DE102005052044A1

DE102005052044A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung eines transparenten Objekts

Info

Publication number: DE102005052044A1
Application number: DE200510052044
Authority: DE
Inventors: Christian MÜNZENMAYER; Stephan Rupp; Klaus Spinnler; Marco Flachmann; Robert COURONNÉ
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-03

Abstract

Eine Vorrichtung zur Vermessung eines transparenten Objekts wird beschrieben. Diese umfasst eine Strahlenebenenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Strahlenebene, die das transparente Objekt schneidet, um eine erste Profillinie an einer vorderen Fläche des transparenten Objekts und eine zweite Profillinie an einer hinteren Fläche des transparenten Objekts zu definieren, an der Strahlung der Strahlenebene gestreut wird. Eine Aufnahmeeinrichtung ist vorgesehen, um die an der ersten und der zweiten Profillinie gestreute Strahlung aus einer vorbestimmten Blickrichtung schräg zur Strahlenebene aufzunehmen, um eine Profillinienaufnahme der ersten und zweiten Profillinie zu erhalten. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Profillinienaufnahme, um, basierend auf derselben, ein Vermessungsergebnis für das transparente Objekt zu erhalten, das auf die vordere Fläche und die hintere Fläche des transparenten Objekts bezogen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Vermessung transparenter Objekte, wie z.B. von Flaschen und insbesondere von Flaschenböden.
Die Herstellung von Glasflaschen für Nahrung, Chemikalien oder pharmazeutische Produkte erfordert eine hohe Produktionsqualität und hohe Prozesszuverlässigkeit. Das Einhalten der Kundenspezifikationen durch die Produkte ist von hoher Bedeutung für den Kunden und folglich auch für den Hersteller. Aus diesem Grund wurden Online-Inspektionssysteme innerhalb der Qualitätssicherung immer populärer, da sie es dem Hersteller ermöglichen, einen 100%-Test ihrer Produkte durchzuführen. Aufgrund der Geschwindigkeitsanforderungen von 3 bis 10 Objekten pro Sekunde sind kontaktlos arbeitende Hochgeschwindigkeitslösungen notwendig.

Es existieren verschiedene Möglichkeiten, die Überprüfung von Flaschenböden durchzuführen. Die meisten davon erlauben jedoch nicht den erwünschten 100%-Test bei Einhaltung der gleichzeitig erwünschten Präzision. Eine optische interferometrische punktweise Vermessung ist für eine flächenhafte Vermessung der Flaschenböden zu langsam. Tomographische Verfahren zur Inspektion oder die Anwendung codierten Lichts ermöglichen ebenfalls nicht hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Normale Durchlichtverfahren, die 2-D-Informationen sammeln, ermöglichen zwar die Erfassung von unerwünschten Einschlüssen von Blasen in dem Glas, ermöglichen aber nicht die Überprüfung weiterer wichtiger Parameter auf ihre Einhaltung von Spezifikationen hin, wie z.B. die Überprüfung der Einhaltung einer minimalen Boden-Dicke, einer maximalen Boden-Dicke, einer maximalen Schiefe des Innenbodens, einer maximalen Einstich-Tiefe, einer maximalen Einstich-Tiefe oder einer maximalen Tiefe des Einstichs oder von Dicke-, Planaritäts- und Parallelitätsvorgaben.

Es wäre deshalb wünschenswert, ein entsprechendes Vermessungsverfahren für transparente Objekte zu haben, dass es ermöglicht, schnell relativ genaue Vermessungsergebnisse von transparenten Objekten zu erhalten, die sich auf die Außen- und Innenfläche bzw. eine vordere und eine hintere Fläche des Objekts beziehen, wie z.B. die Bodendicke oder die anderen oben genannten Kriterien.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung eines transparenten Objekts zu schaffen, dass es ermöglicht, schnell relativ genaue Vermessungen von transparenten Objekten zu erhalten, die sich auf sowohl deren vordere als auch hintere Fläche beziehen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 16 gelöst.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermessung eines transparenten Objekts umfasst eine Strahlenebenenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Strahlenebene, die das transparente Objekt schneidet, um eine erste Profillinie an einer vorderen Fläche des transparenten Objekts und eine zweite Profillinie an einer hinteren Fläche des transparenten Objekts zu definieren, an der Strahlung der Strahlenebene gestreut wird. Eine Aufnahmeeinrichtung ist vorgesehen, um die an der ersten und der zweiten Profillinie gestreute Strahlung aus einer vorbestimmten Blickrichtung schräg zur Strahlenebene aufzunehmen, um eine Profillinienaufnahme der ersten und zweiten Profillinie zu erhalten. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Profillinienaufnahme, um basierend auf derselben ein Vermessungsergebnis für das transparente Objekt zu erhalten, das auf die vordere Fläche und die hintere Fläche des transparenten Objekts bezogen ist.

Eine Erkenntnis, auf der die vorliegende Erfindung beruht, besteht dabei darin, dass die Vermessung von transparenten Objekten bezüglich ihrer vorderen und hinteren Fläche beispielsweise bei Flaschenböden ermöglicht wird, weil die Flächen häufig so beschaffen sind, dass sie nicht nur eine Totalreflexion bzw. eine spiegelnde Reflexion ermöglichen, sondern eben auch eine diffuse Reflexion bzw. Streuung. Aufgrund der Transparenz wird ermöglicht, dass ein restliches, nicht diffus gestreutes Licht, auch die hintere Fläche erreichen kann, so dass durch Aufnahme schräg zur Strahlenebene mittels Triangulation auf die vorder- und rückseitige Fläche bezogene Vermessungsgrößen ermittelt werden können.

Damit erfüllt die vorliegende Erfindung alle Kriterien, die für die Qualitätsprüfung im Rahmen einer Massenfertigung erfüllt sein sollten. Zunächst erfolgt die Prüfung bzw. Vermessung berührungslos, was die Installation und den Einbau in einer Fertigungsstraße erleichtert. Für eine flächenhafte Vermessung transparenter Objekte ist zwar eine Relativbewegung zwischen Strahlenebene und transparenten Objekten notwendig, aber meistens müssen die zu vermessenden bzw. zu prüfenden transparenten Objekte ohnehin in einem Förderband von einer Verarbeitungseinheit zur anderen transportiert werden, so dass auch hier kein zusätzlicher Aufwand anfällt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Strahlenebene senkrecht zur Relativbewegungsrichtung zwischen Strahlenebene und transparentem Objekt ausgerichtet, während das Pixelarray derart angeordnet ist, dass eine Linie senkrecht zur Relativbewegungsrichtung und der Bestrahlungsrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Pixelzeile des Pixelarrays ist. Auf diese Weise wird es ermöglicht, die Höheninformation und die laterale, d.h. senk recht zur Relativbewegungsrichtung und zur Bestrahlungsrichtung definierte, Lageinformation getrennt auf die Zeilen- und Spaltenkoordinate innerhalb des Pixelarrays aufzuteilen. Eine die Profillinien in dem Pixelarrayhelligkeitsbild suchende Einheit kann sich deshalb auf eine spaltenweise Untersuchung beschränken.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Extraktionseinrichtung dazu verwendet, für jede Pixelspalte eine erste und eine zweite Pixelposition zu extrahieren, die als Kandidaten für Orte dienen, an denen die erste bzw. zweite Profillinie auf das Pixelarray abgebildet wird. Dies geschieht beispielsweise durch Auffinden von Helligkeitsmaxima innerhalb der jeweiligen Spalte unter der Verwendung von Schwellwerten. Die so gefundenen Pixelpositionen werden in metrische Höhenwerte umskalliert, um auf diese Weise Höhenbilder zu erhalten, eines pro Kanal bzw. Ebene. Die Halbbilder können gefiltert werden. Zudem ermöglicht eine Manipulation der Halbbilder derart, dass sich die durch die Höhenbilder repräsentierte vordere oder hintere Fläche im Wesentlichen senkrecht zu einer Höhenachse der Höhenbilder erstreckt, dass darauffolgend über die Bestimmung eines Höhenwerthistogramms aus den lagekorrigierten Höhenbildern die Höhenwerte der lagekorrigierten Höhenbildern der vorderen bzw. hinteren Fläche zugeordnet werden können, um eine die vordere Fläche repräsentierende Punktwolke und eine die hintere Fläche repräsentierende Punktwolke zu erhalten. Die Vorgehensweise ist einfach und ermöglicht somit die Durchführung der entsprechenden Verarbeitungsschritte in einer ausreichend geringen Zeit, um die Auswertung beispielsweise online durchführen zu können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Skizze einer Vorrichtung zur Vermessung transparenter Objekte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2a eine Skizze zur Veranschaulichung des Messaufbaus von 1 im Hinblick auf seine Fähigkeit der Höhenwertermittlung;
2b eine Skizze einer Variation der Vorrichtung von 1 in Hinblick auf den Aufbau zur Strahlenebenenerzeugung und Bildaufnahme, um die Aufnahme aus zwei verschiedenen Blickrichtungen zu ermöglichen, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2c eine Raumschnittteilansicht eines Flaschenbodens;
3a und 3b Grauwertbilder, wie sie mit dem Aufbau gemäß 2b erhalten wurden;
4 einen Graphen einer exemplarischen abschnittsweise linearen Umskalierungsfunktion zur Umskalierung der Profillinienpixelpositionen in Profillinienhöhenwerte;
5a einen Graphen, der die Ausgabe der Kamera aus dem Aufbau von 2b darstellt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5b einen Graphen, der die Höhenwerte darstellt, wie sie aus der Kameraausgabe von 5a durch Umskallierung erhalten worden sind;
6 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Vorrichtung gemäß 2b von der Profillinienaufnahme über die Auswertung derselben bis hin zum Erhalt der gewünschten Vermes sungsergebnisse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte zur Rauschentfernung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8a einen Graphen, der ein Histogramm zeigt, das zur Rauschentfernung nach 7 bestimmt und verwendet wird;
8b einen Graphen, der ein Histogramm zeigt, dass zur Zuweisung der Höhenwerte zu der vorderen oder hinteren Fläche in 6 bestimmt und verwendet wird;
9a und 9b Grauwertdarstellungen eines Höhenbildes, wie es gemäß dem Aufbau von 2b erhalten worden ist, vor und nach der Rauschentfernung nach 7;
10 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte, wie sie zum Übereinanderlegen der Höhenbilder der verschiedenen Ansichten in 6 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden;
11 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte, wie sie in 6 zur Einebnung der Höhenbilder ausgeführt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 eine Raumdarstellung der Punktwolken für die Bodenunterseite und Bodeninnenseite, wie sie sich in dem Verfahren nach 6 ergeben; und
13 Graphen zur Veranschaulichung der Ergebnisse von Reproduzierbarkeitstests, die an einer Implemen tierung einer Vorrichtung gemäß 2b durchgeführt worden sind;
Obwohl im Folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche oder funktionsgleiche Elemente in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und dass von einer wiederholten Beschreibung ihrer Funktion abgesehen wird. Ferner wird darauf hingewiesen, dass sich zwar die nachfolgenden Ausführungsbeispiele mit der Vermessung von Flaschenböden beschäftigen, dass die vorliegende Erfindung aber auch auf die Vermessung anderer transparenter Objekte anwendbar ist, wie z.B. Glasgeschirr und dergleichen. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, wie es im Anschluss an die Figurenbeschreibung noch erörtert wird.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Vermessung und anschließenden Klassifikation von Flaschenböden. Die Vorrichtung umfasst eine Laserdiode 10 und eine davor angeordnete Zylinderlinse 12 zur Erzeugung eines Lichtfächers 14. Ferner umfasst die Vorrichtung ein Pixelarray, wie z.B. eine CCD-Matrixkamera, 16 und ein Optik, wie z.B. ein Objektiv, 18 zum Abbilden eines relevanten Abschnitts 20 des Lichtfächers 14 bzw. ein Inspektionsvolumen auf das Pixelarray 16. Ein Förderer 22 bewegt die zu vermessenden Flaschen 24 in einer Bewegungsrichtung 26 derart, dass die Flaschenböden 28 den Bildbereich bzw. den relevanten Abschnitt 20 passieren, und zwar derart, dass der Flaschenboden 28 jeweils den Lichtfächer 14 in einer Ausrichtung quert, bei der der Flaschenboden 28 bis auf betriebsbedingte Ungenauigkeiten im Wesentlichen senkrecht zum Lichtfächer 14 steht. Anders ausgedrückt, trägt bzw. hält der Förderer 22 die zu vermessenden Flaschen 24 in einer Ausrichtung, bei der eine Flaschenachse 30 im wesentlichen parallel zu einer Lichteinfallsrichtung bzw. einer Bestrahlungsrichtung 32 ist. Pixelarray 16 und Objektiv 18 sind angeordnet, um den rele vanten Abschnitt 20 entlang einer Blickrichtung 34 aufzunehmen, die schräg zur Ebene des Lichtfächers 14 ist und in einer Ebene liegt, die durch die Blickrichtung 32 und die Bewegungsrichtung 26 aufgespannt wird. Bevorzugte Winkelangaben folgen im Folgenden noch. Das Pixelarray 16 ist in der Bildebene angeordnet, auf die das Objektiv 18 den interessierenden Abschnitt 20 des Lichtfächers 14 abbildet, und zwar derart, dass sich eine Spaltenrichtung 36 der Pixel 16a des Pixelarrays 16 in einer Ebene erstreckt, die durch die Bewegungsrichtung 26 und die Bestrahlungsrichtung 32 aufgespannt wird, während die Zeilenrichtung 38 des Pixelarrays 16 senkrecht zu dieser Ebene ausgerichtet ist.
