkmalen (siehe beispielsweise Haralick, R. M., Shanmu- gam, K., & Dinstein, I. (1973). Textural Features for Image Classification. IEEE Transacti- ons on Systems, Man, and Cybernetics, 3(6), 610-621 ), die auf der Basis von Grauwer- tematrizen berechnet werden, und Local Binary Patterns Texturmerkmalen(siehe beispielsweise Ojala, T., Pietikäinen, M., & Mäenpää, T. (2002). Multiresolution gray-scale and rotation invariant texture Classification with local binary patterns. Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, 24(7), 971-987).
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinheit ist das Einga- bemittel zum Empfangen des Bildes unterteilt in mehrere Teilbilder und/oder zum Erstellen von Teilbildern aus dem empfangenen Bild ausgestaltet, ist das Texturbestimmungsmittel dazu ausgestaltet, das wenigstens eine Texturmerkmal für jedes der mehreren Teilbilder zu bestimmen, und ist das Beurteilungsmittel dazu ausgestaltet, die Oberflächengüte für jedes der Teilbilder zu bestimmen und das Prüfergebnis auf Basis der aus den Teilbildern bestimmten Oberflächengüten zu erstellen.
Die Nutzung von mehreren Teilbildern erlaubt einerseits eine parallele Abarbeitung und gibt vor allem eine Möglichkeit, die Erfindung robuster zu gestalten.
Diese Ausführungsform umfasst im Übrigen auch die Variante, dass sowohl ein (oder mehrere) vollständige Bilder und die entsprechenden Teilbilder gemeinsam bearbeitet werden. Es ist hierbei auch möglich, dass der Satz von Teilbildern nur einem Teil des empfangenen Bildes entspricht, ebenso wie es möglich ist, dass die Teilbilder einander überlappen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinheit ist das Eingabemittel zum Empfangen des Bildes in mehreren Fassungen mit unterschiedli- chen Aufnahmecharakteristiken, insbesondere mit unterschiedlichen Auflösungen und/oder Blickwinkeln, und/oder zum Erstellen von Fassungen des empfangenen Bildes in unterschiedlichen Auflösungen ausgestaltet, ist das Texturbestimmungsmittel dazu ausgestaltet, das wenigstens eine Texturmerkmal für jede der mehreren Fassungen zu bestimmen, und ist das Beurteilungsmittel dazu ausgestaltet, die Oberflächengüte für jede der Fassungen des Bildes zu bestimmen und das Prüfergebnis auf Basis der aus den Fassungen bestimmten Oberflächengüten zu erstellen. Auch die Nutzung unterschiedlicher Auflösungen und/oder Blickwinkel (oder die Variation anderer Aufnahmecharakteristiken) erlaubt es der Prüfung, robuster gegen Anomalien zu sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinheit ist das Texturbestimmungsmittel dazu ausgestaltet, das wenigstens eine Texturmerkmal mittels wenigstens eines Texturalgorithmus zu bestimmen, und/oder das Beurteilungsmittel dazu ausgestaltet, die Oberflächengüte auf Basis des wenigstens einen Texturmerkmals unter Nutzung wenigstens eines Beurteilungsalgorithmus zu beurteilen.
