WO2023041696A1 - Vorrichtung und verfahren zum automatischen überwachen von getränke- und lebensmitteldosen-deckeln - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum automatischen überwachen von getränke- und lebensmitteldosen-deckeln Download PDF

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WO2023041696A1
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camera
units
dark
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Bernhard Gruber
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QUISS Qualitäts-Inspektionssysteme und Service GmbH
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    • G01N2201/104—Mechano-optical scan, i.e. object and beam moving
    • G01N2201/1042—X, Y scan, i.e. object moving in X, beam in Y

Definitions

  • cans and can ends are manufactured from the raw material (steel or aluminum rolls or plates, called “coil” or “metal sheets”) to the finished product - without any manual work - and packaged ready for dispatch.
  • a quality control must therefore also be implemented fully automatically. It is necessary to detect faulty parts and automatically remove them from the production process or eject them without stopping the production device, and to identify changes in production at an early stage in order to prevent a high level of rejects.
  • Video inspection systems have been used since the introduction of digital image recording using CCD cameras (today mainly CMOS cameras) and since the introduction of computer technology.
  • lighting elements today mainly in the form of LED arrays, the moving objects are briefly illuminated at the right time (in the range of psec.) and the camera(s) are exposed synchronously.
  • the object moving on conveyor belts (can or can lid) is imaged sharply despite the high speed due to the short lighting and exposure time, i.e. without blurring (no significant movement in a short period of e.g. 20psec).
  • the defects or production deviations to be detected on the surfaces of the objects can be divided into three categories:
  • the test objects can be can lids, for example, and are transported on the conveyor belt at a speed of up to 6 meters/second.
  • a resolution of e.g. 1/10mm per pixel required for error detection and an object size of e.g. 100mm this corresponds to a number of at least 1,000 x 1,000 pixels.
  • a camera could achieve a refresh rate of e.g. 100Hz. This corresponds to a time interval of 10ms and at an object speed of 6m/s a corresponding distance of 60mm. As a result, no more than one recording per object could be realized with one camera.
  • the camera captures at least two digital images of the moving test objects in series during transport on the conveyor, so that a first digital image of the test object (20) is in a first position and a second digital image of the test object (20) is in a second position results, with the first and second position of the test object (20) by the movement of the conveyor (30) by means of a corresponding offset from each other,
  • the plurality of lighting units (12) are constructed from at least one or more dark-field lighting units (13) and one or more bright-field lighting units (14), which are each synchronous with the camera (11) by the controller (15) in such a way be controlled so that the first image recording produces a first contrast for detecting a first type of defect by a first specific activation of the dark field illumination units (13) and the bright field illumination units (14), and that the second image recording produces a second contrast for detecting a second type of defect generated by a second specific activation of the dark-field illumination units (13) and the bright-field illumination units (14), the first and second specific activation of the dark-field illumination units (13) and bright-field illumination units (14) differing from one another, forming the first and second contrasting differs.
  • the finding on which the present invention is based is that with only one optical structure and only one camera, several types of errors or error categories can be detected by a specific control of the dark field lighting units (13) and the bright field lighting units (14), depending on the Error type or error category can be recorded.
  • the dark-field lighting units (13) and the bright-field lighting units (14) can each be variably controlled by the controller (15) for individual image recordings, so that the contrasting of the image recordings can be varied in order to determine a specific type of error.
  • the lighting units (12), in addition to the dark-field lighting units (13) and the bright-field lighting units (14), have reflected-in coaxial lighting (16) by means of a half-mirror (17), which is controlled by the controller (15) in each case can be variably controlled for individual image recordings, so that the contrasting of the image recordings can be varied in order to be able to check the test object using improved lighting.
  • the camera (11) takes three or more digital images of the moving test objects (20) in series during transport on the conveyor (30), so that a first digital image of the test object (20) in a first position and a second digital image recording of the test object (20) in a second position and a third digital image recording of the test object (20) in a third position, with the first, second and third position of the test object (20) each resulting from the movement of the Conveyor (30) differs by means of a respective corresponding offset.
  • controller (15) has a burst mode for controlling the lighting units (12), through which the dark field lighting units (13), the bright field lighting units (14) and/or the reflected coaxial lighting (16 ) for many successive illuminations in series are time-synchronized applied to the image recording with illumination pulses.
  • the dark field lighting units (13) are made up of individual modules which can be stacked one on top of the other in the vertical direction in such a way that a cylindrical, oval or polygonal shape results, with the viewing direction of the camera (11) being essentially in the centre the cylindrical, oval or polygonal shape of the individual modules of the dark field illumination units (13) is arranged so that any number of modules can be used.
  • the bright field lighting units (14) are arranged to extend in the horizontal direction, with the viewing direction of the camera (11) being provided in the vertical direction through an opening in the bright field lighting units (14).
  • a diffuser (50) is provided between the test objects (20) to be monitored and the dark-field illumination units (13) and the bright-field illumination units (14), through which the light emissions of the dark-field illumination units (13) and the bright field illumination units (14) are diffused.
  • the individual modules of the dark-field illumination units (13) have a ring-shaped, oval or polygonal or polygonal structure, with each ring-shaped, oval or polygonal or polygonal module having at least one circular or completely or partially circumferential row of light-emitting diodes (42 ) is provided.
  • the individual modules of the dark field lighting units (13) or the bright field lighting units (14) have several UV diodes (44) in order to be able to detect fluorescent color pigments in addition to the white light illumination. It is also advantageous if the individual modules of the dark field lighting units (13) or the bright field lighting units (14) have a number of NIR diodes (near infrared diodes) in order to optically penetrate color pigments (e.g. colored printing on the objects) ( transmit).
  • NIR diodes near infrared diodes
  • the brightfield lighting units (14) are arranged in a concentric form around the opening of the brightfield lighting units (14), each individual brightfield lighting unit (14) being constructed from a large number of LED diodes (41).
  • the camera (11) reduces the field of view in the form of an area of interest depending on the position of the test object (20), with the image recording frequency being increased according to the reduced field of view in order to be able to capture images more quickly. This ensures that the offset of the objects between the recordings is reduced as much as possible or at least kept small.
  • the invention discloses a method for automated optical checking of a large number of three-dimensional test objects (20), in particular metallic lids and containers, in the ongoing production process, which comprises:
  • the camera ( 11) takes at least two digital images of the moving test objects (20) in series during transport on the conveyor (30), so that a first digital image of the test object (20) in a first position and a second digital image of the test object (20 ) is detected in a second position, with the first and second position of the test object (20) results from the movement of the conveyor (30) by means of a corresponding offset, and wherein the plurality of lighting units (12) consists of at least one or more dark field lighting units (13) and one or more bright field lighting units ( 14) are constructed, which are each controlled synchronously with the camera (11) by the controller (15) in such a way that the first image recording is a first contrasting by a first specific control of the dark field lighting units (13) and bright field lighting units (14 ) generated, and that the second image recording generate
  • FIG. 1b shows a test object which is checked optically by the schematic structure of the device according to the invention from FIG. 1a;
  • FIG. 2a shows the embodiment of the device according to the invention from FIG. 1a with a different activation of the illumination
  • FIG. 2b shows the test object which is checked optically by the schematic structure of the device according to the invention from FIG. 2a;
  • FIG. 3a shows a further embodiment of a schematic structure of a device according to the invention with an enlarged detail
  • FIG. 3b shows the enlarged section of the structure of the device according to the invention from FIG. 3a with an exemplary arrangement of LED diodes
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a schematic structure of a device according to the invention.
  • 5a shows another test object in the form of a beverage can lid
  • FIG. 5b shows the test object in the form of a beverage can lid from FIG. 5a with a different illumination
  • 6 shows the displacement of a can lid with three recordings in series by means of the device according to the invention
  • 7 shows the flexible positioning of a reduced field of view of the camera of the device according to the invention.
  • Figure 1 a shows the device 10 according to the invention as a complete test station with at least one test object 20 on a conveyor belt 30, a camera 11, lighting units 12 and a controller 15 for controlling the camera 11 and the lighting units 12, which have a large number of dark-field lighting units 13 and has a plurality of bright-field illumination units 14, with the three lowest dark-field illumination units 13 being active.
  • the contrasting of the test object surfaces to be tested requires different lighting methods. In principle, the following methods can be used:
  • Dome lighting / cloudy day ie all types of dark field, bright field and coaxial lighting activated Since the objects to be checked, which are mostly metallic, in particular can lids, usually have no transparency in the visible spectral range, there is no need for background lighting.
  • test objects 20 can have three different categories of defects, which can be determined by the device according to the invention.
  • the structural errors (1st error category) can be divided into high-frequency and low-frequency errors.
  • a high-frequency defect is, for example, a scratch or a crack that causes a very strong change in the direction of reflection.
  • a planar surface would, when viewed almost perpendicularly, in particular only "almost", since no parallel beam path is possible with endocentric optics, and with dark field illumination in the reflection of the surface, no illumination would strike and the surface would therefore appear dark.
