WO2017220452A1 - Laser-scan-system - Google Patents

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WO2017220452A1
WO2017220452A1 PCT/EP2017/064843 EP2017064843W WO2017220452A1 WO 2017220452 A1 WO2017220452 A1 WO 2017220452A1 EP 2017064843 W EP2017064843 W EP 2017064843W WO 2017220452 A1 WO2017220452 A1 WO 2017220452A1
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WO
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light
laser
line sensor
examined
detector elements
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Application number
PCT/EP2017/064843
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English (en)
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Inventor
Alexander PROF. DR. BRAUN
Original Assignee
Hochschule Düsseldorf
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges

Definitions

  • the invention relates to a laser scanning system for the detection of surface defects of painted objects, a use of the laser scanning system according to the invention for the detection of surface defects of painted objects in the automotive industry, especially in the field of automotive production lines for paint inspection, and a surface inspection method for detection surface defects of painted objects.
  • the varnished surface of the vehicle is checked for any paint damage.
  • a common and common method of inspecting the painted surface of a vehicle is the visual paint inspection performed by one or more trained personnel, supported by inspection lighting.
  • usually light systems are used, which radiate the light directly on the painted surface of the vehicle and allow the generation of a vertical contrast image, a control of the surface for salmon damage.
  • Working with these systems is often not very ergonomic and can be very stressful for the eyes due to brightness and direct reflection from the painted surface, making it difficult to detect paint damage.
  • the manual paint test is time-consuming and labor-intensive due to the personnel.
  • a laser scanning system for detecting surface defects of painted objects, comprising a laser unit adapted to scan a surface of an object to be examined with a laser beam, a line sensor comprising a plurality of photosensitive detector elements in a longitudinal direction wherein the laser unit and the line sensor are arranged to each other such that a quantity of light radiated line by line of the laser beam strikes the surface to be examined, the emitted amount of light is at least partially reflected by the surface, a portion of the amount of reflected light at least from a part of the plurality the light-sensitive detector elements can be detected directly, and a light pattern can be generated on the line sensor, and an evaluation unit, via which the light detected by the at least one part of the plurality of light-sensitive detector elements quantity and / or the light pattern generated on the line sensor can be evaluated.
  • the laser sweeps or scans the surface to be examined in a line-like manner.
  • a quantity of light is emitted by the laser in a line-like manner onto the surface to be examined. At least a portion of the amount of light emitted onto the surface to be examined is reflected from the surface and a portion of the amount of reflected light is absorbed by photosensitive detector elements Line sensor detected directly.
  • the direct detection means that no camera or no objective lens is arranged between the surface and the line sensor and the light-sensitive detector elements of the line sensor detect at least part of the reflected light quantity directly and therefore directly.
  • the laser scanning system is camera-free or lens-free.
  • the amount of reflected light directly detected by the line sensor generates a light pattern on the line sensor.
  • the directly detected amount of light or the light pattern generated on the line sensor is detected by an evaluation unit and adjusted with subsequent detected amounts of light or light patterns.
  • Defects in the surface have a changed gradient in the surface compared to the immediate environment of the defect. In comparison to the environment of the defect, the amount of light incident on the defect is reflected in the area of the defect due to the changed gradient in the surface such that a correspondingly changed light pattern or diffraction image is generated on the line sensor. In this way, by the line-like sweeping or scanning of the surface to be examined and the direct detection of the amount of light reflected from the surface by a line sensor large surface painted surfaces can be inexpensively and reliably checked for paint damage.
  • a painted object is preferably understood a partially painted object that has at least in some areas a painted surface.
  • the painted object is a vehicle, in particular a motor vehicle or a trailer for a motor vehicle.
  • the motor vehicle is a passenger car or a truck.
  • a large-area surface is preferably to be understood as meaning a surface of a vehicle.
  • the surface has an edge length> 1.00 m, preferably an edge length> 1.50 m and very particularly preferably an edge length> 2.00 m.
  • the laser unit preferably produces a laser beam with which a coherent light is generated.
  • the laser beam or the amount of light emitted by the laser is projected line by line on the surface to be examined.
  • the amount of light emitted in a line-like manner may preferably be rectilinear.
  • the quantity of light radiated in a line has one or more curvatures. In this way, the line-like amount of light emitted may preferably be arcuate.
  • the photosensitive detector elements are preferably photodetectors. Particular preference is given to individual photosensitive detector elements being lined up in a row without gaps in order to form a line sensor.
  • the laser unit and the line sensor are arranged relative to one another in such a way that the laser sweeps over the surface to be examined line-wise in a direction parallel to the longitudinal direction of the arrangement of the light-sensitive detector elements.
  • the laser scans the surface to be examined in one line and the line swept by the laser on the surface to be examined extends in a direction parallel to the longitudinal direction of the array of photosensitive detector elements and thus in a direction parallel to the longitudinal direction of the line sensor. In this way, the largest possible amount of light of the amount of light reflected from the surface to be examined can be detected directly by the photosensitive detector elements.
  • the laser unit is adapted to sweep the surface to be examined in a line-like manner with at least one section-wise lateral movement.
  • the laser can preferably apply the emitted light quantity in an arc or with a curvature to the surface to be examined.
  • curvatures or curvatures in the zu balanced surface are provided, with which a laser beam passes over the surface to be examined.
  • the laser unit is arranged in the direction of the longitudinal axis of the arrangement of the photosensitive detector elements of the line sensor.
  • the line sensor has a first end and a second end spaced longitudinally of the array of photosensitive detector elements, and the laser unit is disposed at the first end or the second end.
  • the laser unit and the line sensor are arranged such that at least a portion of the line sensor is arranged at a distance from the surface to be examined and the laser unit is arranged at a distance and offset from the surface to be examined. In this way, the laser beam does not strike the surface to be examined frontally, but from one side.
  • the angular dependence of the amount of light occurring on the surface can be increased.
  • small imperfections which have a changed gradient in the surface compared to the immediate vicinity of the defect, may cause the reflection angle in the region of the defect to be changed, whereby the amount of light reflected from the surface is correspondingly detected by the photosensitive detector elements a corresponding light pattern or diffraction image is generated on the line sensor.
  • very small defects preferably less than 100 ⁇ , can be detected.
  • the laser unit with respect to the longitudinal direction of the arrangement of the photosensitive detector elements the laser beam at an angle ⁇ between 5 ° ⁇ ⁇ 85 °, preferably between 10 ° ⁇ ⁇ 80 °, and particularly preferably between 15 ° ⁇ a ⁇ 75 °, radiates.