Die Nutzung von Algorithmen, die auf Basis einstellbarer Parameter Bestimmungen bzw. Beurteilungen erlauben, geben der Erfindung eine zusätzliche Flexibilität und Anpassbar- keit an unterschiedliche Einsatzgebiete. Insbesondere erlaubt dies ein „Anlernen" der Prüfeinheit unter Nutzung bekannter Oberflächensituationen.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der obigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinheit ist das Texturbestimmungsmittel dazu ausgestaltet, Parameter, auf Basis derer mittels des wenigstens einen Texturalgorithmus das wenigstens eine Textur- merkmal bestimmt wird, durch Training unter Nutzung vorklassifizierter Beispielbilder und/oder durch Empfang der Parameter von außerhalb der Prüfeinheit zu erhalten, und/oder das Beurteilungsmittel dazu ausgestaltet, Parameter, auf Basis derer mittels des wenigstens einen Beurteilungsalgorithmus die Oberflächengüte beurteilt wird, durch Training unter Nutzung vorklassifizierter Beispielbilder und/oder durch Empfang der Parameter von außerhalb der Prüfeinheit zu erhalten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Lichtquelle zur diffusen Beleuchtung der zu prüfenden Oberfläche, wobei die Aufnahmeeinheit so angeordnet ist oder für ein derartiges Anordnen eingerichtet ist, dass eventuelle Reflexionen der Vorrichtung nicht im aufgenommenen Bild erscheinen. Die Erfindung erlaubt es, eine zerstörungsfreie Detektion von Verunreinigungen auf Oberflächen als Methode zur Qualitätssicherung einzusetzen, wobei die Komponenten mit weniger Beschränkungen ausgewählt werden können, so dass eine Optimierung hinsichtlich geringer Größe und Gewicht möglich ist.
Ein Aspekt der Erfindung sieht eine Verwendung einer Minimalzerstäuberdüse vor, um bei Nutzung von Wasser als Medium die nötige Luft- und Wassermenge zu reduzieren. Eine Bilderkennung auf spiegelnden Oberflächen, insbesondere bei Hochglanzlacken, ist allgemein schwierig. Die Erfindung erlaubt hier, eine passive Beleuchtung mit einer diffusen Lichtquelle sowie einer gewinkelten Anordnung aller übrigen Komponenten, damit die Detektionseinheit keine Eigenaufnahme durchführt.
In vorteilhafter Weise kann ein zeitgesteuertes Ventil genutzt werden, um die wün- sehenswerte Reproduzierbarkeit der aufgesprühten Wassermenge zu erreichen.
Bevorzugt erfolgt eine zeitliche Synchronisation der Mediumaufbringung und der Detektionseinheit, um Verdunstungseffekte zu vermeiden, wobei allerdings der zeitliche Verlauf von Verdunstungseffekten u.ä. ebenfalls genutzt werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Verwendung von angepassten Profilrahmen zur Sicherstellung der Position der Fokusebene bei Verwendung einer Kamera vor.
Die Erfindung erlaubt eine Quantifizierung von Verunreinigungen, wobei auch eine Möglichkeit der Klassifizierung von verschiedenen Verunreinigungsarten, auch innerhalb eines aufgenommenen Bildes besteht. Die Erfindung erlaubt eine Bestimmung eines Kontaminationszustands anhand von Texturmerkmalen beispielsweise eines Tropfenbilds. Texturmerkmale sind quantitative Maße, die räumliche Anordnungsmuster von Pixelwerten beschreiben.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass diese Bestimmung auch möglich ist, wenn die Aufnahme- oder Oberflächenbedingungen keine Abgrenzung einzelner Tropfen erlauben.
Vorteilhafterweise können zudem Kontaminationszustände unterschieden werden, die sich in unterschiedlichen Tropfentexturen, aber nicht Tropfengrößen unterscheiden. Die Berechnung von Texturmerkmalen ist ferner deutlich schneller als die Segmentierung und Vermessung einzelner Tropfen mit Bildverarbeitungsmethoden.
In einer Ausgestaltung sieht die Erfindung eine getrennte Bestimmung des Kontaminationszustands in Teilbildern beispielsweise eines Tropfenbilds vor.
Erfolgt hierbei eine Bestimmung des Gesamtkontaminationszustands anhand der Häufigkeit verschiedener Kontaminationszustände unter den Teilbildern, wird eine verbesserte Robustheit gegenüber der direkten Bestimmung des Gesamtkontaminationszustands anhand des ganzen Tropfenbilds erreicht.
