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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Inspektionseinrichtung zur optischen Inspektion einer Oberfläche eines Objekts, sowie eine vorteilhafte Verwendung des Verfahrens und der Inspektionseinrichtung. Bei Anwendung des Verfahrens wird mittels einer Beleuchtungseinrichtung der Inspektionseinrichtung ein während einer Bildaufnahmesequenz zeitlich periodisches Muster mit verschiedenen Beleuchtungsmustern auf der Oberfläche erzeugt. In bzw. während dieser Bildaufnahmesequenz werden mehrere Bilder des Muster auf der Oberfläche mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung der Inspektionseinrichtung aufgenommen.
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Dabei ist das Erzeugen eines der verschiedenen Beleuchtungsmuster jeweils derart mit der Bildaufnahme eines der Bilder des Musters synchronisiert, dass jedes Bild aus der Bildaufnahmesequenz jeweils mit einem bekannten Beleuchtungsmuster der verschiedenen Beleuchtungsmuster aufgenommen wird. Das heißt mit anderen Worten, dass in jedem Kamerabild genau ein Beleuchtungsmuster sichtbar ist. Durch die Synchronisation von Bildaufnahme und Mustererzeugung wird insbesondere erreicht, dass das Beleuchtungsmuster während der Belichtungszeit einer Bildaufnahme nicht wechselt. Aus der Abfolge der aufgenommenen bekannten Beleuchtungsmuster wird in mindestens einem Bildpunkt die Phase Musters bestimmt. Weil das Muster respektive die periodisch verschiedenen Beleuchtungsmuster des Muster bekannt sind, kann der Bildpunkt einem Punkt des bekannten Musters zugeordnet werden. Auf der Oberfläche werden Fehler aus Abweichungen des in mindestens einem Bild aufgenommenen Beleuchtungsmusters zu dem erzeugten bekannten Beleuchtungsmuster erkannt. Fehler auf der Oberfläche führen zu Verzerrungen des bekannten Musters respektive des einen in dem einen Bild aufgenommenen bekannten Beleuchtungsmusters. Hierdurch lassen sich durch eine dem Fachmann grundsätzlich bekannte Bildauswertung mittels geeigneter Algorithmen, bspw. eine einer entsprechend geeignete Recheneinrichtung, die Fehler identifizieren und ausgeben. Durch Abtastung mehrere Oberflächenbereiche nacheinander, d.h. eine wiederholte Anwendung auf verschiedene Bereiche der Oberflächen, können die gesamte Oberfläche oder ausgewählte Abschnitte der Oberfläche inspiziert werden.
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Bei der Oberflächeninspektion ist eine der wichtigsten Aufgaben Fehler zu finden und zu klassifizieren, die durch ihre topgrafische Ausprägung Lichtablenkungen bewirken. Diese Fehler werden mit dem Auge oft gar nicht als topografische Fehler wahrgenommen, sondern nur als Helligkeitsänderungen oder Schattierungen auf der Oberfläche. Dabei ist oft eine Inspektion in der Bewegung notwendig oder zumindest von Vorteil. Besonders bevorzugte Anwendungen für derartige Oberflächen im Rahmen dieser Erfindung werden später noch beschrieben.
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Grundsätzlich ist das Verfahren gemäß der Erfindung zur optischen Inspektion von reflektierenden Oberflächen geeignet. Zu reflektierenden Oberflächen im Sinne der Erfindung zählen sowohl ideal reflektierende (d.h. spiegelnde) Oberflächen als auch Oberflächen, die zusätzlich zu reflektierenden Eigenschaften auch eine gewisse Streuwirkung haben. Kriterium hierfür ist, dass ein mit einem Muster beleuchtete Oberfläche (einschließend auch ein auf die Oberfläche projiziertes Muster) mittels optisch in einem Bild aufnehmbar ist.
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Ein schon lange bekanntes Verfahren zur Inspektion von Oberflächen ist die Deflektometrie. Dabei wird das Bild der Reflexion eines bekannten Musters auf der Oberfläche von einer Kamera aufgenommen und mit einem Rechner ausgewertet. Fehler in der Oberfläche führen zu Verzerrungen in dem Muster auf der Oberfläche, die erkannt werden. Wenn die Aufnahmegeometrie und die Mustergeometrie bekannt sind kann man damit auch eine 3D-Topographie der Oberfläche bestimmen. Dem Fachmann sind verschiedene Methoden bekannt, wie dies durchgeführt wird. Diese werden im Rahmen der Erfindung vorausgesetzt und nicht mehr im Detail beschrieben.
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Grundprinzip bei der Deflektometrie ist das Bestimmen der Ablenkung eines auf die Oberfläche auftreffenden Lichtstrahls, indem der Punkt in dem Muster identifiziert wird, auf den ein von einer Kamera (Aufnahmeeinrichtung) ausgehender und an der Oberfläche gespiegelter Sehstrahl auftrifft. Mit anderen Worten wird also die Ablenkung des Sehstrahls auf der Oberfläche in Reflexion bestimmt, die von der Richtung der Oberflächennormale (einer senkrecht auf der Oberfläche in dem Reflexionspunkt stehenden Geraden) an der entsprechenden Stelle (Reflexionspunkt) abhängt. Aus dem so ermittelten Normalenfeld kann die Topographie der Oberfläche z.B. durch Integration bestimmt werden.