  • the laser unit to be examined surface of the laser beam and thus hits the emitted light quantity is not frontal on the surface to be examined, but at an angle.
  • the line sensor can be several meters long.
  • the length of the line sensor is preferably oriented along the length of the line scanned by the laser or of the surface to be examined.
  • the length of the line sensor is greater than the length of the line scanned or swept by the laser of the surface to be examined.
  • the line sensor has a length 1 between 0.5 m ⁇ 1 ⁇ 10 m, preferably between 1 m ⁇ 1 ⁇ 7 m and more preferably between 2 m ⁇ 1 ⁇ 6 m.
  • the line sensor is thus preferably suitable for checking large painted surfaces.
  • the line sensor is formed straight.
  • a straight line sensor designed in a straight line it is preferably possible to check large surfaces and essentially predominantly flat surfaces for damage to the paintwork.
  • a predominantly planar surface is preferably understood to be side surfaces of vehicles, in particular of passenger cars or trucks, as well as painted outer surfaces of trailers, which may have a slight curvature at least in sections.
  • the rectilinear line sensor is spaced and arranged substantially parallel to the predominantly planar surface. Substantially parallel means in this case that a surface side of a vehicle, which may have a curvature at least in sections, is arranged at a distance from the straight-line line sensor.
  • the laser unit and the line sensor are arranged such that the surface to be examined at a distance a between 0.20 m ⁇ a ⁇ 2.00 m, preferably between 0.40 m ⁇ a ⁇ 1.50 m and very preferably at a distance of 0.50 m ⁇ a ⁇ 1.00 m, the laser unit and the line sensor can be moved past.
  • the surface to be examined is swept line by line by the laser unit and the amount of light reflected from the surface is detected by the line sensor.
  • the laser For complete inspection of a surface, the laser must cover the entire surface to be examined line by line.
  • the laser unit and the line sensor can be guided past the surface to be examined.
  • the laser unit and the line sensor are stationary and the surface to be examined is guided past the laser unit and the line sensor. In this way, the laser scanning system can be integrated with little effort into an existing production line.
  • the resolution of surface defects depends essentially on the speed at which the surface to be examined passes by the laser unit and the line sensor and on the scan repetition rate of the laser.
  • the laser unit has a scan repetition rate between 100 Hz to 1 kHz, preferably between 100 Hz to 500 Hz.
  • a change in the detected light quantity or the generated light pattern can be detected and categorized via the evaluation unit.
  • the laser is a coherent light source.
  • the amount of light reflected from the scanned surface generates a light pattern or a diffraction image on the line sensor corresponding to the Fourier transform of the diffractive surface defect on the scanned surface.
  • the diffraction pattern or the light pattern are characteristic of surface defects, especially paint defects. In this way, the generated light patterns and thus the corresponding surface defects can be categorized by post-processing and preferably localized on the scanned surface.
  • the invention also relates to a use of the laser scanning system according to the invention for the detection of surface defects of painted objects in the automotive industry, in particular in the field of automotive production lines for paint inspection of vehicles.
  • the laser scanning system according to the invention is used for the detection of surface defects in the automotive industry. In this way, damage to the paintwork of vehicles can be detected reliably, without contact and cost-effectively.
  • the laser unit and the line sensor are arranged relative to one another such that the laser unit is arranged in the direction of the longitudinal axis of the arrangement of the photosensitive detector elements, at least a partial area of the line sensor being arranged at a distance from the surface to be examined, and the laser unit is spaced and offset from the surface to be examined.
  • the laser beam does not strike the surface to be examined frontally, but from one side. Due to the staggered arrangement of the laser unit to the surface to be examined, the angular dependence of the amount of light occurring on the surface can be increased.
  • the laser unit and the line sensor are arranged at a distance to a production line for paint inspection of the surface of a vehicle, and the distance of the laser unit and the line sensor is selected to the production line such that the distance a to checking surface of the vehicle in the production line between 0.20 m ⁇ a ⁇ 2.50 m, preferably between 0.4 m ⁇ a ⁇ 2.00 m and most preferably at a distance 0.5 m ⁇ a ⁇ 1.50 m, lies.
  • the surface to be examined is swept line by line by the laser unit and the amount of light reflected from the surface is detected directly by the line sensor.
  • the laser must line over the entire surface to be examined.
  • the laser unit and the line sensor can be guided past the surface to be examined.
  • the laser unit and the line sensor are designed to be stationary and the surface to be examined is guided past the laser unit and the line sensor, preferably in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the plurality of light-sensitive detector elements. In this way, a 3D profile of the vehicle or of the surface swept by the laser is generated.
  • all advantageous and preferred developments of the laser scanning system according to the invention also relate to the inventive use of the laser scanning system for the detection of surface defects of painted objects in the field of the automotive industry.
  • the invention also relates to a surface inspection method for detecting surface defects of painted objects, comprising the steps of:
  • the surface to be examined is swept line by line by the laser unit or the laser beam and thus scanned.
  • a quantity of light is emitted to the surface. This is reflected by the surface.
  • a portion of the amount of light reflected from the surface is directly detected by a plurality of the photosensitive detector elements of the line sensor, whereby a light pattern is generated on the line sensor. This is evaluated with an evaluation unit. Due to the direct detection of the amount of reflected light from the photosensitive detector elements, a camera-free and lens-free method for surface inspection is provided that enables a cost-effective and reliable detection of surface defects of painted objects.
  • the laser unit is arranged in the direction of the longitudinal axis of the arrangement of the photosensitive detector elements, at least a portion of the line sensor is spaced from the surface to be examined, and the laser unit spaced and arranged offset to the surface to be examined becomes.
  • the laser beam Preferably, provision is made for the laser beam not to strike the surface to be examined from the front, but from the side and thus at an angle of incidence.
  • Surface defects have a changed gradient in the surface compared to the immediate environment. As a result, the reflection angle of the reflected light amount in the area of the surface defect changes, and thus the line sensor produces a changed light image as compared with a previously performed scan without surface defects.
  • the reflected light quantities detected by the plurality of light-sensitive detector elements and / or the generated light pattern are compared with one or more previously detected reflected light quantities or light patterns.
  • FIG. 1 is a side view of a laser scanning system for detecting surface defects on a vehicle, according to a preferred embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a plan view of the laser scanning system, according to the preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a side view of a laser scanning system 2.
  • the laser scanning system 2 comprises a laser unit 4 with a laser 6 of a painted surface to be examined
  • the surface 8 to be examined is the painted side surface of a truck 9.
