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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern.
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Ebene und gekrümmte, insbesondere zylindrische Oberflächen weisen häufig Fehlstellen auf, beispielsweise Lunker, Risse, Löcher, Einkerbungen, Kratzer, Erhebungen, Verfärbungen und dergleichen. Wenn solche Fehlstellen nicht erkannt werden, bewirken diese eine Wertminderung des jeweiligen Gegenstands bis hin zu einer Unbrauchbarkeit.
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Häufig werden daher solche Oberflächen optisch auf Fehlstellen untersucht, wobei sich bei solchen optischen Verfahren die Probleme ergeben können, dass einige Fehlstellen nicht erkannt werden, andererseits aber Einflüsse wie Helligkeitsschwankungen oder Reflexionen dazu führen, dass Oberflächen als mit Fehlstellen behaftet klassifiziert werden, die gar keine Fehlstellen aufweisen.
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Aus der
DE 198 20 536 C1 ist eine Einrichtung zur Überprüfung von Oberflächen eines Körpers bekannt, bei der Linienmuster auf lackierte Oberflächen projiziert und durch eine Bewegung der Oberfläche Unregelmäßigkeiten sichtbar gemacht werden. Hierbei ist zwingend der Eingriff durch Bedienpersonal vorgesehen, was dieses Verfahren aufwändig macht.
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Die
EP 1 581 803 B1 beschreibt die Erzeugung variabler Gittermuster. Hierbei ist von Nachteil, dass die Auswertung von aufgenommenen Kamerabildern über Referenzbilder erfolgt, was bei Lageabweichungen der Oberflächen leicht zu Fehlinterpretationen und somit zu falschen Ergebnissen führen kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern bereitzustellen, die unabhängig von äußeren Einflüssen und ohne Benutzereingriff Fehlstellen in Oberflächen zuverlässig auffindet. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern sollen sich für sämtliche Oberflächen, also nicht nur für ebene, sondern auch für gekrümmte und insbesondere zylindrische Oberflächen eignen und auch Oberflächenfehler aufspüren können, die in Randbereichen der betrachteten Oberfläche liegen.
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Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erkennen von Oberflächen wird mit einer Kamera ein Bild von einer Oberfläche aufgenommen, und dieses Bild wird in eine Anzahl von Teilbereichen unterteilt. Aus einem ersten Teilbereich wird ein invertiertes Teilbereichs-Bild erzeugt, und dieses invertierte Teilbereichs-Bild wird mit einem zweiten Teilbereichs-Bild überlagert. Dieses überlagerte Bild wird im Folgenden Differenzbild genannt. Dieses Differenzbild wird daraufhin untersucht, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden, und insbesondere dunkler sind als ein vorgegebener Toleranz-Grauwert.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten, die dunkler sind als ein vorgegebener Grauwert, ausreichenden Kontrast zur unmittelbaren und somit einer Umgebung im Differenzbild haben, zuverlässig erkannt. Solche zusammenhängende Bereiche stellen, wenn es nicht gewollte Merkmale der Oberfläche sind, Oberflächenfehler dar, insbesondere Lunker, Risse, Einkerbungen, Kratzer, Erhebungen, Verfärbungen, Löcher und dergleichen.
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Durch das Überlagern eines invertierten Teilbereichs-Bilds eines ersten Teilbereichs mit einem zweiten nicht-invertierten Teilbereichs-Bild heben sich die Grauwerte weitgehend gegeneinander auf, mit Ausnahme von Fehlstellen, die kein Pendant in dem jeweils anderen Bild haben. Diese Fehlstellen werden somit in dem Differenzbild sichtbar.
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Beleuchtungs-bedingte oder Oberflächenverlaufs-bedingte Helligkeitsunterschiede zwischen Teilbereichen bleiben dadurch außer Acht, dass sich in dem Differenzbild beim Überlagern des invertierten Teilbereichs-Bilds mit einem zweiten Teilbereichs-Bild ein Grauwert ergibt, der geringer als der vorgegebene Toleranzwert ist.
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Ein Helligkeitsgradient, beispielsweise entlang einer Krümmung der Oberfläche des Objekts, insbesondere eines Rohres, eines Schlauchs oder dergleichen oder ein genereller Helligkeitsverlauf im Bild beeinträchtigt die Erkennung der Fehlstellen nicht. Das Verfahren läuft so stabil, dass eine Änderung der Beleuchtungssituation, beispielsweise durch Helligkeitsschwankungen oder durch Lageverschiebungen des Objekts, die Fehlerdetektion nicht stört.