Ein Drehgeber 40 ist mit dem Förderer 22 gekoppelt, um das Fortschreiten bzw. die Position der zu vermessenden Flaschen 24 entlang der Bewegungsrichtung 26 zu erfassen und in äquidistanten Abständen, d.h., wenn der Förderer 22 wieder ein vorbestimmtes Inkrement zurückgelegt hat, über eine Leitung 42 ein Auslösesignal an das Pixelarray 16 auszugeben, um das Pixelarray 16 mit der Bewegung des Förderers 22 zu synchronisieren. Das Pixelarray 16 synchronisiert seine Bildaufnahmen mit den Auslösesignalen auf der Leitung 42 und gibt das die jeweilige Bildaufnahme repräsentierende Ausgangssignal an eine Steuereinheit 44 aus, die beispielsweise ein Computer ist, auf dem u.a. ein Auswerteprogramm abläuft, das im Folgenden noch näher beschrieben wird, und die eigentlichen Vermessungsaufgaben übernimmt, sowie weitere Steuerprogramme, wie z.B. solche, die basierend auf dem Vermessungsergebnis die Einhaltung bestimmter Spezifikationen für den Flaschenboden 28 überprüfen, und solche, die basierend auf dem Überprüfungsergebnis eine Aussonderung defekter Flaschen veranlassen.
Nachdem der Aufbau der Vorrichtung von 1 beschrieben worden ist, werden im Folgenden zunächst einmal anhand von 1 die Aufgaben und Probleme beschrieben, die die Vorrichtung von 1 zu bewältigen hat. Insbesondere ist es Aufgabe der Vorrichtung von 1, die aus Glas herge stellten Flaschen 24 auf eine schnelle und kontaktlose Art und Weise zu inspizieren. Etwas spezieller ausgedrückt, sollen die Flaschenböden 28 überprüft werden. Diese sind durch drei Oberflächen charakterisiert, nämlich die Bodenberührungsfläche bzw. die Standfläche 28a, den Innenboden bzw. die Innenbodenfläche 28b und den Einstich bzw. die Einstichfläche 28c. Diese Flächen müssen bestimmte Kriterien erfüllen, wie es im Folgenden noch deutlicher wird. Dabei übernimmt die Vorrichtung von 1 die Erfassung der Istwerte, wohingegen die Steuereinrichtung 44 den Vergleich der Istwerte mit Sollwerten übernimmt und die entsprechenden Maßnahmen in dem Fall der Nicht-Übereinstimmung übernimmt.
Ein Beispiel für eine Leistungsanforderung ist beispielsweise 5 Flaschen pro Sekunde. Dieser Anforderung begegnet die Vorrichtung von 1 durch Verwendung eines 3D-Entfernungssensors, der sich aus den kompetenten 10, 12, 16, 18, 40 und 44 zusammensetzt und die Böden 28 scannt, während die Flaschen 24 den Lichtfächer bzw. die Lichtebene 14 passieren, wobei beispielsweise eine Auflösung von 1 mm in Transportrichtung 26 und eine Auflösung von 0,10 mm senkrecht hierzu erzielbar ist.
Im Folgenden wird nun anhand von 1 auch zunächst einmal das Messprinzip grob erläutert. Das Messprinzip zur Erfassung der 3D-Formen der Böden 28 basiert auf der Laser-Triangulation oder der Lichtschichtlagen- bzw. sheet-off-light-Entfernungsmessung. Um dies zu veranschaulichen, zeigt 2 eine Seitenansicht des Beleuchtungs- und Bildaufnahmeteils von 1 aus einer Richtung senkrecht zur durch die Belichtungsrichtung 32 und die Bewegungsrichtung 26 aufgespannte Ebene. Wie es zu sehen ist, bezeichnet in 2a der Winkel α den Winkel zwischen der Blickrichtung bzw. der optischen Achse 34 der sich aus dem Objektiv 18 und dem Pixelarray zusammensetzenden Kamera 46 und dem Lot 48 von der optischen Mitte des Objektivs 18 auf die Lichtebene 14. Der Abstand der optischen Mitte des Objektivs 18 von der Lichtebene 14 ist mit B bezeichnet. Mit b ist der bildseitige Abstand des Pixelarrays 16 von der optischen Mitte bzw. der Hauptebene oder der bildseitigen Hauptebene des Objektivs 18 bezeichnet. Die optische Achse 34 der Kamera 46 schneidet die Lichtebene 14 in einem Punkt 50, um den herum sich der relevante Abschnitt 20 der Lichtebene 14 erstreckt, den die Kamera 46 darauf aufnimmt bzw. scharf auf das Pixelarray 16 abbildet. Mit r wird nun in 2a eine Länge bezeichnet, die sich von dem Punkt 50 in Belichtungsrichtung 32 erstreckt. r wird im Folgenden auch als Höhenwert bezeichnet. Die Höhenwerte r geben also an, an welcher Stelle bzw. in welcher Höhe r das zu vermessende Objekt 24 an einer bestimmten Position in Bewegungsrichtung 26 die Beleuchtungsrichtung bzw. Beleuchtungsachse 32 schneidet. Auf ähnliche Weise wird mit Flächenpunkten des zu vermessenden Objekts 24 verfahren, die sich außerhalb der Ebene befinden, die durch die Achsen 32 und 34 aufgespannt wird. Für sie wird der Höhenwert r ebenfalls parallel zur Beleuchtungsachse 32 bestimmt, und zwar von der Linie aus, die durch den Ort 50 verläuft und senkrecht auf den Achsen 32 und 34 steht.
Wie es im Folgenden erörtert wird, werden die Aufnahmen der Kamera 46 bzw. die einzelnen Bilder der Kamera 46 durch entsprechende Helligkeitswertarrays gebildet, die dem Bild des interessierenden Bereichs 20 entsprechen, auf den der Lichtfächer 14 projiziert wird. Eine im Folgenden noch näher erörterte Extraktionseinrichtung 52, die entweder, wie in 1 angedeutet, in der Steuereinrichtung 44 oder, wie in 2a angedeutet, in der Kamera 46 selbst, angeordnet sein kann, extrahiert jedoch aus den Helligkeitsbildern die für das weitere Messverfahren relevantere Information dadurch, dass sie spaltenweise Pixelpositionen als Kandidaten für Orte bestimmt, an denen die durch die Bestrahlung mit dem Lichtfächer 14 auf dem zu vermessenden Objekt 24 erzeugte Laser- bzw. Profillinie 54 durch das Objektiv 18 auf das Pixelarray 16 abgebildet wird. Diese Information bildet nämlich das eigentlich relevante Ausgangssignal der Kamera 46 bzw. der Einrichtung 52, wobei die Kandidatenpixelpositionen beispielsweise in Pixelzeilennummern angegeben werden, oder, wie es in 2a angedeutet ist, in Einheiten von Pixelzeilen als Versatz zur optischen Mitte 56 des Pixelarrays 16 bzw. zu der Pixelzeile, die durch die optische Mitte 56 verläuft, wobei dieser Versatz in 2a mit s angegeben ist. In 1 ist beispielsweise der Verlauf des Bildes 58 der Laserlinie 54 auf dem Pixelarray 16 angedeutet.
Nachdem nun alle maßgeblichen Größen des Messaufbaus erläutert worden sind, wird mit der Erklärung des Messprinzips fortgefahren. Die Lichtebene 14, die durch den Laser 10 erzeugt wird, steht senkrecht zur inspizierenden Oberfläche 28. Die Beugungsprojektionslinse 12 weitet zur Erzeugung der Lichtebene 14 bzw. des Lichtfächers den Lichtstrahl 60 des Lasers 10 orthogonal zu der Transportrichtung 26 auf, was beispielsweise eine Lichtebene 14 von etwa 0,10 mm Dicke ergibt. Die Kamera bzw. der Sensor 46, der die Szene 20 betrachtet, ist um einen Winkel, der in einem Bereich von 20° bis 70° und vorzusgweise in einem Bereich von 30° bis 60° und noch mehr bevorzugt etwa 55° oder alternativ etwa 35° beträgt, gegenüber der Beleuchtungsrichtung 32 geneigt, um ein kubisches Inspektionsvolumen von beispielsweise etwa 50 mm-Kantenlänge zu beobachten, was eine theoretische Auflösung von 0,08 mm für die aus Triangulationsbasis bestimmten Höhenwerte r liefert.
Die Profilerfassung hängt von dem diffus reflektierten Teil des einfallenden Lichts ab, das für die Konturlinien 58 in dem erfassten Bild in dem Pixelarray 16 verantwortlich ist. Betrachtet man die Laser-Objekt-Wechselwirkung näher, tritt eine solche Reflexion dann auf, wenn der Laserfächer 14 auf die Objektoberfläche auftritt. Abhängig von der Lichtundurchlässigkeit des Materials des zu vermessenden Objekts dringt ein Teil des Laserlichts unter bestimmten Brechungseffekten ein und wird wieder ein zweitel Mal diffus reflektiert, nämlich dann, wenn das Laserlicht das Objekt wieder verlässt. Aufgrund dieser zwei Reflektionen enthält das erfasste Bild des Pixelarrays 16 eigentlich zwei Laserlinienkonturen, nämlich eine für die obere bzw. die vordere Fläche 28a, 28c und eine weitere für die untere bzw. hintere Fläche 28b, wobei jedoch in 1 der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Konturlinie 58 für die Oberfläche bzw. vordere Fläche 28c, 28a gezeigt ist. Die Tiefen- bzw. Höheninformationen, die aus diesen zwei Linien erhalten werden, können aufeinander bezogen werden, was Dicke-, Parallelitäts- und Planaritätsmessungen ermöglicht, wie es im Folgenden beschrieben wird.
Wenn nicht-koplanare-Flächen mit einem orthogonalen Laserprojektor und einem geneigten Kameraaufbau inspiziert werden, wie es in dem Aufbau von 1 bei den Flächen 28c, 28b, der Beleuchtung durch Laser 10 und Linse 12 und die Kamera 46 der Fall ist, können Occlusionseffekte auftreten, die zu einem Verlust von Höhen- bzw. Tiefendaten führen. Dieser Verlust kann beispielsweise durch ungewollte Totalreflexionen an dem zu inspizierenden Objekt 24 entstehen. Eine mögliche Gegenmaßnahme gegen solche Effekte besteht darin, redundante Informationen aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu erfassen. Eine einfache Möglichkeit bestünde darin, den Aufbau aus Objektiv 18 und Pixelarray 16 in 1 symmetrisch zur Sichtebene 14 noch einmal vorzusehen. In 2a entspräche dies einer Spiegelung der Kamera 46 an der Ebene 14. Dieser Aufbau wäre aber teuer, weswegen 2b eine hierzu alternative Lösung bereitstellt, bei der es möglich ist, auf ein- und demselben Pixelarray zwei Ansichten aufzunehmen, die eine auf der einen Hälfte des Pixelarrays und die andere auf der anderen Hälfte. Dies verhilft zur Minimierung der Kosten und reduziert den Synchronisationsaufwand gegenüber der Implementierung mit einer zweiten Kamera.