  • a quantity of light 10 is emitted by the laser 6 in a line-like manner onto the surface 8 to be examined. At least part of this amount of light 10 emitted onto the surface 8 to be examined is reflected by the surface 8.
  • a portion of the amount of light 12 reflected from the surface 8 is detected directly by photosensitive detector elements 14 of a line sensor 16 and generates a light pattern on the line sensor 16.
  • Line sensor 16 is arranged neither a camera nor an illuminating lens, so that the photosensitive detector elements 14 detect the reflected light amount 12 directly.
  • the light quantity detected by the photosensitive detector elements 14 or the light pattern generated on the line sensor 16 is detected by an evaluation unit 18 and matched with subsequent detected light patterns.
  • the laser unit 4 and the line sensor 16 are arranged relative to each other such that the laser unit 4 is arranged offset in the direction of the longitudinal axis 20 of the arrangement of the photosensitive detector elements 14 to the line sensor 16.
  • a partial region of the line sensor 16 is arranged at a distance a from the surface 8 to be examined.
  • the distance a of the line sensor 16 and the laser unit 4 to the surface 8 to be examined is 0.75 m.
  • the laser unit 4 is spaced and aligned offset to the surface 8 to be examined. In this way, the laser beam of the laser 6 or the quantity of light 10 emitted by the laser 6 does not impinge on the surface 8 to be examined, but rather from the side or with an angle of incidence.
  • the angle of incidence with which the laser 6 scans the surface 8 varies over the length of the line-like scan of the surface 8 to be examined.
  • the laser beam or the amount of light 10 emitted by the laser 6 is emitted at an angle ⁇ between 10 ° ⁇ ⁇ 80 °.
  • the light pattern or diffraction image on the line sensor 16 corresponds to the Fourier transform of the diffusing surface defect on the scanned surface 8.
  • the diffraction pattern or the light pattern are characteristic of surface defects, in particular paint defects. In this way, the generated light patterns and thus the corresponding surface defects categorized by post-processing and preferably located on the scanned surface.
  • Fig. 2 it can be seen that the laser unit 4 and the line sensor 16 are formed stationary.
  • the vehicle 9 is shown in a first position 22 and a second position 24, the second position being shown by the dashed lines.
  • the first position 22 and the second position 24 illustrate that the vehicle 9 with the surface 8 to be examined is guided past the laser unit 4 and the line sensor 16.
  • the vehicle 9 and thus the surface 8 to be examined is guided past in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the plurality of light-sensitive detector elements 14 and scanned or scanned by the laser. In this way, a 3D profile of the surface being examined is generated.
  • the resolution of surface defects essentially depends on the speed with which the surface 8 to be examined is guided past the laser unit 4 and the line sensor 16 and on the scan repetition rate of the laser or the laser unit 4.
  • the laser unit 4 has a scanning unit. Repetition rate of 100 Hz. In this way, the laser scanning unit can be integrated into an existing production line with common cycle times of 300 seconds and allow a lateral resolution of ⁇ 1 mm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laser-Scan-System (2), zur Detektion von Oberflächenfehlern la- ckierter Objekte, umfassend eine Lasereinheit (4), die dazu eingerichtet ist, eine zu untersu- chende Oberfläche (8) eines Objekts mit einem Laserstrahl zeilenartig zu überstreichen, einen Zeilensensor (16), der eine Mehrzahl von lichtempfindlichen Detektorelementen (14) in einer Längsrichtung (20) aufweist, wobei die Lasereinheit (4) und der Zeilensensor (16) derart zu- einander angeordnet sind, dass eine von dem Laserstrahl zeilenartig ausgestrahlte Lichtmenge (10) auf die zu untersuchende Oberfläche (8) trifft, die ausgestrahlte Lichtmenge (10) zumin- dest teilweise von der Oberfläche (8) reflektiert wird, ein Teil der reflektierten Lichtmenge (12) wenigstens von einem Teil der Mehrzahl der lichtempfindlichen Detektorelemente (14) direkt erfassbar ist, und ein Lichtmuster auf dem Zeilensensor (16) erzeugbar ist, und eine Auswerteeinheit (18), über die die von dem wenigstens einen Teil der Mehrzahl der lichtemp- findlichen Detektorelemente (14) erfasste Lichtmenge und/oder das auf dem Zeilensensor (16) erzeugte Lichtmuster auswertbar ist. Auf diese Weise wird ein Laser-Scan-System be- reitgestellt, dass eine kostengünstige und zuverlässige Überprüfung von großflächigen la- ckierten Oberflächen, insbesondere im Automobilbereich, ermöglicht.

Description

Laser-Scan-System
Die Erfindung betrifft ein Laser-Scan-System zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte, eine Verwendung des erfindungsgemäßen Laser-Scan-Systems zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte im Bereich der Automobilindustrie, insbesondere im Bereich von automobilen Produktionslinien zur Lacküberprüfung, und ein Oberflächenprüfverfahren zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte.
Bevor ein Fahrzeug die Produktionshallen verlässt, durchläuft es einen finalen Check. Hierbei wird unter anderem die lackierte Oberfläche des Fahrzeugs auf etwaige Lackschäden über- prüft. Eine durchaus übliche und gängige Methode zum Überprüfen der lackierten Oberfläche eines Fahrzeugs ist die durch eine oder mehrere geschulte Mitarbeiter durchgeführte visuelle Lacküberprüfung, unterstützt durch eine Inspektionsbeleuchtung. Hierbei kommen in der Regel Leuchtensysteme zum Einsatz, die das Licht direkt auf die lackierte Oberfläche des Fahrzeugs strahlen und durch die Erzeugung eines vertikalen Kontrastbilds eine Kontrolle der Oberfläche auf Lachschäden ermöglichen. Die Arbeit mit diesen Systemen ist häufig wenig ergonomisch und kann für die Augen durch Helligkeit und direkte Reflexion von der lackierten Oberfläche sehr anstrengend sein und das Erkennen von Lackschäden erschweren. Zudem ist die manuelle Lackprüfung zeit- und aufgrund des Personaleinsatzes kostenintensiv. Kleine Oberflächen mit Kantenlängen von wenigen Dezimetern werden beispielsweise mit Kameras auf Oberflächenfehler abgescannt. Derartige Kameras weisen ein ablichtendes Objektiv auf, erzeugen hohe Datenvolumina und sind zudem aufgrund des ablichtenden Objektivs sehr teuer in der Anschaffung. Für das Erfassen von Oberflächenfehlern auf größeren Flächen, wie dies vorzugsweise im Bereich der Automobilindustrie beim Überprüfen von Lackfehlern gegeben ist, ist ein kamerabasiertes Verfahren zur Oberflächenprüfung daher weniger geeignet.