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Die Ausdehnung der ermittelten zusammenhängenden Bereiche mit Grauwerten, die dunkler als ein vorgegebener Grauwert sind, stellt ein Maß für die Größe des Oberflächenfehlers dar. Beispielsweise kann es sich bei einer sehr kleinen Ausdehnung nur um einen Verschmutzungspartikel, insbesondere ein Staubkorn handeln, während ein größerer zusammenhängender Bereich, der dunkler als ein vorgegebener Grauwert ist, ein Lunker, ein Riss, ein Loch, eine Einkerbung, ein Kratzer, eine Erhebung, eine Verfärbung oder ähnliches sein kann.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Oberflächen untersucht werden, sowohl ebene, als auch gekrümmte und insbesondere zylindrische Oberflächen. Auf das Material der Oberfläche kommt es nicht an, es können beliebige Oberflächen, insbesondere Keramik-, Kunststoff-, Metall-, Papier-, Gummi-, Glas- und Holzoberflächen untersucht werden. Die zu untersuchenden Oberflächen können ein diffuses oder ein spiegelndes Reflektionsverhalten haben sowie verchromt sein.
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Ebenso kommt es auf die Form der Oberfläche nicht an. Es können beliebige Oberflächenformen, beispielsweise Oberflächen mit einer flächigen Erstreckung, zylindrische oder konische Oberflächen oder auch andere komplexere Oberflächen untersucht werden.
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Es können die Oberflächen beliebiger Objekte untersucht werden, insbesondere die Oberflächen von Schläuchen, beispielsweise Kunststoff- und Gummischläuchen, die Oberflächen von Rohren, die Oberflächen von zylindrischen und konischen Stiften, die Oberflächen von Zigaretten oder unlackierte oder lackierte Oberflächen, insbesondere Karosserieflächen beliebiger Gestalt.
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Ebenso kann Bahnware mit dem erfindungsgemäßen Verfahren untersucht werden. Als Kameras können dabei Flächen- oder Zeilenkameras zum Einsatz kommen.
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Insbesondere bei Objekten, deren Oberfläche einen nicht homogenen Grauwertverlauf hat oder bei denen sich die Grauwerte der Oberfläche mit den Grauwerten der Fehler überschneiden, sowie bei zylindrischen Oberflächen mit ihrem charakteristischen Dunkel-Hell-Dunkel-Verlauf entlang der Krümmung, bei denen bisherige Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern große Schwächen haben, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Fehlstellen zuverlässig und präzise identifiziert werden.
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Zudem werden die Nachteile bisheriger Oberflächenfehlererkennungsverfahren, dass einwandfreie Oberflächen aufgrund von Helligkeitsschwankungen oder bedingt durch das Reflektionsverhalten der Oberfläche als Ausschuss klassifiziert worden sind, mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig vermieden, es werden nur Oberflächen als fehlerhaft identifiziert, die tatsächlich auch Fehlstellen aufweisen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Oberflächen untersucht werden, die eine gleichmäßige Oberflächenstruktur, also entweder eine ebenmäßige, einheitliche Oberfläche oder ein gleichmäßiges Muster mit wiederkehrenden Elementen aufweisen. Weniger oder nicht geeignet für dieses erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern sind Oberflächen mit marmorierten Strukturen ohne wiederkehrende Elemente.
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Beim Unterteilen des von der Kamera aufgenommenen Bilds der Oberfläche in Teilbereichs-Bilder kann das Bild in eine Mehrzahl von gleich großen oder ähnlich großen Teilbereichs-Bildern von im Wesentlichen übereinstimmender Form unterteilt werden. Ebenfalls kann eine Oberfläche mit einem regelmäßigen Muster derart unterteilt werden, dass wiederkehrende Elemente des regelmäßigen Musters die Teilbereiche bilden.
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Bei komplexeren Oberflächen oder Oberflächen mit einem Helligkeitsgradienten werden ggf. die Teilbereichs-Bilder, in die das aufgenommene Bild unterteilt wird, entsprechend klein gewählt.