  • a high frequency bug creates a strong deflection and hits the lighting.
  • Second defect category such as dirt
  • imprints or applied sealants e.g. compound
  • the absorption or reflection strength can differ in the spectral range, for example a green compound (sealant on a lid) will absorb blue and red light more strongly and reflect green light.
  • Geometric tests require contrasting of the edges and structures in order to then enable a metric check of the dimensions with "optical measuring tools", e.g. algorithms for edge detection, with calibration or conversion of the pixel position into a metric value is required.
  • "optical measuring tools” e.g. algorithms for edge detection
  • a repetition frequency of, for example, 1,000 Hz is made possible by means of a new type of camera technology, as will be explained below, and this corresponds to a time interval of only 1 ms. This reduces the displacement of the object at a conveying speed of 6 m/s, for example, to only 6 mm according to the invention, whereas the displacement of the test object is 60 mm according to the prior art.
  • a first recording of the object shortly before the perfect position at -6mm and a second recording at the perfect position at 0mm and a third recording shortly after the perfect position at +6mm on the conveyor belt of the device according to the invention are possible.
  • low-frequency errors of structural errors (category 1 above) require exact positioning and the recording is realized in the perfect position.
  • the two other recordings before and after the perfect position can also be realized with a slight offset to the perfect position.
  • the respective image recordings of the camera 11 and synchronously for the best possible contrasting the respectively required lighting angles or lighting devices 12 are controlled with the controller 15 .
  • multiple recordings, preferably 2 or preferably 3 recordings, of the object to be checked can be realized at very short time intervals, preferably at an interval of 1 ms or shorter.
  • the image recording is carried out in a period of a few microseconds. Exposure times of 20 to 30 psec are preferred. specified by the controller 15 in order to reduce the motion blur in the image recordings of the camera 11 to a maximum of 1 pixel.
  • the signals are transmitted within the camera 11 from the CMOS chip to the FPGA via an LVDS interface (Low Voltage Differential System).
  • LVDS interface Low Voltage Differential System
  • 16 or more LVDS connections are preferably used.
  • the CMOS camera chip LUX1310 from Luxima Technology is read out via 16 LVDS interfaces and enables a refresh rate of 1,070 frames per second.
  • the more LVDS or Mipi lanes are connected to the sensor through the camera electronics, the faster reading into the internal memory takes place, since the lanes read the data from the sensor in parallel.
  • the maximum internal camera speed results from the interaction of sensor speed and the transfer rate of writing to the internal memory. The camera then performs operations on the image in memory and puts the data out on the interface.
  • a camera with enough built-in internal memory can, if properly designed, cache images in internal memory (at the maximum internal speed of the camera 11).
  • the sensor can therefore be triggered with a higher frequency than the specified frame rate of the camera allows, as long as the internal speed is higher than that of the interface.
  • the images that follow one another in rapid succession are stored internally and then (delayed) delivered via the slower interface, which can be referred to as the burst mode of the camera 11 .
  • the limiting elements here are the size of the available memory and the internal speed of the camera 11 - as soon as the memory is full, images are discarded (depending on the implementation) or the triggering of the sensor is prevented for the time without sufficient memory space.
  • the lighting areas are also only recorded for 1 to 100 psec via the controller 15 synchronously with the image recording. controlled and the electrical power delivered to the diodes is increased. This means that the diodes are overdriven by a factor of 10 to 100 for a short period of time in order to generate sufficient light energy. Due to the relatively long period of e.g. 1 ms until the next image recording and activation of the LEDs, there is a pulse/pause ratio of approx. 1:49 (the LEDs are e.g. 20psec. active, 980psec. inactive) and thus sufficient time for the diodes 41, 42, 44 of the device according to the invention in order to release the thermal energy again.
  • the method and the device can realize a large number of recordings in series (eg 30 recordings) and to combine the images to form an overall image.
  • the surface of the object can thus be checked from an angular range of 0 to ⁇ 90° with a resolution of 3°, for example.
  • the exposure time of the camera 11 and of the lighting units 12, which are activated synchronously with the image recording, can be controlled exactly, in a time range of nanoseconds. This makes it possible to take pictures of the object with a different exposure and lighting time. If, for example, only one direction of illumination from one direction is activated for the first recording (eg a dark field ring 13), the exposure and illumination time can be reduced to 50psec. increase.
  • the continuous transport of the test objects 20 on the conveyor belt 30 and the resulting temporal offset of the recordings result in a different position of the test object 20.
  • the position of the test objects 20 in each recording is localized by suitable algorithms (tracking) .
  • the dark-field illumination units 13 are horizontally arranged illuminations with a horizontally aligned illumination direction, the dark-field illumination can be made up of a large number of dark-field rings that can be stacked one on top of the other. In this case, a different number of dark-field illumination units 13 can be activated.
  • FIG. 1b shows the image recording by the camera 11, resulting in the object contrasting with the active illumination areas of FIG. 1a.
  • Special defects on the object contours of the test object 20 in the form of a can lid are well contrasted, such as a dent at 8 o'clock in the gray ring in the form of a bright spot that represents a dent in the outside area.
  • other types of defects are not visible or contrasted at the same time, i.e. in the identical image recording, such as defects in the central area of the can end 20, which can be seen in Fig. 2b.
  • Figure 2a shows the complete test station 10 with the test object 20 on the conveyor belt 30, the camera 11, lighting units 12 and the controller 15 for controlling the camera 11 and the lighting units 12, with three ring-shaped bright field lighting units 14 and a coaxial mirrored lighting 16 are active.
  • FIG. 2b shows the contrasting of the test object 20 by means of the image recording by the camera 11, the object contrasting with the active illumination areas of FIG. 2a resulting from the active bright field illuminations 14 and 16.
  • Low-frequency types of defects in particular are well contrasted, as can be seen from the two black dots at 10 o'clock and 5 o'clock in the light area of the can lid 20, with the black dot at 5 o'clock representing a dent in the bottom of the can and the black dot at 10 o'clock representing soiling .
  • Figure 3a shows the test station 10 according to the invention from Fig. 1a and 2a with the test object 20 on the conveyor belt 30, the camera 11, lighting units 12 and the controller 15 for controlling the camera 11 and the lighting units 12, with all lighting units 12 active and thus corresponds to dome lighting / cloudy day lighting.
  • all illuminations are active. These are the vertical dark-field lighting units 13 and the horizontally arranged bright-field lighting units 14 and the coaxial lighting 16 reflected into the beam path of the field of view of the camera.
  • the schematic enlarged section from FIG. 3a shows an advantageous arrangement of the lighting diodes 41, 42, in particular white light LEDs 41, 42, to the diffuser 50, which can be constructed from a horizontally arranged diffuser disk for bright field illumination and a cylindrical diffuser for dark field illumination .
  • some lighting diodes can also be embodied as UV LEDs 44 and/or NIR LEDs. Without a structural extension of the device, it is thus also possible to realize further recordings with different types of illumination. This is, for example, a recording with an arrangement of additional UV diodes 44 with a wavelength preferably in a range of 300-400 nm. This makes it possible to detect contamination of the objects, for example by oil from a production machine (machine oil).
  • NIR diodes it is also possible to optically penetrate colored printing or inscriptions and thus eliminate them in the image recording, since the metallic surface of a can lid, for example, also reflects NIR light.
  • FIG. 3b shows the structure of separating webs 43 of the activatable illumination areas, which are each arranged between the individual activatable illumination units of the vertical dark-field illumination units 13 and the horizontally arranged bright-field illumination units 14.
  • the diodes 41 , 42 arranged at certain points In order to achieve a uniform emission of the diodes 41 , 42 arranged at certain points, it is advantageous not to point the diodes 41 , 42 directly at the test object 20 to be illuminated, but rather to scatter the light via the diffuser 50 . With a highly reflective surface of the object 20, the diodes 41, 42 arranged at certain points would be reflected without a diffuser. The distance between the diodes 41, 42 and the diffuser 50 depends on the radiation angle of the diodes 41, 42 and on the diffuser factor of the disk or the cylinder of the diffuser 50. If adjacent lighting areas are activated in a recording, it is advantageous to have no edge or separation of the lighting to create. For this purpose, according to the invention, conical separating webs 43 are used in order to seamlessly illuminate the diffuser from both sides of a test chamber 60 . This avoids a visible separating edge.
  • FIG. 3c shows the object contrasting with the active illumination areas of the representation from FIG. 3a.
  • Surface defects in particular are well contrasted, such as the roughly linearly arranged punctiform dirt in the direction of 10 o'clock. There is also a scratch towards 2 o'clock from center to Visible from the outside through the dome lighting / CloudyDay.
  • low-frequency defects such as bulges or dents are poorly detected, such as the dent at 5 o'clock, which is clearly visible in FIG. 2b.
  • FIG. 4 shows the flexible control of a wide variety of lighting areas. Depending on the shape of the object surface to be checked, areas of the vertical dark field lighting units 13 and the horizontally arranged bright field lighting units 14 can be activated or deactivated for a recording by the camera 11 .