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Gebräuchliche Verfahren zum Auffinden eines Punktes sind sogenannte Phasenshiftverfahren, bei denen als Muster ein periodisches Muster verwendet und bestimmt wird, in welcher Phasenlage des Musters sich der zu bestimmende Punkt befindet.
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Hier sind grundsätzlich Verfahren zu unterscheiden, die mit einem Bild des Musters auskommen oder die mehrere Bilder benötigen.
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Mit einem Bild auskommende Verfahren haben den Vorteil, dass man diese auch auf einer sich bewegenden Oberfläche verwenden kann und sie somit zunächst für die Inspektion bspw. von Bahnware oder in Produktionsprozessen geeigneter erscheinen. Sie haben aber den Nachteil, dass sie störanfälliger sind oder ein zweites physikalisch vorhandenes Muster im Strahlengang benötigen. Aus der
WO 98/17971 A1 ist z.B. ein Verfahren bekannt, wie kleinste Strahlabweichungen erkennbar und bestimmbar sind. Im Wesentlichen wird dort ein Streifenmuster in mit einer Kamera beobachtet. Das beschriebene Verfahren kommt mit einem einzigen Bild aus, weil als zweites Muster das Pixelraster der Kamera verwendet wird. Das hat allerdings den Nachteil, dass eine sehr genaue Justage von Kamera und Muster benötigt werden. Dies lässt sich im industriellen Umfeld bspw. in Produktionsprozessen kaum oder nicht mit vertretbarem Aufwand erreichen.
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Verfahren, die mit mehreren Bildern arbeiten, sind wesentlich robuster gegen Störungen und benötigen keine aufwändige Justage. Dazu wird das Muster nacheinander in mehreren zueinander verschobenen Phasenlagen angezeigt und aufgenommen. Eine besonders einfache Auswertung ergibt sich, wenn ein Streifenmuster mit sinusförmigem Helligkeitsverlauf benutzt wird, das viermal mit einer Verschiebung von je einer viertel Periodenlänge aufgenommen wird. Es sind aber auch andere Muster und Abfolgen von Mustern möglich. Dann ergibt sich aus der Abfolge der Grauwerte in jedem Pixel die Phasenlage innerhalb des Musters. Dieses Verfahren ist umfangreich in einschlägigen Lehrbüchern und Aufsätzen beschrieben (bspw. Gorthi and Rastogi, Fringe Projection Techniques: Whither we are?, Proc. Optics and Lasers in Engineering, 48(2): 133-140, 2010). Der Nachteil hierbei ist jedoch, dass mehrere Bilder von derselben Stelle der Oberfläche benötigt werden. Bei der Inspektion von Folien oder anderer Bahnware im Produktionsprozess bzw. grundsätzlich von relativ zur Inspektionseinrichtung bewegten Oberflächen ist es jedoch praktisch unmöglich, mehrere Bilder von genau derselben Stelle der Oberfläche zu machen, da sich die Oberfläche kontinuierlich bewegt. Bspw. können Bahnen, die mit hoher Geschwindigkeit laufen, während der Produktion nicht angehalten werden. Man könnte das Problem durch eine mit der Bahn synchron mitfahrende Inspektionseinrichtung lösen. Allerdings ist diese Lösung technisch kompliziert und deshalb teuer, und sie braucht viel Platz, der gerade in Produktionsumgebungen oft nicht zur Verfügung steht.
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Aus
EP 2 390 656 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei der eine laufende Bahnoberfläche vorzugsweise mit einer Zeilenkamera betrachtet wird. Die Beleuchtung ist eine quer zur Bahn angebrachte schnell umschaltbare Musterbeleuchtung (vorzugsweise LED-Beleuchtung). Diese Beleuchtung besteht aus einzeln ansteuerbaren LEDs oder LED-Modulen, mit denen man dynamisch sehr schnell verschiedene Beleuchtungsmuster erzeugen kann. Die Umschaltung ist dabei mit der Bildaufnahme synchronisiert, sodass in schneller Folge Bilder mit verschiedenen Beleuchtungsmustern von der Oberfläche aufgenommen werden können. Insbesondere können Abtastung und Umschaltung so schnell erfolgen, dass der Abstand der Bildaufnahmen in Vorschubrichtung sehr viel kleiner ist als die Ausdehnung eines Pixels in Vorschubrichtung. Somit können Bilder an fast derselben Stelle aufgenommen werden. Aufnahmen an genau derselben Stelle lassen sich damit aber nicht realisieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine robuste Möglichkeit zur Inspektion bewegter Oberflächen vorzuschlagen, die insbesondere auch im industriellen Umfeld bspw. bei Produktionsprozessen einfach umsetzbar ist
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 12 gelöst.