Die Möglichkeit der Bestimmung eines Konfidenzwerts für den Gesamtkontaminationszu- stand anhand der Häufigkeit verschiedener Kontaminationszustände unter den Teilbildern, erlaubt es, die Zuverlässigkeit der Auswertung einzuschätzen, um ggf. weitere Messungen vorzunehmen.
Es ist ferner möglich, lokale Verschmutzungen anhand der räumlichen Verteilung der Kontaminationszustände der Teilbilder zu erkennen, so dass auch kleinere Verschmutzungen im Tropfenbild lokalisiert werden können.
Der Begriff "Kontaminationszustand" kann hierbei sowohl eine quantitative (z.B. 80% verschmutzt) als auch eine qualitative (z.B. "sauber", "wenig verschmutzt", "Verschmutzungstyp A") Beschreibung von Verunreinigungen auf Oberflächen bezeichnen.
Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung näher hinsichtlich bevorzugter Ausführungsbeispiele beschreiben.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prüfung einer Oberflächengüte,
Fig. 3 eine beispielhafte Aufnahme einer mit Medium belegten, teilweise kontaminierten Oberfläche,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfeinheit für eine
Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lerneinheit für eine Prüfeinheit für eine Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte. Die Vorrichtung 1 , die schematisch dargestellt ist, ist beispielsweise so aufgebaut, dass sie auch als Handgerät verwendbar ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Tropfenapplikator 2 als Beispiel einer Belegeinheit, eine Kamera 5 als Beispiel einer Aufnahmeeinheit und eine Prüfeinheit 6, sowie eine Lichtquelle 15. Durch den Tropfenapplikator 2 wird Medium, hier in Form von Wasser 4, auf die Oberfläche 3, die zu prüfen ist, aufgesprüht. Die Lichtquelle 15 beleuchtet zumindest einen Teil der mit Wasser 4 belegten Oberfläche 3, um für die Kamera 5 geeignete Belichtungsverhältnisse einzustellen. Sofern die ansonsten vorhandene Umgebungsbeleuchtung allein hierfür ausreicht oder (beispielsweise im Fall einer Abstrahlung durch das Medium selbst) keine Beleuchtung in irgendeiner Form nötig ist, kann auch auf die Lichtquelle 15 verzichtet werden.
Die Kamera 5 nimmt eines oder mehrere Bilder der mit Wasser 4 besprühten Oberfläche 3 auf und gibt diese zur Prüfung an die Prüfeinheit 6, die wiederum das entsprechende Prüfergebnis ausgibt. Die Ausgabe des Prüfergebnisses kann quantitativ (z.B. ein Zahlwert, der einen Verschmutzungswert angibt) oder qualitativ (z.B. rot oder grün für Nicht-OK bzw. OK) sein.
Im Falle eines Handgerätes kann als Tropfenapplikator 2 beispielsweise eine druckluftbetriebene Minimalzerstäuberdüse zum Versprühen von Wasser genutzt werden. Dadurch bleibt das Gerät leicht und vom Aufbau her kompakt. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prüfung einer Oberflächengüte.
Das Verfahren 100 umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird in Schritt 101 die zu prüfende Oberfläche mit Medium belegt. Darauf folgend wird in Schritt 102 wenigstens ein Bild der zu prüfenden Oberfläche mit aufgelegtem Medium erstellt, das Basis der weiteren Prüfung ist. Im Bild wird im folgenden Schritt
103 wenigstens ein Texturmerkmal des aufgelegten Mediums auf der zu prüfenden Oberfläche bestimmt. Auf Basis dieses wenigstens einen Texturmerkmals wird in Schritt
104 die Oberflächengüte der zu prüfenden Oberfläche beurteilt und ein Prüfergebnisses erstellt.