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Die Größe der Teilbereichs-Bilder, in die das von der Kamera aufgenommene Bild von der Oberfläche des Objekts unterteilt wird, richtet sich nach der jeweils zu inspizierenden Gesamt-Objektoberfläche. Bei Oberflächen von Schläuchen, Rohren, zylindrischen und konischen Stiften, Zigaretten oder dergleichen ist es vorteilhaft, die Teilbereichsbilder so zu wählen, dass diese einen Querschnittsbereich von Rand zu Rand umfassen. Beispielsweise kann bei einem Wellrohr das Teilbereichsbild einen Querschnittsbereich des Wellrohrs abdecken und sich in der Längserstreckung des Wellrohrs von einem Bereich eines schmaleren Querschnitts in einer Einkerbung bis zu dem nächsten benachbarten Bereich mit einem schmaleren Querschnitt in einer Einkerbung erstrecken, oder von einem Bereich mit breitem Querschnitt zu einem benachbarten Bereich mit breitem Querschnitt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern erfolgt eine Untersuchung der gesamten Oberfläche, die auch den Rand einschließt. Es wird die gesamte sichtbare Fläche inspiziert. Dementsprechend können auch unmittelbar am Rand der Oberfläche des Objekts liegende Fehlstellen zuverlässig erkannt werden, was mit den bisherigen Verfahren nicht möglich war. Ebenso hat die Änderung der Beleuchtungssituation in weiten Bereichen keinen Einfluss auf das Ergebnis des Verfahrens.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern werden alle vorhandenen Fehlstellen gefunden, ohne dass Streifenmuster eingesetzt werden müssen, was die mit solchen Streifenmustern verbundenen Probleme vermeidet, nämlich die nur schwierige Anwendung von Blob-Analysen, wenn Fehlstellen am Übergang von Hell zu Dunkel erscheinen oder die Erstellung von Suchbereichen für die hellen und dunklen Streifen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Untersuchung von zylindrischen Oberflächen, die aus der Kamerasicht einen Helligkeitsverlauf entlang der Flächenkrümmung haben, hervorragend geeignet. Bei solchen Zylinderoberflächen verhindert ein solcher Helligkeitsgradient eine herkömmliche Blob-Analyse, da sich die Fehlstellen, insbesondere Kratzer, Lunker und Erhebungen nur in einem schmalen Bereich auf der Oberfläche von den Grauwerten der eigentlichen Fläche unterscheiden oder oftmals am Übergang vom hellen zum dunkleren Bereich der gekrümmten Fläche liegen.
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Falls bei der Bildaufnahme festgestellt wird, dass ein Helligkeitsgradient, also insbesondere ein Helligkeitsgefälle entlang der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts vorhanden ist, so ist es zweckmäßig, beim Unterteilen des aufgenommenen Bilds in Teilbereichs-Bilder, diese Teilbereichs-Bilder entsprechend zu wählen, und zwar so dass beim Überlagern des ersten invertierten Teilbereichs-Bilds mit einem zweiten nicht invertierten Teilbereichs-Bild die sich fehlstellen-unabhängig ergebenen Grauwerte nur einen geringen Grauwert haben, der unter dem Toleranzwert liegt, und somit heller als dieser sind, und dementsprechend nicht als Oberflächenfehler identifiziert werden.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Teilbereichs-Bilder in dem aufgenommenen Bild jeweils nebeneinander angeordnet. Dies ist besonders für Objekte mit einer im Wesentlichen zylindrischen oder konischen Oberfläche von Vorteil, denn so kann mit einer Reihe von nebeneinander angeordneten Teilbereich-Bildern das gesamte aufgenommene Bild der Oberfläche des Objekts vollständig abgebildet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zwei Teilbereichs-Bilder an gegenüberliegenden Rändern des aufgenommenen Bildes oder spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse angeordnet. Diese Unterteilung bietet sich insbesondere bei Objekten mit einer breiteren Erstreckung oder bei spiegelsymmetrischen Objekten an.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können sich jeweils benachbarte Teilbereichs-Bilder teilweise überlappen. Dadurch können auch Fehl stellen, die sich am Rand von Teilbereichs-Bildern befinden, zuverlässig und vollständig erkannt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bei Bildern von Objekten, die ein regelmäßiges Oberflächenmuster aufweisen, die Teilbereichs-Bilder so gewählt, dass sie eine weitgehend übereinstimmende Form haben. Dadurch ist gewährleistet, das das erste invertierte Teilbereichs-Bild mit einem zweiten nicht-invertierten Teilbereichs-Bild überlagert werden kann, und das Differenzbild auf darin vorhandene zusammenhängende Bereich mit zu dunklen Grauwerten untersucht werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Unterteilung der Oberflächen des aufgenommenen Bilds in Teilbereichsbilder durch eine Mustersegmentierung. Dabei wird das Muster der Oberfläche des aufgenommenen Bilds auf wiederkehrende Elemente untersucht, und die wiederkehrenden Elemente bilden die einzelnen Teilbereichs-Bilder. Dabei werden in der Praxis vor allem die Hell-Dunkel-Übergänge betrachtet.
