DE102006036586B4

DE102006036586B4 - Lötnahtprüfung

Info

Publication number: DE102006036586B4
Application number: DE102006036586A
Authority: DE
Inventors: Mathias Reiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-08-05
Also published as: DE102006036586A1

Abstract

Verfahren zum berührungslosen optischen Prüfen dreidimensionaler Konturen eines Objektes (1) langer Erstreckung auf Fehlstellen mittels Lichtschnitt-Triangulation, bei dem – ein Lichtschnitt-Prüfkopf (6) in Verlaufsrichtung der langen Erstreckung des Objektes (1) relativ zu diesem bewegt wird und dabei an einer Mehrzahl von Längspositionen (2') Aufnahmen anfertigt, – die in der jeweiligen Längsposition quer zur langen Erstreckung des Objekts (1) auf das Objekt (1) projizierte Lichtschnittlinie aus zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) zur Projektionsrichtung aufgenommen wird, wobei in jeder Längsposition aus jedem der unterschiedlichen Betrachtungswinkel (α1, α2) zwei Abbilder (4, 4') mit unterschiedlicher Lichtmenge angefertigt werden, – je zwei einander entsprechende Abbilder (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) auf Anomalien untersucht werden und bei Auftreten einer Anomalie in beiden einander entsprechenden Abbildern (4, 4') automatisch Plausibilitätskontrollen durchgeführt werden, um festzustellen, ob es sich bei der Anomalie tatsächlich um eine Fehlstelle handelt, – bei Auftreten einer Anomalie in...

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft das optimale Prüfen dreidimensionaler Konturen.
II. Technischer Hintergrund
Die Bestimmung der Daten 3-dimensionaler Konturen wird in der Industrie häufig benötigt, um definiert angebrachte Konturen einer Qualitätskontrolle zu unterziehen.
Die Ermittlung der Form oder anderer, mit der Oberflächenform zusammenhängender Ergebnisdaten, z. B. des Volumens, der Erhebung wird dabei häufig mittels des Lichtschnittverfahrens durchgeführt.
Dabei wird ein fächerförmiger, also in nur einer Ebene aufgespreizter, Lichtstrahl auf die zu untersuchende Oberfläche gegeben und unter einem Winkel, meist einem spitzen Winkel, zur Bestrahlungsrichtung beobachtet, so dass der Verlauf des Abbildes des fächerförmigen Strahles auf der Oberfläche dort vorhandene Erhebungen erkennen lässt, indem auch das beobachtete Abbild dann eine Erhöhung zeigt, wenn der linienförmig auftreffende Lichtstrahl-Fächer über diese Erhebung hinweg verläuft, (sofern die Verlaufsrichtung der Lichtlinie nicht parallel zur Verlaufsrichtung der Erhebung liegt.)
Derartige einzelne Bilder der Lichtlinie auf dem Objekt können – während sich das Objekt relativ und in Querrichtung zur Lichtlinie bewegt – in kurzen zeitlichen Abständen vielfach angefertigt werden, so dass durch Hintereinanderstellung dieser einzelnen Höhenschnitte, also Scans, die 3-dimensionale Oberflächengestaltung ermittelt werden kann, und/oder damit zusammenhängende Parameter wie Höhe, Volumen, Breite, Lage der Erhebungen usw.
Auch Lötnähte zwischen aneinander angrenzenden Blechteilen im Automobilbau werden auf diese Art und Weise auf ihre Form und damit Qualität untersucht, indem vor allem unzulässige Vertiefungen in der Lötnaht vor dem Lackieren aufgefunden werden sollen.
Wenn die Überprüfung der Lötnaht jedoch nur unter einem einzigen Beobachtungswinkel durchgeführt wird, kann es sein, dass Vertiefungen dabei nicht erkannt oder im Gegenzug einwandfreie Stellen als Vertiefung gemeldet werden, da man in erster Linie eine Vertiefung daran zu erkennen versucht, dass die von der Vertiefung reflektierte Lichtmenge zumindest geringer ist, als die von der Umgebung reflektierte Lichtmenge und im Extremfall gar kein Licht mehr reflektiert wird.
Wenn in Blickrichtung der Kamera die Vertiefung jedoch abgeschattet wird durch einen vorgelagerten Wulst, eine Erhebung in Form eines Staubpartikels etc., wird dies nicht erkannt.
Dagegen kann die Absenkung hinter einer Staubpartikel-Erhebung oder auch nur das schlechtere Reflexionsverhalten einer ebenen, nicht vertieften Stelle der Oberfläche in Form eines Farbpunktes etc., zur Anzeige als Fehlstelle führen.
In diesem Zusammenhang ist es aus der WO 94/15173 A1 bereits bekannt, für das komplette dreidimensionale Erfassen einer Oberfläche eines Prüfobjektes den Prüfkopf relativ zur Prüfkontur zu bewegen und durch einzelne nacheinander aufzunehmende Aufnahmen abzutasten, wobei die Oberfläche des Prüfobjektes aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln abgetastet wird, jedoch erfolgt dabei die Abtastung mit unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln und Betrachtungswinkeln nicht für jede einzelne Prüfposition entlang der Oberfläche des zu prüfenden Objektes. Des Weiteren handelt es sich dabei nicht nur um die Überprüfung auf unzulässige Unregelmäßigkeiten.
Des Weiteren handelt es sich bei dem Prüfobjekt nicht um eine längsverlaufende Prüfkontur, jedoch ist die Abtastung von längsverlaufenden Prüfkonturen mittels des Lichtschnitt-Triangulationsverfahrens bereits aus DE 10 2004 039 410 A1 bekannt.
Weiterhin ist es auch aus der US 5 671 056 A dort insbesondere den 1 und 13, bekannt, ein Objekt mit einer Lichtlinie zu beleuchten und den beleuchteten Abschnitt mit zwei Sensoren aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufzunehmen. Dabei ist auch eine Relativbewegung zwischen Prüfkopf und Objekt vorgesehen.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch kleine Fehlstellen ab ca. 100 μm Durchmesser zuverlässig ermittelt werden können.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 20 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch eine Doppelbetrachtung unter verschiedenen Betrachtungswinkeln und auch unter verschiedenen Lichtmengen, die das unterschiedliche Reflexionsverhalten der verschiedenen Stellen der Oberfläche der Prüfkontur kompensiert und auch die tatsächliche Absolutbestimmung der Höhenkontur erlaubt, werden Zweifel beseitigt und nur die wirklichen Fehlstellen, z. B. in Form unzulässiger Vertiefungen, erkannt:
Zu diesem Zweck wird die Prüfkontur, die ja in Form einzelner, in Verlaufsrichtung der Prüfkontur hintereinander liegender Prüfpositionen geprüft wird, für jede Prüfposition aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgenommen. Die unterschiedlichen Betrachtungswinkel sind dabei insbesondere unterschiedliche Schrägstellungswinkel der Blickrichtung der beiden optischen Sensoren entweder relativ zur Bestrahlungsrichtung oder auch relativ zur Prüfkontur, insbesondere betrachtet in der Seitenansicht auf die längs verlaufende Prüfkontur.