Wie es in 2b gezeigt ist, wird das Konzept der Redundanz mittels einer Kamera 46 dadurch realisiert, dass die Kamera 46 ein System aus drei Spiegeln 62a, 62b und 62c aufnimmt, das die Bildaufnahme aus zwei unterschiedlichen Richtungen 34a und 34b ermöglicht. Insbesondere zeigt 2b nur denjenigen Teil der Vermessungsvorrichtung, der sich von demjenigen in 1 unterscheidet. Der relevante Teil umfasst die Beleuchtungs- und die Bildaufnahmeseite. Wie zu erkennen ist, sind die Spiegel 62a–62c parallel zur Lichtebene 14 angeordnet. Dabei ist der Spiegel 62b im Wesentlichen koplanar zur Lichtebene 14 angeordnet, derart, dass die Lichtebene 14 knapp an dem Spiegel 62b vorbeiläuft, um auf die zu vermessende Flasche 24 zu treffen. Die Spiegel 62a und 62c sind im Wesentlichen achsensymmetrisch zueinander und versetzt zur Lichtebene 14 angeordnet. Die Kamera 46 ist wiederum unter der gewünschten Neigung zur Beleuchtungsachse 32 angeordnet, wie es auch bei 1 der Fall war. Ihre optische Achse 34 ist dabei vorzugsweise derart positioniert, dass sie auf eine dem zu vermessenden Objekt 24 nächstgelegene Kante des Umlenkspiegels 62a trifft. Auf diese Weise wird die erfassbare Szene (46) in zwei Teile aufgeteilt, nämlich einen Teil, der Licht aufnimmt, das von dem Inspektionsvolumen 20 über den Spiegel 62a in die Kamera 46 einfällt und andererseits Licht, das von dem Inspektionsvolumen 20 über den Spiegel 62c und den Umlenkspiegel 62b in die Kamera 46 einfällt, was mit ein- und derselben Kamera 46 die Aufzeichnung bzw. Aufnahme des Inspektionsvolumens 20 aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen 34a und 34b ermöglicht, die in dem in 2b dargestellten Fall zudem symmetrisch zur Lichtebene 14 sind.
Wieder zurückkehrend zur Erläuterung des Messprinzips sei anhand von 2a erläutert, wie die durch das Pixelarray 16 erhaltenen Helligkeits- bzw. Grauwertbilder im Zusammenhang mit der Höheninformation r stehen. Wie es in 1 zu sehen ist, projiziert der Aufbau aus Diode 10 und Linse 12 eine dünne Laserlinie 54 auf das Objekt 28, wobei die Kamera 18, 16 bzw. 46 diese Linie 54 aus einer anderen Position betrachtet, nämlich unter dem vorerwähnten Winkel von beispielsweise 55° zur Beleuchtungsrichtung 32. Dies lässt die Laserlinie 54 bildseitig wie die Kontur eines Schnitts des Objekts 24 erscheinen, weshalb die, wie später erläutert, aus der Konturlinie 58 erhaltene Höheninformation auch häufig als Profil bzw. Profillinie bezeichnet wird. Die 3D-Form des Objekts 24 wird dann schließlich Profil für Profil rekonstruiert, während dasselbe die Kamera 18, 16 bzw. 54 und den Laseraufbau 10, 12 passiert.
Wie bereits erwähnt, sind die interessierenden Informationen die Profile r(t) ∊ ^|Rⁿ und nicht das vollständige Graustufenbild I(t) ∊ ^|N^(m,n), wobei t die Zeit repräsentiere und m,n eine Pixelposition in Zeile und Spalte angebe. Folglich müssen die Auftreffpositionen der Laserebene 14 aus der zu vermessenden Fläche aus dem Grauwertbild des Pixelarrays 16 extrahiert werden, was die Extraktionseinrichtung 52 übernimmt, und schließlich zu dem eigentlich interessierenden Ausgangssignal führt, nämlich den Sensorversatzwerten s_i(t) ∊ ^|N, die für eine jeweilige Spalte eine Pixelposition bzw. eine Pixelzeile innerhalb dieser Spalte angeben, an der möglicherweise die Laserlinie 54 auf das Pixelarray 16 abgebildet worden ist bzw. an der die jeweilige Pixelspalte von den Konturlinie 58 geschnitten wird. Sobald diese Versatzwerte bzw. Offsets extrahiert worden sind, können die entsprechenden Höhenwerte r_i(t), die die Höhe der zu vermessenden Fläche 28 wie in 2a angezeigt, definieren, durch eine Abbildung
berechnet werden, die durch die Triangulationsgeometrie definiert ist, wie sie in 2a angezeigt ist:
^|Nⁿ → ^|Rⁿ : s(t) → r(t)
wobei B, wie bereits erwähnt, die Baslinie b den Abstand zwischen der optischen Mitte der Kamera 46 und dem Pixelarray bzw. der Sensorebene 16 angibt und α den Betrachtungs winkel bezüglich der Basislinie angibt, wobei ergänzend hierbei auf Ranger, I.M.: Introduction to 3-d range imaging verwiesen wird.
Wie es zu erkennen ist, haben die Wahl der Basislinie B und das Triangulationswinkels α den größten Einfluss auf die Auflösung und die Genauigkeit der Messungen, weshalb große Sorgfalt bei Ihrer Auswahl angewendet werden sollte.
Wie es aus dem Vorhergehenden hervorging, liegen die eigentlich relevanten Informationen nicht in den Grauwert- bzw. Helligkeitsbildern, wie sie durch das Pixelarray 16 erzeugt werden, sondern in den hieraus durch die Extraktionseinrichtung 52 extrahierten Pixelpositionen s pro Spalte. Dies sei anhand von 1 nochmal erläutert. Aufgrund des Aufbaus entspricht eine Spalte des Pixelarrays 16 im Wesentlichen einer Linie, die in der Lichtebene 14 parallel zu der Beleuchtungsrichtung 32 verläuft. Die Folge von Pixelspalten tasten somit quasi die Laserlinie 54 in Querrichtung, d.h. senkrecht zu der durch die Beleuchtungsrichtung 32 und Bewegungsrichtung 26 aufgespannte Ebene, ab. Das Licht, das an der Profillinie 54 an derjenigen Stelle diffus reflektiert wird, die eine der so definierten virtuellen Linien schneidet, wird innerhalb der dieser Linie entsprechenden Pixelspalte auf ein bestimmtes Pixel innerhalb dieser Pixelspalte durch das Objektiv 18 abgebildet. Die durch die Extraktionseinrichtung 52 ausgegebene Information s gibt diese Pixelinformation für diese Pixelspalte an.
Nun bestimmt in dem vorliegenden Fall die Extraktionseinrichtung 52 pro Spalte natürlich nicht nur eine Pixelposition, da ja nicht nur die Konturlinie 58 der Außenfläche 28c bzw. 28a zu einer Konturlinie 58 auf dem Pixelarray 16 führt, sondern auch das an der Innenseite 28b diffus reflektierte Licht. Es sei beispielsweise in 1 angenommen, dass die Konturlinie 58 das Bild der Laserlinie 58 auf der Außenfläche 28c, 28a entspreche. Dann ist eine weitere Konturlinie (nicht gezeigt) oberhalb, d.h. entgegen der Pfeilrichtung 36 in 1 von, der Konturlinie 58 zu erwarten, die der Innenseite 28b entspricht. Die Extraktionseinrichtung 52 gibt deshalb mindestens zwei Pixelpositionen für jede Pixelspalte in ihrem Ausgangssignal aus, eine für die Konturlinie 58 der vorderen Fläche und eine weitere für die hintere Fläche.
Nun entstehen aber in dem Helligkeitsbild des Pixelarrays 16 außer an den Konturlinien 58 weitere helle Stellen wie z.B. aufgrund der oben erwähnten unerwünschten Totalreflexionen an der betrachteten Glasflasche. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel extrahiert die Extraktionseinrichtung 52 deshalb sogar mehr als zwei, nämlich exemplarisch vier Pixelpositionen für jede Spalte, die Kandidaten für Orte darstellen, an denen eine der Konturlinien 58 die jeweilige Spalte kreuzt. Die jeweils erste Pixelposition aus den vier Pixelpositionen für jede Spalte bilden dabei einen ersten Kanal oder eine erste Ebene des Ausgangssignals der Extraktionseinrichtung 52. Die jeweils zweite Pixelposition der jeweils vier Pixelpositionen für jede Spalte bilden den zweiten Kanal bzw. die zweite Ebene usw. Dabei sind die Pixelpositionen einer Spalte in den verschiedenen Kanäle vorzugsweise in abfallender oder aufsteigender Reihenfolge angeordnet. Eine Möglichkeit, auf die die Extraktionseinrichtung 52 die Bestimmung der vier Pixelpositionen pro Pixelspalte vornimmt, besteht beispielsweise in der Verwendung individueller Schwellwerte. Dabei führt die Extraktionseinrichtung 52 für jede Spalte folgende Schritte aus:
Sie beginnt bei der Pixelposition innerhalb der aktuellen Pixelspalte, die objektseitig einem Punkt in der Lichtebene 14 entspricht, der der Beleuchtung am nächsten liegt. Von dort aus überprüft sie die Helligkeitswerte daraufhin, ob sie einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten, der erste Helligkeitswert, der den Schwellwert überschreitet, definiert die erste Pixelposition für den ersten Kanal. Ab die ser Zeile wird der Schwellwert gegebenenfalls aktualisiert, wie z.B. verringert. Letzteres trägt dem Umstand Rechnung, dass unter normalen Umständen, d.h. unter Abwesenheit von Reflexionen, damit zu rechnen ist, dass die zuerst gefundene Pixelposition der Konturlinie der Außenfläche 28c, 28a entspricht, die natürlich am Hellsten ist, da das von der Innenseite 28b diffus zurück reflektierte Licht nur noch von dem an der Außenfläche 28c, 28a hindurchgelassenen Lichts stammt. Unmittelbar anschließende Pixelzeilen, für die die Helligkeitswerte in dieser Spalte den aktualisierten Schwellwert überschreiten, werden zunächst ignoriert, weil angenommen wird, dass die gesuchten Konturlinien bildseitig beabstandet sind. Ab der Zeile, da die Helligkeitswerte in der Spalte die aktuelle Schwelle wieder unterschreiten, bestimmt die Extraktionseinrichtung 52 im weiteren für die einzelnen Pixel in der Pixelspalte in der vorgegebenen Richtung, ob eine der Helligkeitswerte dieser Pixel den aktuellen Schwellwert wieder überschreitet und gibt, sobald dies der Fall ist, die entsprechende Pixelposition für den zweiten Kanal für die entsprechende Spalte aus. Daraufhin werden die entsprechenden Schritte erneut durchgeführt, nämlich der Schwellwert aktualisiert, d.h. verringert, die den aktualisierten Schwellwert überschreitenden Helligkeitswerte ignoriert und die Pixelposition bestimmt, an der der Helligkeitsverlauf in dieser Spalte den neuen Schwellwert wieder überschreitet usw.
Natürlich müssen bei der Extraktion 52 die Anforderungen an Durchsatz und Verarbeitungsgeschwindigkeit erfüllt werden. Eine Möglichkeit hierfür bietet die IVP Ranger M50, die einen Intel StrongARM-Prozessor und einen proprietären CMOS-Bildsensor mit einer Auflösung von 1536 × 512 Pixeln mit quadratischen Pixeln von 18 μm Seitenlänge aufweist. Eine volle Zeile wird dort sogar parallel verarbeitet: Jede Spalte dieses „Smart Vision Sensors" weist einen eigenen RISC-Prozessor auf, der sehr schnell nach Laserlinien-Auftreffpunkten in ihrer zugeordneten Spalte suchen. Natür lich bestehen andere Aufbaumöglichkeiten, außer der hier vorgestellten.
Wie also oben beschrieben, extrahiert die Extraktionseinrichtung 52 vier Offset-Vektoren aus jedem Bild des Pixelarrays 16, nämlich einen Offsetvektor pro Kanal bzw. Ebene. Diese Offsetvektoren werden im Folgenden mit s⁽ⁱ⁾(t), i=0, ..., 3 bezeichnet, wobei i den Kanal bzw. die Ebene indexiert, und s ein Vektor ist, der einen Koeffizienten pro Spalte aufweist. Anders ausgedrückt, lassen sich die Vektoren s⁽ⁱ⁾(t) darstellen als s(i)(t) = (s(i)0 (t), ..., s(i)(n-1) (t)) ∊ |Nn i = 0, ..., (l-1) (2)wobei s_j ⁽ⁱ⁾(t) somit der extrahierten Pixelposition aus dem Bild zum Zeitpunkt t in der Spalte j für den Kanal i entspricht, und wobei, um bei dem obigen exemplarischen Aufbau zu bleiben, l = 4 die Anzahl der Kanäle ist und n = 1.536 die Anzahl der Pixelzeilen bzw. Pixelpositionen in jeder Pixelspalte angibt.
Wie bereits erwähnt, würde es aus theoretischer Sicht ausreichen, lediglich zwei Kanäle bzw. Linien zu extrahieren, um Planaritäts- und Parallitätsmessungen zu erzielen, aber in der Praxis können die zusätzlichen Kanäle bzw. Linien zur Fehlererfassung- und Korrekturzwecken verwendet werden. Bei der folgenden weiteren Beschreibung der Funktionsweise der Vorrichtung von 1 wird dabei davon ausgegangen, dass sie gemäß der Variationen von 2b aufgebaut ist, d.h., derart, dass zwei verschiedene Ansichten auf das Pixelarray 16 abgebildet werden, die zwei unterschiedlichen Blickrichtungen 34a und 34b entsprechen.