  • FIG. 5a and 5b shows a beverage can lid 21 with oil contamination.
  • the coaxial illumination 16 and the bright field illumination 14 of the device 10 according to the invention have been activated.
  • the drop of oil 23 on the lug in the direction of 2 o'clock can hardly be seen in FIG. 5a.
  • UV illumination and dark field illumination 13 were activated in FIG. 5b.
  • the contours are emphasized very strongly and the geometric features such as the correct diameter and the correct shape of the link can be checked.
  • the fluorescent pigments in the oil drops 22, 23 can be excited with the UV illumination and these stand out very well as bright points and can thus be automatically recognized by an image capture.
  • Figure 6 shows the displacement of a can lid 21 with three recordings in series of 6mm each by the conveyor belt 30.
  • a typical transport speed of e.g. 6m/sec. and a time interval between the recordings of preferably 1 msec or shorter there is a position difference of 6 mm per recording by the camera 11 of the device 10 according to the invention the position offset of round objects, such as a can lid, can be compensated using the landscape format.
  • the image recording frequency can be increased by a section from the overall image (partial scan). Faster frame rate reduces object shift between frames.
  • the overall view of the camera 11 has to cover the test object 21 from the first to the last picture, the first and the last picture determine the size of the entire field of view of the camera 11 . Optimization can be achieved if the AOI is tailored to the respective recording and "moves" with the object movement.
  • Optical "indexing" or positioning of the test areas is preferably compensated for by automatic position detection.
  • FIG. 8 shows an example of the timing of a sequence with 4 image recordings (triggers 1 to 4).
  • the first shot only LED lights 1 and 2 are controlled, in the second shot only LED lights 10 and 11, and in the third shot LED lights 1, 2, 10, and 11.
  • the fourth shot is the UV lighting and only this is active on the fourth shot.
  • the camera 11 is controlled synchronously. The duration of illumination and exposure is specified by the pulse length.
  • broadband white light diodes which emit light as uniformly as possible in the VIS spectral range
  • additional printing checks can be carried out to ensure that the color is correct and a type purity check can be carried out.
  • the devices and methods described in detail above are exemplary embodiments, they can be modified to a large extent in the usual manner by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention.
  • the mechanical arrangements and the size ratios of the individual elements to one another are merely exemplary.
  • a device for the automated optical inspection of a large number of three-dimensional test objects 20 during the ongoing production process, which can be moved via a conveyor device 30, the device comprising:
  • controller 15 for controlling the camera 11 and the lighting units 12,
  • the camera 11 captures at least two digital images of the moving test objects 20 in series during transport on the conveyor device 30, so that a first digital image of the test object 20 is in a first position and a second digital image of the test object 20 is in a second position Position results, with the first and second position of the test object 20 differing by the movement of the conveyor 30 by means of a corresponding offset,
  • the plurality of lighting units 12 are made up of at least one or more dark-field lighting units 13 and one or more bright-field lighting units 14, which are each controlled synchronously with the camera 11 by the controller 15 in such a way that the first image recording has a first contrasting generated by a first specific activation of the dark field illumination units 13 and bright field illumination units 14, and that the second image recording generates a second contrasting by a second specific activation of the dark field illumination units 13 and bright field illumination units 14, the first and second specific activation the dark field illumination units 13 and bright field Lighting units 14 differ from each other with the formation of the first and second contrasting.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur automatisierten optischen Überprüfung einer Vielzahl von dreidimensionalen Prüfobjekten (20), die über eine Fördereinrichtung (30) bewegbar sind, vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst: - eine Kamera (11) welche zumindest zwei digitale Bilder eines sich bewegenden Prüfobjekts (20) in Serie während des Transports auf der Fördereinrichtung (30) erfasst, so dass sich die erste und zweite Aufnahmeposition des Prüfobjekts (20) aufgrund der Bewegung der Fördereinrichtung (30) durch einen entsprechenden Versatz unterscheidet, und - Beleuchtungseinheiten (12) welche aus zumindest einer Dunkelfeld-Beleuchtungseinheit (13) und einer Hellfeld-Beleuchtungseinheit (14) aufgebaut sind, welche jeweils synchron mit der Kamera (11) durch einen Controller (15) derart gesteuert werden, dass die erste Bildaufnahme eine erste Kontrastierung durch eine erste spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheit (13) und der Hellfeld-Beleuchtungseinheit (14) erzeugt, und dass die zweite Bildaufnahme eine zweite Kontrastierung durch eine zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheit (13) und der Hellfeld-Beleuchtungseinheit (14) erzeugt, wobei sich die erste und zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheit (13) und Hellfeld-Beleuchtungseinheit (14) voneinander unter Ausbildung der ersten und zweiten Kontrastierung unterscheidet.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum automatischen Überwachen von Getränke- und Lebensmitteldosen-Deckeln
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die eine automatisierte optische Kontrolle von dreidimensionalen Objekten, vorwiegend metallische Deckel und Behälter von Getränkedosen, im laufenden Produktionsprozess ermöglicht.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In der vollautomatisierten Produktion werden Dosen und Dosendeckel vom Rohmaterial (Stahl- oder Aluminiumrollen bzw. Platten, genannt „Coil“ bzw. „Metal- Sheets“) bis zum fertigen Produkt - ohne einer manuellen Tätigkeit - hergestellt und versandfertig verpackt. Eine Qualitätskontrolle muss somit ebenfalls vollautomatisch realisiert werden. Dabei ist es erforderlich, fehlerhafte Teile zu erfassen und automatisch aus dem Produktionsprozess zu entfernen bzw. ohne Stopp der Produktionsvorrichtung auszuwerfen sowie Veränderungen in der Produktion frühzeitig zu erkennen, um einen hohen Ausschuss zu verhindern.
Video-Inspektionssysteme werden dazu seit Einführung der digitalen Bildaufnahme mittels CCD-Kameras (heute vorwiegend CMOS-Kameras) und seit Einführung der Computertechnik eingesetzt. Mit Beleuchtungselementen, heute vorwiegend in Form von LED-Arrays, werden die Objekte in Bewegung zum richtigen Zeitpunkt für einen kurzen Moment beleuchtet (im Bereich von psec.) und synchron dazu die Kamera(s) belichtet. Das auf Förderbänder bewegte Objekt (Dose oder Dosendeckel) wird durch die kurze Beleuchtungs- und Belichtungszeit trotz hoher Geschwindigkeit scharf, also ohne einer „Verwischung“, abgebildet (keine wesentliche Bewegung in einem kurzen Zeitraum von z.B. 20psec). Die auf den Oberflächen der Objekte zu delektierende Fehler oder Produktionsabweichungen können in drei Kategorien unterteilt werden:
1 . Strukturelle Fehler
Dies sind Fehler, die die Reflektionsrichtunq verändern. Unter diese Kategorie fallen zum Beispiel Kratzer, Deformationen, Beulen, Dellen, Risse, Gratbildung und Ähnliches.
2. Oberflächenfehler
Darunter fallen Fehler, die die Reflektionsstärke verändern. Dies sind zum Beispiel: Verschmutzungen, Bedruckungsfehler, Farbtonabweichungen, Kontamination (z.B. mit Öl), Compoundfehler und Ähnliches.
3. Geometrische Fehler
Darunter fallen Fehler wie z.B. Ovalität, Durchmesser Niet oder Deckel, Drehwinkel Lasche und Ähnliches.
Derzeitige Prüfsysteme können mit einer Kamera und einer der oben aufgeführten Beleuchtungsarten bei schnell bewegten Objekten nur eine begrenzte Anzahl der Fehlerarten kontrastieren. Um alle Fehlerarten kontrastieren zu können, werden in den bekannten Systemen mehrere Kameras integriert oder die verschiedenen Kontrastiermethoden in mehreren, seriell ausgeführten, Prüfstationen realisiert.
Die Prüfobjekte können beispielsweise Dosendeckel sein und werden mit einer Geschwindigkeit von bis zu 6 Meter/Sekunde auf dem Förderband transportiert. Bei der zur Fehlererkennung erforderlichen Auflösung von z.B. 1/10mm pro Pixel und einer Objektgröße von z.B. 100mm entspricht dies einer Anzahl von mindestens 1 .000 x 1 .000 Pixel. Eine Kamera konnte bisher ein Bildwiederholrate von z.B. 100Hz realisieren. Dies entspricht einem zeitlichen Abstand von 10ms und bei einer Objekt- Geschwindigkeit von 6m/s einer entsprechenden Distanz von 60mm. Damit konnte mit einer Kamera nicht mehr als eine Aufnahme pro Objekt realisiert werden.