Zum einen müssen die einzelnen Prüfpositionen in Längsrichtung so eng beisammen liegen, dass ihr Abstand geringer ist als die Erstreckung einer einzelnen Prüfposition in Längsrichtung, so dass sich die hintereinander gereihten Prüfpositionen entweder geringfügig überlappen, oder ihr Abstand zumindest kleiner ist als die Mindestgröße der zu detektierenden Fehlstellen bzw. Anomalien.
Dabei wird überprüft, ob die durch die einzelnen Prüfpositionen erzeugten linienförmigen Abbilder keine Anomalien in Form einer Lücke in dem linienförmigen Abbild oder einem Bereich mit zu stark von den restlichen Bereichen des Abbildes abweichenden Helligkeitswerten aufweist.
Denn eine unzulässige Vertiefung in der Lötnaht bewirkt, dass an der Stelle der Vertiefung ein Teil des in die Vertiefung eingestrahlten Lichtes oder das gesamte eingestrahlte Licht nicht mehr von der vertieft liegenden Oberfläche in Richtung zu einem der Sensoren reflektiert werden kann und dadurch auf dem optischen Sensor an dieser Stelle eine Lücke im linienförmigen Abbild entsteht.
Bei anderen unzulässigen Anomalien tritt unter Umständen an der entsprechenden Stelle des Abbildes nicht eine vollständige Lücke auf, Bereiche des Abbildes werden jedoch einem zu stark von den angrenzenden Bereichen abweichenden Helligkeitswert aufweisen, also zu hell oder zu dunkel sein, was ebenfalls auf eine Anomalie hinweist.
Dabei wird weiterhin untersucht, ob nur in dem Abbild eines Sensors oder beider Sensoren, d. h. betrachtet bei beiden verschiedenen Betrachtungswinkeln, an gleicher Stelle im Abbild eine Lücke oder ein Bereich mit stark abweichendem Helligkeitswert vorhanden ist.
Denn falls dies nur bei der Betrachtung unter dem einen Betrachtungswinkel der Fall ist, das Abbild beim anderen Betrachtungswinkel jedoch normal durchgehend ist, so ist das fehlerhafte Abbild auf eine spezifische Konstellation bei diesem Betrachtungswinkel zurückzuführen, beispielsweise eine nur bei diesem Betrachtungswinkel wirksame Abschattung durch eine vorgelagerte Erhebung etc.
Als erstes Indiz für eine Fehlstelle werden daher nur diejenigen Positionen gewertet, die unter beiden Betrachtungswinkeln an gleicher Stelle eine Anomalie im Abbild zeigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird jede Stelle von der Bestrahlungsrichtung von einerseits voreilenden und andererseits nacheilenden optischen Pfaden, insbesondere separaten optischen Sensoren, aufgenommen, wobei die Bestrahlungsrichtung vorzugsweise lotrecht auf die Verlaufsrichtung der Prüfkontur gerichtet ist. Dadurch unterscheiden sich die Triangulationswinkel der beiden optischen Sensoren, indem sie im einen Fall einen positiven und im anderen Fall einen negativen Betrag aufweisen.
Möglich wäre auch eine Betrachtung mit jeweils gleichen Triangulationswinkeln, jedoch unter unterschiedlichen Winkeln der Blickrichtungen der Sensoren bezüglich der Prüfkontur, was dann aber zwei Lichtquellen oder zumindest ein Lichtquelle und Umlenkeinheiten für einen zweiten Lichtpfad erfordern würde.
Um den Auswerteaufwand gering und damit die Prüfgeschwindigkeit, insbesondere eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Prüfkopf und Prüfkontur, hoch zu halten, wird mehrstufig geprüft:
Zum einen werden Plausibilitätskontrollen durchgeführt um festzustellen, ob die in dem Abbild festgestellte Anomalie tatsächlich auch auf eine Unregelmäßigkeit der Prüfkontur zurückzuführen ist:

– zunächst wird überprüft, ob die in den beiden Abbildern festgestellten Anomalien an der exakt gleichen Position liegen. Zu diesem Zweck werden die zugehörigen Erstreckungsvierecke bestimmt, nämlich die exakte Erstreckung in X- und Y-Richtung, in der das Abbild maximal diese Anomalie aufweist. Die Abweichung der Positionen der beiden Erstreckungs-Vierecke wird berechnet, insbesondere in Welt-Koordinaten, und wenn die Abweichung unter einem vorgegebenem Grenzwert liegt, wird von einer übereinstimmenden Position ausgegangen und damit von einer echten Anomalie.
– Wenn das Abbild eine Lücke aufweist, wird der Höhenversatz von Beginn und Ende des linienförmigen Abbildes auf beiden Seiten der Lücke ermittelt und bei einem zu starken Höhenversatz oberhalb eines Grenzwertes daraus geschlossen, dass es sich um keine echte Unregelmäßigkeit handelt.
– Es werden ferner der durchschnittliche Helligkeitswert des linienförmigen Abbildes, in dem die Anomalie festgestellt wurde mit den durchschnittlichen Helligkeitswerten der vom gleichen Sensor aufgenommenen, wenigstens einem vorangehenden und wenigstens einem nachfolgenden Abbild verglichen, oder mit mehreren vorangehenden/nachfolgenden Abbildern und bei Abweichung des Helligkeitswertes oberhalb eines Grenzwertes die Anomalie nicht als Unregelmäßigkeit der Prüfkontur gewertet.

Zusätzlich und/oder stattdessen die Original-Scans beider optischer Sensoren, oder jeweils eine Mittelung dieser beiden Scans als fortlaufendes Originalbild gespeichert werden können, welches später dem Bearbeiter, der vor allem die Nachbearbeitung der Fehlstellen durchführen soll, die Arbeit erleichtert, indem dadurch vor allem das Auffinden der Fehlstellen erleichtert wird, die ja beispielsweise nur einen Durchmesser von 50 μm besitzen und damit für das menschliche Auge kaum mehr sichtbar sind. Falls beim ersten oder auch beim zweiten Prüfschritt ein Vergleich mit vorgegebenen absoluten Grenzwerten durchgeführt wird, müssen diese Grenzwerte zuerst praxisnah ermittelt werden.
Zu diesem Zweck wird eine manuell positiv geprüfte Referenzkontur auf der ganzen Länge gescannt und deren Bilddaten als Referenzwerte hinterlegt, gegebenenfalls unterteilt in einzelne Referenz-Längenabschnitte, über welche sich die Referenzwerte nicht oder nur sehr geringfügig ändern.
Weiterhin werden Maßnahmen getroffen, um den Auswertungsaufwand zu minimieren und damit eine schnelle Auswertung, nämlich in Echtzeit, durchführen zu können, was bei manchen Anwendungen eine Geschwindigkeit von 250 mm Prüfkontur pro Sekunde bedeutet:

– Eine Maßnahme besteht darin, von den linienförmigen Abbildern nur den Bereich zu untersuchen, der der eigentlichen Prüfkontur in Querrichtung entspricht, was durch einen Vergleich mit den zuvor gescannten Referenzkonturen und deren Prüfdaten ermittelt wird.
– Zu diesem Zweck wird ferner eine Nachführung des Prüfkopfes in Querrichtung durchgeführt, sobald der höchste bzw. tiefste Punkt des Abbildes der Prüfkontur seitlich aus dem vorgegebenen Zielbereich innerhalb des Sensors herausläuft.