Wie oben erwähnt, wird der Sensor bzw. Pixelarray 16 durch den externen Drehgeber 40 getriggert, der das Fortschreiten des Förderbandes 22 erfasst, was die im Folgenden noch näher erörterte Vermessung unabhängig von den unterschiedlichen Produktionszyklen macht. Dabei kann auch, obwohl in
1 nicht dargestellt, beispielsweise der Laser 10 durch den Drehgeber 40 getriggert werden, wie z.B. dann immer aktiviert werden, wenn wieder die nächste zu vermessende Flasche 24 beginnt durch die Lichtebene 14 hindurchzutreten, um wieder ausgeschaltet zu werden, wenn diese Flasche die Lichtebene 14 verlässt, bis wieder die nächste Flasche der Lichtebene 14 erreicht usw.
Da das Ausgangssignal des Triangulationssensors bestehend aus Objektiv 18, Pixelarray 16 und Extraktionseinrichtung 52 die Laserlinienauftreffpositionen s(t) sind, die nichtdimensionale Sensoroffsetwerte s_i(t) aufweisen, ist noch eine Abbildung der Versatzwerte auf metrische Höhen notwendig und im Allgemeinen kann dies durch Anwenden der Gleichung 1 geschehen, was die Profile r(t) ergibt. Aufgrund von konstruktionsbedingten Gegebenheiten, die die Spiegelkonfiguration betreffen, sind die Sensor-Offsetwerte aber nicht optimal zu den Bildachsen ausgerichtet, wie es beispielsweise in 5a zu sehen ist, die das Ausgangssignal der Extraktionseinrichtung 52 in einem exemplarischen Fall für 3 Kanäle, Laser Line 1, Laser Line 2 und Laser Line 3, zeigt. Dies führt wiederum zu eine Scherung aufweisenden Konturlinien, wie es in 5b gezeigt ist, die die in metrische Höhen umskallierten Offsetwerte aus 5a zeigt, wobei darauf hingewiesen wird, dass in 5a und 5b entlang der x-Achse die Pixelspaltennummer aufgetragen ist, während in 5a entlang der y-Achse die Offsetwerte in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist und in 5b die metrischen Höhen ebenfalls in willkürlichen Einheiten aufgetragen sind.
Die Kompensation dieser Störung sowie die Übersetzung der Sensoroffsetwerte in metrische Höhen wird deshalb gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch ein Kalibrierungsverfahren bewerkstelligt, das folgende Abbildung liefert:
Bei diesem Kalibrierungsverfahren wird in die Vermessungsvorrichtung von 1, 2b ein koplanares Kalibrationsziel, wie z.B. ein Quader, innerhalb des Inspektionsvolumens 20 mit einer geeigneten Auflösung, wie z.B. einer Auflösung von 0,5 mm, auf- und abbewegt. Die auf das Ziel projizierte Laserlinie 54 wird wie beschrieben von der Extraktionseinrichtung 52 zu Sensoroffsetwerten umgewandelt, die der Höhe zugeordnet werden, auf die das Ziel positioniert ist. Durch Wiederholen dieses Vorgangs bei unterschiedlichen Positionen des Ziels in dem Inspektionsvolumen 20 wird das als Detektionsvolumen 20 gescannt und somit ein Kalibrationsgitter erhalten, dass für alle spalten gemeinsam oder für jede Spalte individuell den bestimmten Pixelpositionen die jeweils eingestellten Kalibrationshöhen zuweist. Basierend auf diesem Stützstellengitter können fehlenden Werten für Pixelpositionen, denen keine Kalibrationshöhe zugewiesen worden ist, interpolierte Werte zugewiesen werden, die beispielsweise durch lineare Interpolation aus den Stützstellen erhalten werden, wodurch die Abbildung
vervollständigt wird. Die Abbildung kann dabei für alle Spalten gleich sein oder für jede Spalte einzeln bestimmt werden, um weitere Lagefehler von beispielsweise den Spiegeln 62a-62c auszugleichen.
Für den Kalibrationsvorgang wird beispielsweise ein höhenverstellbarer Tisch mit Mikrometerschraube verwendet. Als Ziel in obigem Beispiel dient beispielsweise eine Glasplatte ähnlichen Materials wie die zu prüfenden Flaschen 24, d.h. mit ähnlichem Brechungsindex, und ggf. mit gleicher Dicke wie die Prüfobjekte, d.h. mit einer ähnlichen Dicke wie die Flaschenböden 28. Dann können beispielsweise M Messungen bei verschiedenen Höhen H mit beispielsweise einer Schrittweise von dH = 1 mm durchgeführt werden. Bei jeder Messung ergeben sich N × B Höhenprofile, wobei N der Anzahl der Kanäle, bei dem vorliegenden exemplarischen Fall also 4, und B der Blockgröße für die zeitliche Ermittlung der Profile, d.h., der Anzahl an Aufnahmen, wie sie durch das Triggersignal auf der Leitung 42 ausgelöst werden, entspricht. Gleichzeitig wird jeweils der mm-Wert einer Mikrometerschraube in maximaler Genauigkeit bestimmt. Durch Mittelung ergibt dies M Wertepaare, nämlich ein Wertepaar m mit m=1...M aus dem jeweiligen erfassten mm-Wert ρ_G,m und dem zugehörigen Positionswert aus den N Kanälen bzw. Offsetwert ρ ~_G,m. Für die Offsetwerte p ~ zwischen diesen Stützstellenoffsetwerten kann dann die Abbildung in die metrischen Höhen ρ stückweise linear vorgenommen werden, wie dies in der 4 und durch die folgenden Formen veranschaulicht wird:
Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der Vorrichtung von 1 in der Variation nach 2b während der Vermessung der Flaschen 24 bzw. der Flaschenböden 28 beschrieben. Bevor auf die einzelnen Schritte detailliert Bezug genommen wird, wird dar Verfahrensablauf vorab grob erläutert. Das Verfahren startet bei der Ausgabe der Extraktionseinrichtung 52. Aus den kalibrierten Profilen, die die Höheninformation aus entgegengesetzten Ansichten der Flasche 24 aufweisen, wird ein Höhenbild erzeugt. Die zwei Ansichten werden zueinander ausgerichtet, um Daten wiederzugewinnen, die während der Profilaufnahme teilweise verloren gingen. Sodann wird die Bodenberührungsfläche der Flasche extrahiert bzw. ermittelt, woraufhin eine Ausrichtungskorrektur durchgeführt wird, die positionstoleranzen bei der Positionierung der Flaschen 24 kompensiert. Schließlich wird ein Histogramm berechnet, basierend auf welchem eine Identifikation der Flaschenflächen durchgeführt wird, woraufhin die Parameter berechnet werden, die es ermöglichen, über Akzeptieren oder Zurückweisen des Prüflings zu entscheiden.
Bevor mit der detaillierten Darstellung des Verfahrens begonnen wird, soll auch noch die verwendete Notation erläutert werden. Und zwar wird ein Höhenbild mit m Zeilen, n Spalten und p Ebenen bzw. Kanälen als A ∊ ^|F^(m,n,p), wobei ^|F ⊂ ^|R Fließkommahöhenwerte aufweist. Die i-te-Ebene bzw. der i-te-Kanal wird mit A⁽ⁱ⁾ bezeichnet, wobei der Wert des Pixels an (x,y) durch A⁽ⁱ⁾(x,y) bezeichnet wird. Die Abbildung
wandelt ein Fließkommabild in eine (vorzeichenlose) Ganzzahldarstellung um.
Die Vermessung eines Prüflings 24 beginnt mit der Datenerfassung 102, d.h., den Aufnahmen des transparenten Objekts 24. Wie bereits im Vorhergehenden erwähnt, wird bei dem Schritt 102 der Laser 10 durch den Drehgeber 40 eingeschaltet unmittelbar bevor der Prüfling 24 die Lichtebene 14 erreicht. Während die Flasche 24 die Ebene quert, steuert der Drehgeber 40 das Pixelarray 16 derart an, dass dasselbe Aufnahmen zu Zeitpunkten durchführt, bei denen die Flasche 24 ein ganzzahliges Vielfaches einer inkrementalen Wegstrecke in Bewegungsrichtung 26 zurückgelegt hat. Auf diese Weise entstehen r Aufnahmen zu je vier Kanälen, für die die Extraktionseinrichtung 52 vier Offsetvektoren s⁽⁰⁾(t), ..., s⁽³⁾(t) pro Aufnahme bzw. Bild zum jeweiligen Zeitpunkt t bereitstellt. Diese Vektoren können als die Zeilen eines neuen erzeugten Bildes betrachtet werden, wobei s⁽ⁱ⁾(t_p) mit p = 0 bis r der i-ten Ebene zugeordnet ist. Durch das Aneinanderreihen dieser aufeinanderfolgend erhaltenen Vektoren erhält man also Offsetwertbilder S⁽⁰⁾, ..., S⁽³⁾, nämlich eines Prokanal bzw. Ebene. Hieraus wird in dem Schritt 104 jeweils ein Höhenbild R gewonnen, indem die Offsetwerte der in diesen Offsetwertbildern enthaltenen Profillinien in metrische Höhen umskaliert werden, wie z.B. unter Verwendung der oben bereits erwähnten Abbildung
Die i-te Ebene R⁽ⁱ⁾ enthält die Profile r⁽ⁱ⁾(t_j), die aus den r Aufnahmen zu den Zeitpunkten t_j erhalten wurden. Bei geeigneter Wahl der Triggerauslösung durch den Drehgeber 40 bzw. bei geeigneter Wahl des Weglängeninkrements des Drehgebers 40, besteht R beispielsweise aus r = 50 Zeilen, die die unverzerrten metrischen Höhenwerte enthalten.
In einem nachfolgenden Schritt 106 wird daraufhin eine Rauschentfernung an jedem Höhenbild R⁽ⁱ⁾ durchgeführt. Die Rauschentfernung ist in 7 näher dargestellt. Nach 7 wird in einem ersten Teilschritt 106a eine effiziente Entfernung von ungültigen Höhendaten durchgeführt bzw. alle Höhendaten auf einen erlaubten Höhenbereich eingeschränkt, indem eine einfache Clipp- bzw. Schneide-Transformation C
auf die Höhenbilder R angewendet wird. Dabei wird ein apriori-Wissen über das Inspektionsvolumen 20 ausgenutzt, nach welchem die Höhenwerte nur in einem bestimmten Höhenbereich liegen können. Insbesondere wird in dem Schritt 106a jeder Höhenwert aus R gemäß der folgenden Gleichung modifiziert, woraus sich das verbesserte Bild R erhalten wird.
wobei r_lo den niedrigsten und r_hi den höchsten Höhenwert bezeichnen soll, der aus den Abmessungen des Inspektionsvolumens 20 bekannt bzw. zu erwarten ist.
Leider erzeugen die irregulären Oberflächen der Prüflinge 24 unerwünschte Totalreflexionen, die die erfassten Höhendaten stören. Dieser Effekt ist fast immer dann beobachtbar, wenn die Flasche 24 gerade in die Lichtebene 14 eindringt oder sie verlässt und manchmal auch dazwischen. Glücklicherweise ist diese Art der Störung gekennzeichnet durch lediglich gelegentliche Ausreißer, wohingegen die Höhenwerte, die tatsächlich von den zu untersuchenden Flächen stammen, allgemein ähnliche Pegel aufweisen. Dies rechtfertigt den nachfolgenden Teilschritt 106b, bei dem die verbesserten Bilder R - noch einmal einem Histogramm-abhängigen Clippen bzw. Schneiden unterzogen werden.
Bei dem Teilschritt 106b wird ein Zwischenhistogramm
berechnet, für das ein exemplarisches Beispiel in 8a gezeigt ist. Insbesondere gibt das Histogramm
in willkürlichen Einheiten an, in welcher Häufigkeit oder Frequenz ein vorbestimmter Höhenwert r in den Höhenbildern R -(0) ...., R -(3) vorkommt. In 8a ist das Histogramm
in einer Darstellung gezeigt, bei der die x-Achse den Höhenwerten r in mm und die y-Achse der Frequenz bzw. Häufigkeit des jeweiligen Höhenwerts r in willkürlichen Einheiten entspricht.