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Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren ist dazu vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung und die Bildaufnahmeeinrichtung im Reflexionswinkel (jeweils bezogen auf die im Reflexionsbereich senkrecht auf der Oberfläche ausgerichtete Oberflächennormale) angeordnet werden. Im Reflexionswinkel meint, dass die Randstrahlen (d.h. die vom Rand des Bildpunkts ausgehenden Sehstrahlen) des Bildpunkts in den Reflexionspunkten auf der Oberfläche reflektiert werden und im Bildpunkt den sichtbaren Bereich des Beleuchtungsmusters (Musterbereich) markieren. Mit anderen Worten wird die Reflexion des Beleuchtungsmusters des Muster auf der Oberfläche gerade in den Bildpunkten der Bildaufnahmeeinrichtung abgebildet. Eine Kamera (als Aufnahmeeinrichtung) sieht also genau auf das Muster (d.h. die Beleuchtungseinrichtung, die bspw. als Beleuchtungszeile ausgebildet sein kann.)
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Bei einem bewegten Objekt ändert sich der Reflexionswinkel nicht, solange sich die Form der Oberfläche und ihre Anordnung relativ zu einer ortsfesten Inspektionseinrichtung nicht ändert. Dies gilt bei einer ebenen Oberfläche oder einer schwach gekrümmten Oberfläche, wenn die Krümmung im Mittel gleich ist und sich die Richtung der Oberflächennormalen der Oberfläche (zumindest bezogen auf die Richtung der Sehstrahlen) nur vernachlässigbar ändert. Dies kann bspw. bei einer welligen Oberflächenstruktur der Fall sein, bei der die Richtungsänderung der Oberflächennormalen klein ist. Klein bedeutet, dass die Änderung nur so groß ist, dass der Musterbereich in dem Bildpunkt sichtbar bleibt. Der Musterbereich muss also in Vorschubrichtung entsprechend breit sein. Sobald dies nicht mehr möglich ist, ist kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer stationären Inspektionseinrichtung nicht angewandt werden. In diesem Fall kann die Inspektionseinrichtung entsprechend dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren aber jeweils in Reflexionsanordnung über die gekrümmte Oberfläche bewegt werden.
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Sofern aufgrund einer bekannten Periodizität der Richtungsänderung der Oberflächennormalen ein mechanischen Nachführen der Inspektionseinrichtung derart möglich ist, dass die der Reflexionsbedingungen eingehalten werden oder durch die Verwendung von flächigen Beleuchtungseinrichtung und Aufnahmeeinrichtung der Reflexionswinkel im Aufnahmebereich liegt, und die Bildpunkte entsprechend dem sich periodisch einstellenden Reflexionswinkel ausgewählt werden, ist dies das Verfahren auch bei gekrümmten Oberflächen anwendbar.
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Unabhängig davon kann das Verfahren genutzt werden, die Topologie von Fehlstellen zu bestimmen, solange die Änderungen in dem Muster durch die Inspektionseinrichtung definiert erfassbar sind.
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Um größere Oberflächenbereiche inspizieren zu können oder eine kontinuierliche Inspektion bspw. bei der Produktion zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Objekt [und damit die Oberfläche des Objekts während der Inspektion der Oberfläche relativ zu der Inspektionseinrichtung zu bewegen, vorzugsweise in eine definierte bzw. definiert gesteuerte Bewegungsrichtung.
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Für die eingangs beschriebenen Phasenshiftverfahren ist es eigentlich notwendig, dass die Bilder, die zu einer Bildsequenz gehören, jeweils dieselbe Stelle der Oberfläche aufnehmen. Da hier eine relativ zur Aufnahmeeinrichtung bewegte Oberfläche, bspw. eine laufende Materialbahn, inspiziert wird, ist das nicht möglich. Um das Verfahren dennoch anwenden zu können und die Phase des Musters erkennen zu können, wird die Dauer der Bildaufnahmesequenz so kurz gewählt, dass ein Sequenz-Reflexionsbereich als konstant angesehen werden kann. Der Sequenz-Reflexionsbereich definiert ist als der von den Reflexionsbereichen in den jeweiligen Bildern aus der Bildaufnahmesequenz insgesamt abgedeckte bzw. erfasste Oberflächenbereich. Vereinfacht gesagt werden die Bilder einer Bildaufnahmesequenz so schnell hintereinander aufgenommen, dass der Verfahrweg vom ersten zum letzten Bild dieser Bildaufnahmesequenz so klein ist, dass der erfasste Oberflächenbereich (Reflexionsbereich) noch als näherungsweise die gleiche Stelle der Oberfläche betrachten kann.