– Der Prüfkopf wird hinsichtlich der Höhe über der Prüfkontur auf eine Nennhöhe eingestellt und automatisch nachgeführt, wenn die höchsten bzw. tiefsten Punkte der Abbilder auf den Sensoren bzw. dem einzigen Sensor aus dem vorgegebenen Zielbereich herauslaufen.
– Des Weiteren kann die Betrachtung jeder Prüfposition und unter jedem der beiden Beobachtungswinkel zweimal und zwar mit unterschiedlicher Lichtmenge durchgeführt werden, wobei die Lichtmenge entweder durch die Belichtungszeit oder die Beaufschlagte Lichtmenge pro Zeiteinheit variiert werden kann. Wenn in den Abbildern eine Lücke oder andere Anomalie vorhanden ist, muss diese Anomalie in den Abbildern in den mit den verschiedenen Lichtmengen angefertigten Abbildern jeweils vorhanden sein, wenn die Ursache eine Anomalie in der echten Prüfkontur darstellt. Ist dies nicht der Fall, wird nicht auf eine echte Fehlstelle geschlossen. Des Weiteren dienen die beiden Abbildern mit unterschiedlichen Lichtmengen dazu, daraus eine qualitativ hochwertiges Abbild zu erzeugen, beispielsweise dann, wenn bei dem Abbild mit niedrigerer Lichtmenge nur ein Teil des linienförmigen Abbildes gut sichtbar ist, die fehlenden Bereiche dagegen in dem Abbild mit der anderen Lichtmenge gut sichtbar sind. Die jeweils gut sichtbaren Bereiche können dann zusammen zu einem Abbild kombiniert werden.
– Ferner kann eine Kalibrierung der Prüfdaten durchgeführt werden, insbesondere hinsichtlich der Höhenlage der ermittelten Kontur, d. h. mit Hilfe des Nennabstandes zwischen Prüfkopf und Prüfkontur bzw. des vom Nennabstand definiert abweichend veränderten Ist-Abstandes. Da dieser bekannt ist, kann eine Verrechnung der Prüfdaten in Absolutwerte erfolgen, spätestens dann, wenn eine Kalibrierkontur mit exakt bekannter Form in unter einem exakt bekannten Abstand des Prüfkopfes abgetastet und als Umrechnungs-Referenz verwendet wird. Dadurch ist also eine Umsetzung der Kamera-Koordinaten in Welt-Koordinaten möglich.

Um eine lückenlose Überprüfung der Prüfkontur, etwa einer Lötnaht, über deren Verlaufsrichtung zu erreichen, muss der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen bei einem sich kontinuierlich relativ entlang der Prüfkontur bewegenden Prüfkopf so gewählt werden, dass der Längsabstand zwischen zwei Aufnahmen geringer ist als die Mindestgröße der zu detektierenden Unregelmäßigkeiten.
Um das Ergebnis sicherer zu gestalten, wird sogar empfohlen, den Längsabstand kleiner als die Hälfte der Mindestgröße der zu detektierenden Unregelmäßigkeiten zu wählen.
Mindestens diejenigen Prüfstellen, an denen sich auf diese Art und Weise ein negatives Ergebnis ergab, werden hinsichtlich der Position dieser Prüfstellen gespeichert, und zwar sowohl hinsichtlich der original Bilddaten als auch eventuell erzeugter Querschnittsprofile.
Auch nach Ende der Prüfung eines Objekts bleiben diese Daten für das Objekt gespeichert, damit sie bei der späteren manuellen Nachbearbeitung des Objekts dem Nachbearbeiter zur Verfügung stehen und dessen Nacharbeit erleichtern, insbesondere was das Auffinden der Fehlstelle betrifft.
Durchgeführt wird dieses Verfahren einschließlich beider Prüfschritte und aller Belichtungsstufen in Echtzeit während der fortlaufenden Abtastung der Prüfkontur und innerhalb des Prüfkopfes.
Zu diesem Zweck enthält der Prüfkopf nicht nur die beiden (oder vorzugsweise nur eine) Lichtquelle, sondern auch den einen oder die beiden benötigten optischen Sensoren, den Bilddatenspeicher und die elektronische Verarbeitungseinheit.
Vorzugsweise tritt dabei der Lichtstrahl der Lichtquelle im rechten Winkel aus einer Seitenfläche des Prüfkopfes aus, während sich die beiden optischen Sensoren in Bewegungsrichtung des Prüfkopfes vor und hinter der Position des austretenden Strahles befinden, somit also zu diesem Strahl in einem Fall einen positiven, im anderen Fall einen negativen Triangulationswinkel einnehmen.
Vorzugsweise wird durch die aus den beiden Beobachtungsrichtungen aufgespannte Ebene genau diejenige Ebene definiert, in welcher auch die momentane Bewegungsrichtung des Prüfkopfes liegt.
Des Weiteren ist das Verfahren insoweit selbstregelend, als eine mögliche Schrägstellung der Bestrahlungsrichtung, also abweichend von der genau lotrechten Bestrahlung zur Ebene der Prüfkontur, von dem Prüfkopf bzw. dessen Steuereinheit selbsttätig anhand der dann nicht analogen Verlagerung der höchsten bzw. tiefsten Punkte der einander entsprechenden Abbilder der beiden Sensoren bzw. Betrachtungswinkel erkannt wird.
In diesem Fall wird aus der Größe der Ungleichmäßigkeit der Verlagerung auf die Schrägstellung der Bestrahlungsrichtung geschlossen und diese bei der Auswertung rechnerisch mitberücksichtigt oder automatisch in eine genau lotrechte Lage korrigiert wird.
Weiterhin kann der Prüfkopf nicht nur Fehlstellen detektieren und gegebenenfalls markieren, sondern zusätzlich zu deren Behebung beitragen, beispielsweise indem – vorzugsweise ebenfalls im Prüfkopf oder in einer nacheilenden Einheit – ein flüssiger Füller, insbesondere PVC, z. B. in Form eines kleinen Tropfens auf die Fehlstelle aufgebracht wird, die dann vom Bearbeiter nur noch glatt gewischt werden muss, bevor sie zum Aushärten in einen Härteofen gegeben wird.
Der Füller wird vorzugsweise mittels einer gesteuerten Düse ausgebracht, die auch das Volumen des Tropfens in Abhängigkeit der Größe der festgestellten Fehlstelle steuern kann, die bei der Detektion mitbestimmt werden kann, beispielsweise anhand der Flächenausdehnung der Fehlstelle.