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Dementsprechend werden bei Oberflächen mit regelmäßigen Mustern diese Muster zur Erzeugung der Teilbereiche verwendet, und im Differenzbild werden diese Muster weitestgehend unsichtbar, die Fehlstellen treten jedoch klar hervor.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei der Bildaufnahme die Oberfläche von wenigstens einer Beleuchtungseinheit beleuchtet. Dabei ist darauf zu achten, dass der entstehende Helligkeitsgradient über die Oberfläche des aufzunehmenden Bildes möglichst gering ist.
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Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts selbstleuchtend/elektroluminiszierend ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Verfahrensschritte des Erzeugens eines invertierten Teilbereich-Bilds aus einem ersten Teilbereichs-Bild, des Überlagerns dieses invertierten Teilbereichs-Bilds mit einem zweiten Teilbereichs-Bild und des Untersuchens des Differenzbildes daraufhin, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden, für weitere Paare von Teilbereichs-Bildern wiederholt. Dadurch können alle Teilbereiche, in die das aufgenommene Bild der Oberfläche untergliedert worden ist, überprüft werden und somit Fehlstellen in der gesamten Oberflächen des betrachteten Objekts erkannt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung können alle Teilbereichs-Bilder jeweils paarweise nacheinander überprüft werden, um somit einem minimalen Rechenaufwand die gesamte Oberfläche zu überprüfen. Um eine höhere Erkennungsgenauigkeit zu erreichen, können auch verschiedene Kombinationen von Teilbereichs-Bildern gegeneinander überprüft werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auf den Differenzbildern zur Klassifizierung der aufgefundenen Fehlstellen eine Blob-Analyse und/eine Histogrammanalyse eingesetzt. Bei der Blob-Analyse werden Bildbereiche analysiert, in denen benachbarte Pixel gleiche oder ähnliche Grauwerte aufweisen, um so zusammenhängende Flächen mit gleichen oder ähnlichen Grauwerten zu identifizieren. Bei einer Histogrammanalyse werden die Häufigkeiten der einzelnen Grauwerte in einem Bild oder einem Bildbereich erfasst und zumeist als Balkendiagramm dargestellt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Bildaufnahmen durchgeführt, während das betrachtete Objekt bewegt und die Kamera ortsfest gehalten wird oder während die Kamera bewegt und das Objekt ortsfest gehalten wird. Dadurch ergeben sich Ansichten des Objekts aus unterschiedlichen Perspektiven. Fehlstellen, die sich nur in bestimmten Perspektiven hervorheben, können so zuverlässig erkannt werden.
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In einer ersten Variante werden nur die erzeugten Teilbereichs-Bilder jeweils einer Perspektive miteinander überlagert. In einer zweiten Variante werden auch Teilbereichs-Bilder aus unterschiedlichen Perspektivaufnahmen miteinander überlagert. Dadurch ergibt sich eine umfassendere Betrachtung der Oberfläche des Objekts.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Bildaufnahmen mit unterschiedlichen Beleuchtungsquellen oder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten durchgeführt. Fehlstellen, die in manchen Beleuchtungssituationen nicht erkennbar sind, sich jedoch in einer anderen Beleuchtungssituation hervorheben, können dadurch zuverlässig erkannt werden.
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In einer ersten Variante werden nur die Teilbereichsbilder einer Bildaufnahme mit jeweils einer Beleuchtungsquelle und mit jeweils einer Belichtungszeit gegeneinander überlagert. In einer weiteren Variante werden Teilbereichs-Bilder, die aus unterschiedlicher Bildaufnahmen stammen oder mit unterschiedlichen Beleuchtungsquellen beleuchtet oder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten belichtet worden sind, miteinander verglichen.