Dementsprechend werden/wurden gemäß dem Stand der Technik entweder mehrere Kameras in separaten Prüfstationen oder mehrere Kameras in einer Station mit z.B. einem Teilerspiegel zur Aufteilung des Sichtbereiches für mehrere Kameras eingesetzt. Dies hat entweder den Nachteil, dass beispielsweise zwei Stationen die doppelte Förderstrecke für die Inspektion bei seriell angeordneten Prüfstationen benötigen oder bei einer Anordnung mit Teilerspiegel die Lichtleistung durch die Teilerspiegel halbiert wird. Außerdem können mit den beiden Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik nicht beliebig viele Aufnahmen in Serie realisiert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu realisieren, die eine Fehlererkennung oder Produktionsabweichungen aller oder zumindest mehrerer Fehlerarten mit lediglich einem optischen Aufbau und lediglich einer Kamera ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zur automatisierten optischen Überprüfung einer Vielzahl von dreidimensionalen Prüfobjekten (20), insbesondere Deckel und Behälter von Getränke- oder Lebensmitteldosen, im laufenden Produktionsprozess, welche über eine Fördereinrichtung (30) bewegbar sind:
- eine Kamera, welche digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte erfasst,
- eine Vielzahl von Beleuchtungseinheiten,
- und einen Controller zur Steuerung der Kamera und der Beleuchtungseinheiten,
- wobei die Kamera zumindest zwei digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte in Serie während des Transports auf der Fördereinrichtung erfasst, so dass sich eine erste digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer ersten Position und eine zweite digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer zweiten Position ergibt, wobei sich die erste und zweite Position des Prüfobjekts (20) durch die Bewegung der Fördereinrichtung (30) mittels eines entsprechenden Versatzes voneinander unterscheidet,
- und wobei die Vielzahl von Beleuchtungseinheiten (12) aus zumindest einer oder mehreren Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und einer oder mehreren Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) aufgebaut sind, welche jeweils synchron mit der Kamera (11 ) durch den Controller (15) derart gesteuert werden, dass die erste Bildaufnahme eine erste Kontrastierung zur Erfassung einer ersten Fehlerart durch eine erste spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und der Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) erzeugt, und dass die zweite Bildaufnahme eine zweite Kontrastierung zur Erfassung einer zweiten Fehlerart durch eine zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und der Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) erzeugt, wobei sich die erste und zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) voneinander unter Ausbildung der ersten und zweiten Kontrastierung unterscheidet.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass mit lediglich einem optischen Aufbau und lediglich einer Kamera mehrere Fehlerarten bzw. Fehlerkategorien durch eine jeweils spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) und der Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) je nach zu ermittelnder Fehlerart bzw. Fehlerkategorie erfasst werden können.
Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) durch den Controller (15) jeweils für einzelne Bildaufnahmen variabel ansteuerbar, so dass die Kontrastierung der Bildaufnahmen variierbar ist, um eine spezifische Fehlerart zu ermitteln. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) durch den Controller (15) jeweils für einzelne Bildaufnahmen variabel ansteuerbar, so dass die Kontrastierung der Bildaufnahmen variierbar ist, um eine spezifische Fehlerart zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) sowie die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) durch den Controller (15) jeweils für einzelne Bildaufnahmen variabel ansteuerbar, so dass die Kontrastierung der Bildaufnahmen variierbar ist, um eine spezifische Fehlerart zu ermitteln.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinheiten (12) zusätzlich zu den Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) sowie den Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) eine eingespiegelte Koaxialbeleuchtung (16) mittels eines Halbspiegels (17) aufweist, welche durch den Controller (15) jeweils für einzelne Bildaufnahmen variabel ansteuerbar ist, so dass die Kontrastierung der Bildaufnahmen variierbar ist, um das Prüfobjekt durch eine verbesserte Beleuchtung überprüfen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Kamera (11 ) drei oder mehrere digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte (20) in Serie während des Transports auf der Fördereinrichtung (30) auf, so dass sich eine erste digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer ersten Position und eine zweite digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer zweiten Position sowie eine dritte digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer dritten Position ergibt, wobei sich die erste, zweite und dritte Position des Prüfobjekts (20) jeweils durch die Bewegung der Fördereinrichtung (30) mittels eines jeweils entsprechenden Versatzes unterscheidet.
Ferner ist es von Vorteil, wenn der Controller (15) zur Ansteuerung der Beleuchtungseinheiten (12) einen Burst-Mode aufweist, durch welchen die Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13), die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) und/oder die eingespiegelte Koaxialbeleuchtung (16) für mehrere aufeinanderfolgende Beleuchtungen in Serie zeitlich synchronisiert zur Bildaufnahme mit Beleuchtungsimpulsen beaufschlagt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) aus einzelnen Modulen aufgebaut, welche derart in vertikaler Richtung übereinander stapelbar sind, dass sich eine zylindrische, ovale oder vieleckige Form ergibt, wobei die Blickrichtung der Kamera (11 ) im Wesentlichen im Zentrum der zylindrischen, ovalen oder vieleckigen Form der einzelnen Module der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) angeordnet ist, so dass eine beliebige Anzahl von Modulen verwendet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) in horizontaler Richtung erstreckend angeordnet, wobei die Blickrichtung der Kamera (11 ) in vertikaler Richtung durch eine Öffnung der Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) vorgesehen ist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn zwischen den zu überwachenden Prüfobjekten (20) und den Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) sowie den Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) jeweils ein Diffusor (50) vorgesehen ist, durch welchen die Lichtemissionen der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und der Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) gestreut werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die einzelnen Module der Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) ringförmig, oval oder vieleckig bzw. polygonal aufgebaut, wobei in jedem ringförmigen, ovalen oder vieleckigen bzw. polygonalen Modul zumindest eine kreisförmige oder vollständig oder teilweise umlaufende Reihe von Leuchtdioden (42) vorgesehen ist.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Module der Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) oder der Hellfeldbeleuchtungseinheiten (14) mehrere UV-Dioden (44) aufweisen, um neben der Weißlicht-Beleuchtung fluoreszierende Farbpigmente erfassen zu können. Ferner ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Module der Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) oder der Hellfeldbeleuchtungseinheiten (14) mehrere NIR-Dioden (Near-Infrared-Dioden) aufweisen, um Farbpigmente (z.B. eine farbige Bedruckung der Objekte) optisch zu durchdringen (transmittieren).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) in konzentrischer Form um die Öffnung der Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) angeordnet, wobei jede einzelne Hellfeld-Beleuchtungseinheit (14) aus einer Vielzahl von LED-Dioden (41 ) aufgebaut ist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Kamera (11) in Abhängigkeit der Position des Prüfobjekts (20) eine Reduzierung des Sichtbereichs in Form eines Area of Interest vornimmt, wobei die Bildaufnahmefrequenz entsprechend des reduzierten Sichtbereichs erhöht wird, um somit Bildaufnahmen schneller erfassen zu können. Damit wird erreicht, dass der Versatz der Objekte zwischen den Aufnahmen möglichst reduziert wird oder zumindest klein gehalten wird.
Des weiteren offenbart die Erfindung ein Verfahren zum automatisierten optischen Überprüfen einer Vielzahl von dreidimensionalen Prüfobjekten (20), insbesondere metallischen Deckeln und Behältern, im laufenden Produktionsprozess, welches umfasst:
Erfassung von digitalen Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte (20) mittels einer Kamera (11 ),
Beleuchten der Prüfobjekten (20) mittels einer Vielzahl von Beleuchtungseinheiten (12), Transportieren der Prüfobjekten (20) mittels einer Fördereinrichtung (30) Steuern der Kamera (11 ) und der Beleuchtungseinheiten (12) mittels eines Controllers (15), wobei die Kamera (11 ) zumindest zwei digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte (20) in Serie während des Transports auf der Fördereinrichtung (30) aufnimmt, so dass eine erste digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer ersten Position und eine zweite digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer zweiten Position erfasst wird, wobei sich die erste und zweite Position des Prüfobjekts (20) durch die Bewegung der Fördereinrichtung (30) mittels eines entsprechenden Versatzes ergibt, und wobei die Vielzahl von Beleuchtungseinheiten (12) aus zumindest einer oder mehreren Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und einer oder mehreren Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) aufgebaut sind, welche jeweils synchron mit der Kamera (1 1 ) durch den Controller (15) derart gesteuert werden, dass die erste Bildaufnahme eine erste Kontrastierung durch eine erste spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) erzeugt, und dass die zweite Bildaufnahme eine zweite Kontrastierung durch eine zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) erzeugt, wobei sich die erste und zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) voneinander unter Ausbildung der ersten und zweiten Kontrastierung unterscheidet.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: Fig. 1 a zeigt eine Ausführungsform eines schematischen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 1 b zeigt ein Prüfobjekt, welches durch den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 1 a optisch überprüft wird;
Fig. 2a zeigt die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 1 a mit einer unterschiedlichen Aktivierung der Beleuchtung;
Fig. 2b zeigt das Prüfobjekt, welches durch den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 2a optisch überprüft wird;
Fig. 3a zeigt eine weitere Ausführungsform eines schematischen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem vergrößerten Ausschnitt;
Fig. 3b zeigt den vergrößerten Ausschnitt des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 3a mit einer beispielhaften Anordnung von LED- Dioden;
Fig. 3c zeigt das Prüfobjekt, welches durch den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 3a optisch überprüft wird;
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines schematischen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5a zeigt ein weiteres Prüfobjekt in Form eines Getränkedosendeckels;
Fig. 5b zeigt das Prüfobjekt in Form eines Getränkedosendeckels von Fig.5a mit einer veränderten Beleuchtung;
Fig. 6 zeigt den Versatz eines Dosendeckel bei drei Aufnahmen in Serie mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 7 zeigt die flexible Positionierung eines reduzierten Sichtbereiches der Kamera der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 8 zeigt beispielhaft die zeitliche Ansteuerung einer Sequenz mit 4 Aufnahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
Figur 1 a zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 als komplette Prüfstation mit zumindest einem Prüfobjekt 20 auf einem Förderband 30, einer Kamera 11 , Beleuchtungseinheiten 12 und einem Controller 15 zur Steuerung der Kamera 11 und der Beleuchtungseinheiten 12, welche eine Vielzahl von Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten 13 und eine Vielzahl von Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 aufweist, wobei die drei untersten Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten 13 aktiv sind.