Vorzugsweise enthält der Prüfkopf nicht nur die Düse und die Steuerungsverbindung zur Auswerteeinheit, sondern auch einen kleinen Vorratsbehälter mit dem Füller.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1: eine Prüfeinkopf gemäß der Erfindung in der Seitenansicht,
2: die Detektoreinheit der 1 in der Frontansicht, jeweils im Einsatz,
3: ein Schaubild zu ersten Reduzierungsmethoden der Bilddatenverringerung,
4: ein Schaubild zu weiteren Reduzierungsmethoden der Bilddatenverringerung,
5: ein Schaubild zu weiteren Reduzierungsmethoden der Bilddatenverringerung,
6: die Situation des Prüfobjektes,
7: die Nachführung des Prüfkopfes,
8: eine erste Plausibilitätsprüfung,
9: eine zweite Plausibilitätsprüfung
1 zeigt einen Prüfkopf in der Seitenansicht, die auch erkennen lässt, wie das bekannte Lichtschnitt-Triangulationsverfahren prinzipiell funktioniert:
Dabei wird ein Lichtstrahl 3 auf die Lötnaht 2 eines Objektes 1 gerichtet und erzeugt dort ein Abbild 4, welches aufgrund der Fächerform des Lichtstrahles 3 – wie in 2 ersichtlich – streifenförmig ausgebildet ist.
Das von der Oberfläche 2 des Objektes 1 reflektierte Abbild 4 des Lichtstrahles 3 wird von einem Prüfkopf 6 aufgenommen, die aus z. B. zwei flächigen, optischen Sensoren 12, 12' sowie einer damit verbundenen elektronischen Verarbeitungseinheit 11 zum Verarbeiten der von den Sensoren 12, 12' aufgenommenen Bilddaten und berechnen der Ergebnisdaten.
Damit sich auf dem optischen Sensor 12, 12' ein Abbild 4 abzeichnet, welches Rückschlüsse auf die tatsächliche Kontur der Oberfläche 2 an dieser Prüfstelle 2' zulässt, dürfen die Abstrahlrichtung 17 des Lichtstrahls 3 und die Blickrichtung 5, 5' der Detektoreinheiten 6a, b nicht zusammenfallen, sondern müssen sich durch einen Triangulationswinkel α₁, α₂ unterscheiden. Vorliegend sind diese beiden Richtungen α₁, α₂ so gewählt, dass sie symmetrisch beidseits der Abstrahlvorrichtung 17, der Lotrechten 21 auf die Oberfläche 2, liegen, also von dieser jeweils einen Zwischenwinkel α₁ ≠ α₂ einnehmen.
Eine Unebenheit, beispielsweise eine Erhebung 2a, auf der Lötnahtfläche 2 im Auftreffbereich des Lichtstrahles 3, wird als Abbild 4 auf der Oberfläche 2 und damit auch auf dem Sensor 12, 12' keine gerade Linie, sondern eine Linie mit einer Aufwölbung 4a darin ergeben, wobei diese Aufwölbung des Abbildes 4, also der Lichtlinie, abhängig von dem Triangulationswinkel α und dem Betrachtungswinkel β sich von der tatsächlichen Form der Aufwölbung 2a, geschnitten entlang der Lotrechten 21, unterscheit. Wegen der bekannten Winkel α₁, α₂ _, β₁, β₂ sowie der Fokussierung auf die Oberfläche und/oder der Bekanntheit des Abstandes 22 der Detektoreinheit 6a, b von der Oberfläche 2 kann aus den Abmessungen des Abbildes 4 auf die tatsächlichen Abmessungen der Aufwölbung 2a auf der Oberfläche 2 rechnerisch geschlossen werden.
Wie 1 zeigt, sind nicht nur die erwähnten Komponenten des Prüfkopfes 6, sondern auch die Lichtquelle 14 zur Erzeugung des ausgesandten Lichtstrahles 3 gemeinsam innerhalb des Gehäuses 16 des Prüfkopfes untergebracht, wobei dieses Gehäuse plattenförmig flach ist mit einer Hauptebene parallel zu der durch Abstrahlrichtung 17 und Blickrichtung 5 aufgespannte Arbeitsebene und einer Breite B quer zu dieser Hauptebene 20, die nicht größer ist als die Beobachtungsbreite 18 des fächerförmigen Lichtstrahles 3, mit der dieser auf der Oberfläche 2 auftrifft.
Wie 1 zeigt, ist der Prüfkopf auch von den Abmessungen in der Hauptebene 20 sehr kompakt aufgebaut, was dadurch erreicht wird, dass die Lichtquelle 14, in der Regel eine Laserpatrone, nahe des für den Lichtstrahl vorgesehenen Durchlasses 23a im Gehäuse 16 angeordnet ist und der optische Sensor 12 nahe der anderen Durchlässe 23b, die sich beide in einer der Schmalseiten des Gehäuses 16 befinden, wobei zwischen diesem Durchlass 23b und dem optischen Sensor 12, 12' eine Umlenkung des eintreffenden Lichtstrahls, also der Blickrichtung 5, über einen Spiegel 19 in eine Richtung etwa parallel zu der Außenkante, in der sich die Durchlässe 23a, b befinden, erfolgt.
Sowohl der Sensor 12, 12' als auch der Spiegel 19 sind dabei an einem Detektor-Basiskörper befestigt, der seinerseits am Gehäuse 16 der Einheit fixiert ist.
Dadurch verbleibt auf der von der Außenseite mit den Durchlässen 23a, b abgewandten Hälfte des Gehäuses 16 ausreichend viel Platz, um dort eine in der Hauptrichtung 20 des Gehäuses liegende Platine 24 anzuordnen, die die gesamte elektronische Verarbeitungseinheit 11 enthält und mit den Sensoren 12, 12' über elektrische Leitungen ebenso in Verbindung steht wie mit der Lichtquelle 14. Die von der Verarbeitungseinheit 11 ermittelten Ergebnisdaten werden über einen Stecker 26 ausgegeben.
Die nach dem Lichtschnittverfahren hergestellten Einzelaufnahmen werden in zeitlich schneller Abfolge wiederholt, um die sich in Bewegungsrichtung 7 relativ zur Prüfkopf 6 bewegenden Lötnaht 2 des Objektes 1 ständig zu beobachten. Da dies z. B. nach einer Produktionsmaschine für das Objekt 1 durchgängig geschehen soll, ist es notwendig, dass die Berechnung der Ergebnisdaten zeitaktuell geschieht, also von der Verarbeitungseinheit 11 die Ergebnisdaten genauso schnell, also im gleichen Rhythmus, geliefert werden müssen, wie die einzelnen Aufnahmen von den Sensoren 12, 12' angefertigt werden.
Das Objekt 1 ist beispielsweise ein aus zwei gefalzten Blechen bestehendes Teil einer Automobilkarosserie, z. B. am Übergang zwischen Seitenteil und Dach, wie in 6a dargestellt.
Untersucht wird dabei die Lötnaht 2 zwischen den beiden Blechteilen, die – wie in den Vergrößerungen der 6b und 6c dargestellt, eine leichte Hohlkehle bildet, in ihrem Längsverlauf aber manchmal Fehlstellen in Form sehr kleiner, mit dem bloßen Auge kaum zu erkennender, z. B. Vertiefungen 2a aufweist, die nach dem Lackieren allerdings relativ gut sichtbar sind und auch ein Risiko hinsichtlich späterer Korrosion darstellen.
Dementsprechend weisen die Abbilder 4 der quer über die Lötnaht 2 gelegten Aufnahmen eine Aufwölbung 4a bzw. eine Vertiefung 4b auf, in der sich die Hohlkehlen-Form der Lötnaht 2 wiedergibt.