Wie es aus 8a zu ersehen ist, lässt das Zwischenhistogramm
merkliche Peaks für die interessierenden Oberflächen 28a-28c erkennen, wohingegen die durch Störungen verursachten Ausreißer lediglich mit niedrigerer Frequenz bzw. Häufigkeit vorhanden sind. Dementsprechend werden in dem Teilschritt 106b alle Höhenwerte R -(i)(x,y), die einen vorbestimmten Höhenschwellwert r_th überschreiten, unterdrückt bzw. auf Null gesetzt, was zu dem verbesserten Bild R ^ bzw. den verbesserten Höhenbildern R ^(0), ..., R ^(3) führt.
Der Parameter r_th steht mit dem Parameter h_th in der Gleichung 4 derart im Zusammenhang, dass er den in 8a äußersten rechten bzw. den höchsten Höhenwert r bezeichnet, der eine vorbestimmte Frequenz bzw. Häufigkeitsschwelle h_th
überschreitet. Dabei kann beispielsweise der Schwellwert h_th derart gewählt werden, dass der Parameter r_th der Bodenberührungsfläche 28a entspricht. Bei geeigneter Wahl von h_th kann somit der höchste gültige Höhenwert automatisch aus dem Histogramm
berechnet werden, was eine effektive und insbesondere auch adaptive Ausreißerentfernung 106b liefert.
Die Wahl von h_th kann beispielsweise automatisiert dadurch geschehen, dass diese Schwelle auf eine vorbestimmten Prozentsatz des absoluten Maximums des Zwischenhistogramms eingestellt wird.
Wieder zurückkehrend zu der 6 werden die durch die Rauschentfernung 106 verbesserten Höhenbilder R ^ in einem nachfolgenden Schritt 108 verarbeitet, um die in diesen Bildern nebeneinander vorliegenden Ansichten übereinanderzulegen, wodurch eine Wiedergewinnung von verlorengegangen Daten in einer der beiden Ansichten durch die jeweilige andere Ansicht ermöglicht wird. Dazu wird vorab noch einmal kurz auf 2b Bezug genommen, bezugnehmend auf welche erläutert worden ist, dass das Pixelarray 16 zu einer Hälfte dazu verwendet wird, das Inspektionsvolumen 20 aus einer Blickrichtung 24a zu erfassen, und zu einer andern Hälfte aus einer anderen Blickrichtung 34b. Die sich ergebenden Helligkeits- bzw. Grauwertbilder, die von dem Pixelarray 16 erfasst werden, sind exemplarisch in 3a dargestellt. Wie es zu sehen ist, wird in der linken Hälfte des Pixelarrays der Flaschenboden von einer anderen Ansicht aus aufgenommen als in der rechten Hälfte. Wie es ferner zu sehen ist, ist die Konturlinie der linken Ansicht aufgrund ungewollter Reflektionen gestört. Die Störung spiegelt sich natürlich auch in dem Ausgangssignal der Extraktionseinrich tung 52 wieder bzw. in dem Höhenbild R. 9a zeigt beispielsweise die Grauskalierungsdarstellung des Höhenbildes R, wie sie beim Aufbau von 2b erhalten wird, während 9b die dazugehörige Rausch-gefilterte Höheninformation R ^ darstellt. Wie es durch Vergleich der 9a und 9b zu erkennen ist, führt die Rauschentfernung in Schritt 106 zwar zur Beseitigung vieler Störungen in den Höhenbildern R, aber es existieren weiterhin Bereiche, an denen Daten verloren gegangen sind, was in 9b an den schwarzen Bereichen innerhalb der Ellipse, die ja die Fläche 28a und 28c mit grauskalierter Höheninformation darstellt, zu erkennen ist. Der Schritt 108 hat nun zum Ziel, die aus den beiden Ansichten links und rechts in 3a erhaltenen Höheninformationen der 9b in der Mitte aufzutrennen, und die entstehenden Höhenbildhälften so zu manipulieren, dass innerhalb derselben die Positionen (x,y) zueinander ausgerichtet sind, wobei die x-Achse ja der Pixelspaltennummer und somit der Dimension quer zur Bewegungsrichtung 26 entspricht, und die y-Achse der Dimension entlang der Bewegungsrichtung 26 entspricht.
Um nun die löchrigen Regionen wiederherzustellen bzw. aufzufüllen, die sich aufgrund eines Datenverlusts während der Profilerfassung ergeben, werden in Schritt 108 beide Ansichten zueinander ausgerichtet. Zu diesem Zweck wird in einem Teilschritt 108a jedes rauschgefilterte Höhenbild R ^ (9b) auf ein grauskaliertes Bild B durch
abgebildet, wobei M ein Medianfilter darstellt. Aus dem sich ergebenden geglätteten Bild B werden die Rand- bzw. Grenzpunkte beider Ansichten, d.h. in der linken und rechten Hälfte, in einem darauffolgenden Schritt 108d extrahiert. Dies wird durchgeführt, indem die Scanlinien aus B⁽⁰⁾, d.h. die Zeilen des für die 0-te Ebene erhaltenen grauskalierten Bildes B, in der linken und rechten Hälfte untersucht werden, um diejenigen äußersten linken und äu ßersten rechten Pixelpositionen B⁽⁰⁾(x,y) zu identifizieren, die eine Intensität gleich oder größer einer Benutzerdefinierbaren Schwelle B_th aufweisen.
Die in Schritt 108b detektierten bzw. extrahierten Randpixel entsprechen der Grenze bzw. dem Rand der Flaschen 24 in den beiden Ansichten. Somit ergeben sich aus dem Schritt 108d zwei Sätze von Randpixeln, einer für jede Ansicht. Die Elemente eines Satzes fungieren in einem darauffolgenden Teilschritt 108c als Kontrollpunkte für einen beispielsweise nicht-iterativen Ellipsen-Fit-Prozess, wie er beispielsweise in Fitzgibbon, A., Pilu, M., Fisher, R.: Direct least fitting of ellipses, Intern. Conference on Pattern Recognition (1996), S. 253-257, beschrieben wird. Eine Implementierung, wie sie in Flusser, J.Halir, R.: Numerically stable direct least square fitting of ellipses. International Conference on Computer Graphics, Visulization and Interactive Digital Media (WSCG'98) 1 (1998), S. 125-132, beschrieben ist, ist ebenfalls möglich, wobei dieselbe speziell im Hinblick auf die numerische Stabilität und den Berechnungsaufwand verbessert ist. Aus Schritt 108c ergeben sich zwei Ellipsen E_l und E_r, die den Rand bzw. die Grenze der Flasche in der linken bzw. rechten Ansicht approximieren, wobei die Ellipsen E_l und E_r in 9b mit 109a und 109b zu sehen sind.
Auf diese Ellipsen wird in einem darauffolgenden Teilschritt 108d eine affine Transformation zur Überführung der beiden Ellipsen 109a und 109b ineinander bestimmt, die die Form
aufweist. Die Transformation A bildet den Inhalt der rechten Ellipse 109b auf die linke Ellipse 109a ab.
Diese Transformation wird nun in Schritt 108e auf die Höhenbilder R ^ der verschiedenen Kanäle bzw. Ebenen angewendet, wodurch zueinander ausgerichtete Bilder R ~ erhalten werden. Dies kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
Die Anwendung der Transformation A auf die Höhenbilder R ^ wird in dem Teilschritt 108e durchgeführt und führt zu lagekorrigierten Höhenbildern R ~, die lediglich noch die Hälfte der Spaltenanzahl aufweisen aber dafür doppelt soviel an Zahl sind, da jetzt unter diesen lagekorrigierten Höhenbildern R ~ jeweils zwei für einen Kanal bzw. eine Ebene vorhanden sind.
Wieder zurückkehrend zu 6 wird nach dem Übereinanderlegen 108 der beiden Ansichten eine Manipulation der erhaltenen lagekorrigierten Höhenbilder R ~ in Schritt 110 derart durchgeführt, dass sich die interessierenden Flächen 28a, 28c einerseits und 28b andererseits des transparenten Objekts 24 innerhalb dieser Bilder im wesentlichen senkrecht zur Höhenachse bzw. Höhenrichtung erstrecken. In anderen Worten ausgedrückt, versucht der Schritt 110 auszugleichen, dass sich aufgrund von Positionierungstoleranzen des Förderers 22 in den meisten Fällen die Flaschenböden 28 nicht exakt in paralleler Ausrichtung zu der xy-Ebene bzw. zu der Ebene senkrecht zur Beleuchtungsrichtung 32 befinden, was das Vorhandensein eindeutiger bzw. klarer und klar voneinander getrennter Histogramm-Peaks in einem Histogramm der Höhenbilder R ~ verhindern wird.
Aus diesem Grund wird in Schritt 110 die Lage der interessierenden Fläche, und insbesondere der signaltechnisch günstigeren Außenfläche 28a, 28c geschätzt, und zwar insbesondere durch Einpassen bzw. Fitten einer Ebene in die Höhenwerte, die die Bodenberührungsfläche 28a bilden. Die hierzu erforderlichen Kontrollpunkte bzw. Stützpunkte werden aus den lagekorrigierten Höhenbildern R ~ durch Anwenden der Schritte, wie sie in 11 gezeigt sind, auf jede der r Zeilen (im Vorhergehenden exemplarisch gleich 50) extrahiert.
In einem Teilschritt 110a werden zunächst die Informationen der Höhenbilder R ~(0) und R ~(4) zusammengeführt. Diese Höhenbilder beinhalten, abgesehen von Ausreißern, wie sie in 9d noch erkenntlich sind, eine Höhendarstellung der Außenoberfläche 28a, 28c des Flaschenbodens, wobei die Ebene 0 der linken Ansicht und die Ebene 4 der rechten Ansicht in 9b entspricht, d.h. aus verschiedenen Blickrichtungen gewonnen worden sind.
Die Zusammenführung in dem Teilschritt 110a dient der Zusammenführung der Informationen beider Ansichten. Da es wahrscheinlich ist, dass Daten in einer der beiden Ebenen 0 und 4 fehlen, werden in dem Teilschritt 110a geeignete Höhenwerte aus den Höhenbildern dadurch extrahiert, dass für eine bestimmte Position (x,y) der gültige, d.h. der nicht auf Null gesetzte, Höhenwert aus dem einen Höhenbild ausgewählt wird, wenn der entsprechende Höhenwert in der anderen Ebene ungültig bzw. auf Null gesetzt ist, und in dem Fall, dass für eine bestimmte Position (x,y) die Höhenbilder beider Ebenen einen gültigen Höhenwert aufweisen, der entsprechende Höhenwert durch Bilden des Mittelwerts dieser beiden Höhenwerte berechnet wird. Liegt für eine spezielle Position x,y sowohl in der einen als auch der anderen Ansicht keine Höheninformation vor, so kann auch keine rekonstruktion durchgeführt werden. Dies wird ausgedrückt durch folgende Regel:
v_r = (v₀, ..., v_n) mit
wobei mit v_r = (v₀, ..., v_n) die rekonstruierten bzw. kombinierten Profile bezeichnet werden.
In einem Teilschritt 110b wird auf jede so gewonnene kombinierte Zeile v_r ein eindimensionales Medianfilter zur Entfernung von vereinzelten Ausreißern angewendet. Daraufhin wird in einem Teilschritt 110c jede gefilterte Zeile v_r einer Maximumsuche unterzogen, um das Maximum in der linken Hälfte und das Maximum in der rechten Hälfte dieser Zeile zu finden. Jedes so gefundene links angeordnete und rechts angeordnete Maximum wird als dreidimensionaler Vektor einem anfänglich leeren Satz C ~ hinzugefügt, wie es folgendermaßen ausgedrückt werden kann:
wobei arg max V_l beispielsweise die Spaltennummer bzw. diejenige Komponente des Vektors V_l angibt, an der das Maximum von V_l liegt, und arg max V_r diejenige Komponente des Vektors V_r angibt, an der dort das Maximum vorliegt. In dem Satz C ~ sammeln sich somit Punkte im dreidimensionalen Raum, die in Koordinaten angegeben werden, von denen sich die erste auf die Richtung senkrecht zur Belichtungsrichtung 32 und senkrecht zur Bewegungsrichtung 26 in Einheiten von Spaltenummern bezieht, die zweite Komponente auf die Achse entlang der Bewegungsrichtung 26 in Einheiten der Aufnahmen bzw. der vorerwähnten Weginkremente und die dritte Komponente auf die Höhenrichtung r, wie beispielsweise in 2a angedeutet, in den vorerwähnten metrischen Einheiten.