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung ein Laser-Scan-System bereitzustellen, dass eine kos- tengünstige und zuverlässige Überprüfung von großflächig lackierten Oberflächen, insbesondere im Automobilbereich, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Laser-Scan-System zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte bereitgestellt, umfassend eine Lasereinheit, die dazu eingerichtet ist, eine zu untersuchende Oberfläche eines Objekts mit einem Laserstrahl zeilenartig zu überstreichen, einen Zeilensensor, der eine Mehrzahl von lichtempfindlichen Detektorelementen in einer Längsrichtung aufweist, wobei die Lasereinheit und der Zeilensensor derart zueinander angeordnet sind, dass eine von dem Laserstrahl zeilenartig ausgestrahlte Lichtmenge auf die zu untersuchende Oberfläche trifft, die ausgestrahlte Lichtmenge zumindest teilweise von der Oberfläche reflektiert wird, ein Teil der reflektierten Lichtmenge wenigstens von einem Teil der Mehrzahl der lichtempfindlichen Detektorelemente direkt erfassbar ist, und ein Lichtmus- ter auf dem Zeilensensor erzeugbar ist, und eine Auswerteeinheit, über die die von dem wenigstens einen Teil der Mehrzahl der lichtempfindlichen Detektorelemente erfasste Lichtmenge und/oder das auf dem Zeilensensor erzeugte Lichtmuster auswertbar ist.
Es ist somit ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass der Laser die zu untersuchende Oberfläche zeilenartig überstreicht bzw. scannt. Hierbei wird von dem Laser eine Lichtmenge zeilenartig auf die zu untersuchende Oberfläche ausgestrahlt. Wenigstens ein Teil der auf die zu untersuchende Oberfläche ausgestrahlten Lichtmenge reflektiert von der Oberfläche und ein Teil der reflektierten Lichtmenge wird von lichtempfindlichen Detektorelementen eines Zeilensensors direkt erfasst. Die direkte Erfassung bedeutet, dass zwischen der Oberfläche und dem Zeilensensor keine Kamera bzw. kein ablichtendes Objektiv angeordnet ist und die lichtempfindlichen Detektorelemente des Zeilensensors wenigstens ein Teil der reflektierten Lichtmenge direkt und demnach unmittelbar erfassen. Somit ist das Laser-Scan-System ka- merafrei bzw. objektivfrei. Die von dem Zeilensensor direkt erfasste reflektierte Lichtmenge erzeugt auf dem Zeilensensor ein Lichtmuster. Die direkt erfasste Lichtmenge bzw. das auf dem Zeilensensor erzeugte Lichtmuster wird von einer Auswerteeinheit erfasst und mit nachfolgenden erfassten Lichtmengen bzw. Lichtmustern abgeglichen. Fehlstellen in der Oberfläche weisen im Vergleich zur unmittelbaren Umgebung der Fehlstelle einen geänderten Gradi- enten in der Oberfläche auf. Im Vergleich zur Umgebung der Fehlstelle wird im Bereich der Fehlstelle die auf die Fehlstelle auftreffende Lichtmenge aufgrund des geänderten Gradienten in der Oberfläche derart reflektiert, dass auf dem Zeilensensor ein entsprechend geändertes Lichtmuster bzw. Beugungsbild erzeugt wird. Auf diese Weise können durch das zeilenartige überstreichen bzw. scannen der zu untersuchenden Oberfläche und das direkte Erfassen der von der Oberfläche reflektierten Lichtmenge durch einen Zeilensensor großflächige lackierte Oberflächen kostengünstig und zuverlässig auf Lackschäden überprüft werden.
Unter einem lackierten Objekt wird vorzugsweise ein teilweise lackiertes Objekt verstanden, dass wenigstens in Teilbereichen eine lackierte Oberfläche aufweist. Vorzugsweise ist das lackierte Objekt ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein Anhänger für ein Kraftfahrzeug. Ganz besonders bevorzugt ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (PKW) oder ein Lastkraftwagen (LKW).
Unter einer großflächigen Oberfläche ist vorzugsweise eine Oberfläche eines Fahrzeugs zu verstehen. Besonders bevorzugt weist die Oberfläche eine Kantenlänge > 1,00 m, vorzugsweise eine Kantenlänge > 1,50 m und ganz besonders bevorzugt eine Kantenlänge > 2,00 m, auf. Die Lasereinheit erzeugt vorzugsweise einen Laserstahl mit dem ein kohärentes Licht erzeugt wird. Der Laserstrahl bzw. die vom Laser ausgestrahlte Lichtmenge wird zeilenartig auf die zu untersuchende Oberfläche projiziert. Die zeilenartig ausgestrahlte Lichtmenge kann vorzugsweise gradlinig sein. Besonders bevorzugt weist die zeilenartig ausgestrahlte Lichtmenge eine oder mehrere Krümmungen auf. Auf diese Weise kann die zeilenartig ausgestrahlte Lichtmenge vorzugsweise bogenförmig ausgebildet sein.