Die Kontrastierung der zu prüfenden Oberflächen des Prüfobjekts erfordern verschiedene Beleuchtungsverfahren. Prinzipiell können hierzu folgende Verfahren zum Einsatz kommen:
• Dunkelfeldbeleuchtung
• Hellfeldbeleuchtung
• Koaxialbeleuchtung (eingespiegelte Beleuchtung)
• Domebeleuchtung / Cloudy Day, d.h., alle Beleuchtungsarten Dunkelfeld-, Hellfeld- und Koaxialbeleuchtung aktiviert Da die zu prüfenden, meist metallischen Objekte, insbesondere Dosendeckel, üblicherweise keine Transparenz im sichtbaren Spektralbereich aufweisen, entfallen Hintergrundbeleuchtungen.
Wie zuvor erläutert, können Prüfobjekte 20 drei verschiedene Kategorien von Fehlern aufweisen, welche durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ermittelt werden können. Die strukturellen Fehler (1 . Fehlerkategorie) können in hochfrequente und niederfrequente Fehler unterteilt werden. Ein hochfrequenter Fehler ist zum Beispiel ein Kratzer oder ein Riss, welcher eine sehr starke Änderung der Reflektionsrichtung erzeugt. Eine ebene Oberfläche würde bei einer nahezu senkrechten Betrachtung, insbesondere nur „nahezu“, da bei einer endozentrischen Optik kein paralleler Strahlengang möglich ist, und bei einer Dunkelfeldbeleuchtung in der Spiegelung der Oberfläche keine Beleuchtung treffen und die Oberfläche erscheint somit dunkel. Ein hochfrequenter Fehler erzeugt eine starke Ablenkung und trifft auf die Beleuchtung.
Oberflächenfehler (2. Fehlerkategorie), wie z.B. eine Verschmutzung, werden auf stark reflektierenden Oberflächen, d.h. es liegt keine Transmission vor, das auftreffende Licht absorbieren und als dunkle Bereiche erscheinen. Ebenso werden aber Bedruckungen oder aufgebrachte Dichtmittel (z.B. Compound) Licht zumindest zum Teil absorbieren und sich dadurch gegenüber der stark reflektierenden Oberfläche in der Reflektionsstärke kontrastieren. Des Weiteren kann sich die Absorption bzw. Reflektionsstärke im spektralen Bereich unterscheiden, so wird beispielsweise ein grüner Compound (Dichtmittel auf einem Deckel) blaues und rotes Licht stärker absorbieren und grünes Licht reflektieren.
Geometrische Prüfungen (3. Fehlerkategorie) erfordern eine Kontrastierung der Kanten und Strukturen um daraufhin mit „optischen Messwerkzeugen“, also z.B. Algorithmen zur Kantenantastung, eine metrische Überprüfung der Dimensionen zu ermöglichen, wobei eine Kalibrierung bzw. eine Umrechnung der Pixel-Position in einen metrischen Wert erforderlich ist. Erfindungsgemäß wird mittels einer neuartigen Kameratechnik, wie im Folgenden erläutert wird, eine Wiederholfrequenz von z.B. 1 .000Hz ermöglicht und dies entspricht einem zeitlichen Abstand von nur 1 ms. Damit reduziert sich die Verschiebung des Objektes bei z.B. einer Fördergeschwindigkeit von 6m/s auf nur noch 6mm gemäß der Erfindung, wohingegen die Verschiebung des Prüfobjekts gemäß dem Stand der Technik 60mm beträgt. Somit ist eine erste Aufnahme des Objektes kurz vor der perfekten Position bei -6mm und eine zweite Aufnahme bei perfekter Position bei 0mm sowie eine dritte Aufnahme kurz nach der perfekten Position bei +6mm auf dem Förderband der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Dabei ist zu beachten, dass niederfrequente Fehler der strukturellen Fehler (oben aufgeführte 1 . Kategorie) eine exakte Positionierung benötigen und die Aufnahme dafür in der perfekten Position realisiert wird. Die beiden weiteren Aufnahmen vor und nach der perfekten Position können auch mit einem leichten Offset zur perfekten Position realisiert werden. Mit dem Controller 15 werden dabei die jeweiligen Bildaufnahmen der Kamera 11 und synchron zur bestmöglichen Kontrastierung die jeweils erforderlichen Beleuchtungswinkel bzw. Beleuchtungseinrichtungen 12 angesteuert. Es lassen sich somit mit nur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und nur mit einer Kamera mehrere Aufnahmen, vorzugweise 2 oder vorzugweise 3 Aufnahmen, von dem zu prüfenden Objekt in sehr kurzen Zeitabständen, vorzugweise in einem Abstand von 1 ms oder kürzer, realisieren. Um eine Aufnahme ohne Verwischung bzw. Bewegungsunschärfe zu realisieren, welche durch die hohe Geschwindigkeit des Förderbands 30 hervorgerufen werden kann, wird die Bildaufnahme in einem Zeitraum von wenigen Mikrosekunden durchgeführt. Bevorzugt werden Belichtungszeiten von 20 bis 30 psec. vom Controller 15 vorgegeben, um die Bewegungsunschärfe in den Bildaufnahmen der Kamera 11 auf maximal 1 Pixel zu reduzieren.
Beispielsweise erfolgt für eine hohe Zuverlässigkeit der Datenübertragung bei hohen Taktraten die Signalübertragungen innerhalb der Kamera 11 von CMOS-Chip zum FPGA über eine LVDS-Schnittstelle (Low Voltage Differential System). Für die erforderliche Wiederholfrequenz und der hohen Auflösung pro Bild werden bevorzugt 16 oder mehr LVDS-Verbindungen eingesetzt. Der CMOS-Kamerachip LUX1310 von Luxima Technology wird über 16 LVDS-Schnittstellen ausgelesen und ermöglichen eine Bildwiederholrate von 1.070 Bilder pro Sekunde.
Umso mehr LVDS- oder Mipi-Lanes durch die Kameraelektronik an den Sensor angebunden sind, desto schneller erfolgt das Einlesen in den internen Speicher, da die Lanes die Daten parallel aus dem Sensor lesen. Die maximale interne Kamerageschwindigkeit resultiert aus dem Zusammenspiel von Sensorgeschwindigkeit und der Übertragungsrate des Schreibens auf den internen Speicher. Die Kamera führt dann Operationen am Bild im Speicher durch und legt die Daten auf die Schnittstelle nach außen.
Diese Schnittstellen von Industriekameras nach außen wie USB, CameraLink, GigE oder CoaXPress haben deutlich unterschiedliche Übertragungsraten. Wenn die Geschwindigkeit einer Kamera für die machine vision Bildverarbeitung angegeben wird, dann wird gemessen, welche Datenrate die Kamera über einen längeren Zeitraum konstant liefert. Die Messung erfolgt notwendigerweise über das Interface der Kamera 11 .
Jedes dem Sensor nachgeschaltete Modul kann die Geschwindigkeit der Kamera nur reduzieren. Sollte also z.B. das Interface langsamer als der Sensor übertragen, so wird die Kamera nur die maximale Datenrate des Interfaces, nicht aber die maximale Datenrate des Sensors liefern. Dies bedeutet, langfristig kann eine Industriekamera nur mit der maximalen Datenrate des Interfaces ausgelöst (getriggert) werden.