Um einen robusteren Ebenen Fit zu erzielen, wird zunächst in einem Teilschritt 110d aus dem Satz C ~ wieder jedes Element entfernt, das potentiell ein Artefakt darstellten könnte, nämlich jedes Element p = (p_x, p_y, p_z)^T ∊ C ~, dessen Höhenwert p_z um mehr als die Standardabweichung σ von dem Mittelwert μ über alle Höhenwerte p_z der Menge C ~ abweicht, das also nicht folgende Bedingung erfüllt:
|p_z – μ| < σ,
Basierend auf dem verbleibenden Satz von dreidimensionalen Punkten in der Menge C ~ wird in einem Teilschritt 110e dann die Ebene F : n·x – d = 0 berechnet, wie z.B. durch einen Least-Square-Fit bzw. ein Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate, wie es z.B. in Feddema, J.T., Little, C.Q.: Rapid range data to geometric primitices. Intern. Conference on Robotics And Automation (1997), S. 2807-2812 beschrieben wird, wobei in der dargestellten Hesseschen Normalenform n dem Normalenvektor der durch den Fit in die Bodenberührungsfläche 28a erhaltenen Ebene, d einem Abstand dieser Ebene vom Ursprung, wie z.B. dem Punkt 50 in 2a, in Richtung n und x einem Vektor auf einen Punkt der Ebene entspricht.
Der Roll- (roll) und Längsneigungs- (pitch) winkel der so bestimmten Bodenberührungsflächenebene codieren die Ausrichtung der Flasche 24 im Raum und werden in einem Teilschritt 110f dazu verwendet, eine Abbildung zu berechnen, die eine Ausrichtung mit der x-y-Ebene senkrecht zur Höhenrichtung ergibt. Aus diesem Grund wird eine neue Ebene, nämlich die Referenzebene F_ref : n_ref·x – d = 0, n_ref = (0,1,0)^T definiert. Betrachtet man das Höhenbild R, so ist man lediglich an seinen Werten R ~(i)(x,y) interessiert und an der Beziehung zwischen denselben. Da ihre Positionen (x,y) nicht von Bedeutung sind, ist es in dem Teilschrift 110f ausreichend, eine Schertransformation und nicht eine aufwändigere Rotationstransformation durchzuführen, wobei die Schertransformation, die in dem Teilschrift 110f verwendet werden kann, beschrieben werden kann mit
wobei die dist(F_ref, F) den Normalenabstand zwischen F_ref und F an der Stelle (x,y) beschreiben soll. Nach der Ausrichtekorrektur in dem Teilschrift 110f sind die Höhenwerte ausgerichtet zu der xy-Ebene, was deutlich voneinander unterscheidbare Peaks für die Oberfläche in dem Histogramm der Höhenwerte über die so erhaltenen gekippten Höhenbilder R ‿(0), .., R ‿(7) ergibt.
Wieder zurückkehrend zur 6, wird, nachdem die Höhenbilder in Schritt 110 gekippt bzw. eingeebnet worden sind, in einem Schritt 112 eine Zuweisung der Höhenwerte der gekippten Höhenbilder zu den interessierenden Flächen, nämlich der Einstichfläche 28c einerseits und der Innenfläche 28b des Flaschenbodens 28 andererseits, basierend auf dem Histogramm über alle Bilder R ‿ durchgeführt.
Genauer ausgedrückt, wird basierend auf den korrigierten Höhenbildern R ‿(0), ..., R ‿(7) ein endgültiges Histogramm
erzeugt und dazu verwendet, um die Höhenwerte aus den Bildern R ‿ jeden für sich, d.h. individuell, der jeweiligen Fläche 28c oder 28b zuzuordnen, dem derselbe angehört bzw. entspricht. Ein Beispiel für das sich ergebene Histogramm ist in 8b gezeigt. Ein Vergleich mit dem Histogramm aus 8a ergibt ohne weiteres, dass vor der Orientierungskorrektur nach Schritt 110 in dem Histogramm der Peak für die Bodenberührungsfläche 28a einer geneigten Flasche nicht klar identifiziert werden kann bzw. mit dem Peak für den Einschnitt 28c verschmolzen ist, wohingegen dies in dem endgültigen Histogramm
nach der Ausrichtungskorrektur 110 sehr wohl möglich ist, da der Peak 113a, der an der Höhe der Bodenberührungsfläche 28a angeordnet ist, deutlich von dem Peak 113c getrennt ist, der der Einschnittfläche 28c zugeordnet ist.
In dem Schritt 112 wird deshalb bezüglich der Einschnittfläche 28c die Position des Peaks 113c, nämlich die Position r_ζ aus dem endgültigen Histogramm
extrahiert. Von diesem Punkt aus wird das Histogramm
nach links, d.h. zu kleineren r hin bzw. in eine Richtung der Höhenwerte r, die zu der Innenfläche 28b hin gerichtet ist, nach der Position r_ζ1 durchsucht, wo die Histogrammfrequenz bzw. -häufigkeit einen vorbestimmten Schwellwert
unterschreitet. Daraufhin wird das Gleiche in der anderen Suchrichtung, nämlich die Suchrichtung nach rechts in
8b, von der Peak-Position r_ζ des Peaks 113c aus durchgeführt, wodurch die Position r_ζr erhalten wird, an der in dieser Suchrichtung die Frequenz bzw. die Häufigkeit wieder den Schwellwert h_ζ unterscheidet.
Basierend auf den so erhaltenen Höhenwerten r_ζl und r_ζr werden dann diejenigen Höhenwerte aus den Höhenbildern R ‿ der Einstichfläche 28c zugeordnet, die innerhalb des Bereiches zwischen diesen Werten liegen, wodurch unter Einbeziehung derer xy-Koordinaten ein Satz von 3D-Punkten bzw. eine Punktwolke P_ζ zur Darstellung der Einstichfläche 28c erhalten wird, die folgendermaßen dargestellt werden kann: P_ζ = {(x, y, R ‿⁽ⁱ⁾(x, y))^T : r_ζ1 < R ‿⁽ⁱ⁾(x, y) ≤ r_ζr}
Auf dieselbe Art und Weise wird in Schritt 112 in Bezug auf den Peak 113b vorgegangen, der die Innenseite 28b betrifft. Wiederum wird zunächst die Höhenposition r_ι des Peaks 113b bestimmt, woraufhin in die beiden Suchrichtungen links und rechts hiervon die Positionen r_ιl und r_ιl bestimmt werden, an denen das Histogramm von r_ι aus eine bestimmte Schwelle h_ι unterschreitet, woraufhin wieder diejenigen 3D-Punkte für die Innenseite 28b als Punktwolke P_ι erhalten werden, die durch Pι = {(x, y, R ‿(i)(x, y))T : rιl ≤ R ‿(i)(x, y) ≤ rιr}dargestellt werden können.
Das Ergebnis des Schrittes 112 ist beispielsweise in 12 gezeigt, wobei jedoch dort zusätzlich zu den Punktwolken P_ζ und P_ι auch die Punkte aufgetragen worden sind, die die Außenfläche 28a bzw. die Bodenberührungsfläche 28a außerhalb der Einstichfläche 28c betreffen.
Zurückkehrend zur 6 wird in einem Schritt 114 eine Auswertung der erhaltenen Punktwolken durchgeführt, um die gewünschten und notwendigen Parameter zur Bestimmung dessen zu erhalten, ob die vermessene Flasche vorbestimmte Spezifikationen erfüllt oder nicht. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Abstände zwischen der Referenzebene F_ref und den Elementen p aus den Punktwolken P_ζ und P_ι berechnet, was die Grundlage für Paralallität- und Planaritätsmessparameter ergibt.
Zu unterscheiden ist hier zwischen inneren und äußeren Messparametern. Die letztgenannten sind keinen Brechungseffekten unterworfen und werden wie folgt definiert:
wobei die Argumente des Minimum und des Maximum-Operators in den soeben genannten Gleichungen den Normalenabstand des Punktes p zur Referenzebene F_ref : n_ref·p – d = 0 darstellen. Anders ausgedrückt, stellt ζ_min die minimale Höhe des Einstichs, bezogen auf die Referenzebene F_ref dar, während ζ_max die maximale Höhe des Einstichs bezogen auf die Referenzebene F_ref darstellt. ζ_obliquity ist definiert als die Differenz von ζ_max und ζ_min und entspricht somit der Schiefe des Einstichs 28c.
Im Gegensatz dazu sollten für die auf die Innenfläche 28d bezogenen Messparameter die Brechungseffekte berücksichtigt werden. Da die Brechung nur denjenigen Abschnitt des Lichts beeinträchtigt, der das Glas durchläuft, muss lediglich der Abstand d_g(p) entsprechend korrigiert werden, der den senkrechten Abstand von p zu der Einschnittfläche 28c bezeichnet, wohingegen der Abschnitt des Strahlengangs, der die Luft durchläuft, unbeeinträchtigt bleibt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ergeben sich somit für die die Innenseite betreffenden Messparameter:
wobei δ(p) = d_g(p)·(1 – ρ) gilt und ρ hier den Brechungseffekt modellieren soll. d_g(p) wird bestimmt bezogen auf eine Ebene, die in den Satz von Einschnittpunkten P_ζ gefittet worden ist. Tatsächlich aber hängt der Einfluss des Brechungseffekts nicht nur von dem Brechungsindex des Materials, sondern auch von der Flächenorientierung ab, so dass ein orientierungsabhängiger Korrekturfaktor ρ geeigneter wäre als ein lediglich konstanter Faktor.
Das oben beschriebene System nach 1 unter der Variation nach 2b wurde sowohl unter Laborbedingungen als auch in einer Produktionslinie mit einer Referenzzufallsprobe aus 66 Flaschen getestet. Im Wesentlichen wurden drei Arten von Tests durchgeführt, die im Folgenden kurz beschrieben werden, bevor die Ergebnisse präsentiert werden.
Das erste Experiment war ausgelegt, um den Beweis zu erbringen, dass das System für identische Flaschen beinahe die gleichen Messwerte liefert. Aus diesem Grund wurde ein und dieselbe Flasche dem Inspektionssystem bzw. der Inspektionsvorrichtung wiederholt zugeführt. Die Ergebnisse sind in 13a dargestellt und zeigen die Leistungsfähigkeit der gelieferten Inspektionen. Die wiederholten Messwerte für das Minimum der Einschnittfläche betrugen im Mittel 1,25 mm mit einer Standardabweichung von 0,004 mm. Die Differenz aus dem minimalen und maximalen Messwert beträgt 1,26 mm – 1,25 mm = 0,01 mm und stellt die Bandbreite der Messwerte dar. Vergleicht man das Ergebnis mit der theoretisch erzielbaren Systemauflösung von 0,08 mm, so stellt dies ein gutes Ergebnis dar. Die Messwerte für den maximalen Einschnitt bzw. die maximale Einschnitttiefe zeigen ein vergleichbares Ergebnis mit einem Durchschnitt 1,48 mm, einer Standardabweichung von 0,01 mm und einer Bandbreite von 1,51 mm – 1,47 mm = 0,04 mm.
Die Messempfindlichkeit in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Höhen der Flaschen innerhalb des Inspektionsvolumens ist Gegenstand des zweiten Tests gewesen. Wieder wurde eine Flasche wiederholt inspiziert, diesmal jedoch in einer um 6 mm angehobenen Stellung, was die unterschiedlichen Höhen der Flaschen simuliert, in denen dieselben dem Inspektionssystem innerhalb einer Produktionsumgebung präsentiert werden können. Die Ergebnisse sind in 13b dargestellt, und unterscheiden sich leicht von denjenigen aus dem ersten Test bzw. 13a. Hier beträgt nun der Messwert für das Minimum der Einschnittfläche im Mittel 1,22 mm mit einer Standardabweichung von 0,004 mm und einer Bandbreite von 1,23 mm – 1,21 mm = 0,02 mm. Wieder zeigen die Messwerte für die maximale Einschnitttiefe vergleichbare Ergebnisse. Der Mittelwert beträgt 1,43 mm, die Standardabweichung 0,011 mm und die Bandbreite 1,47 mm – 1,44 mm = 0,03 mm.
In dem dritten Experiment wurde eine Sequenz von bekannten Flaschen durch das System überprüft und die Fehler in den Messwerten, die die äußere und innere Oberfläche betreffen, sind in 13c und 13d gezeigt. Das Ergebnis zeigt, dass sich die Außenmesswertfehler besser verhalten als die auf die Innenbodenfläche bezogenen; im Mittel beträgt der Fehler der Einschnittflächenmesswerte 0,03 mm für den Minimummesswert und 0,07 mm für den Maximummesswert, wohingegen der Fehler für die Innenbodenflächenmesswerte 0,16 mm für den Minimummesswert und 0,06 mm für den Maximummesswert beträgt. Die Streuung, die durch die Standardabweichung wiedergegeben wird, beträgt 0,05 mm für den Minimummesswert und 0,04 mm für den Maximummesswert in dem Fall für die Außenmesswerte und 0,16 mm für die Minimummesswerte und 0,15 mm für die Maximummesswerte in dem Falle der Innenbodenflächenmesswerte. Aufgrund der Vereinfachung der Brechung verhalten sich die Innenmesswerte allgemein etwas schlechter. Als eine untere Grenze für die Genauigkeit betreffend die Innenmesswerte konnte 0,2 mm aus den Experimenten extrahiert werden, wohingegen die Genauigkeit für die Außenmesswerte durch 0,1 mm gegeben ist. Tests, die mit einem Förderband in einer Produktionslinie durchgeführt wurden, ergeben vergleichbare Ergebnisse wie denjenigen, die durch die Experimente im Labor erzielt wurden.