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Der von den Reflexionsbereichen in den jeweiligen Bildern aus der Bildaufnahmesequenz insgesamt abgedeckte Oberflächenbereich ergibt sich durch Zusammenfassen aller Reflexionsbereiche aller einzelnen Bilder, die während der Bildaufnahmesequenz aufgenommen wurden, in einen gemeinsamen Bereich, der dann als Sequenz-Reflexionsbereich bezeichnet wird. Dieser Oberflächenbereich kann dann als zumindest näherungsweise konstant angesehen werden, wenn die Reflexionsbereich aller Bilder aus der Bilderaufnahme zumindest zu 40% oder mehr überlappen, bevorzugt zu mindestens 60%. Diese Werte sind jedoch nicht als fixe Werte zu verstehen, sondern typische Richtwerte, die der Fachmann ggf. experimentell an die jeweiligen Bedingungen anpassen kann. Grundsätzlich sind die Verfahren gut anwendbar, solange durch die optischen Bedingungen deutlich weniger als eine Periodenlänge des Muster auf einem Bildpunkt abgebildet wird. Kritisch sind insbesondere konkave Krümmungen der Oberfläche, durch aufgrund eines Hohlspiegeleffekts große Musterbereiche in einem Bildpunkt abbilden. Für das Erkennen von Fehlern sollte ein Bereich von 40% bis 70% Überlappung ausreichen, mit einer Abschätzung der Oberflächennormalen (d.h. einer Abschätzung der Topologie der Oberfläche, ein Bereich von 60% bis 80% Überlappung. Je nach Form der Oberfläche und Art der auftretenden Fehlern mögen sich auch andere Bereiche ergeben, die der Fachmann bei der Einrichtung einer entsprechenden Inspektionseinrichtung aufgrund der Lehre der Erfindung ggf. empirisch durch Testmessungen ermitteln und/oder vorgeben kann. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß also vorgeschlagen, dass die Dauer der Bildaufnahmesequenz so gewählt wird, die innerhalb der Bildaufnahmesequenz aufgenommenen Bilder in zeitlicher Abfolge so schnell hintereinander aufgenommen werden, das der Verschiebeweg der Oberfläche aufgrund der Bewegung des Objekts von dem ersten Bild bis zu dem letzten Bild der Bildaufnahmesequenz so klein ist, dass die Reflexionsbereiche des ersten Bilds und des letzten Bilds als derselbe Bereich auf der Oberfläche angesehen werden können. Gegenüber einer Messung im Stillstand des Objekts ergibt sich ein Messfehler, der umso kleiner ist, je besser die vorstehende Bedingung erfüllt ist.
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Der Reflexionsbereich auf der Oberfläche, der in dem Bildpunkt (in kleinster Auflösung definiert durch ein Kamerapixel oder ggf. durch eine Zusammenfassung mehrerer Kamerapixel) erfasst wird, ist durch die Aufnahmegeometrie (Abstand, Aufnahmewinkel) und die Aufnahmeoptik vorgegeben. Aufgrund der Anordnung von Aufnahmeeinrichtung und Beleuchtungseinrichtung im Reflexionswinkel bezogen auf die Oberflächennormale muss eine Änderung des Winkels einer der beiden Einrichtungen jeweils auch bei der anderen Einrichtung nachvollzogen werden. Die macht Änderungen des Reflexionswinkels vergleichsweise aufwendig. Entsprechendes gilt für die Änderungen bei der Aufnahmeoptik. Über den Abstand von Aufnahmeeinrichtung und/oder Beleuchtungseinrichtung kann die Größe des Reflexionsbereichs und/oder des in dem Reflexionsbereich abgebildeten Musterbereich erfindungsgemäß vergleichsweise einfach variiert oder eingestellt. Allerdings erfordert auch dies eine Veränderung an dem Aufbau der Inspektionseinrichtung.
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Einfacher ist es erfindungsgemäß, andere Parameter bei der Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zu beeinflussen. Geeignete Parameter bei der Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend beschrieben. Um die Dauer der Bildaufnahmesequenz in Abhängigkeit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung des Objekts so anzupassen, dass der Sequenz-Reflexionsbereich als konstant angesehen werden kann, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich eine oder kumulativ mehrere der nachstehend aufgelisteten Maßnahmen zu ergreifen.
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So kann bei der Durchführung des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen werden, die Größe des Bildpunkts einzustellen. Die Größe des Bildpunkts kann im einfachsten Fall der Pixelauflösung der (als Bildaufnahmeeinrichtung verwendeten) Kamera entsprechen. Dies stellt - bei gegebenem Abstand der Kamera und vorgegebener Brennweite der Kamera - die höchstmögliche Auflösung dar. Je höher die Auflösung der Kamera ist, desto kleiner ist der einem Bildpunkt auf der Oberfläche zugeordnete Reflexionsbereich und desto kleiner sind die auf der Oberfläche erkennbaren Fehler. Eine Möglichkeit zur Änderung der Größe des Bildbildpunkts besteht also darin, die Pixelauflösung der Kamera zu verändern. Die Pixelauflösung der Kamera ist - bei der erfindungsgemäß bevorzugten digitalen Bildaufnahme - durch den als Aufnahmesensor der Kamera verwendeten Fotochip vorgegeben, auf dem einzelne Pixel (Sensorpixel) die während der Belichtungszeit das auf diesen Pixel fallende Licht erfassen (integrieren). Unter Verringerung der Auflösung kann die Größe des Bildpunkts auch durch Zusammenfassen mehrerer Sensorpixel der Kamera zu einem Bildpunkt erreicht werden. Auch ein Bildpunkt kann als Pixel bezeichnet werden. Bildpixel und Sensorpixel sind aber unterschiedlich, wenn mehrere Sensorpixel zu einem Bildpixel zusammengefasst sind.