Die lichtempfindlichen Detektorelemente sind vorzugsweise Fotodetektoren. Besonders bevorzugt werden einzelne lichtempfindliche Detektorelemente in einer Zeile lückenlos anei- nandergereiht, um einen Zeilensensor zu bilden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinheit und der Zeilensensor derart zueinander angeordnet sind, dass der Laser die zu untersuchende Oberfläche zeilenartig in einer Richtung parallel zur Längsrichtung der Anordnung der licht- empfindlichen Detektorelemente überstreicht. Somit überstreicht bzw. scannt der Laser die zu untersuchende Oberfläche in einer Zeile und die von dem Laser überstrichene Zeile auf der zu untersuchenden Oberfläche verläuft in einer Richtung parallel zur Längsrichtung der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente und somit in einer Richtung parallel zur Längsrichtung des Zeilensensors. Auf diese Weise kann eine möglichst große Lichtmenge der von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Lichtmenge von den lichtempfindlichen Detektorelementen direkt erfasst werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lasereinheit dazu eingerichtet ist, die zu untersuchende Oberfläche zeilenartig mit wenigstens einer abschnittsweisen Lateralbewegung zu überstreichen. Auf diese Weise kann der Laser die ausgestrahlte Lichtmenge vorzugsweise in einem Bogen bzw. mit einer Krümmung auf die zu untersuchende Oberfläche aufbringen. Somit können vorzugsweise Wölbungen bzw. Krümmungen in der zu untersuchenden Oberfläche ausgeglichen. Es wird somit eine 2D-Laser-Scan-Einheit bereitgestellt, mit der ein Laserstrahl die zu untersuchende Oberfläche überstreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinheit in Richtung der Längsachse der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente des Zeilensensors angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Zeilensensor ein erstes Ende und ein in Längsrichtung der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente beabstandetes zweites Ende auf und die Lasereinheit ist an dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Lasereinheit und der Zeilensensor derart angeordnet, dass we- nigstens ein Teilbereich des Zeilensensors beabstandet zur zu untersuchenden Oberfläche angeordnet ist und die Lasereinheit beabstandet und versetzt zur zu untersuchenden Oberfläche angeordnet ist. Auf diese Weise trifft der Laserstrahl nicht frontal auf die zu untersuchende Oberfläche auf, sondern von einer Seite. Aufgrund der versetzten Anordnung der Lasereinheit zur zu untersuchenden Oberfläche kann die Winkelabhängigkeit der auf die Ober- fläche auftretenden Lichtmenge erhöht werden. Auf diese Weise können kleine Fehlstellen, die im Vergleich zur unmittelbaren Umgebung der Fehlstelle einen geänderten Gradienten in der Oberfläche aufweisen, dazu führen, dass der Reflexionswinkel im Bereich der Fehlstelle geändert ist, wodurch die von der Oberfläche reflektierte Lichtmenge entsprechend von den lichtempfindlichen Detektorelementen erfasst und ein entsprechendes Lichtmuster bzw. Beu- gungsbild auf dem Zeilensensor erzeugt wird. Somit können vorzugsweise sehr kleine Fehlstellen, vorzugsweise kleiner 100 μιη, erfasst werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinheit bezogen auf die Längsrichtung der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente den Laserstrahl in einem Winkel α zwischen 5° < α < 85°, vorzugsweise zwischen 10° < α < 80°, und besonders bevorzugt zwischen 15° < a < 75°, ausstrahlt. Bei einer beabstandeten Anordnung der Lasereinheit zur zu untersuchenden Oberfläche trifft der Laserstrahl und somit die ausgestrahlte Lichtmenge nicht frontal auf die zu untersuchende Oberfläche auf, sondern in einem Winkel.
Grundsätzlich kann der Zeilensensor mehrere Meter lang sein. Vorzugsweise orientiert sich die Länge des Zeilensensors an der Länge der von dem Laser gescannten bzw. überstrichen Zeile der zu untersuchenden Oberfläche. Bevorzugt ist die Länge des Zeilensensors größer als die Länge der von dem Laser gescannten bzw. überstrichenen Zeile der zu untersuchenden Oberfläche. Vorzugsweise weist der Zeilensensor eine Länge 1 zwischen 0,5 m < 1 < 10 m, vorzugsweise zwischen 1 m < 1 < 7 m und besonders bevorzugt zwischen 2 m < 1 < 6 m auf. Der Zeilensensor eignet sich somit vorzugsweise zur Überprüfung großer lackierter Oberflächen.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zeilensensor gradlinig ausgebildet ist. Mit einem gradlinig ausgebildeten Zeilensensor können vorzugsweise großflächige und im Wesentlichen überwiegend ebene Oberflächen auf Lackschäden überprüft werden. Unter einer überwiegend ebenen Oberfläche werden vorzugsweise Seitenflächen von Fahrzeugen, insbesondere von Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, sowie lackierte Außenflächen von Anhängern verstanden, die zumindest Abschnittsweise eine leichte Wölbung aufweisen können. Vorzugsweise ist der gradlinig ausgebildete Zeilensensor beab- standet und Wesentlichen parallel zu der überwiegend ebenen Oberfläche angeordnet. Im Wesentlichen parallel bedeutet dabei, dass eine Oberflächenseite eines Fahrzeugs, die zumindest Abschnittsweise eine Wölbung aufweisen kann, im Abstand zum gradlinigen Zeilensensor angeordnet ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Lasereinheit und der Zeilensensor derart angeordnet, dass die zu untersuchende Oberfläche in einem Abstand a zwischen 0,20 m < a < 2,00 m, vorzugsweise zwischen 0,40 m < a < 1,50 m und ganz bevorzugt in einem Abstand 0,50 m < a < 1,00 m, zur Lasereinheit und zum Zeilensensor vorbeiführbar ist. Bei einem Abstand a von 0,50 m < a < 1,00 m zwischen der zu untersuchenden Oberfläche und dem Zeilensensor und Laser in Verbindung mit einer versetzten Anordnung des Lasers zur zu untersuchenden Oberfläche ist eine große Winkelabhängigkeit auf räumliche Gradienten in der zu untersuchten bzw. von dem Laser gescannten Oberfläche gegeben, so dass kleine Oberflächenfehler zu einer geänderten Reflexion der von dem Laser ausgestrahlten Lichtmenge führen und somit ein für Oberflächenfehler charakteristisches geändertes Lichtmuster auf dem Zeilensensor erzeugt wird.
Die zu untersuchende Oberfläche wird von der Lasereinheit zeilenartig überstrichen und die von der Oberfläche reflektierte Lichtmenge wird von dem Zeilensensor erfasst. Zur vollständigen Überprüfung einer Oberfläche muss der Laser die gesamte zu untersuchende Oberfläche zeilenartig überstreichen. Hierzu können die Lasereinheit und der Zeilensensor an der zu untersuchenden Oberfläche vorbeigeführt werden. Vorzugsweise sind die Lasereinheit und der Zeilensensor stationär ausgebildet und die zu untersuchende Oberfläche wird an der Laserein- heit und dem Zeilensensor vorbeigeführt. Auf diese Weise kann das Laser-Scan-System mit geringem Aufwand in eine bestehende Produktionsstraße integriert werden.