Die Betonung liegt hierbei auf langfristig (im Bereich von Sekunden). Eine Kamera mit genügend eingebautem internem Speicher kann bei geeigneter Auslegung Bilder im internen Speicher Zwischenspeichern (mit der maximalen internen Geschwindigkeit der Kamera 11 ). Der Sensor kann also mit höherer Frequenz getriggert werden als es die spezifizierte Framerate der Kamera zulässt, sofern die interne Geschwindigkeit höher als die des Interfaces ist. Die schnell hintereinander folgenden Bilder werden intern gespeichert und dann (verzögert) über das langsamere Interface ausgeliefert, was als Burst-Mode der Kamera 11 bezeichnet werden kann. Hierbei stellen die Größe des verfügbaren Speichers und die interne Geschwindigkeit der Kamera 11 die limitierenden Elemente dar - sobald der Speicher voll ist, werden (je nach Implementierung) Bilder weggeworfen oder das Triggern des Sensors wird für die Zeit ohne ausreichend Speicherplatz unterbunden.
Über den Controller 15 werden synchron zur Bildaufnahme die Beleuchtungsbereiche auch nur für 1 bis 100psec. angesteuert und dabei wird die abgegebene elektrische Leistung auf die Dioden erhöht. Das heißt, die Dioden werden für den kurzen Zeitraum um Faktor 10 bis 100 übersteuert, um ausreichend Lichtenergie zu erzeugen. Durch den verhältnismäßig langen Zeitraum von z.B. 1 ms bis zur nächsten Bildaufnahme und Ansteuerung der LED’s ergibt sich ein Puls- /Pausenverhältnis von ca. 1 : 49 (die LED’s sind z.B. 20psec. aktiv, 980psec. inaktiv) und damit ausreichend Zeit für die Dioden 41 , 42, 44 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, um die thermische Energie wieder abzugeben.
Vorteilhaft ist es nun, den Controller 15 zur Ansteuerung der Beleuchtungsbereiche bzw. Beleuchtungseinheiten 12 ebenfalls mit einem „Burst-Mode“ auszustatten und in diesem Mode zu betreiben, wie vorstehend erläutert wurde. D.h., die Energie für mehrere Beleuchtungen in Serie (zeitlich synchronisiert zur Bildaufnahme) muss ausreichend dimensioniert werden, um ein Nachladen zwischen den Aufnahmen zu vermeiden. Nach der Serienaufnahme von z.B. vier Aufnahmen und Beleuchtungspulsen in einem zeitlichen Abstand von 1 ms an einem Objekt, erfolgt eine ausreichende Pause von z.B. 16ms zum Nachladen der Energie für die nächste Aufnahmeserie am nächsten Prüfobjekt, welches über das Förderband 30 dem Sichtbereich der Kamera 11 zugeführt wird.
Abhängig von der Objektgeschwindigkeit ist es mit dem Verfahren und der Vorrichtung auch möglich, eine hohe Anzahl von Aufnahmen in Serie zu realisieren (z.B. 30 Aufnahmen) und die Bilder zu einem Gesamtbild zu kombinieren. Es kann somit die Oberfläche des Objektes aus einem Winkelbereich von 0 bis ±90° mit einer Auflösung von z.B. 3° überprüft werden. Die Belichtungszeit der Kamera 11 sowie der synchron zur Bildaufnahme angesteuerten Beleuchtungseinheiten 12 kann exakt, in einem Zeitbereich von Nanosekunden, gesteuert werden. Damit ist es möglich, die Aufnahmen des Objektes jeweils mit einer anderen Belichtungs- und Beleuchtungszeit zu realisieren. Wenn z.B. bei der ersten Aufnahme nur eine Beleuchtungsrichtung aus einer Richtung aktiviert wird (z.B. ein Dunkelfeldring 13), kann die Belichtungs- und Beleuchtungszeit auf 50psec. erhöht werden. Damit wird ausreichend Licht in der vorgegebenen Zeit akkumuliert. Werden bei der nachfolgenden Aufnahme z.B. alle Beleuchtungsbereiche aktiviert (Domebeleuchtung / Cloudy Day), kann die Belichtungs- und Beleuchtungszeit auf z.B. 5psec. reduziert werden. Jede Aufnahme kann somit mit einer eigenen Belichtungs- und Beleuchtungszeit versehen werden, um eine optimale Kontrastierung zu ermöglichen. Die Einstellungen werden in einer Parametrierung im Einrichtungsmodus ermittelt und im Controller 15 gespeichert. Im automatischen Inspektionsmodus wird anhand einer Objekterkennung, (z.B. durch eine Lichtschranke) und einer Wegverfolgung (z.B. Drehgeber) über den Controller 15 zum richtigen Zeitpunkt die Serienaufnahme mit den zuvor eingestellten Parametern ausgeführt. Die von der Kamera 11 aufgenommen Bilder pro Prüfobjekt 20 werden daraufhin durch einen Auswerterechner bewertet und das geprüfte Objekt 20 nach Gut, Schlecht oder Warnung klassifiziert. Über die Wegverfolgung erfolgt ein automatischer Auswurf von fehlerhaften Teilen. Der Auswurf eines Prüfobjekts 20 bzw. Dosendeckels auf dem Förderband 30 - insbesondere durch Ausblasen - wird anhand einer weiteren Kontrolle (z.B. einer Lichtschranke) verifiziert.
Durch den kontinuierlichen Transport der Prüfobjekte 20 auf dem Förderband 30 und dem sich daraus ergebenden zeitlichen Versatz der Aufnahmen ergibt sich eine unterschiedliche Position des Prüfobjektes 20. Zur automatischen Positionierung der Prüfbereiche wird die Position der Prüfobjekte 20 in jeder Aufnahme durch geeignete Algorithmen lokalisiert (Tracking).
In der Figur 1a sind nur die drei ringförmigen Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten 13 und keine der Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 aktiv. Die Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten 13 sind horizontal angeordnete Beleuchtungen mit einer horizontal ausgerichteten Beleuchtungsrichtung, wobei die Dunkelfeldbeleuchtung aus einer Vielzahl von übereinander stapelbaren Dunkelfeldringen aufgebaut sein können. Es können dabei unterschiedlich viele Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten 13 aktiviert werden.
Figur 1 b zeigt die Bildaufnahme der Kamera 1 1 , wobei sich die Objekt-Kontrastierung mit den aktiven Beleuchtungsbereichen von Figur 1 a ergibt. Dabei werden spezielle Fehler auf den Objektkonturen des Prüfobjekts 20 in Form eines Dosendeckels gut kontrastiert, wie beispielsweise eine Delle auf 8 Uhr im grauen Ring in Form eines hellen Fleckes, der eine Delle im Außenbereich darstellt. Dafür werden aber andere Fehlerarten nicht gleichzeitig, d.h. in der identischen Bildaufnahme, sichtbar bzw. kontrastiert, wie insbesondere Fehler im Zentrumsbereich des Dosendeckels 20, welche jedoch in Fig. 2b erkennbar sind.
Figur 2a zeigt die komplette Prüfstation 10 mit dem Prüfobjekt 20 auf dem Förderband 30, der Kamera 1 1 , Beleuchtungseinheiten 12 und den Controller 15 zur Steuerung der Kamera 1 1 und der Beleuchtungseinheiten 12, wobei drei ringförmige Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 und eine koaxial eingespiegelte Beleuchtung 16 aktiv sind.
In dieser Figur 2a sind nur die Hellfeld-Beleuchtungen aktiv, wobei dies die vertikal angeordneten Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 sowie eine in den Strahlengang des Sichtbereiches der Kamera 1 1 eingespiegelte Koaxialbeleuchtung 16 über einen Halbspiegel 17 sind. Es könnte dabei auch nur die Koaxialbeleuchtung 16 und/oder eine unterschiedliche Anzahl der Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 aktiviert werden.
In Figur 2b wird die Kontrastierung des Prüfobjekts 20 mittels der Bildaufnahme der Kamera 1 1 gezeigt, wobei sich die Objekt-Kontrastierung mit den aktiven Beleuchtungsbereichen von Figur 2a durch die aktiven Hellfeld-Beleuchtungen 14 und 16 ergibt. Dabei werden speziell niederfrequente Fehlerarten gut kontrastiert, wie sich aus den beiden schwarzen Punkten auf 10 Uhr und 5 Uhr im hellen Bereich des Dosendeckels 20 ergibt, wobei der schwarze Punkt auf 5 Uhr eine Delle im Dosenboden und der schwarze Punkt auf 10 Uhr eine Verschmutzung darstellt. Im Gegensatz dazu werden aber andere Fehlerarten nicht gleichzeitig, d.h. in der identischen Bildaufnahme, sichtbar bzw. kontrastiert, wie beispielsweise der helle Fleck auf 8 Uhr im Außenbereich, welcher eine Delle darstellt, die in Fig. 1 b durch die Dunkelfeldbeleuchtung erkennbar ist.
Figur 3a zeigt die erfindungsgemäße Prüfstation 10 von Fig. 1 a und 2a mit dem Prüfobjekt 20 auf dem Förderband 30, der Kamera 1 1 , Beleuchtungseinheiten 12 und den Controller 15 zur Steuerung der Kamera 1 1 und der Beleuchtungseinheiten 12, wobei alle Beleuchtungseinheiten 12 aktiv sind und somit einer Domebeleuchtung / Cloudy Day - Beleuchtung entspricht.