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Entsprechend einer Ausführungsform kann das das Einstellen der Größe eines Bildpunkts durch Zusammenfassen mehrerer Pixel eines Ausnahmesensors (Sensorpixel) der Aufnahmeeinrichtung zu einem Bildpixel erfolgen. In einer Variante kann die Anzahl der zusammengefassten Pixel in Bewegungsrichtung des Objekts und quer zur Bewegungsrichtung des Objekts erfindungsgemäß unterschiedlich gewählt werden. Es kann sinnvoll sein, unter Inkaufnahme einer geringeren Auflösung die Größe des Reflexionsbereichs in Bewegungsrichtung des Objekts zu vergrößern, um eine höhere Überdenkung der Reflexionsbereiche der einzelnen Bilder in jeweils einer Bildaufnahmesequenz zu erreichen. Hierdurch wird der Sequenz-Reflexionsbereich in Bewegungsrichtung des Objekts also vergrößert. Quer dazu kann eine höhere Auflösung beibehalten werden. Die Auflösung quer zur Bewegungsrichtung des Objekts und dessen Oberfläche wird alleine durch die Aufnahmegeometrie bestimmt, d.h. im Wesentlichen durch die Größe der Bildpunkte (begrenzt durch die Pixelgröße des Aufnahmesensors der Bildaufnahmeeinrichtung hinsichtlich der kleinstmöglichen Ausdehnung), die Objektivbrennnweite und den Betrachtungsabstand. Die Auflösung quer zur Bewegungsrichtung wird durch die Bewegung nicht beeinflusst.
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Längs zur Bewegungsrichtung des Objekt entsteht eine Bewegungsunschärfe. Dadurch, dass die Kamera während einer Bildaufnahme in einem Bildpunkt (Pixel des Bildes, der nicht notwendigerweise mit einem Pixel des Aufnahmesensors übereinstimmt) das gesamte Licht integriert, das während einer Belichtung auf diesen Bildpunkt fällt, vergrößert sich dadurch die beobachtete Oberfläche in Bewegungsrichtung, die auf den einen Bildpunkt abgebildet wird. Bezogen auf die bewegte Oberfläche (auch als dem Bildpunkt zugeordneter Reflexionsbereich bezeichnet) erscheint der Bildpunkt sozusagen in die Länge gedehnt. „Längs“ und „quer“ beziehen sich hier auf die Bewegungsrichtung und müssen nicht unbedingt mit den Zeilen- und Spaltenrichtungen der Kameras übereinstimmen. Bei einem schrägen Blickwinkel erscheint jedes Pixel bezogen auf die Zeilen- und Spaltenrichtung der Kamera entsprechend schräg gedehnt.
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In einer Bilderfolge (während einer Bildaufnahmesequenz), die für ein Mehrbild-Phasenshiftverfahren aufgenommen wird, muss eigentlich in allen Bildern in jedem Bildpunkt (Bildpixel) dieselbe Stelle der Oberfläche abgebildet werden. Bei Aufnahme mehrerer Bilder hintereinander sind diese bezogen auf eine sich bewegenden Oberfläche jedoch gegeneinander verschoben. Um dies auszugleichen, werden also erfindungsgemäß also Maßnahmen ergriffen, die dazu führen, dass der Reflexionsbereich der verschiedenen Bilder noch näherungsweise als dieselbe Stelle der Oberfläche betrachtet werden kann. Hierzu kann die Änderung der Größe des Bildpunkts in der vorbeschrieben Weise beitragen.
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Eine weitere Maßnahme kann gemäß der vorliegenden Erfindung darin liegen, bei der Durchführung des Verfahrens die Dauer der Bildaufnahmesequenz einzustellen. Die Dauer der Bildaufnahmesequenz, d.h. mit anderen Worten die Zeit, die benötigt wird, um alle Bilder der einen Bildaufnahmesequenz aufzunehmen, bestimmt - bei vorgegebener Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts respektive der Oberfläche - wie weit sich der dem Reflexionsbereich des ersten Bildes entsprechende Oberflächenbereich bis zur Aufnahme des letzten Bildes verschiebt. Dadurch ergibt sich die Größe des Sequenz-Reflexionsbereichs und die erfindungsgemäß einzustellende Überlappung der Reflexionsbereiche der einzelnen Bilder. Grundsätzlich gilt, dass die Überlappung umso größer ist, je kürzer die Dauer der Bildaufnahmesequenz ab.