Um dies zu erreichen, wird versucht, die für das gewünschte Ergebnis, nämlich eine schnelle Signalverarbeitung bestimmter geometrischer Parameter, wie etwa Höhe, Querschnittsvolumen etc., der Erhebung 2a relevante Datenmenge so früh wie möglich zu reduzieren und damit den für die Berechnung der Ergebnisdaten notwendigen Rechenaufwand zu minimieren. Hierfür werden mehrere Methoden vorgeschlagen, die auch ergänzend zueinander eingesetzt werden:
Anhand der 3 werden erste Reduzierungsmethoden erläutert.
Viele Reduzierungsmethoden beruhen darauf, dass nicht zufällige Konturgestaltungen untersucht werden, sondern dabei bestimmte Konturen erwartet werden, wie im Beispielsfall der 3a eine Aufwölbung 4a in einem ansonsten im wesentlichen linienförmig geraden Abbild 4 in Form einer Lichtlinie bzw. eines Lichtbandes, beim Sensor 12a und einer Vertiefung 4b beim Sensor 12b gemäß 3b.
Dabei müssen die Abmessungen dieser Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b ermittelt werden und daraus die tatsächlichen Abmessungen der Vertiefung 2a aus der Basisfläche 22 berechnet werden.
In 3a, b sind zwei solcher Abbilder 4a, b auf der Oberfläche des optischen jeweiligen Sensors 12, 12' dargestellt.
Das Abbild 4 besteht darin, dass dort, wo die Lichtlinie auf der Fläche des Sensors 12, 12' auftrifft, die entsprechenden rasterartig in Reihen R1, R2... und Zeilen Z1, Z2... angeordneten Pixel P1.1, P1.2... P2.1. P2.2... des Sensors 12, 12' stärker beleuchtet sind, also einen höheren Helligkeitswert aufweisen, als diejenigen Pixel, auf denen das Abbild, also der vom Objekt 1 reflektierte Lichtstrahl 3, nicht auftrifft. In der zeichnerischen Schwarz-weiß Darstellung ist dies invers dargestellt, nämlich das Abbild 4 in Form der Lichtlinie dunkel dargestellt.
Die Pixel innerhalb des Abbildes 4 weisen dabei auch unterschiedliche Helligkeitswerte auf, in der Regel am Rand des bandförmigen Abbildes mit einem geringeren und in der Mitte mit einem höheren Helligkeitswert, was jedoch nicht immer der Fall ist und vom Reflexionsverhalten der Oberflächenkontur 2' abhängt.
Eine erste Reduzierungsmethode besteht darin, dass – da nur die Erhebung 4a/Vertiefung 4b interessiert – bereits beim Auslesen der Bilddaten 10 aus dem Bilddatenspeicher 9 des Sensors 12 nur die Datensätze derjenigen Pixel ausgelesen und weiterverarbeitet werden, die in dem interessierenden, meist rechteckigen, Bereich 30, welcher die Aufwölbung 4a zeigt, liegen. Dieser interessierende Bereich 30 wird ermittelt, indem beim ersten Scan S1 die Bilddaten sämtlicher Pixel des Sensors 12 ausgelesen werden und dann aufgrund des festgestellten Verlaufs des Abbildes 4 die Lage der Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b nach Breite und Höhe ermittelt wird.
Bei dem nächsten Scan wird lediglich dieser interessierende Bereich 30 zuzüglich eines umgebenden, hinsichtlich seiner Größe festgelegten, Sicherheitsbereiches 29 als neuer interessierender Bereich 30 ausgelesen.
Auch im weiteren wird entweder bei jedem Scan oder nach einer jeweils festgelegten Anzahl von Scans überprüft, wie der in diesem Scan durch die Lage der Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b festgelegte interessierende Bereich 30 liegt, und im nächsten oder den nächsten Scans wiederum der neu festgelegte interessierende Bereich 30 einschließlich eines umgebenden Sicherheitsbereiches 29 betrachtet, also ausgelesen wird.
Eine zweite Reduzierungsmethode liegt in der Datenreduzierung durch rechnerisches Reduzieren des an sich über mehrere Pixel breiten Lichtbandes des Abbildes 4', z. B. wiederum nur im interessierenden Bereich, auf die Breite nur eines Pixels.
So besitzt das Abbild 4 in Form einer Lichtlinie beispielsweise in Reihe 17 eine Breite von fünf Pixeln, indem in dieser Reihe die Pixel P30.17 bis einschließlich P34.17 einen erhöhten Helligkeitswert aufweisen.
Da primär der Verlauf des bandförmigen Abbildes 4 und nicht deren Breite interessiert, ist es ausreichend, den Verlauf des Abbildes 4 auf eine in Erstreckungsrichtung 8 des Bandes hintereinander liegende Abfolge von einzelnen Pixeln, also auf eine Linie mit einer Breite von einem Pixel, zu reduzieren.
Dies kann auf mehrere Arten geschehen, z. B. indem an jeder Längsposition entlang der Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes, also in diesem Fall in jeder Reihe, von den Pixeln mit erhöhtem Helligkeitswert dasjenige mit dem höchsten Helligkeitswert als relevantes Pixel gewählt wird, oder dasjenige Pixel in der Mitte der beleuchteten Pixel, in diesem Fall P32.17 aus P30.17 bis P34.17.
Da die Helligkeitsverteilung quer über das bandförmige Abbild 4 nicht immer gleichmäßig, z. B. nicht unbedingt gaußförmig, sein muss, soll eine Gewichtung hinsichtlich des Helligkeitswertes erfolgen und deshalb der Schwerpunkt der über der Breite b des Abbildes 4 aufgetragenen Helligkeitswerte bestimmt werden, was wie folgt geschieht:
Dadurch wird das bandförmige Abbild reduziert auf eine Abfolge einzelner Profilpunkte in Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes hintereinander.
Eine dritte Reduzierungsmethode besteht darin, die neben der Erhebung 4a gerade verlaufenden Bereiche des Abbildes 4 parallel zur Zeilen- oder Reihenorientierung des Sensors 12 zu bringen und damit eine Lage des Abbildes wie bei Abbild 4 zu erreichen während in der Praxis die Kurve schräg steht. Dies wird ohne entsprechende körperliche Ausrichtung des Sensors 12 zur Basisfläche 22 rein rechnerisch durch „Geradeziehen”, also eine Normierung des schräg in der Sensorfläche liegenden Abbildes 4 zu einem gerade liegenden Abbild 4, durchgeführt.
Zu diesem Zweck wird der Höhenversatz des Anfangs und Endes des schräg liegenden Abbildes 4 auf der Sensorfläche 12 – am besten erst nach einer Reduzierung des Abbildes 4 auf eine Abfolge einzelner Profilpunkte – anteilig von den jeweiligen Profilpunkten abgezogen:
Während der z. B. tief liegende linke Endpunkt unverändert bleibt, werden alle weiter rechts liegenden Profilpunkte um einen solchen Anteil des Höhenversatzes gerechnet, der dem Abstand des jeweiligen Profilpunktes vom nicht veränderten Endpunkt in Relation zum gesamten Abstand vom linken zum rechten Endpunkt, also der Breite der Sensorfläche 12, entspricht.
Je besser die Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes 4 mit der Richtung der Linien oder Spalten übereinstimmt, um so eher kann auf dieses rechnerische Geradeziehen verzichtet werden, wenn es lediglich auf die Bestimmung von geometrischen Eigenschaften der Erhöhung 4a ankommt.