Schritt 102 bzw. die Schritte 102 bis 104 können auch wiederholt durchgeführt werden, um einen zeitlichen Verlauf der Belegung der zu prüfenden Oberfläche mit Medium zu beobachten.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Aufnahme einer mit Medium belegten, teilweise kontaminierten Oberfläche, in der die unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften anhand der unterschiedlichen Tropfentexturen erkennbar ist.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfeinheit für eine Vor- richtung zur Prüfung einer Oberflächengüte.
Die Prüfeinheit 6 umfasst ein Eingabemittel 7, ein Texturbestimmungsmittel 8 und ein Beurteilungsmittel 9, die miteinander gekoppelt sind.
Das Eingabemittel 7 dient zum Empfang eines oder mehrerer Bilder oder Teilbilder der zu prüfenden Oberfläche und kann optional auch dazu ausgestaltet sein, die empfangenen Daten zu bearbeiten, z.B. dazu Teilbilder aus einem empfangenen Bild zu erstellen.
Die Daten, die vom Eingabemittel 7 empfangen bzw. verarbeitet bzw. erzeugt wurden, gehen an das Texturbestimmungsmittel 8, das vorzugsweise unter Nutzung von paramet- risierten Texturalgorithmen Texturmerkmale in diesen Daten bestimmt. Die Parameter hierzu können den Texturbestimmungsmittel 8 von außen zugeführt werden. Das Texturbestimmungsmittel 8 gibt das bzw. die bestimmten Texturmerkmale an das Beurteilungsmittel 9 zum Beurteilen der Oberflächengüte der zu prüfenden Oberfläche und Erstellen eines Prüfergebnisses, das dann vom Beurteilungsmittel 9 ausgegeben wird. Auch das Beurteilungsmittel nutzt vorzugsweise parametrisierte Beurteilungsalgorithmen, deren Parameter von außen zugeführt werden können. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lerneinheit für eine Prüfeinheit für eine Vorrichtung zur Prüfung einer Oberflächengüte.
Die Lerneinheit 10 umfasst ein Eingabemittel 1 1 , ein Texturbestimmungsmittel 12, ein Beurteilungsmittel 13 und ein Abgleichsmittel 14.
Das Eingabemittel 1 1 dient zum Empfang und ggf. zur Bearbeitung eines oder mehrerer Beispielbilder, die es an das Texturbestimmungsmittel 12 weitergibt.
Das Texturbestimmungsmittel 12 dient zum Bestimmen wenigstens eines Texturmerkmals in einem Beispielbild oder einem Teilbild eines Beispielbildes, wobei das bzw. die Texturmerkmale an das Beurteilungsmittel 13 gegeben werden.
Das Beurteilungsmittel 13 dient zum Beurteilen der Oberflächengüte in dem Beispielbild oder dem Teilbild auf Basis des wenigstens einen bestimmten Texturmerkmals.
Das Texturbestimmungsmittel 12 und/oder das Beurteilungsmittel 13 sind dazu ausgestaltet, einen oder mehrere parametrisierte Algorithmen zur Erfüllung ihrer Aufgaben zu nutzen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Texturbestimmungsmittel 12 dazu ausgestaltet, das wenigstens eine Texturmerkmal unter Nutzung wenigstens eines Texturalgorithmus zu bestimmen, und das Beurteilungsmittel 13 ist dazu ausgestaltet, die Oberflächengüte unter Nutzung wenigstens eines Beurteilungsalgorithmus zu bestimmen.
Das Ergebnis des Beurteilungsmittels 13 wird dem Abgleichsmittel 14 zugeführt, wo es mit einem parallel zu dem bzw. den Beispielbildern zugeführten Beispielergebnis abgeglichen wird.
Wenn die dabei festgestellte Übereinstimmung einem vorbestimmten Maßstab genügt, können die genutzten Parameter an eine Prüfeinheit gegeben werden.