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Abgesehen von den Grenzen der maximalen Abtastfrequenz des Aufnahmesensors und der kürzest möglichen Belichtungszeit der Aufnahmeeinrichtung, können die Abtastfrequenz (definiert als die Frequenz aufeinander folgender Bildaufnahmen) und/oder die Belichtungszeit angepasst werden. Je kürzer die Belichtungszeit, des schärfer wird das aufgenommene Bild (Reduzierung der Bewegungsunschärfe) und desto schneller können nacheinander Bilder aufgenommen werden (Abtastrate). Eine Verkürzung der Belichtungszeit lässt sich erreichen, indem die Helligkeit des auf der Oberfläche erzeugten Musters erhöht wird und/oder die Blende der Aufnahmeoptik geöffnet wird. Durch eine Erhöhung der Helligkeit respektive eine Vergrößerung der Blendenöffnung (in der Optik üblicherweise durch kleinere Blendenzahlen definiert) kann die Belichtungszeit verkürzt werden. Sinnvollerweise wird also eine Beleuchtungseinrichtung mit hoher, aber dimmbarer Lichtstärke verwendet.
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Geeignete Beleuchtungseinrichtungen können aus einzeln dimmbaren LEDs aufgebaut sein, die einzeln gedimmt das Erzeugen einer Muster ermöglichen und zusammen gedimmt das Einstellen der Gesamtlichtstärke ermöglichen. Grundsätzlich kann es bevorzugt sein, die Beleuchtungseinrichtung mit maximaler Lichtstärke zu betreiben und die Belichtungszeit soweit zu vermindern, bis geeignet belichte Bilder aufgenommen werden.
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Erfindungsgemäß kann bei der Einstellung der Dauer der Bildaufnahmesequenz also mindestens eine der nachstehend gelisteten Größen angepasst werden: Belichtungszeit eines Bildes, Helligkeit des auf der Oberfläche erzeugten Muster, Abtastfrequenz des Aufnahmesensors und/oder Anzahl der Bilder je Bildaufnahmesequenz. Es ist auch möglich, alle oder eine Auswahl mehrerer der Größen anzupassen.
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So lässt sich die Dauer der Bildaufnahmesequenz erfindungsgemäß natürlich auch dadurch verändern, dass die Anzahl der Bilder je Bildaufnahmesequenz verändert wird, wobei eine Verkürzung der Bildaufnahmesequenz durch eine Verminderung der Anzahl der Bilder erreicht werden kann, und umgekehrt.
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Weiterhin lässt sich die Empfindlichkeit der Messung erfindungsgemäß auch durch die Wahl des Beleuchtungsabstandes (gleichzeitig auch des Betrachtungsabstands zwischen Aufnahmeeinrichtung und Muster) und des Betrachtungswinkels beeinflussen. Größere Abstände führen genauso wie flachere Betrachtungswinkel (d.h. flacher bezogen auf die Oberfläche; senkrecht zur Oberfläche wäre maximal steil) zu einer höheren Empfindlichkeit. Insbesondere bei teilweise spiegelnd und teilweise diffus reflektierenden Oberflächen kann besonders bevorzugt ein flacher Betrachtungs- und Beleuchtungswinkel zwischen (z.B. < 30°) und/oder ein möglichst großer Beleuchtungsabstand gewählt werden. Ein möglichst großer Beleuchtungsabstand kann erfindungsgemäß heißen, dass ein zur Verfügung stehender Raum für die Anordnung der Beleuchtungseinrichtung genutzt wird. Bspw. kann der Beleuchtungsabstand (Abstand zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der Oberfläche) größer gewählt werden als der Abstand zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der Oberfläche, wobei typische Werte im Bereich zwischen dem 1-fachen und bspw. dem 10-fachen liegen können. Der Fachmann wird die Werte ggf. experimentell auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst auswählen, wobei der der grundsätzlichen Lehre der Erfindung entspricht, dass kleinere Beleuchtungs- und Betrachtungswinkel und/oder ein größerer Beleuchtungsabstand (zwischen Aufnahmeeinrichtung und Beleuchtungseinrichtung) die Empfindlichkeit in vielen Fällen erhöht.
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Ziel der Aufnahme mehrerer Bilder ist die Bestimmung der Phase des Musters, um dadurch die Position des bekannten Beleuchtungsmusters in einem aufgenommenen Bildpunkt zu identifizieren. Hierdurch können Fehler in der Oberfläche durch Verzerrungen des Musters auf der Oberfläche erkannt werden. Gemäß einer Ausführungsform können bspw. drei Bildaufnahmen erfolgen. Bspw. ist es möglich, das erzeugte Muster periodisch so asymmetrisch zu gestalten, dass aus drei Bildern die Phase des Musters eindeutig bestimmt werden kann. Alternativ kann das Muster auch periodisch symmetrisch gestaltet sein, und die Aufnahme der Bilder asymmetrisch erfolgen, bspw. durch Variation der Abtast- bzw. Bildaufnahmefrequenz zwischen verschiedenen Bildern innerhalb derselben Bildaufnahmesequenz.