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Wenn vorstehend davon die Rede ist, dass Teilbereichs-Bilder miteinander verglichen werden, so ist damit selbstverständlich gemeint, dass in Übereinstimmung mit Anspruch 1 aus einem ersten Teilbereichs-Bild ein invertiertes Teilbereichs-Bild erzeugt wird und dieses mit einem zweiten nicht-invertierten Teilbereichs-Bild überlagert wird und das so erzeugte Differenzbild daraufhin untersucht wird, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern mit einer Kamera, die so eingerichtet ist, dass sie ein Bild von einer Oberfläche eines Objekts aufnimmt, und mit einer Datenverarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass sie das von der Kamera aufgenommene Bild in eine Anzahl von Teilbereichs-Bildern unterteilt, aus einem Teilbereichs-Bild ein invertiertes Teilbereichs-Bild erzeugt, dieses invertierte Teilbereichs-Bild mit einem zweiten Teilbereichs-Bild überlagert und dieses Differenzbild daraufhin untersucht, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden.
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Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen von Oberflächenfehlern entsprechen den vorstehenden, mit Bezug auf das Verfahren zum Erkennen von Oberflächenfehlern angegebenen Vorteilen, diese gelten hiermit auch in Bezug auf die Vorrichtung als offenbart, ohne sie noch einmal im Einzelnen zu wiederholen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten der Oberfläche des Gegenstands vorgesehen. Dadurch kann die Oberfläche des zu untersuchenden Objektes ausgeleuchtet werden, wobei eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung mit nur geringem oder bestenfalls keinem Helligkeitsgradienten wünschenswert ist. Hierfür können auch mehrere Beleuchtungseinheiten zum Einsatz kommen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kamera bewegbar oder verschiebbar ausgebildet, so dass sie Bildaufnahmen von der Oberfläche des Objekts aus verschiedenen Perspektiven tätigen kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch ein Objektträger vorgesehen sein, auf dem das Objekt für die Bildaufnahme positioniert wird, und dieser Objektträger kann ebenfalls verschiebbar oder bewegbar ausgebildet sein, um Bildaufnahmen des Objekts aus verschiedenen Perspektiven zu ermöglichen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Prinzipskizze des Erzeugens eines Differenzbilds aus einer Bildaufnahme eines Rohrabschnitts; und
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2 zeigt ein Bild eines Wellrohrabschnitts mit darin erzeugten Teilbereichs-Bildern.
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1 zeigt eine Prinzipskizze des Erzeugens eines Differenzbilds 14 aus einer Bildaufnahme eines Rohrabschnitts 2.
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In 1 ist zu oberst eine perspektivische Ansicht eines Rohrabschnitts 2 gezeigt. Die Achse des Rohrabschnitts 2 verläuft dabei in der Zeichenebene von links nach rechts, wobei die Achse etwas schräg nach rechts unten geneigt ist.
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Der Rohrabschnitt 2 ist von einer in 1 nicht gezeigten Beleuchtungseinheit beleuchtet. Aufgrund der zylindrischen Form des Rohrabschnitts 2 ergeben sich in dem unteren und oberen sichtbaren Endbereich des Mantels des Rohrabschnitts 2 schattierte Bereiche, die in 1 durch gekreuzte Linien skizziert sind. Durch eine in 1 ebenfalls nicht gezeigte Bildaufnahmeeinheit, insbesondere Kamera, wird nun ein Bild des Rohrabschnitts 2 gemacht. Dieses Bild wird daraufhin durch eine in 1 ebenfalls nicht gezeigte Datenverarbeitungseinheit in Teilbereichs-Bilder 4 unterteilt, von denen in 1 beispielhaft vier Teilbereichs-Bilder 4 gezeigt sind.
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Die vier Teilbereichs-Bilder 4 haben jeweils eine rechteckige Form und sind nebeneinander angeordnet. Die Teilbereiche 4 sind so groß gewählt, dass sie jeweils einen kompletten Querschnittsbereich des Rohrabschnitts 2 vom oberen sichtbaren Rand bis zum unteren sichtbaren Rand abbilden und dass ihre oberen und unteren Endabschnitte noch den hellen Hintergrund hinter dem Rohrabschnitt 2 zeigen. Die Teilbereichs-Bilder 4 sind dabei bezüglich dem Rohrabschnitt 2 so positioniert, dass ihre vertikale Ausrichtung nicht in einer Ebene mit der Querschnittsebene des Rohrabschnitts 2 liegt, sondern einen Winkel mit der Querschnittsebene des Rohrabschnitts 2 einschließt. Die nebeneinander angeordneten Teilbereiche 4 sind, von links nach rechts gesehen, absteigend gestuft angeordnet, so dass der Querschnittsbereich des Rohrabschnitts 2 in allen Teilbereichs-Bildern 4 jeweils in der gleichen Höhenposition angeordnet ist.