Eine weitere Reduzierung des Berechnungsaufwandes kann erreicht werden, indem von Anfang an entschieden wird, ob es sinnvoller ist, die Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes 4 parallel zur Zeilenorientierung oder parallel zur Reihenorientierung des Sensors 12 zu legen:
Dabei spielt es eine Rolle, dass vom inneren Aufbau her die meisten optischen Sensoren 12 so gestaltet sind, dass die Daten immer nur in Form einer kompletten Zeile von Pixeln ausgelesen werden können und nicht nur ausgewählte Pixel aus einer Zeile. Ein unmittelbar spaltenweises, also reihenweises Auslesen der Daten ist bei den meisten Sensoren gar nicht möglich, sondern dies erfolgt indirekt, indem beim zeilenweisen Auslesen die entsprechenden Pixel derselben Reihe turnusmäßig nacheinander ausgelesen werden.
Wenn die erwartete Kontur, also z. b. die Aufwölbung 4a relativ zur Fläche des Sensors voraussichtlich nur eine begrenzte Höhe von z. B. weniger als der Hälfte, insbesondere weniger als ein Drittel der Länge der Sensorfläche betragen wird, wird eine Orientierung der Erstreckungsrichtung 8, also der Richtung der geraden Anteile des Abbildes 4, parallel zur Zeilenrichtung gewählt werden, wie in 3a dargestellt. Erwartet man dagegen, dass die Aufwölbung 4a ohnehin einen größeren Teil der Länge des Sensors 12 einnehmen wird oder gar mehr als die Länge des meist in Breitformat, also mit Zeilenrichtung entlang der größeren Erstreckung vorliegenden Sensorfläche, so wird die Erstreckungsrichtung 8 – wie in 4 dargestellt – parallel zur Reihenrichtung und damit rechtwinklig zur Zeilenorientierung gewählt werden.
Im letzteren Fall wird dann die Datenreduzierung vorzugsweise auch durch folgende Methode erfolgen:
Es wird versucht, wiederum nur den interessierenden Bereich 30' des Abbildes 4 auszuwerten. In diesem Fall jedoch nicht – wie in 3 dargestellt – einen rechteckigen Bereich, in dem die gesamte Aufwölbung 4a Platz findet, sondern im diesem Fall jeweils nur die interessierenden Bereiche 30' an Pixeln, deren Datensätze aus jeder Zeile weiterverarbeitet werden.
Auch in diesem Fall werden beim ersten Scan alle Pixel aus dem Bilddatenspeicher des Sensors ausgelesen, um zumindest bei der ersten Zeile die interessierenden Bereiche 30' dieser Zeile zu ermitteln. Analog zur Vorgehensweise des zweidimensionalen interessierenden Bereiches, wie anhand der 3 erläutert, wird dann der neu interessierende Bereich 30' der nächsten Zeile übereinstimmend mit dem der vorherigen Zeile gewählt, zuzüglich eines daran anschließenden Sicherheitsbereiches 29' an beiden Enden, der wiederum vorzugsweise festgelegt ist durch eine Pixelanzahl.
Die Ermittlung des aktuell interessierenden Bereiches wird entweder in jeder Zeile neu durchgeführt oder in einer Abfolge von jeweils einigen Zeilen.
Die Datensätze der interessierenden Bereiche aus dem Bilddatenspeicher 9, dessen Datensätze in Reihen und Spalten organisiert sind wie die Pixel des Sensors 12, werden bei der rechnerischen Weiterverarbeitung übertragen in einen Zwischenspeicher 25. Dies ist entweder zwingend erforderlich, weil aus dem Bilddatenspeicher 9 – wie vorstehend erwähnt – bei den meisten Sensorbauformen ohnehin nur ein Auslesen der Datensätze in ganzen Zeilen und nicht nur für einige Pixel einer Zeile möglich ist.
Deshalb werden für alle Zeilen zwar die Datensätze der jeweils gesamten Zeile aus den Bilddatenspeichern 12 – wie in 4 dargestellt – ausgelesen, aber nur der jeweils interessierende Bereich 30' in einen Zwischenspeicher 25 übertragen.
Falls es sich um einen Sensortyp handelt, der innerhalb einer Zeile das Auslesen vorgegebener Pixelpositionen ermöglicht, wie etwa ein CMOS-Sensor, rechtfertigt folgende Datenverringerung gemäß 5 dennoch die Übertragung in den Zwischenspeicher 25:
Der Datensatz für ein Pixel besteht aus mindestens drei Daten, nämlich einerseits der Pixelposition (x- und y-Wert im Sensor) und andererseits mindestens dem Helligkeitswert (Grauwert), den dieses Pixel auf dem Sensor 12 nach dem Belichten besaß. Da der in jeder Zeile interessierende Bereich 30' jeweils aus einer unmittelbar aufeinander nachfolgenden Abfolge von Pixeln innerhalb dieser Zeile besteht, genügt es für die Standortinformation, in einer ersten Zeile des Zwischenspeichers 25 jeweils diejenige Position festzuhalten, die das erste Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert innerhalb einer Zeile besaß. In den Feldern des Zwischenspeichers 25 unter dieser Positionsangabe sind dann lediglich noch die Helligkeitswerte dieses ersten und der nachfolgenden Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert innerhalb des jeweiligen interessierenden Bereiches, z. B. derselben Zeile, in den Zwischenspeicher 25 eingetragen.
Im Gegensatz zur Pixelanzahl und damit der Anzahl der Datensätze des Bilddatenspeichers 9 ist somit der Datenumfang des Zwischenspeichers 25 zum einen dadurch geringer, dass die Anzahl der Datensätze drastisch verringert wurde (nämlich auf die Anzahl der Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert) und andererseits die Datenmenge dadurch reduziert, dass jeder Datensatz zumindest um die um die Positionsangabe verringerte Datenmenge, beispielsweise nur ein Drittel der ursprünglichen Datenmenge, besitzt.
Aus den Informationen einer Reihe R1, R2... aus dem Zwischenspeicher 25, die aus der Positionsangabe und den nachfolgenden Helligkeitswerten besteht, lässt sich anschließend – beispielsweise nach der Methode der Schwerpunkts-Bestimmung – für den Querschnitt des Abbildes 4 in jeder Zeile ein einziger Profilpunkt berechnen, so dass diese Abfolge einzelner Profilpunkte das gesamte bandförmige Abbild 4 repräsentiert für die weitere Bestimmung der gewünschten geometrischen Daten betreffend die Aufwölbung 4a.
7 zeigt in der linken Bildhälfte, wie eine Nachführung des Prüfkopfes 6 zur Lötnaht 2 durchgeführt wird:
Auf den Sensoren 12, 12' wird dabei der Top-Punkt 27, 27' der Erhebung 4a bzw. Vertiefung 4b hinsichtlich seiner Lage auf dem Sensor ermittelt.
Sobald dieser einen vorgegebenen Ziel-Bereich 28, 28' auf den Sensor bei einem der nächsten Scans verlässt, wird der Prüfkopf entsprechend nachgeführt, in Querrichtung oder auch in Höhenrichtung, je nachdem, in welche Richtung der Zielbereich verlassen wurde.