In dieser Figur 3a sind alle Beleuchtungen aktiv. Dies sind die vertikalen Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten 13 sowie die horizontal angeordneten Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 und die in den Strahlengang des Sichtbereiches der Kamera eingespiegelte Koaxialbeleuchtung 16.
Der schematische vergrößerte Ausschnitt aus Figur 3a zeigt gemäß Fig. 3b eine vorteilhafte Anordnung der Beleuchtungsdioden 41 , 42, insbesondere WeißlichtLEDs 41 , 42, zum Diffusor 50, der aus einer horizontal angeordneten Diffusorscheibe für die Hellfeldbeleuchtung sowie einem zylinderförmigen Diffusor für die Dunkelfeldbeleuchtung aufgebaut sein kann. Ferner können einige Beleuchtungsdioden auch als UV-LEDs 44 und/oder NIR-LEDs ausgebildet sein. Ohne einer strukturellen Erweiterung der Vorrichtung ist es somit auch möglich, weitere Aufnahmen mit unterschiedlichen Beleuchtungsarten zu realisieren. Dies ist zum Beispiel eine Aufnahme mit einer Anordnung von zusätzlichen UV-Dioden 44 mit einer Wellenlänge bevorzugt in einem Bereich von 300-400nm. Damit ist es möglich, eine Kontamination der Objekte durch z.B. Öl aus einer Produktionsmaschine zu detektieren (Maschinenöl). Dem Öl werden fluoreszierende Pigmente hinzugefügt und durch UV-Licht werden diese angeregt und erzeugen eine Reaktion in einem Spektralbereich von 400-700nm und dies kann durch die synchrone Bildaufnahme erfasst, kontrastiert und durch die Auswerteeinheit erkannt werden. Da eine Kontamination mit einem Öltropfen eine relativ große Fläche auf dem Objekt in Anspruch nimmt (mit einem Durchmesser von z.B. 3-x mm) und gleichzeitig die Fluoreszenz im Verhältnis zur Anregungsbeleuchtung (UV-Licht) sehr schwach ist, ist es gegebenenfalls vorteilhaft die UV-Beleuchtung mit einer zusätzlichen vierten Aufnahme und einer separaten und längeren Beleuchtungs- und Belichtungszeit von z.B. 100psec. auszuführen. Dies verursacht eine „Verwischung“ des Fehlers (Öltropfen) im aufgenommenen Bild durch die Bewegung (Bewegungsunschärfe). Für eine Erkennung der Kontamination ist dies aber nicht relevant (Leuchten durch Öltropfen = Fehler).
Mit NIR-Dioden ist es ferner möglich, farbliche Bedruckungen oder Beschriftungen optisch zu durchdringen und damit in der Bildaufnahme zu eliminieren, da beispielsweise die metallische Oberfläche eines Dosendeckels auch NIR-Licht reflektiert.
Ferner zeigt Fig. 3b den Aufbau von Trennstegen 43 der aktivierbaren Beleuchtungsbereiche, welche jeweils zwischen den einzelnen aktivierbaren Beleuchtungseinheiten der vertikalen Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten 13 sowie der horizontal angeordneten Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 angeordnet sind.
Um eine gleichmäßige Abstrahlung der punktuell angeordneten Dioden 41 , 42 zu erreichen, ist es vorteilhaft die Dioden 41 , 42 nicht direkt auf das zu beleuchtende Prüfobjekt 20 zu richten, sondern über den Diffusor 50 das Licht zu streuen. Bei einer hochreflektierenden Oberfläche des Objektes 20 würden sich die punktuell angeordneten Dioden 41 , 42 ohne Diffusor spiegeln. Der Abstand der Dioden 41 , 42 zum Diffusor 50 ist abhängig vom Abstrahlwinkel der Dioden 41 , 42 sowie vom Diffusorfaktor der Scheibe bzw. des Zylinders des Diffusors 50. Sofern in einer Aufnahme benachbarte Beleuchtungsbereiche aktiviert werden, ist es vorteilhaft keine Kante oder Trennung der Beleuchtung zu erzeugen. Dazu werden erfindungsgemäß konische Trennstege 43 eingesetzt, um den Diffusor von beiden Seiten einer Prüfkammer 60 nahtlos auszuleuchten. Damit wird eine sichtbare Trennkante vermieden.
Figur 3c zeigt die Objekt-Kontrastierung mit den aktiven Beleuchtungsbereichen der Darstellung aus Figur 3a. Dabei werden speziell Oberflächenfehler gut kontrastiert, wie die in etwa linienförmig angeordneten punktförmigen Verschmutzungen in Richtung von 10 Uhr. Ferner ist ein Kratzer in Richtung auf 2 Uhr vom Zentrum nach außen durch die Domebeleuchtung / CloudyDay ersichtlich. Niederfrequente Fehler wie z.B. Beulen oder Dellen werden dabei aber schlecht erfasst, wie beispielsweise die Delle auf 5 Uhr, welche in Fig. 2b jedoch gut erkennbar ist.
Figur 4 zeigt die flexible Ansteuerung von unterschiedlichsten Beleuchtungsbereichen. Abhängig von der Form der zu prüfenden Objektoberfläche können für eine Aufnahme der Kamera 11 Bereiche der vertikalen Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten 13 sowie der horizontal angeordneten Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 aktiviert oder deaktiviert werden.
Figur 5a und 5b zeigt einen Getränkedosendeckel 21 mit einer Öl-Kontamination. In Figur 5a wurde die Koaxialbeleuchtung 16 sowie die Hellfeldbeleuchtung 14 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 aktiviert. Der Öltropfen 23 auf der Lasche in Richtung auf 2 Uhr ist in Fig. 5a nahezu nicht zu erkennen. Bei der Figur 5b wurde eine UV-Beleuchtung sowie die Dunkelfeldbeleuchtung 13 aktiviert. Die Konturen werden sehr stark hervorgehoben und es können damit die geometrischen Merkmale, wie z.B. der korrekte Durchmesser sowie die korrekte Form der Lasche überprüft werden. Gleichzeitig können mit der UV-Beleuchtung die fluoreszierenden Pigmente in den Öltropfen 22, 23 angeregt werden und diese heben sich als helle Punkte sehr gut ab und können dadurch automatisch von einer Bilderfassung erkannt werden.
Figur 6 zeigt den Versatz eines Dosendeckels 21 bei drei Aufnahmen in Serie von jeweils 6mm durch das Förderband 30. Bei einer typischen Transportgeschwindigkeit von z.B. 6m/sec. und einem zeitlichen Abstand der Aufnahmen von bevorzugt 1 msec, oder kürzer, ergibt sich eine Positionsdifferenz von 6mm je Aufnahme der Kamera 11 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Bevorzugt hat der Kamerachip kein quadratisches Bildformat - sondern näherungsweise 4:3 oder 16:9 - und damit kann der Positionsversatz von runden Objekten, wie z.B. einem Dosendeckel, unter Verwendung des Querformats ausgeglichen werden.
In Figur 7 wird eine bevorzugte flexible Positionierung eines Dosendeckels 21 mit jeweils einem reduzierten Sichtbereich (AOI = Area of Interest) pro Bildaufnahme gezeigt. Die Bildaufnahmefrequenz kann durch einen Ausschnitt aus dem Gesamtbild gesteigert werden (Partial Scan). Eine schnellere Bildaufnahmefrequenz reduziert die Objektverschiebung zwischen den Aufnahmen. Da aber die Gesamtansicht der Kamera 11 das Prüfobjekt 21 von der ersten bis zur letzten Aufnahme abdecken muss, bestimmt die erste und die letzte Aufnahme die Größe des gesamten Sichtbereiches der Kamera 11 . Eine Optimierung kann erzielt werden, wenn der AOI auf die jeweilige Aufnahme zugeschnitten wird und mit der Objektbewegung „mitwandert“.
Eine optische „Indexzierung“ bzw. Positionierung der Prüfbereiche wird bevorzugt durch eine automatische Positionserkennung ausgeglichen.
Figur 8 zeigt beispielhaft die zeitliche Ansteuerung einer Sequenz mit 4 Bildaufnahmen (Trigger 1 bis 4). Bei der ersten Aufnahme werden nur die LED- Beleuchtungen 1 und 2 angesteuert, bei der zweiten Aufnahme nur die LED- Beleuchtungen 10 und 11 und bei der dritten Aufnahme die LED-Beleuchtungen 1 , 2, 10 und 11 . Die vierte Aufnahme ist zum Beispiel die UV-Beleuchtung und nur diese ist bei der vierten Aufnahme aktiv. Bei jeder Aufnahme wird jeweils die Kamera 11 zeitsynchron mit angesteuert. Die Beleuchtungs- und Belichtungsdauer wird durch die Pulslänge jeweils vorgegeben.