Die Auflösung von Oberflächenfehlern hängt im Wesentlichen von der Geschwindigkeit, mit der die zu untersuchenden Oberfläche an der Lasereinheit und dem Zeilensensor vorbeige- führt wird und von der Scan- Wiederholrate des Lasers ab. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinheit eine Scan- Wiederholrate zwischen 100 Hz bis 1 kHz, vorzugsweise zwischen 100 Hz bis 500 Hz, aufweist.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass über die Auswerteein- heit eine Änderung der erfassten Lichtmenge oder des erzeugten Lichtmusters erfassbar und kategorisierbar ist. Der Laser ist eine kohärente Lichtquelle. Bei einem von dem Laserstrahl überstrichenen Oberflächenfehler in der von dem Laserstrahl gescannten Zeile erzeugt die von der gescannten Oberfläche reflektierte Lichtmenge ein Lichtmuster bzw. ein Beugungsbild auf dem Zeilensensor, das der Fouriertransformierten des beugenden Oberflächenfehlers auf der gescannten Oberfläche entspricht. Das Beugungsbild bzw. das Lichtmuster sind charakteristisch für Oberflächenfehler, insbesondere Lackfehler. Auf diese Weise können die erzeugten Lichtmuster und somit die entsprechenden Oberflächenfehler durch eine Nachverarbei- tung kategorisiert und vorzugsweise auf der gescannten Oberfläche lokalisiert werden.
Die Erfindung betrifft zudem eine Verwendung des erfindungsgemäßen Laser-Scan-Systems zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte im Bereich der Automobilindustrie, insbesondere im Bereich von automobilen Produktionslinien zur Lacküberprüfung von Fahr- zeugen.
Es ist somit ein Aspekt der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Laser-Scan-System zur Detektion von Oberflächenfehlern im Bereich der Automobilindustrie Anwendung findet. Auf diese Weise können Lackschäden von Fahrzeugen zuverlässig, berührungsfrei und kosten- günstig erfasst werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinheit und der Zeilensensor derart zueinander angeordnet sind, dass die Lasereinheit in Richtung der Längsachse der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente angeordnet wird, we- nigstens ein Teilbereich des Zeilensensors beabstandet zur zu untersuchenden Oberfläche angeordnet wird, und die Lasereinheit beabstandet und versetzt zur zu untersuchenden Oberfläche angeordnet wird. Auf diese Weise trifft der Laserstrahl nicht frontal auf die zu untersuchende Oberfläche auf, sondern von einer Seite. Aufgrund der versetzten Anordnung der Lasereinheit zur zu untersuchenden Oberfläche kann die Winkelabhängigkeit der auf die Ober- fläche auftretenden Lichtmenge erhöht werden. Auf diese Weise können kleine Fehlstellen, die im Vergleich zur unmittelbaren Umgebung der Fehlstelle einen geänderten Gradienten in der Oberfläche aufweisen, dazu führen, dass der Reflexionswinkel im Bereich der Fehlstelle geändert ist, wodurch die von der Oberfläche reflektierte Lichtmenge entsprechend von den lichtempfindlichen Detektorelementen erfasst und ein entsprechendes Lichtmuster bzw. Beugungsbild auf dem Zeilensensor erzeugt wird. Somit können vorzugsweise sehr kleine Fehlstellen, vorzugsweise kleiner 100 μιη, erfasst werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinheit und der Zeilensensor in einem Abstand zu einer Produktionslinie zur Lacküberprüfung der Oberfläche eines Fahrzeugs angeordnet werden, und der Abstand der Lasereinheit und des Zeilensensors zur Produktionslinie derart gewählt wird, dass der Abstand a der zu überprüfenden Oberfläche des in der Produktionslinie befindlichen Fahrzeugs zwischen 0,20 m < a < 2,50 m, vorzugsweise zwischen 0,4 m < a < 2,00 m und ganz bevorzugt in einem Abstand 0,5 m < a < 1,50 m, liegt. Bei einem Abstand von vorzugsweise 0,50 m < a < 1,00 m zwischen der zu untersuchenden Oberfläche und dem Zeilensensor und Laser in Verbindung mit einer zur zu untersuchenden versetzten Anordnung des Lasers, ist eine große Winkelabhängigkeit auf räumliche Gradienten in der zu untersuchten bzw. von dem Laser gescannten Oberfläche gegeben, so dass kleine Oberfiächenfehler zu einer geänderten Reflexion der von dem Laser ausgestrahlten Lichtmenge führen und somit ein geändertes Lichtmuster im Zeilensensor erzeugt wird, so dass vorzugsweise kleine Lackfehler detektierbar sind.
Die zu untersuchende Oberfläche wird von der Lasereinheit zeilenartig überstrichen und die von der Oberfläche reflektierte Lichtmenge wird von dem Zeilensensor direkt erfasst. Zum Überprüfen einer Oberfläche muss der Laser die gesamte zu untersuchende Oberfläche zeilenartig überstreichen. Hierzu können die Lasereinheit und der Zeilensensor an der zu untersuchenden Oberfläche vorbeigeführt werden. In einer bevorzugen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Lasereinheit und der Zeilensensor stationär ausgebildet sind und die zu untersuchende Oberfläche an der Lasereinheit und dem Zeilensensor, vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Mehrzahl der lichtempfindlichen Detektorelementen, vorbeigeführt wird. Auf diese Weise wird ein 3D-Profil des Fahrzeugs bzw. der von dem Laser überstrichenen Oberfläche erzeugt. Grundsätzlich beziehen sich alle vorteilhaften und bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laser-Scan-Systems auch auf die erfindungsgemäße Verwendung des Laser- Scan-Systems zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte im Bereich der Auto- mobilindustrie.
Die Erfindung betrifft zudem ein Oberflächenprüfverfahren, zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte, umfassend die Schritte:
Zeilenartiges Überstreichen eines zu überprüfenden Abschnitts einer Oberfläche mit ei- nem Laserstrahl einer Lasereinheit;
Direktes Erfassen einer von der zu überprüfenden Oberfläche reflektierten Lichtmenge von einer Mehrzahl lichtempfindlicher Detektorelemente eines Zeilensensors;
Erzeugen eines Lichtmusters basierend auf der von den lichtempfindlichen Detektorelementen empfangenen reflektierten Lichtmenge;
Auswerten der von der Mehrzahl lichtempfindlicher Detektorelemente erfassten reflektierten Lichtmenge und/oder des erzeugten Lichtmusters mittels einer Auswerteeinheit.