Des Weiteren wird dabei überprüft, ob sich die Abbilder 4a, b in ihrer Abfolge der hintereinander durchgeführten Scans Sx, Sx + 1 usw. in unzulässiger Weise nicht analog auf den beiden Sensoren 12, 12' verlagern:
Wenn sich beispielsweise die Abbilder 4b auf dem Sensor 12' stärker in Richtung unteren Rand des Sensors verlagern als die Abbilder 4a des anderen Sensors 12, so bedeutet dies, dass die Abstrahlrichtung 17 von der Lichtquelle 14 nicht mehr exakt lotrecht zur Oberfläche des Objektes 1 steht. Ist dies der Fall, so wird die unerwünschte Schrägstellung der Abstrahlrichtung 17 durch Verschwenken des Prüfkopfes 6 korrigiert, und vorzugsweise automatisch korrigiert, oder – solange das Abbild 4a bzw. 4b noch vollständig auf dem Sensor 12, 12' abgebildet wird – eine rechnerische Korrektur durchgeführt.
Die 8 und 9 zeigen die Durchführung von Plausibilitätskontrollen:
Die 8a und 8b zeigen in vergrößerter Darstellung die Wiedergabe einer Lücke bzw. eines Bereiches des Abbildes 4, 4' mit zu stark abweichenden, also zu hellen oder zu dunklen, Helligkeitswerten.
Für eine solche Anomalie im Abbild wird bei beiden Abbildern das sogenannte Erstreckungs-Viereck 31, 31' ermittelt, in dem im Verlauf des Abbildes 4, 4' alle diejenigen Pixel erfasst werden, deren Helligkeitswert zu stark vom Helligkeitswert der restlichen benachbarten Abbild-Pixel abweichen.
Der gesamte Bereich in X- und Y-Richtung, in dem solche anormalen Pixel liegen, stellt ein Rechteck dar, das Erstreckungs-Rechteck 31, 31'.
Wenn eine tatsächliche Anomalie an der Prüfkontur, d. h. an der Lötnaht 2 die Ursache für diese Anomalien in den Abbildern 4, 4' ist, müssen sich die Erstreckungs-Rechtecke 31, 31' hinsichtlich Größe und Position in den beiden Abbildern 4a, b der beiden Sensoren 12, 12' beim selben Scan decken.
Wenn nicht, wird davon ausgegangen, dass es sich nicht um eine tatsächliche Anomalie der Lötnaht 2, sondern lediglich um einen Fehler bei der optischen Übertragung oder Auswertung einer der Scans handelt.
9 zeigt, dass ferner beim Auftreten einer Anomalie in einem der Abbilder 4a oder 4b die Fluchtung der vorhandenen Enden des Abbildes neben der Anomalie überprüft wird:
Fluchten diese nicht zueinander, ist also der Versatz der Enden zueinander größer als ein zulässiger Richtwert, so wird von einem Fehler im Datenverarbeitungsweg und nicht von einer tatsächlichen Anomalie an der Lötnaht 2 ausgegangen.
Bezugszeichenliste

1: Objekt
2: Lötnaht
2': Prüfstelle
2a: Vertiefung
2b: Erhebung
3: Lichtstrahl, Beleuchtungsrichtung
4: Abbild
4a: Aufwölbung
4b: Vertiefung
5, 5': Blickrichtung
6: Prüfkopf
6a, b: Detektoreinheit
7: Bewegungsrichtung
8: Erstreckungsrichtung
9: Bilddatenspeicher
10: Bilddaten
11: elektronische Verarbeitungseinheit
12, 12': optischer Sensor
13a, b: paralleler Ausgang
14: Lichtquelle
15: Interner Speicher
16: Gehäuse
17: Abstrahlrichtung
18: Beobachtungsbreite
19: Spiegel
20: Betrachtungsebene
21: Lotrechte
22: Nenn-Abstand
23: Durchlass
24: Platine
25: Zwischenspeicher
26: Stecker
27: Top-Punkt
28, 28': Ziel-Bereich
29: Sicherheitsbereich
30, 30': interessierender Bereich
31, 31': Erstreckungs-Viereck
α1, α2: Triangulations-Winkel
β1, β2: Betrachtungswinkel
P1.1: Pixel
D1.1: Datensatz
Z1: Zeile
R1: Reihe
S1: Scan
b, B: Breite

Claims

Verfahren zum berührungslosen optischen Prüfen dreidimensionaler Konturen eines Objektes (1) langer Erstreckung auf Fehlstellen mittels Lichtschnitt-Triangulation, bei dem – ein Lichtschnitt-Prüfkopf (6) in Verlaufsrichtung der langen Erstreckung des Objektes (1) relativ zu diesem bewegt wird und dabei an einer Mehrzahl von Längspositionen (2') Aufnahmen anfertigt, – die in der jeweiligen Längsposition quer zur langen Erstreckung des Objekts (1) auf das Objekt (1) projizierte Lichtschnittlinie aus zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) zur Projektionsrichtung aufgenommen wird, wobei in jeder Längsposition aus jedem der unterschiedlichen Betrachtungswinkel (α1, α2) zwei Abbilder (4, 4') mit unterschiedlicher Lichtmenge angefertigt werden, – je zwei einander entsprechende Abbilder (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) auf Anomalien untersucht werden und bei Auftreten einer Anomalie in beiden einander entsprechenden Abbildern (4, 4') automatisch Plausibilitätskontrollen durchgeführt werden, um festzustellen, ob es sich bei der Anomalie tatsächlich um eine Fehlstelle handelt, – bei Auftreten einer Anomalie in einander entsprechenden Abbildern (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen, die mit einander entsprechenden Lichtmengen angefertigt wurden, überprüft wird, ob an der gleichen Längsposition eine Anomalie auch bei der entsprechenden Aufnahme mit der anderen Lichtmenge vorhanden ist und nur bei übereinstimmender Anomalie in beiden Fällen auf eine Fehlstelle geschlossen wird, und – festgestellte Fehlstellen bildmäßig und/oder koordinatenmäßig angezeigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung durchgeführt wird, indem die von der Kontur reflektierten linienförmigen Abbilder (4, 4') von zwei verschiedenen, insbesondere in Bewegungsrichtung (7) der Bestrahlungsrichtung (3) vor- und nacheilenden, optischen Sensoren (12, 12') aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Plausibilitätskontrolle in der Positionsbestimmung der Anomalie besteht, und dabei insbesondere bei den Anomalien in beiden Abbildern (4, 4') das Erstreckungs-Viereck (27) bestimmt wird, bestehend aus den Abschnitten aus Pixeln des Abbildes (4, 4') in X- sowie Y-Richtung, in denen die Pixel nicht beleuchtet wurden oder einen zu stark abweichenden Helligkeitswert gegenüber dem Rest des Abbildes (4, 4') aufwiesen, und die Abweichung der Position dieser Erstreckungsvierecke (27) in Welt-Koordinaten bestimmt wird, und die Anomalien als Unregelmäßigkeiten interpretiert werden, wenn die Abweichung unter einem vorgegeben Grenzwert liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Lücke (28) in einem Abbild (4, 4) der Höhenversatz von Beginn (28a) und Ende (28b) des linienförmigen Abbildes (4, 4') auf beiden Seiten der Lücke (28) festgestellt und bei zu starker Abweichung die Lücke (28) nicht als Unregelmäßigkeit interpretiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durchschnittliche Helligkeitswert des linienförmigen Abbildes (4, 4'), in dem die Anomalie festgestellt wurde, mit den durchschnittlichen Helligkeitswerten der vom gleichen Sensor (12, 12') aufgenommenen, wenigstens einem vorangehenden und wenigstens einem nachfolgenden Abbild, insbesondere je drei vorangehenden und drei nachfolgenden Abbildern, verglichen wird und bei Abweichung oberhalb eines Grenzwerts die Anomalie nicht als Unregelmäßigkeit der Prüfkontur (2) interpretiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuell positiv geprüfte Kontur gescannt und deren Bilddaten (10) als Referenzwerte hinterlegt werden, insbesondere unterteilt in einzelne Referenzlängen-Abschnitte.