Erfüllt die Übereinstimmung den Maßstab noch nicht, ist das Abgleichsmittel 14 dazu ausgestaltet, die Parameter, die von dem wenigstens einen Texturalgorithmus bzw. dem wenigstens einen Beurteilungsalgorithmus genutzt werden, solange anzupassen, bis eine Übereinstimmung zwischen der beurteilten Oberflächengüte und einer dem jeweiligen Beispielbild oder Teilbild des Beispielbildes zugewiesenen Oberflächengüte erhalten wird, die dem vorbestimmten Übereinstimmungsmaßstab genügt.
Die Erfindung sieht vor, den Kontaminationszustand anhand charakteristischer Texturmerkmale in einem digitalen Bild der benetzten Oberfläche zu identifizieren. Texturmerk- male sind dabei Statistiken über die räumliche Verteilung von Pixelwerten, die aus dem digitalen Bild berechnet werden. Die Erkennung und Vermessung einzelner Tropfen wird dadurch überflüssig. Für die Auswertung der Tropfentexturen werden bevorzugt lernfähige Klassifikationsalgorithmen aus dem Bereich der Mustererkennung verwendet, die den Kontaminationszustand anhand komplexer Klassifikationsregeln automatisch bestimmen. Die Klassifikationsregeln müssen dabei nicht manuell programmiert werden, sondern werden vorzugsweise automatisch aus vorklassifizierten Beispielbildern abgeleitet. Je nach Anwendung erfolgt die Berechnung und Auswertung der Tropfentextur entweder im ganzen Bild oder separat in Teilbildern, deren Größe und Form anwendungsspezifisch gewählt wird. Durch die Auswertung von Teilbildern wird es möglich, lokal begrenzte Kontaminationen im Bild zu finden, die nur in wenigen Teilbildern sichtbar sind. Weiterhin können die Teilbildergebnisse zu einem Gesamtergebnis für das ganze Bild kombiniert werden, z.B. durch das Mehrheitsergebnis der einzelnen Teilbilder. So wird die Zuverlässigkeit des Gesamtergebnisses verbessert, weil das Mehrheitsergebnis der Teilbilder von einzelnen Klassifikationsfehlern unberührt bleibt. Außerdem wird es möglich, ein Zuver- lässig keitsmaß für das Gesamtergebnis zu berechnen, z.B. aus der relativen Häufigkeit des Mehrheitsergebnisses unter den Teilbildern.
Insbesondere erlaubt die Erfindung die folgenden Vorteile:
Es ist kein Aufbringen von speziellen Testverteilungen mit Testflüssigkeiten und kein Einsatz von Chemikalien mit speziellen Oberflächenspannungen notwendig; durch Ein- satz von beispielsweise reinem Wasser bleiben keine Rückstände an der Oberfläche und die geringe eingesetzte Wassermenge verdunstet innerhalb kürzester Zeit, so dass keine Prozessunterbrechung erforderlich ist.
Die Erfassung der Tropfentextur im vorgestellten Verfahren beansprucht deutlich weniger Rechenaufwand als die Erkennung und Vermessung einzelner Tropfen in den bestehen- den Verfahren und ist daher deutlich schneller. Außerdem ist die Erfassung der Tropfentextur auch dann möglich, wenn die Qualität der Tropfenbilder keine Abgrenzung einzelner Tropfen erlaubt. So ermöglicht die Erfindung auch die Erkennung von Kontaminationen auf strukturierten, hochglänzend lackierten sowie strukturiert lackierten Oberflächen. Durch den Einsatz von Klassifikationsalgorithmen kann das Verfahren weiterhin schnell an neue Oberflächeneigenschaften oder Kontaminationen angepasst werden. Anstatt der aufwendigen Bestimmung der Tropfengrößenverteilungen von neuen Oberflächen bzw. Kontaminationszustände müssen lediglich vorklassifizierte Beispielbilder vorgegeben werden.
Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass es so weit autark gestaltet werden kann, dass keinerlei Abhängigkeit von Anschlüssen erforderlich ist. Dies betrifft insbesondere die Anschlüsse, die zur Erzeugung der Tropfentextur, wie Wasser und Druckluft, erforderlich sind. Die Bewertung der Tropfentextur durch die Software reduziert zudem die Fehlerabhängigkeit vom Anwender, die bei vergleichbaren Methoden wie Tintentest anfällt.
Die Anwendungen der Erfindung sind vielfältig und erlauben unter anderem ein handgeführtes, durch die hier verwendete Art der Ergebnisauswertung schnelles und universelles System zur Qualitätskontrolle von Oberflächen. Insbesondere in Prozessbereichen der Automobil- und Luftfahrtindustrie, die hohe Anforderungen an Lackier- und Klebeprozesse stellen, lässt sich die vorliegende Erfindung hervorragend einsetzen.

Claims

Ansprüche:
1. Prüfeinheit (6) für eine Vorrichtung (1 ) zur Prüfung einer Oberflächengüte, wobei eine zu prüfende Oberfläche (3) mit einem Medium (4) belegt wurde, mit:
einem Eingabemittel (7) zum Empfang eines Bildes der zu prüfenden Oberfläche (3) mit aufgelegtem Medium (4),
einem Texturbestimmungsmittel (8) zum Bestimmen wenigstens eines Texturmerkmals des aufgelegtem Mediums (4) auf der zu prüfenden Oberfläche (3) im empfangenen Bild und
einem Beurteilungsmittel (9) zum Beurteilen der Oberflächengüte der zu prüfenden Oberfläche (3) auf Basis des wenigstens einen bestimmten Texturmerkmals und Erstellen eines Prüfergebnisses.
2. Prüfeinheit (6) nach Anspruch 1 , wobei
das Eingabemittel (7) zum Empfangen des Bildes unterteilt in mehrere Teilbilder und/oder zum Erstellen von Teilbildern aus dem empfangenen Bild ausgestaltet ist , das Texturbestimmungsmittel (8) dazu ausgestaltet ist, das wenigstens eine Texturmerkmal für jedes der mehreren Teilbilder zu bestimmen, und
das Beurteilungsmittel (9) dazu ausgestaltet ist, die Oberflächengüte für jedes der Teilbilder zu bestimmen und das Prüfergebnis auf Basis der aus den Teilbildern bestimmten Oberflächengüten zu erstellen.
3. Prüfeinheit (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
das Eingabemittel (7) zum Empfangen des Bildes in mehreren Fassungen mit unterschiedlichen Aufnahmecharakteristiken, insbesondere mit unterschiedlichen Auflösungen und/oder Blickwinkeln, und/oder zum Erstellen von Fassungen des empfangenen Bildes in unterschiedlichen Auflösungen ausgestaltet ist,
das Texturbestimmungsmittel (8) dazu ausgestaltet ist, das wenigstens eine Texturmerkmal für jede der mehreren Fassungen zu bestimmen, und
das Beurteilungsmittel (9) dazu ausgestaltet ist, die Oberflächengüte für jede der Fassungen des Bildes zu bestimmen und das Prüfergebnis auf Basis der aus den Fassungen bestimmten Oberflächengüten zu erstellen.
4. Prüfeinheit (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
das Texturbestimmungsmittel (8) dazu ausgestaltet ist, das wenigstens eine Texturmerkmal mittels wenigstens eines Texturalgorithmus zu bestimmen, und/oder
das Beurteilungsmittel (9) dazu ausgestaltet ist, die Oberflächengüte auf Basis des wenigstens einen Texturmerkmals unter Nutzung wenigstens eines Beurteilungsalgorithmus zu beurteilen.