Es ist somit ein Aspekt der Erfindung, dass die zu untersuchende Oberfläche von der Lasereinheit bzw. dem Laserstrahl zeilenartig überstrichen und somit gescannt wird. Durch das überstreichen der Oberfläche mit dem Laser wird eine Lichtmenge auf die Oberfläche ausgestrahlt. Diese wird von der Oberfläche reflektiert. Ein Teil der von der Oberfläche reflektierten Lichtmenge wird direkt von einer Mehrzahl der lichtempfindlichen Detektorelemente des Zeilensensor erfasst, wodurch ein Lichtmuster auf dem Zeilensensor erzeugt wird. Dieses wird mit einer Auswerteeinheit ausgewertet. Aufgrund der direkten Erfassung der reflektier- ten Lichtmenge von den lichtempfindlichen Detektorelementen wird ein kamera- und objektivfreies Verfahren zur Oberflächenprüfung bereitgestellt, dass eine kostengünstige und zuverlässige Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte ermöglicht. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinheit in Richtung der Längsachse der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente angeordnet wird, wenigstens ein Teilbereich des Zeilensensors beabstandet zur zu untersuchenden Oberfläche angeordnet wird, und die Lasereinheit beabstandet und versetzt zur zu untersu- chenden Oberfläche angeordnet wird. Vorzugsweise ist vorgehsehen, dass der Laserstrahl nicht frontal auf die zu untersuchende Oberfläche auftrifft, sondern von der Seite und somit in einem Einstrahlwinkel. Oberflächenfehler weisen einen geänderten Gradienten in der Oberfläche im Vergleich zur unmittelbaren Umgebung auf. Dies führt dazu, dass sich der Reflexionswinkel der reflektierten Lichtmenge im Bereich des Oberflächenfehlers ändert und somit der Zeilensensor ein im Vergleich zu einem zuvor durchgeführten Scan ohne Oberflächenfehler geändertes Lichtbild erzeugt. Auf diese Weise können sehr kleine Fehlstellen, vorzugsweise kleiner 100 μιη, zu einem geänderten Lichtbild auf dem Zeilensensor führen und somit entsprechend erfasst werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Abgleich der von der Mehrzahl lichtempfindlicher Detektorelemente erfassten reflektierten Lichtmengen und/oder des erzeugten Lichtmusters mit ein oder mehreren vorherigen erfassten reflektierten Lichtmengen bzw. Lichtmustern. Zudem werden die Änderungen der erfassten Lichtmengen und/oder eines erzeugten Lichtmusters in Vergleich zu wenigstens einer zuvor, vorzugsweise einer unmittelbar zuvor, erfassten Lichtmenge und/oder eines Lichtmusters, erfasst.
Abschließend ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine Kategorisierung der erfassten Änderung des Lichtmusters erfolgt. Grundsätzlich beziehen sich alle vorteilhaften und bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laser-Scan-Systems auf das erfindungsgemäße Oberflächenprüfverfahren, zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte. Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Laser-Scan-Systems zur Detektion von Oberflächen- fehlem an einem Fahrzeug, gemäß einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 2 eine Aufsicht des Laser-Scan-System, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Laser-Scan-Systems 2 gezeigt. Das Laser-Scan-System 2 umfasst eine Lasereinheit 4 mit einem Laser 6 der eine zu untersuchende lackierte Oberfläche
8 zeilenartig überstreicht bzw. scannt. Die zu untersuchende Oberfläche 8 ist die lackierte Seitenfläche eines Lastkraftwagens 9.
Hierbei wird von dem Laser 6 eine Lichtmenge 10 zeilenartig auf die zu untersuchende Oberfläche 8 ausgestrahlt. Wenigstens ein Teil dieser auf die zu untersuchende Oberfläche 8 ausgestrahlt Lichtmenge 10 wird von der Oberfläche 8 reflektiert. Ein Teil der von der Oberfläche 8 reflektierten Lichtmenge 12 wird v on lichtempfindlichen Detektorelementen 14 eines Zeilensensors 16 direkt erfasst und erzeugt auf dem Zeilensensor 16 ein Lichtmuster. Zwischen der Oberfläche 8 und dem. Zeilensensor 16 ist weder eine Kamera noch ein ablichtendes objektiv angeordnet, so dass die lichtempfindlichen Detektorelemente 14 die reflektierte Lichtmenge 12 direkt erfassen. Die von den lichtempfindlichen Detektorelementen 14 erfasste Lichtmenge bzw. das auf dem Zeilensensor 16 erzeugte Lichtmuster wird von einer Auswerteeinheit 18 erfasst und mit nachfolgenden erfassten Licht mustern abgeglichen. Die Lasereinheit 4 und der Zeilensensor 16 sind derart zueinander angeordnet, dass die Lasereinheit 4 in Richtung der Längsachse 20 der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente 14 versetzt zum Zeilensensor 16 angeordnet ist. Ein Teilbereich des Zeilensensors 16 ist im Abstand a zur zu untersuchenden Oberfläche 8 angeordnet. Der Abstand a des Zei- lensensors 16 und der Lasereinheit 4 zur zu untersuchenden Oberfläche 8 beträgt 0,75 m.
Die Lasereinheit 4 ist beabstandet und versetzt zur zu untersuchenden Oberfläche 8 ausgerichtet. Auf diese Weise trifft der Laserstrahl des Lasers 6 bzw. die vom Laser 6 ausgestrahlte Lichtmenge 10 nicht frontal auf die zu untersuchende Oberfläche 8 auf, sondern von der Seite bzw. mit einem Einstrahlwinkel. Der Einstrahlwinkel, mit dem der Laser 6 die Oberfläche 8 abscannt variiert über die Länge des zeilenartigen Scans der zu untersuchenden Oberfläche 8.
Bezogen auf die Längsrichtung 20 der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente 14 wird der Laserstrahl bzw. die vom Laser 6 ausgestrahlte Lichtmenge 10 in einem Winkel α zwischen 10° < α < 80° ausgestrahlt.
Bei einem Abstand von 0,75 m zwischen der zu untersuchenden Oberfläche 8 und dem Zeilensensor 16 und Laser 6 in Verbindung mit einer versetzten Anordnung des Lasers 6 zur zu untersuchenden Oberfläche 8, ist eine große Winkelabhängigkeit auf räumliche Gradienten in der zu untersuchten Oberfläche 8 bzw. von dem Laser 6 gescannten Oberfläche 8 gegeben, so dass kleine Oberflächenfehler zu einer geänderten Reflexion der von dem Laser 6 ausgestrahlten Lichtmenge 10 führen und somit ein geändertes Lichtmuster bzw. ein Beugungsbild im Zeilensensor 16 erzeugt wird. Bei einem gescannten Oberflächenfehler entspricht das Lichtmuster bzw. Beugungsbild auf dem Zeilensensor 16, das der Fouriertransformierten des beu- genden Oberflächenfehlers auf der gescannten Oberfläche 8. Das Beugungsbild bzw. das Lichtmuster sind charakteristisch für Oberflächenfehler, insbesondere Lackfehler. Auf diese Weise können die erzeugten Lichtmuster und somit die entsprechenden Oberflächenfehler durch eine Nachverarbeitung kategorisiert und vorzugsweise auf der gescannten Oberfläche lokalisiert werden.
In Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Lasereinheit 4 und der Zeilensensor 16 stationär ausgebildet sind. Das Fahrzeug 9 ist in einer ersten Position 22 und einer zweiten Position 24 gezeigt, wobei die zweite Position durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Die erste Position 22 und die zweite Position 24 verdeutlichen, dass das Fahrzeug 9 mit der zu untersuchende Oberfläche 8 an der Lasereinheit 4 und dem Zeilensensor 16 vorbeigeführt wird. Dabei wird das Fahrzeug 9 und somit die zu untersuchende Oberfläche 8 in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Mehrzahl der lichtempfindlichen Detektorelementen 14 vorbeigeführt und von dem Laser überstrichen bzw. abgescannt. Auf diese Weise wird ein 3D Profil von der untersuchten Oberfläche erzeugt.
Die Auflösung von Oberflächenfehlern hängt im Wesentlichen von der Geschwindigkeit ab, mit der die zu untersuchenden Oberfläche 8 an der Lasereinheit 4 und dem Zeilensensor 16 vorbeigeführt wird und von der Scan-Wiederholrate des Lasers bzw. der Lasereinheit 4. Die Lasereinheit 4 weist eine Scan- Wiederholrate von 100 Hz auf. Auf diese Weise kann die Laser-Scan-Einheit in eine bestehende Produktionsstraße mit gängigen Taktzeiten von 300 Sekunden integriert werden und ein laterales Auflösungsvermögen von < 1 mm ermöglichen.
Bezugszeichen
2 Laser-Scan-System
4 Lasereinheit
6 Laser
8 Oberfläche
9 Fahrzeug / Lastkraftwagen
10 Ausgestrahlte Lichtmenge
12 Reflektierte Lichtmenge
14 Lichtempfindliche Detektoreiemente
16 Zeilensensor
18 Auswerteeinheit
20 Längsrichtung
22 Erste Position
24 Zweite Position

Claims

Patentansprüche
1. Laser-Scan-System (2), zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte, umfassend
eine Lasereinheit (4), die dazu eingerichtet ist, eine zu untersuchende Oberfläche (8) eines Objekts mit einem Laserstrahl zeilenartig zu überstreichen,
einen Zeilensensor (16), der eine Mehrzahl von lichtempfindlichen Detektorelementen (14) in einer Längsrichtung (20) aufweist, wobei
die Lasereinheit (4) und der Zeilensensor (16) derart zueinander angeordnet sind, dass eine von dem Laserstrahl zeilenartig ausgestrahlte Lichtmenge (10) auf die zu untersuchende Oberfläche (8) trifft, die ausgestrahlte Lichtmenge (10) zumindest teilweise von der Oberfläche (8) reflektiert wird, ein Teil der reflektierten Lichtmenge (12) wenigstens von einem Teil der Mehrzahl der lichtempfindlichen Detektorelemente (14) direkt erfassbar ist, und ein Lichtmuster auf dem Zeilensensor (16) erzeugbar ist, und
eine Auswerteeinheit (18), über die die von dem wenigstens einen Teil der Mehrzahl der lichtempfindlichen Detektorelemente (14) erfasste Lichtmenge und/oder das auf dem Zeilensensor (16) erzeugte Lichtmuster auswertbar ist.
2. Laser-Scan-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (4) und der Zeilensensor (16) derart zueinander angeordnet sind, dass der Laser (6) die zu untersuchende Oberfläche (8) zeilenartig in einer Richtung parallel zur Längsrichtung (20) der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente (14) überstreicht.
3. Laser-Scan-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Lasereinheit (4) dazu eingerichtet ist, die zu untersuchende Oberfläche (8) zeilenartig mit wenigstens einer abschnittsweisen Lateralbewegung zu überstreichen.
4. Laser-Scan-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (4) in Richtung der Längsachse (20) der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente (14) angeordnet ist.
5. Laser-Scan-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (4) eine Scan- Wiederholrate zwischen 100 Hz bis 1kHz aufweist.
6. Laser-Scan-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass über die Auswerteeinheit (18) eine Änderung der erfassten Lichtmenge oder des erzeugten Lichtmusters erfassbar und kategorisierbar ist.
7. Verwendung eines Laser-Scan-Systems nach einem der vorherigen Ansprüche zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte im Bereich der Automobilindustrie, ins- besondere im Bereich von automobilen Produktionslinien zur Lacküberprüfung von Fahrzeugen.
8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (4) und der Zeilensensor (16) derart zueinander angeordnet sind, dass die Lasereinheit (4) in Richtung der Längsachse (20) der Anordnung der lichtempfindlichen Detektorelemente (14) angeordnet wird, wenigstens ein Teilbereich des Zeilensensors (16) beabstandet zur zu untersuchenden Oberfläche (8) angeordnet wird, und die Lasereinheit (4) beabstandet und versetzt zur zu untersuchenden Oberfläche (8) angeordnet wird.
9. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (4) und der Zeilensensor (16) in einem Abstand zu einer Produktionslinie zur Lacküberprüfung der Oberfläche eines Fahrzeugs angeordnet werden, und der Abstand der Lasereinheit (4) und des Zeilensensors (16) zur Produktionslinie derart gewählt wird, dass der Abstand a der zu überprüfenden Oberfläche (8) des in der Produktionslinie befindlichen Fahrzeugs zwischen 0,20 m < a < 2,50 m, vorzugsweise zwischen 0,4 m < a < 2,00 m und ganz bevorzugt in einem Abstand zwischen 0,5 m < a < 1,50 m, liegt.
10. Oberfiächenprüfverfahren, zur Detektion von Oberflächenfehlern lackierter Objekte, umfassend die Schritte:
Zeilenartiges Überstreichen eines zu überprüfenden Abschnitts einer Oberfläche (8) mit einem Laserstrahl einer Lasereinheit (4);
Direktes Erfassen einer von der zu überprüfenden Oberfläche (8) reflektierten Licht- menge (12) von einer Mehrzahl lichtempfindlicher Detektorelemente (14) eines Zeilensensors
(16);
Erzeugen eines Lichtmusters basierend auf der von den lichtempfindlichen Detektorelementen (14) empfangenen reflektierten Lichtmenge (12);
Auswerten der von der Mehrzahl lichtempfindlicher Detektorelemente (14) erfassten reflektierten Lichtmenge (12) und/oder des erzeugten Lichtmusters mittels einer Auswerteeinheit (18).
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