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Das zweite Teilbereichs-Bild von links wird nachfolgend als erstes Teilbereichs-Bild 6, und das dritte Teilbereichs-Bild von links wird nachfolgend als zweites Teilbereichs-Bild 8 bezeichnet. Auf dem äußeren Mantel des Rohrabschnitts 2 ist eine in 1 exemplarisch gezackt dargestellte Fehlstelle 10, beispielsweise ein Fleck, ein Materialfehler oder ein Loch der Manteloberfläche des Rohrabschnitts 2 vorhanden. Diese Fehlstelle 10 ist in dem Rohrabschnitt 2 so angeordnet, dass sie in dem zweiten Teilbereichs-Bild 8 liegt.
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Nun wird durch die Datenverarbeitungseinheit aus dem ersten Teilbereichs-Bild 6 ein invertiertes erstes Teilbereichsbild 12 erzeugt. Dabei werden die hellen Bereiche des Hintergrunds oberhalb der oberen sichtbaren Kante des Rohrabschnitts 2 und unterhalb der unteren sichtbaren Kante des Rohrabschnitts 2 sowie der helle Mittelbereich der Manteloberfläche des Rohrabschnitts, die auf der Skala von 0 (schwarz), ..., 254 (weiß) einen Grauwert von beispielsweise 230 haben, in dunkle Bereiche invertiert, die in dem invertierten ersten Teilbereichs-Bild 12 gestrichelt dargestellt sind und dort demgemäß einen Grauwert von 24 haben. Die schattigen Randbereiche im ersten Teilbereichs-Bild 6 haben einen Grauwert von beispielsweise 54. Im ersten invertierten Teilbereichs-Bild 12 haben diese Randbereiche demgemäß einen Grauwert von 200.
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Dieses erste invertierte Teilbereichs-Bild 12 wird nun mit dem zweiten Teilbereichs-Bild 8 überlagert und dieses Differenzbild ist in 1 zu unterst dargestellt. Die invertierten Rohrhintergrundbereiche und der invertierte Rohrmittelbereich, die einen Grauwert von 24 haben, überlagern sich mit den nicht invertierten hellen Rohrhintergrundsbereichen und den nicht invertierten Rohrmittelbereich mit einem Grauwert von 230, so dass sich daraus ein Grauwert von 254 ergibt, der der Farbe Weiß entspricht. Dementsprechend sind diese Bereiche im Differenzbild weiß dargestellt.
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Ebenso überlagern sich die hellen Rohrrandbereiche im invertierten ersten Teilbereichs-Bild 12, die einen Grauwert von 54 haben mit den dunklen nicht invertierten Rohrrandbereichen im zweiten Teilbereichs-Bild 8, die einen Grauwert von 200 haben, so dass sich für die Rohrrandbereiche ebenfalls ein Grauwert von 254 ergibt und diese Rohrrandbereiche im Differenzbild 14 weiß sind.
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Lediglich die Fehlstelle 10, die beispielsweise einen Grauwert von 180 aufweist wird überlagert von dem Grauwert des invertierten Mittenbereichs in dem ersten invertierten Teilbereichs-Bild 12 von 24, so dass sich in dem Differenzbild 14 für diese Fehlstelle 10 ein Grauwert von 204 ergibt. Durch Vergleich des Grauwerts von 204 des identifizierten zusammenhängenden Bereichs 16 in dem Differenzbild 14 mit einem Toleranzwert von beispielsweise 230 ergibt sich, dass der identifizierte zusammenhängende Bereich 16 dunkler ist als dieser Toleranzwert. Demgemäß wird dieser zusammenhängende Graubereich als Fehlstelle 16 identifiziert.
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Zum Klassifizieren dieser Fehlstelle kann kann nun eine Blob-Analyse oder eine Histogramm-Analyse eingesetzt werden. Dabei kann festgestellt werden, dass diese Fehlstelle 16 eine Ausdehnung aufweist, die darauf schließen läßt, dass es sich hierbei nicht um eine vernachlässigbare Verunreinigung in Form eines Staubkorns oder eines Partikels handelt, sondern vielmehr um eine schwerwiegendere Fehlstelle, beispielsweise einen Oberflächenfehler oder ein Loch.