5. Prüfeinheit (6) nach Anspruch 4, wobei
das Texturbestimmungsmittel (8) dazu ausgestaltet ist, Parameter, auf Basis derer mittels des wenigstens einen Texturalgorithmus das wenigstens eine Texturmerkmal bestimmt wird, durch Training unter Nutzung vorklassifizierter Beispielbilder und/oder durch Empfang der Parameter von außerhalb der Prüfeinheit (6) zu erhalten, und/oder das Beurteilungsmittel (9) dazu ausgestaltet ist, Parameter, auf Basis derer mittels des wenigstens einen Beurteilungsalgorithmus die Oberflächengüte beurteilt wird, durch Training unter Nutzung vorklassifizierter Beispielbilder und/oder durch Empfang der Parameter von außerhalb der Prüfeinheit (6) zu erhalten.
6. Lerneinheit (10) für eine Prüfeinheit (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit:
einem Eingabemittel (1 1 ) zum Empfang eines oder mehrerer Beispielbilder, einem Texturbestimmungsmittel (12) zum Bestimmen wenigstens eines Texturmerkmals in einem Beispielbild oder einem Teilbild eines Beispielbildes,
einem Beurteilungsmittel (13) zum Beurteilen der Oberflächengüte in dem Beispielbild oder dem Teilbild auf Basis des wenigstens einen bestimmten Texturmerkmals, wobei das Texturbestimmungsmittel (12) dazu ausgestaltet ist, das wenigstens eine Texturmerkmal unter Nutzung wenigstens eines Texturalgorithmus zu bestimmen, und/oder das Beurteilungsmittel (14) dazu ausgestaltet ist, die Oberflächengüte unter Nutzung wenigstens eines Beurteilungsalgorithmus zu bestimmen,
einem Abgleichsmittel (14), das dazu ausgestaltet ist, die Parameter, die von dem wenigstens einen Texturalgorithmus und/oder dem wenigstens einen Beurteilungsalgo- rithmus genutzt werden, so anzupassen, dass eine Übereinstimmung zwischen der beurteilten Oberflächengüte und einer dem jeweiligen Beispielbild oder Teilbild des Beispielbildes zugewiesenen Oberflächengüte erhalten wird, die einem vorbestimmten Übereinstimmungsmaßstab genügt,
wobei die Lerneinheit (10) dazu ausgestaltet ist, die angepassten Parameter für eine Prüfeinheit (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche bereitzustellen.
7. Vorrichtung (1 ) zur Prüfung einer Oberflächengüte, mit:
einer Belegeinheit (2) zum Belegen einer zu prüfenden Oberfläche (3) mit Medium
(4),
einer Aufnahmeeinheit (5) zum Aufnehmen eines Bildes der zu prüfenden Oberflä- che (3) mit aufgelegtem Medium (4), und
der Prüfeinheit (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Prüfeinheit (6) mit der Aufnahmeeinheit (5) gekoppelt ist.
8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, ferner mit
einer Lichtquelle (15) zur diffusen Beleuchtung der zu prüfenden Oberfläche (3), wobei die Aufnahmeeinheit (5) so angeordnet ist oder für ein derartiges Anordnen eingerichtet ist, dass eventuelle Reflexionen der Vorrichtung (1 ) nicht im aufgenommenen
Bild erscheinen.
9. Verfahren (100) zur Prüfung einer Oberflächengüte, mit den Schritten:
Belegen (101 ) einer zu prüfenden Oberfläche (3) mit Medium (4),
Aufnehmen (102) eines Bildes der zu prüfenden Oberfläche (3) mit aufgelegtem Medium (4),
Bestimmen (103) wenigstens eines Texturmerkmals des aufgelegten Mediums (4) auf der zu prüfenden Oberfläche (3) in dem aufgenommenen Bild und
Beurteilen (103) der Oberflächengüte der zu prüfenden Oberfläche (3) und Erstellen (104) eines Prüfergebnisses auf Basis des wenigstens einen Texturmerkmals.
10. Computerprogrammprodukt mit Computerprogrammmitteln, die eine Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 oder 8 dazu veranlassen, ein Verfahren (100) nach Anspruch 9 auszuführen, wenn die Computerprogrammmittel auf der Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 oder 8 ausgeführt werden.
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