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Eine erfindungsgemäß bevorzugte Anwendung sieht aber eine Abtastung mit mindestens oder genau vier Bildern innerhalb derselben Bildaufnahmesequenz vor. Das Muster selbst kann bspw. eine Helligkeits-Sinusverteilung sein, die mit einer gleichen Abtastsequenz in vier verschiedenen Phasenlagen erfasst werden. Hieraus lässt sich die Phase des Musters in jeder dem der Bilder auf einfache Weise genau bestimmen. Bspw. kann die Phasenverschiebung zwischen den Phasenlagen in der Bildaufnahmesequenz aufeinander folgender Bilder gerade ¼ der Periodenlänge des Musters betragen. Es sind aber auch andere Phasenverschiebungen zwischen den Bildern einer Bildaufnahmesequenz möglich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Beleuchtungsmuster durch die Beleuchtungseinrichtung derart erzeugt werden, dass der in den Bildpunkten der während jeweils einer Bildaufnahmesequenz aufgenommenen Bilder sichtbare Bereich des Beleuchtungsmusters als konstant angesehen werden kann.
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Der während einer Bildaufnahmesequenz in den Bildpunkten sichtbare Bereich des Beleuchtungsmuster (Musterbereich) kann solange als konstant angesehen werden, als dieser Musterbereich noch überhaupt noch in dem Bildpunkt sichtbar bleibt und sich die erfasste Intensität des Musterbereichs nicht signifikant ändert.
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Davon kann bspw. ausgegangen werden, wenn sich die erfasste Intensität während einer Bildaufnahmesequenz nicht um mehr als 10%, bevorzugt um nicht mehr als 8%, und besonders bevorzugt um nicht mehr als 4% ändert oder ein anderes definiertes Kriterium eingehalten wird. Grundsätzlich gelten auch hier die vorstehend bereits erläuterten Kriterien
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Dazu kann gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung die Periodenlänge des Musters in dem Beleuchtungsmuster derart gewählt werden, dass abhängig von einer Topologie der Oberfläche in Richtung des Musterverlaufs eine Intensitätsänderung als ausreichend konstant angesehen werden kann, d.h. mit anderen Worten die Intensitätsänderung ein den jeweiligen Gegebenheiten angemessenes Kriterium nicht überschreitet. Die Auswahl des Kriteriums kann der Fachmann ggf. experimentell bei der Einrichtung der Anlage und bestimmten Mustern ermitteln.
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Die Topologie der Oberfläche ist insbesondere durch ihre Krümmung bestimmt, durch die sich die Richtung der Oberflächennormalen ändert. Die Richtung der Oberflächennormal ist korreliert mit dem Reflexionswinkel. Anhand der Topologie von Oberflächen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren untersucht werden sollen, ist es daher möglich, über den sich ergebenden Reflexionswinkel bei bekannter Anordnung der Inspektionseinrichtung zu ermitteln, welcher Musterbereich eines Beleuchtungsmusters während einer definierten Dauer der Bildaufnahmesequenz in dem Bildpunkt abgebildet wird. Durch Vorgabe der Periodenlänge kann damit das Beleuchtungsmuster so festgelegt werden, dass die vorgenannten Kriterien eingehalten werden. Damit kann das Verfahren flexibel für definierte Inspektionsaufgaben genutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen werden, dass das periodische Muster entlang der Bewegungsrichtung des Objekts, quer zu der Bewegungsrichtung des Objekts oder abwechselnd entlang und quer zu der Bewegungsrichtung des Objekts erzeugt wird.
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Bei einem Muster entlang der Bewegungsrichtung des Objekts überlagern sich, bei gekrümmter zu inspizierender Oberfläche, die bereits diskutierte Bewegungsunschärfe und die Verschiebung des Reflexionsbereichs mit einer Verschiebung des durch den Bildpunkt gesehenen Musterbereichs aufgrund der Änderung des Reflexionswinkels und damit verbunden mit einer Intensitätsänderung, weil sich die Intensität des Musters in diese Richtung ändert.
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Bei einem Muster quer zur Bewegungsrichtung ändert sich auch der Reflexionsbereich. Weil das Muster entlang der Verschiebungsrichtung des Objekts aber dieselbe Intensität aufweist, führt eine Änderung des Reflexionswinkels nicht zwangsläufig zu einer Änderung der Intensität. Die im Bildpunkt gemessene Intensität bleibt gleich, solange der Bildpunkt dieselbe Musterfläche erfasst und es aufgrund einer Krümmung der Oberfläche nicht zu einer Verschiebung des im Bildpunkt erfassten Musterbereichs quer zur Bewegungsrichtung kommt.
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Erfindungsgemäß kann dieser Unterschied bspw. bei der zuvor beschriebenen Anpassung der Periodenlänge der Muster abhängig von der Ausrichtung des Musters entlang oder quer zu der Bewegungsrichtung des Objekts berücksichtigt werden. Insbesondere kann die Periodenlänge des Musters für Muster entlang und quer zu der Bewegungsrichtung erfindungsgemäß besonders bevorzugt unterschiedlich sein.
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Außerdem kann eine bekannte Krümmung der Oberfläche eines Objekts in einem definierten zu inspizierenden Oberflächenbereich erfindungsgemäß auch verwendet werden geeignete Kriterien festzulegen, um eine nicht-fehlerhafte Oberfläche von einer fehlerhaften Oberfläche zu unterscheiden und/oder die sich durch die bekannte (erwartete) Oberflächenform ergebende Abweichung in der Auswertung der aufgenommenen Bilder im Rahmen der Fehlererkennung zu korrigieren.