Vorteilhaft ist es nun, auch die Beleuchtungssteuerung in einem Stoßbetrieb (Burst mode) zu betreiben. Damit können in sehr kurzen Zeitabständen - synchron zur Kamera - Lichtimpulse in Serie in einem zeitlichen Abstand von z.B. 1 ms abgegeben werden. Die Summe der abgegebenen Leistung pro Puls von Trigger eins bis vier, darf dabei die Gesamtleistung der Beleuchtungssteuerung nicht überschreiten.
Durch Verwendung von breitbandigen Weißlichtdioden, welche in dem VIS- Spektralbereich möglichst gleichmäßig Licht emittieren, in Kombination mit einer Farb-Kamera, können zusätzlich Bedruckungskontrollen auf Ihre korrekte Farbe sowie eine Sortenreinheitskontrolle erfolgen. Da es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft.
Es wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur automatisierten optischen Überprüfung einer Vielzahl von dreidimensionalen Prüfobjekten 20, im laufenden Produktionsprozess beschrieben, welche über eine Fördereinrichtung 30 bewegbar sind, wobei die Vorrichtung umfasst:
- eine Kamera 11 , welche digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte 20 erfasst,
- eine Vielzahl von Beleuchtungseinheiten 12,
- und einen Controller 15 zur Steuerung der Kamera 11 und der Beleuchtungseinheiten 12,
- wobei die Kamera 11 zumindest zwei digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte 20 in Serie während des Transports auf der Fördereinrichtung 30 erfasst, so dass sich eine erste digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts 20 in einer ersten Position und eine zweite digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts 20 in einer zweiten Position ergibt, wobei sich die erste und zweite Position des Prüfobjekts 20 durch die Bewegung der Fördereinrichtung 30 mittels eines entsprechenden Versatzes unterscheidet,
- und wobei die Vielzahl von Beleuchtungseinheiten 12 aus zumindest einer oder mehreren Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten 13 und einer oder mehreren Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 aufgebaut sind, welche jeweils synchron mit der Kamera 11 durch den Controller 15 derart gesteuert werden, dass die erste Bildaufnahme eine erste Kontrastierung durch eine erste spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten 13 und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 erzeugt, und dass die zweite Bildaufnahme eine zweite Kontrastierung durch eine zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten 13 und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 erzeugt, wobei sich die erste und zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten 13 und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten 14 voneinander unter Ausbildung der ersten und zweiten Kontrastierung unterscheidet.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur automatisierten optischen Überprüfung einer Vielzahl von dreidimensionalen Prüfobjekten (20), insbesondere metallischen Deckeln und Behältern von Getränke- und Lebensmitteldosen, im laufenden Produktionsprozess, welche über eine Fördereinrichtung (30) bewegbar sind, wobei die Vorrichtung umfasst:
- eine Kamera (1 1 ), welche digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte (20) erfasst,
- eine Vielzahl von Beleuchtungseinheiten (12),
- und einen Controller (15) zur Steuerung der Kamera (1 1 ) und der Beleuchtungseinheiten (12),
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kamera (1 1 ) zumindest zwei digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte (20) in Serie während des Transports auf der Fördereinrichtung (30) erfasst, so dass sich eine erste digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer ersten Position und eine zweite digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer zweiten Position ergibt, wobei sich die erste und zweite Position des Prüfobjekts (20) durch die Bewegung der Fördereinrichtung (30) mittels eines entsprechenden Versatzes unterscheidet,
- und dass die Vielzahl von Beleuchtungseinheiten (12) aus zumindest einer oder mehreren Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und einer oder mehreren Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) aufgebaut sind, welche jeweils synchron mit der Kamera (1 1 ) durch den Controller (15) derart gesteuert werden, dass die erste Bildaufnahme eine erste Kontrastierung durch eine erste spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) erzeugt, und dass die zweite Bildaufnahme eine zweite Kontrastierung durch eine zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) erzeugt, wobei sich die erste und zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und
23 Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) voneinander unter Ausbildung der ersten und zweiten Kontrastierung unterscheidet. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) durch den Controller (15) jeweils für einzelne Bildaufnahmen variabel ansteuerbar sind, so dass die Kontrastierung der Bildaufnahmen variierbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) durch den Controller (15) jeweils für einzelne Bildaufnahmen variabel ansteuerbar sind, so dass die Kontrastierung der Bildaufnahmen variierbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) sowie die Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) durch den Controller (15) jeweils für einzelne Bildaufnahmen variabel ansteuerbar sind, so dass die Kontrastierung der Bildaufnahmen variierbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheiten (12) zusätzlich zu den Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) sowie den Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) eine eingespiegelte Koaxialbeleuchtung (16) mittels eines Halbspiegels (17) aufweist, welche durch den Controller (15) jeweils für einzelne Bildaufnahmen variabel ansteuerbar ist, so dass die Kontrastierung der Bildaufnahmen variierbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (11 ) drei oder mehrere digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte (20) in Serie während des Transports auf der Fördereinrichtung (30) vornimmt, so dass sich eine erste digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer ersten Position und eine zweite digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer zweiten Position sowie eine dritte digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer dritten Position ergibt, wobei sich die erste, zweite und dritte Position des Prüfobjekts (20) durch die Bewegung der Fördereinrichtung (30) mittels eines jeweils entsprechenden Versatzes unterscheidet. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (15) zur Ansteuerung der Beleuchtungseinheiten (12) einen Burst-Mode aufweist, durch welchen die Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13), die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) und/oder die eingespiegelte Koaxialbeleuchtung (16) für mehrere Beleuchtungen in Serie zeitlich synchronisiert zur Bildaufnahme mit Beleuchtungsimpulsen beaufschlagt werden. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) aus einzelnen Modulen aufgebaut sind, welche derart in vertikaler Richtung übereinander stapelbar sind, dass sich eine zylindrische, ovale oder vieleckige Form ergibt, wobei die Blickrichtung der Kamera (11 ) im Wesentlichen im Zentrum der zylindrischen, ovalen oder vieleckigen Form der einzelnen Module der Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) parallel zur Förderrichtung der Prüfobjekte (20) angeordnet sind, wobei die Blickrichtung der Kamera (11 ) durch eine Öffnung der Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Prüfobjekten (20) und den Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und den Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) jeweils ein Diffusor (50) vorgesehen ist, durch welchen die Lichtemissionen der Dunkelfeld- Beleuchtungseinheiten (13) und der Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) gestreut werden.
11 .Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) ringförmig, oval oder vieleckig aufgebaut sind, wobei in jedem ringförmigen, ovalen oder vieleckigen Modul zumindest eine vollständige oder teilweise umlaufende Reihe von Leuchtdioden (42) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) mehrere UV-Dioden (44) aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) in konzentrischer Form um die Öffnung der Hellfeld-Beleuchtungseinheiten (14) angeordnet sind, wobei jede einzelne Hellfeld-Beleuchtungseinheit (14) aus einer Vielzahl von LED-Dioden (41 ) aufgebaut ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (11 ) in Abhängigkeit der Position des Prüfobjekts (20) eine Reduzierung des Sichtbereichs in Form eines Area of Interest vornimmt, wobei die Bildaufnahmefrequenz entsprechend des reduzierten Sichtbereichs erhöht wird.
15. Verfahren zum automatisierten optischen Überprüfen einer Vielzahl von dreidimensionalen Prüfobjekten (20), insbesondere metallischen Deckeln und Behältern, im laufenden Produktionsprozess, welches umfasst:
- Erfassung von digitalen Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte (20) mittels einer Kamera (11 ),
- Beleuchten der Prüfobjekten (20) mittels einer Vielzahl von Beleuchtungseinheiten (12),
- Transportieren der Prüfobjekten (20) mittels einer Fördereinrichtung (30)
- Steuern der Kamera (11 ) und der Beleuchtungseinheiten (12) mittels eines Controllers (15),
26 - wobei die Kamera (11 ) zumindest zwei digitale Bildaufnahmen der sich bewegenden Prüfobjekte (20) in Serie während des Transports auf der Fördereinrichtung (30) aufnimmt, so dass eine erste digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer ersten Position und eine zweite digitale Bildaufnahme des Prüfobjekts (20) in einer zweiten Position erfasst wird, wobei sich die erste und zweite Position des Prüfobjekts (20) durch die Bewegung der Fördereinrichtung (30) mittels eines entsprechenden Versatzes ergibt,
- und wobei die Vielzahl von Beleuchtungseinheiten (12) aus zumindest einer oder mehreren Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und einer oder mehreren Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) aufgebaut sind, welche jeweils synchron mit der Kamera (11 ) durch den Controller (15) derart gesteuert werden, dass die erste Bildaufnahme eine erste Kontrastierung durch eine erste spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) erzeugt, und dass die zweite Bildaufnahme eine zweite Kontrastierung durch eine zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) erzeugt, wobei sich die erste und zweite spezifische Ansteuerung der Dunkelfeld-Beleuchtungseinheiten (13) und Hellfeld- Beleuchtungseinheiten (14) voneinander unter Ausbildung der ersten und zweiten Kontrastierung unterscheidet.
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