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den linienförmigen Abbildern (4, 4') nur der Bereich (2a), der der eigentlichen Kontur entspricht, untersucht wird und der Bereich ermittelt wird durch Vergleich mit den insbesondere zuvor gescannten Referenzkonturen und deren Prüf-Daten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachführung des Prüfkopfes (6) in Querrichtung (11) erfolgt, sobald der höchste (33) bzw. tiefste (34) Punkt des Abbildes der Kontur seitlich aus einem vorgegebenen Zielbereich (32) des Sensors (12a, b) herausläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Prüfkopfes über der Kontur auf Nennhöhe (22) automatisch nachgeführt wird, wenn die höchsten bzw. tiefsten Punkte (33, 34) der einander entsprechenden Abbilder (4, 4') auf den Sensoren (12a, b) oder dem einzigen Sensor (12) aus einem vorgegebenen Zielbereich (32) herauslaufen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfdaten in Form einer Aneinanderreihung der Original-Prüfaufnahmen, jeweils gemittelt aus den beiden Einzelaufnahmen, als fortlaufendes Originalbild gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen in Relation zur Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf (6) und Kontur so festgelegt wird, dass der Längsabstand zwischen zwei Aufnahmen geringer ist als die Mindestgröße der zu detektierenden Unregelmäßigkeiten, insbesondere kleiner als die Hälfte dieser Mindestgröße.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nicht normale Bereiche des einen Abbildes z. B. (4), das mit z. B. der kleineren Lichtmenge aufgenommen wurde, ersetzt werden durch die entsprechenden Abschnitte des analogen linienförmigen Abbildes z. B. (4'), das mit der anderen, beispielsweise höheren Lichtmenge, aufgenommen wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfdaten jedem Objekt (1) zugeordnet gespeichert bleiben und bei der Nachbearbeitung des Objektes (1) zur Verfügung stehen, insbesondere für das Auffinden der Position der Fehlstellen (2a) und für die nachfolgende erneute Prüfung der ausgebesserten Prüfstelle.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung der Messdaten, insbesondere der Höhenkonturen, erfolgt mit Hilfe des Nenn-Abstandes (22) zwischen Prüfkopf (6) und Kontur sowie das Abtasten einer Kalibrierkontur (31) mit exakt bekannter Kontur, so dass die Umrechnung der ermittelten Kontur-Werte in Absolutwerte möglich wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Bilddaten (10) einschließlich insbesondere aller Belichtungsstufen innerhalb des Prüfkopfes (6) in Echtzeit während der fortlaufenden Abtastung der Prüfkontur (3), insbesondere mit wenigstens 250 mm/s, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalibrierung die Umsetzung der Kamerakoordinaten in Welt-Koordinaten erfolgt, in dem in Verlaufsrichtung als auch quer hierzu markante Punkte der Kalibierkontur (31) und deren beide Abbilder korreliert werden unter Verwendung der Betrachtungswinkel (α1, α2) und des Nenn-Abstands (22).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht analoger Verlagerung der höchsten bzw. tiefste Punkte (33, 34) der einander entsprechenden Abbilder (4, 4') der beiden Betrachtungswinkel (α1, α2) auf eine nicht lotrechte Bestrahlungsrichtung geschlossen und diese Schrägstellung des Prüfkopfes (6) rechnerisch berücksichtigt oder automatisch korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nacheilend zum Prüfen der Kontur auf die unregelmäßige Stelle der Kontur automatisch ein Tropfen eines flüssigen Füllers (35), insbesondere PVC, aufgebracht wird, insbesondere vom gleichen Prüfkopf (6).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Füllers (35) durch eine gesteuerte Düse (36) variiert wird in Abhängigkeit der Größe der festgestellten Unregelmäßigkeit.
Anordnung zum berührungslosen optischen Prüfen dreidimensionaler Konturen eines Objekts (1) langer Erstreckung auf Fehlstellen mittels Lichtschnitt-Triangulation, mit einem Lichtschnitt-Prüfkopf (6), – der in Richtung der langen Erstreckung des Objektes (1) relativ zu diesem bewegbar ist, so dass Aufnahmen an einer Mehrzahl von Längspositionen angefertigt werden können, – der eine Lichtquelle (14), die eine Lichtschnittlinie projiziert, aufweist sowie zwei optische Sensoren (12, 12') mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) ihrer Blickrichtungen (5, 5') gegenüber der Beleuchtungsrichtung (3), so dass die quer zur langen Erstreckung des Objekts (1) auf das Objekt (1) projizierte Lichtschnittlinie aus zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) aufgenommen werden kann, – der an jeder Längsposition aus jedem der unterschiedlichen Betrachtungswinkel (α1, α2) zwei Abbilder (4, 4') mit unterschiedlicher Lichtmenge anfertigt, – der einen Bilddatenspeicher (9) und eine elektronische Verarbeitungseinheit (11) aufweist, – die je zwei einander entsprechende Abbilder (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) auf Anomalien untersucht und bei Auftreten einer Anomalie in beiden einander entsprechenden Abbildern (4, 4') automatisch Plausibilitätskontrollen durchführt, um festzustellen, ob es sich bei der Anomalie tatsächlich um eine Fehlstelle handelt, – die bei Auftreten einer Anomalie in einander entsprechenden Abbildern (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen (5, 5'), die mit einander entsprechenden Lichtmengen angefertigt wurden, überprüft, ob an der gleichen Längsposition eine Anomalie auch bei der entsprechenden Aufnahme mit der anderen Lichtmenge vorhanden ist und nur bei übereinstimmender Anomalie in beiden Fällen auf eine Fehlstelle schließt, und – die festgestellten Fehlstellen zur bildmäßigen und/oder koordinatenmäßigen Anzeige aufbereitet.
Prüfkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (7) des Prüfkopfes (6) in der durch die beiden Blickrichtungen (5, 5') der Sensoren (12, 12') festgelegten Betrachtungsebene liegt.
Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Prüfkopf (6) ein Vorratsbehälter (37) mit Füller (35) sowie eine hinsichtlich des Öffnungszeitpunktes und der Öffnungszeit exakt ansteuerbare Austrittsdüse (36) angeordnet ist, die mit der elektronischen Verarbeitungseinheit (11) in Verbindung steht.