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2 zeigt ein Bild eines Wellrohrabschnitts 18 mit darin erzeugten Teilbereichs-Bildern 20.
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Das in 2 gezeigte Wellrohr 18 wird ebenfalls von einer Beleuchtungseinheit beleuchtet und mit einer Kamera aufgenommen.
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In dem aufgenommenen Bild des Wellrohrs 18 wird nun eine Vorsegmentierung durchgeführt. Dabei werden die Hell-Dunkel-Übergänge betrachtet. Bei dem vorliegenden Wellrohr 18, dessen Achse in der Zeichenebene in Rechts-Links-Richtung liegt, sind jeweils vier Einkerbungen mit verringertem Durchmesser und dazwischen angeordnete Wellrohrabschnitte mit vergrößertem Durchmesser vorhanden, deren Form und Verlauf einander jeweils entsprechen.
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Wie in 1 so ist auch das Wellrohr 18 der 2 so ausgeleuchtet, dass sich an den oberen und unteren Rohrrandbereichen Schattierungen ergeben. Der Hintergrund hingegen ist hell.
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Bei der Vorsegmentierung wird nun das gesamte Bild des Wellrohrs 18 in Teilbereichs-Bilder untergliedert, von denen in 2 exemplarisch drei Teilbereichs-Bilder 20 nebeneinander dargestellt sind. Diese Teilbereichs-Bilder erstrecken sich in Wellrohrachsrichtung jeweils von Einkerbung mit verringertem Durchmesser zur benachbarten Einkerbungen mit verringertem Durchmesser und in Radialrichtung derart, dass die Rohrrandbereiche vollständig darin sowie noch ein Stück Rohrhintergrund darin liegen. Die Teilbereichs-Bilder 20 sind jeweils rechteckig und nebeneinander angeordnet.
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In dem am weitesten rechts gelegenen Teilbereichs-Bild 20 ist eine Fehlstelle 22 mit einem länglichen, gekrümmten Verlauf zu erkennen.
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Die weiteren Verfahrensschritte des Erzeugens eines ersten invertierten Teilbereichs-Bilds, des Überlagerns des invertierten ersten Teilbereichs-Bilds mit einem zweiten Teilbereichs-Bild, des Untersuchens dieses Differenzbilds daraufhin, ob darin zusammenhängende Bereiche mit Grauwerten vorhanden sind, die sich von einem Toleranzwert unterscheiden, und insbesondere dunkler sind als ein vorgegebener Toleranz-Grauwert, entsprechen den vorstehend mit Bezug auf die Ansprüche und mit Bezug auf die 1 beschriebenen Verfahrensschritte und werden nicht noch einmal im Einzelnen wiederholt.
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Die Fehlstelle 22 wird durch ein Differenzbild, das aus dem rechtesten der drei dargestellten Teilbereichs-Bilder 20 und einem anderen Teilbereichs-Bild 20 gebildet wird, wobei eines der beiden Teilbereichs-Bilder zuvor invertiert wird, sichtbar, denn in diesem Differenzbild hat nur der zusammenhängende Bereich 22 einen Grauwert der dunkler als ein vorgegebener Toleranzwert ist.
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In alternativen, hier nicht gezeigten Ausführungsformen können die Teilbereichs-Bilder 4 und 22 auch einander überlappen, so dass ggf. in Randbereichen dieser Teilbereichs-Bilder liegende Fehlstellen zusammenhängend und zuverlässig in dem erzeugten Differenzbild identifiziert werden können.
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Ebenso können die Teilbereichs-Bilder auch anders angeordnet werden, beispielsweise können pro Querschnitts-Bereich des betrachteten Objekts zwei übereinander angeordnete Differenz-Bilder vorgesehen werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Fehlstellen einfach erkannt und identifiziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Rohrabschnitt
- 4
- Teilbereiche
- 6
- erster Teilbereich
- 8
- zweiter Teilbereich
- 10
- Fehlstelle
- 12
- invertiertes Teilbereichs-Bild
- 14
- Differenzbild
- 16
- identifizierte Fehlstelle
- 18
- Wellrohrabschnitt
- 20
- Teilbereiche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19820536 C1 [0004]
- EP 1581803 B1 [0005]