Die obigen Ausführungsbeispiele präsentieren folglich eine Technik, die in der Lage ist, aus Glas hergestellte Flaschen auf eine schnelle und kontaktlose Art und Weise zu inspizieren. Insbesondere wurde ein Histogramm-basierter Algorithmus beschrieben, der die Entfernung von ungewünschten Reflexionen ermöglicht, sowie eine Zuordnung der Höhendaten zu der inneren und äußeren Fläche. Aus den Punktwolken, die die Flächen bilden, wurden metrische Messwerte für Planarität und Parallelität auf eine Art und Weise erhalten, die reproduzierbar ist. Die tatsächlich erzielte Genauigkeit betrug 0,20 mm für Außenmesswerte und 0,30 mm für diejenigen Messwerte, die auf die innere Fläche bezogen waren.
Das Verfahren ist besonders dort geeignet, wo die Flächen des Objekts fast parallel zueinander ausgerichtet sind, damit der histogrammbasierte Lösungsansatz funktioniert. Tat sächlich werden Flaschen, die Böden mit starker Schiefe aufweisen, richtig klassifiziert, aber für sie werden keine korrekten Messwerte erhalten. Dies liegt an dem Entwurf des Algorithmus, der auf der Identifikation von Konzentrationen von gleichen oder ähnlichen Höhenwerten basiert, die unterscheidbare Peaks im Histogramm ergeben. Bei Flaschen, die Böden mit starker Schiefe besitzen, verschwinden diese Peaks, wodurch eine Extraktion der Flächen schwieriger wird.
Durch das Vorabwissen über das Inspektionsvolumen, das aus dem Systementwurf erhalten worden ist, ist der beschriebene Algorithmus unempfindlich für Rauschen, dass durch unerwünschte Reflexion an dem Inspektionsobjekt oder beim Komponenten der Herstellungslinie, wie z.B. dem Förderband, bewirkt wird.
Der verfügbare Raum für die Integration des Systems in eine bestehende Produktionsumgebung beeinflusst die Trianuglationsgeometrie und insbesondere ihre Basislinie B (siehe 2a). Dies wiederum bildet einen Haupteinfluss auf die theoretisch erzielbare Auflösung und damit auch auf die Genauigkeit des Inspektionssystems. Ein zweiter begrenzender Faktor ist durch die Optik betreffend den Fokusbereich der Kamera und die Brechungsprojektionslinse gegeben, die die Lichtschicht aufspannt, da die physikalische Dicke der Laserlinie sowie die Schärfe des Bildes der Kamera eine wesentliche Grundlage für die Genauigkeit und Auflösung des Systems sind.
Vielversprechende Verbesserungen betreffend die Genauigkeit sind mit hoher Wahrscheinlichkeit durch eine kompliziertere Modulierung der Brechungseffekte und eine Vorausrichtung der linken und rechten Ansicht erzielbar, wobei letzteres die Ungenauigkeiten beim Extrahieren der Kontrollpunkte für den Ellipsenfitt mildern würde.
Noch einmal in anderen Worten ausgedrückt, bilden die obigen Ausführungsbeispiele eine Möglichkeit zur Qualitätsüberprüfung von Glasflaschen, die es ermöglicht, automatisch 3D-Höhendaten auszuwerten, die durch einen Lichtschnittsensor erfasst wurden, und zwar zum Zweck des Erfassens von Diskrepanzen der Bodenmesswerte der transparenten Objekte zu Sollwerten. Insbesondere stellen die Ausführungsbeispiele einen schnellen Histogramm-basierten Lösungsansatz dar, um die Punktwolken zu bestimmen, die die Flächen des Bodens darstellen, die Gegenstand der Überprüfung sind. Aus diesen Punktwolken werden automatisch Parameter hergeleitet, die wiederum für die Klassifikation des inspizierten Objekts herangezogen werden. Ein Hauptvorteil dieser Vorgehensweise ist die hohe Inspektionsgeschwindigkeit, wodurch die Anforderungen einer 100%-Überprüfung in Produktionslinien erfüllt wird, die bei einer Geschwindigkeit von 3–10 Flaschen pro Sekunde laufen. Die obigen Ausführungsbeispiele erfüllen damit beides, die Forderung nach einer schnellen Inspektion, aber auch die Forderung nach einer hohen Inspektionsgenauigkeit, da beispielsweise die Herstellung chemisch-pharmazeutischer Glasbehälter eine hohe Qualität bei der Produktion und damit eine hohe Prozentsicherheit erfordern, bzw. dort eine maßgenaue Anfertigung nach kundenspezifischen Anforderungen für den Hersteller von zentraler Bedeutung ist. Anders ausgedrückt, ermöglicht der Flascheninspizierer nach 1 bzw. 1, 2b integriert in die Fertigungslinie eine 100%-Prüfung mit Hilfe eines 3D-Scanners, der darauf ausgelegt ist, auf Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten der Bodendicke bzw. Bodenplanarität zu identifizieren und zu dokumentieren. Mittels des 3D-Scanners wird eine vollständige Abtastung der zu prüfenden Oberfläche ermöglicht. Digitale Messwerte können dabei in Echtzeit verarbeitet und für das Qualitätsmanagement protokolliert sowie in Form digitaler Ausgabesignale zur Anbindung an die Fertigungssteuerung bereitgestellt werden. Eine integrierte Spezialkamera realisiert die schnelle Messwerterfassung mittels Lichtschnittverfah ren. Das Vefahren lässt sich sowohl auf spezielle Glas- als auch auf Plastikflaschenherstellung anwenden.
An dieser Stelle soll noch einmal kurz auf 6 eingegangen werden. Die Beschreibung von 6 endet im Wesentlichen mit der Erfassung der für die Klassifiktation der Flaschen notwendigen Messwertparameter. Diese Messwertparameter können beispielsweise von einem Programm mit Sollwerten bzw. mit einer Sollspezifikation verglichen werden, das ebenfalls auf dem Computer 44 abläuft und beispielsweise von demjenigen getrennt ist, das ebenfalls auf dem Computer 44 läuft und die Vermessungsaufgabe nach 6 übernimmt. In dem Fall von Serum-Flaschen könnten die Spezifikationen beispielsweise vorsehen, dass die durch die optische Vermessung des der Flaschenböden erhaltenen Messwerte folgende Kriterien erfüllen müssen, damit die entsprechende Flasche als gut eingestuft wird und nicht als Ausschuss klassifiziert wird:

1) Die Bodendicke darf nicht eine minimale Boden-Dicke unterschreiten, d. h. es soll gelten ζ_min – ι_max > d_min;
2) Die Bodendicke darf eine maximale Bodendicke nicht überschreiten, d.h. es soll gelten ζ_max – ι_min < d_max.
3) Die Schiefe des Innenbodens 28b darf eine maximale Schiefe nicht überschreiten, d. h. es soll gelten ι_obliquity < S_{max,Innenboden}.
4) Die Einstich-Tiefe darf eine minimale Einstich-Tiefe nicht unterschreiten, d. h. es soll gelten ζ_min > π_min;
5) Die Einstich-Tiefe darf eine maximale Einstich-Tiefe nicht überschreiten, d. h. es soll gelten ζ_max < π_max;
6) Der Einstich darf eine maximale Schiefe nicht überschreiten, d.h. es soll gelten ζ_obliquity < S_max,Einstich.

Wenn eines dieser Kriterien nicht erfüllt ist, stuft die Steuereinrichtung 44 die entsprechende Flasche 24 als Ausschuss ein und sondert sie im Anschluss an die Vermessung und Klassifikation beispielsweise aus, indem sie dieselbe im Anschluss an die Vermessung und Klassifikation an einen entsprechenden Ausschussort entsorgt, wohingegen Flaschen, die positiv klassifiziert worden sind, an eine weitere Protektionsstufe weitergegeben werden, wie z.B. durch den Förderer 22 an eine Produktionsstufe zur Befüllung der Flaschen oder dergleichen.
Im Folgenden sollen noch einmal ganz kurz auf eine mögliche Realisierung des Systems nach 1 bzw. 2b bzw. auf mögliche Realisierungen der einzelnen Komponenten eingegangen werden. Hinsichtlich der Bildaufnahmekomponenten kann beispielsweise die Bildaufnahme der Oberfläche mit einer hochauflösenden Spezialkamera für Laser-Lichtschnittverfahren erfolgen. Wie oben beschrieben, wird das Prüfobjekt mittels einer Fördereinrichtung 22 gradlinig an einer Kamera 46 vorbeigeführt, wobei das Prüfobjekt dabei mittels beispielsweise eines Hochleistungslasers mit Linienoptik beleuchtet wird, und wobei zur Synchronisation der Bildaufnahme mit der Objektbewegung ein Wegmesssystem, wie z.B. ein Drehgeber 40, verwendet wird, das in konstanten Intervallen Impulse liefert, mit denen jeweils die Aufnahme einer Zeile ausgelöst wird. Insbesondere kann nun für die Kamera beispielsweise die IVP Ranger M50 mit 512 × 1.536 Bildpunkten, einem HSSI-Hochgeschwindigkeitskameraanschluss und einem Objektivanschluss CMount verwendet werden. Als Lichtquelle kommt beispielsweise folgender Typ in Betracht: StockerYale Magnum 2W 10° Linienoptik.
Die Bildauswerteelektronik 44 besteht beispielsweise aus einem Rechner auf PC-Plattform. Sie übernimmt beispielsweise die Aufgaben der digitalen Aufzeichnung und Auswertung der Kamerabilder nach 6. Es kann beispielsweise eine Ausführung im 19'' Gehäuse verwendet werden. Der Rechner kann beispielsweise mit Einsteckkarten zur Anschaltung der oben erwähnten Spezialkamera ausgerüstet sein, wie z.B. der Einsteckkarte HSSI Adapter Board für PCI-Anschluss. Ferner kann der Rechner mit einer Einsteckkarte zur Anschaltung von Digital-I/O-Signalen ausgerüstet sein, wie z.B. mit folgenden Typen: AddiData APCI-1500 (Digital-i/O) und APCI-1710 (funktionsprogrammierbare Zählerkarte). Dafür können Auswerte-Elektronik, Bedienelemente sowie Energieversorgung für Kamera, Beleuchtung in einem Schaltschrank untergebracht sein.
Die Software, die auf dem Auswerterechner 44 läuft, kann folgende applikationsspezifische Funktionen umfassen, nämlich eine Bedienoberfläche zur sicheren Bedienung der Prüfstation, Programmmodule für die Synchronisation des Messablaufs mit der Teilezuführung, eine Datenbank zur Speicherung der spezifischen Parametersätze, ein Prüfprogramm, das im automatischen Messbetrieb synchronisiert mit den Signalen der automatischen Teilezuführung die Prüfung aller relevanten Oberflächen der Prüfteile vornimmt, das Prüfergebnis generiert, das Prüfergebnis in einer Datei protokolliert, sowie ein entsprechendes Signal an der Digital-I/O-Schnittstelle ausgibt, einen Einrichtbetrieb, in welchem alternativ die Funktionen einer Parameterverwaltung, Bildausstellung und Einzelprüfung angewählt werden können, usw. Die Bilddarstellung kann die Einstellung der Bildaufnahme-Einheit unterstützen. Mit der Einzelprüfung kann die Station auf ihre Prüfleistung hin überprüft werden. Die Software könnte beispielsweise unter dem Betriebssystem Windows 2000 lauffähig sein.
Die oben beschriebene Vermessung der Oberflächen wird ermöglicht durch die Projektion einer Laserlinie und Erfassung unter einem Triangulationswinkel, wobei die Erfassung insbesondere die diffuse Reflexion an dem äußeren und inneren Flaschenboden betrifft und nicht die Total- bzw. spiegelnde Reflexion. Eine Möglichkeit, dies zu ermöglichen, besteht beispielsweise darin, die Laserstrahlquelle mit ei ner aufweitenden 10°-Grad Optik zu verknüpfen, die dann im Abstand von 420 mm eine ca. 50 mm lange Laserlinie senkrecht auf den Glasboden projiziert. Die in 2d gezeigten Vorderflächenspiegel, von denen die Spiegel 62a und 62c für die Blickrichtung zuständig sind, und der Spiegel 62b für die Aufteilung in zwei Perspektiven, können jedweder Art sein. Die Kamera, die die Laserlinie auf dem Flaschenboden durch diese Spiegel von zwei Seiten aus betrachtet, kann wie oben erwähnt, mit einem Winkel von ca. 55°C angeordnet sein. Die Kamera kann, wie im Vorhergehenden erwähnt, so ausgelegt sein, dass sie insbesondere auch gleich die Aufgaben der Extraktionseinrichtung 52 übernimmt, sowie es auch bei der oben erwähnten IVP Ranger M50 der Fall ist. Dabei müssen jedoch nicht vier Linien bzw. Kanäle vorhanden sein. Es könnten auch lediglich drei Linien sein, wenigstens jedoch zwei, die beispielsweise mit einem individuellen Schwellwert aus dem Grauwertbild der Kamera extrahiert werden.
Die Kalibrierung des Systems von Pixelkoordinaten auf symmetrische Werte kann, wie oben erwähnt, mittels mechanischen Verschiebetischs mit Mikrometerskala und einer Look-up- bzw. Nachschlagtabelle geschehen. Dabei kann beispielsweise die Ausgabe der Kamera 8 Bit oder 16-Bit-Pixelpositionsangaben umfassen, d.h. ein 8/16-Bit-Integer-Profilbild mit Höhenwerten auf N Kanälen des Bildobjekts ausgeben. Die Ausgabe der Extraktionseinrichtung könnte eine 64-Bit-Fließ-Profilbilddarstellung mit kalibrierten Höhen in beispielsweise mm sein.
Abschließend wird noch auf folgende Variationsmöglichkeiten hingewiesen, die sich zu der oben beschriebenen synchronen Auswertung der 2- oder mehr Laserlinien, außen und innen, und zu der damit ermöglichten Vermessung des äußeren wie auch inneren Bodens bezüglich Ebenheit bzw. Dickenbestimmung ergeben. Hinsichtlich der Bildaufnahme ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Konfigurationen von 1 oder 2b beschränkt. Es könnte beispielsweise auch eine parallele Aufnahme aus zwei Blickrichtungen verwendet werden, bei denen die Blickrichtungen nicht spiegelsymmetrisch zur Lichtebene sind. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf den dargestellten Auswertealgorithmus nach 6 beschränkt. Insbesondere könnte der Algorithmus ganz anders ausgelegt sein, insofern, als nicht erst zuerst Kandidatenpixelpositionen innerhalb jeder Spalte als die möglichen Konturlinienpunkte bestimmt werden müssen. Vielmehr könnte ein Algorithmus verwendet werden, der aus dem Helligkeitsbild mittels eines anderen Mustererkennungsalgorithmus die Konturlinien direkt aus dem Bild bzw. den beiden Bildern der zwei Ansichten oder dergleichen bestimmt. Der gewählte Algorithmus ist jedoch insofern vorteilhaft, als er einfach ist und somit online durchführbar ist.
Ferner könnte es vorgesehen sein, dass die Schritte in 6, 7, 10 und 11 teilweise weggelassen oder in ihrer Reihenfolge variiert werden. So könnte beispielsweise die Umskallierung in Schritt 104 auch erst später durchgeführt werden. Ferner könnte die Beleuchtung auch eine Lichtebene definieren, die nicht unbedingt senkrecht zur Bewegungsrichtung ist.
Zudem ist die vorliegende Erfindung weder auf Glas- noch Kunststoffobjekte beschränkt, solange sie für die verwendete Strahlung ausreichend transparent sind, wobei letztere auch keine licht sein muss, sondern auch elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlänge sein könnte. Im Hinblick auf die Spiegel 62a-66c wird auf die Möglichkeit alternativer Anordnungs- und Ausrichtungsmöglichkeiten ebenfalls hingewiesen.
Bezüglich der oben beschriebenen Implementierungsmöglichkeiten wird noch darauf hingewiesen, dass die in 6, 7, 10 und 11 gezeigten Schritte in den Blöcken der Flussdiagramme einzeln oder zu mehreren in Unterprogrammroutinen implementiert sein können. Alternativ hierzu ist aber auch eine Implementierung in Form einer integrierten Schaltung möglich, bei der diese Blöcke beispielsweise als einzelne Schaltungsteile einer ASIC implementiert sind.
Auf die Möglichkeit der Implementierung des Auswertealgorithmus in Software wird abschließend aber noch mal extra hingewiesen. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.

Claims

Vorrichtung zur Vermessung eines transparenten Objekts (24), mit einer Strahlenebenenerzeugungseinrichtung (10, 12) zum Erzeugen einer Strahlenebene (14), die das transparente Objekt (24) schneidet, um eine erste Profillinie (54) an einer vorderen Fläche (28a, 28c) des transparenten Objekts (24) und eine zweite Profillinie an einer hinteren Fläche (28b) des transparenten Objekts zu definieren, an der Strahlung der Strahlenebene (14) gestreut wird; einer Aufnahmeeinrichtung (18, 16, 46) zum Aufnehmen der an der ersten und zweiten Profillinie (54) gestreuten Strahlung aus einer vorbestimmten Blickrichtung (34; 34a, 34b) schräg zur Strahlenebene (14), um eine Profillinienaufnahme der ersten und zweiten Profillinie zu erhalten; und einer Auswerteeinrichtung (44) zur Auswertung der Profillinienaufnahme, um auf der Basis derselben ein Vermessungsergebnis für das transparente Objekt (24) zu erhalten, das auf die vordere Fläche (28a, 28c) und die hintere Fläche (28b) des transparenten Objekts (24) bezogen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Bewegungseinrichtung (22) zum Bewirken einer Relativbewegung (26) zwischen der Strahlenebene (14) und dem transparenten Objekt (24), so dass das transparente Objekt (24) die Strahlenebene (14) quert, wobei die Aufnahmeeinrichtung (14, 16, 46) ausgebildet ist, um eine Folge von Profillinienaufnahmen zu er zeugen, während das transparente Objekt (24) die Strahlenebene (14) quert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Strahlenebeneerzeugungseinrichtung (10, 12) derart ausgebildet ist, dass die Strahlenebene (14) senkrecht zu einer Richtung (26) der Relativbewegung zwischen der Strahlenebene (14) und dem transparenten Objekt (24) steht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die Aufnahmeeinrichtung (14, 16, 46) folgendes Merkmal aufweist: ein Pixelarray (16) zum Erzeugen eines Helligkeitsbildes von auf das Pixelarray (16) fallender Strahlung; und eine Optik (18) zum Abbilden der an der ersten und zweiten Profillinie (54) gestreuten Strahlung auf das Pixelarray.
Vorrichtung gemäß Anspruch (4), die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Bestimmungseinrichtung (52) zum Bestimmen von ersten Pixelpositionen des Pixelarrays als Kandidaten für Orte (58), an denen die erste Profillinie (54) auf das Pixelarray (16) abgebildet wird, und von zweiten Pixelpositionen des Pixelarrays (16) als Kandidaten für Orte, an die zweite Profillinie auf das Pixelarray (16) abgebildet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der das Pixelarray (16) derart angeordnet ist, dass eine Linie senkrecht zu einer Richtung (26) der Relativbewegung und einer Bestrahlungsrichtung (32), aus der Strahlung zum Erzeugen der Strahlenebene (14) stammt, im Wesentlichen parallel zu einer ersten Pixellinie des Pixelarrays (16) angeordnet ist, die entweder einer Pixelzeile oder Pixelspalte des Pixelarrays entspricht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Extraktionseinrichtung (52) zum, für jede zweite Pixellinie des Pixelarrays senkrecht zu der ersten Pixellinie, Extrahieren von zumindest einer ersten und einer zweiten Pixelposition innerhalb der jeweiligen zweiten Pixellinie, die als Kandidaten für Orte dienen, an denen die erste bzw. zweite Profillinie auf das Pixelarray (16) abgebildet wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, die ferner folgende Merkmale aufweisen: eine Umskalierungseinrichtung (104) zum Umskalieren jeder Pixelposition in einen metrischen Höhenwert, um ein erstes vorbestimmtes Höhenbild aus den ersten Pixelpositionen und ein zweites vorbestimmtes Höhenbild aus den zweiten Pixelpositionen zu erhalten, die einen Satz von zugeordneten Höhenbildern bilden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Rauschentfernungseinrichtung (106) zum Entfernen von Rauschen aus den Höhenbildern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Optik (18) ausgebildet ist, um die von der ersten und zweiten Profillinie gestreute Strahlung neben der vorbestimmten Blickrichtung (34a) auch aus einer alternativen Blickrichtung (34b) auf das Pixelarray (16) oder ein weiteres Pixelarray abzubilden, so dass ein Helligkeitsbild einer alternativen Ansicht erhalten wird, wobei die Extraktionseinrichtung und die Umskalierungseinrichtung ausgebildet sind, um aus dem Helligkeitsbild der alternativen Ansicht ein erstes und zweites Höhenbild der alternativen Ansicht zu erhalten, wobei die Vorrichtung ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Übereinanderlegeeinrichtung (108) zum Verrücken der ersten und zweiten vorbestimmten Höhenbilder und ersten und zweiten Höhenbilder der alternativen Ansicht relativ zueinander derart, dass innerhalb derselben die durch das erste und das zweite vorbestimmte Höhenbild bzw. das erste und zweite Höhenbild der alternativen Ansicht repräsentierte vordere und hintere Fläche an der gleichen Stelle angeordnet sind, wobei das erste und zweite vorbestimmte Höhenbild und das erste und zweite Höhenbild der alternativen Ansicht einen Satz von zugeordneten Höhenbildern bilden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Manipulationseinrichtung (110) zum Manipulieren des Satzes von zugeordneten Höhenbildern derart, dass sich die durch die zugeordneten Höhenbilder repräsentierte vordere oder hintere Fläche im Wesentlichen senkrecht zu einer Höhenachse der zugeordneten Höhenbilder erstreckt, um einen Satz von lagekorrigierten Höhenbildern zu erhalten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, der ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Zuordnungseinrichtung zum Bestimmen eines Höhenwerthistogramms aus den lagekorrigierten Höhenbildern und, abhängig von dem Höhenwerthistogramm, Zuordnen von Höhenwerten der lagekorrigierten Höhenbildern zu der vorderen Fläche oder der hinteren Fläche, um eine erste die vordere Fläche repräsentierende Punktwolke und eine zweite die hintere Fläche repräsentierende Punktwolke zu erhalten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, der ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Auswerten der ersten und zweiten Punktwolke, um einen oder mehrere der folgenden Werte als zumindest Teil des Verbesserungsergebnisses zu berechnen: einen maximalen Abstand der vorderen Fläche von einer Referenzebene senkrecht zur Höhenachse; einem minimalen Abstand der vorderen Fläche von der Referenzebene; einen von einer Schiefe der vorderen Fläche relativ zur Referenzebene abhängigen Wert; einen maximalen Abstand der hinteren Fläche von der Referenzebene; einem minimalen Abstand der hinteren Fläche von der Referenzebene; einen von einer Schiefe der hinteren Fläche relativ zur Referenzebene abhängigen Wert.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 13, bei der die Bewegungseinrichtung (22) ausgebildet ist, um eine Flasche aus transparentem Material derart zu tragen, dass eine Unterseite eines Bodens der Flasche die vordere Fläche und die Innenseite des Bodens der Flasche die hintere Fläche bildet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Aussortierungseinrichtung zum Aussortieren der Flasche zu einem Ausschussort oder Weiterleiten der Flasche zu einem Weiterverarbeitungsort, abhängig von dem Vermessungsergebnis.
Verfahren zur Vermessung eines transparenten Objekts mit folgenden Schritten: Erzeugen einer Strahlenebene, die das transparente Objekt schneidet, um eine Profillinie an einer vorderen Fläche des transparenten Objekts und eine zweite Profillinie an einer hinteren Fläche des transparenten Objekts zu definieren, an der Strahlung der Strahlenebene gestreut wird; Aufnehmen der an der ersten und zweiten Profillinie gestreuten Strahlung aus einer vorbestimmten Blickrichtung zur Strahlenebene, um eine Profillinieaufnahme der ersten und der zweiten Profillinie zu erhalten; und Auswerten der Profillinieaufnahme, um basierend auf derselben ein Vermessungsergebnis für das transparente Objekt zu erhalten, das auf die vordere Fläche und die hintere Fläche des transparenten Objekts bezogen ist.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 16, während das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.