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Durch eine alternierend abwechselnde Erzeugung von Mustern entlang und quer zu der Bewegungsrichtung können unterschiedliche Fehler, insbesondere speziell gerichtete Fehler auf der Oberfläche, systematisch zuverlässiger erfasst werden.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann die Aufnahmeeinrichtung derart fokussiert werden, dass das in dem Bild aufgenommene Beleuchtungsmuster unscharf ist.
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Die kann bspw. dadurch erreicht werden, dass die Aufnahmeeinrichtung nicht auf das Muster, sondern auf die Oberfläche oder einen anderen definierten Punkt fokussiert wird. Durch Vorgabe bestimmter Blenden- und Fokuseinstellungen kann erfindungsgemäß auch die Tiefenschärfe bzw. Schärfentiefe gezielt gewählt werden, um das Beleuchtungsmuster im Bild unscharf abzubilden, die Oberfläche jedoch scharf. Hierdurch wird eine scharfe Helligkeitsverteilung ausgewaschen. So kann bspw. ein scharfes Muster bestehend einfach aus abwechselnden trennscharfen Hell-Dunkel-Bereichen näherungsweise als sinusförmiger Helligkeitsverlauf abgebildet werden. In diesem Fall kann eine besonders einfache Beleuchtungseinrichtung verwendet werden, ohne dass zusätzliche optische Elemente zur Erzeugung des gewünschten Helligkeitsverlaufs benötigt werden. Außerdem wird die Helligkeitsverteilung unschärfer, was sich insbesondere bei gekrümmten Oberflächen und den damit verbundenen Effekten positiv auswirken kann, wenn verschobene Musterbereiche auf den in einer der Bildaufnahmesequenzen aufgenommenen Bildern abgebildet werden.
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In vielen Fällen ist die zu inspizierende Oberfläche nicht ideal spiegelnd, sondern reflektiert halb diffus. Die Reflexion ist zwar gerichtet, streut aber dabei in einen relativ großen Raumwinkel, d.h. die bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktion BRDF (engl. Bidirectional Reflectance Distribution Function) hat eine Streukeule mittlerer Breite. Auch dies führt zu einem durchaus hilfreichen Auswaschen der Helligkeitsverteilung des Musters in den Bildern, solange die Streukeule immer noch so eng sein, dass sich im Kamerabild eine ausreichende Modulation des gespiegelten Musters ergibt und noch von einer reflektierenden, wenn auch nicht ideal spiegelnden Oberfläche, ausgegangen werden kann. Eine solche Eigenschaft der Oberfläche kann auch dazu genutzt, einen ähnlichen Effekt zu erzielen wie durch das beschriebene Unscharfstellen der Kamera auf das Muster. Ein solcher (zusätzlicher) Effekt muss aber beim Unscharfstellen berücksichtigt werden, weil ein Teil der (in diesem Fall erwünschten) Unschärfe schon durch die Oberfläche selbst erzeugt wird.
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Andererseits muss die Oberfläche genug spiegeln, damit sich überhaupt noch ein Muster beobachten lässt. Bei relativ wenig spiegelnden Oberflächen ist es deshalb vorteilhaft, einen möglichst flachen Betrachtungs- und Beleuchtungswinkel zu wählen und den Beleuchtungabstand groß zu machen.
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Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn bei der erfindungsgemäß durchgeführten Inspektion der Oberfläche mittels deflektometrischer Verfahren die dreidimensionale Topografie der Oberfläche des Objekts bestimmt wird. Wenn, wie bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren, die Aufnahmegeometrie und die Mustergeometrie bekannt sind, kann auch eine 3D-Topographie der Oberfläche bestimmen werden. Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, wie dies durchführbar ist. Bei der Deflektometrie wird primär die Ablenkung eines auf die Oberfläche auftreffenden Lichtstrahls bestimmt, indem man den Punkt des Musters bestimmt, auf dem ein von der Kamera (Aufnahmeeinrichtung) ausgehender und an der Oberfläche gespiegelter (reflektierter) Sehstrahl auftrifft. Es wird also die Ablenkung des Sehstrahls bestimmt, die von der Oberflächennormale an der entsprechenden Stelle abhängt. Aus dem so entstehenden Normalenfeld der Oberfläche ist die Topographie der Oberfläche bestimmbar, z.B. durch Integration.
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Eine besonders bevorzugte Verwendung des vorbeschriebenen Verfahrens oder Teilen hiervon und/oder der nachbeschriebenen Inspektionseinrichtung ergibt sich bei einer Inspektion von Bahnware, bspw. während eines Produktionsprozesses oder nach deren Herstellung oder von insbesondere behandelten, gekrümmten oder ebenen, Oberflächen.
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Ein wichtiges konkretes Anwendungsbeispiel ist die Inspektion einer FCCL-Folie, während oder nach der Produktion. FCCL-Folien (Flexible Copper Clad Laminiate) ist das Kernmaterial für die Herstellung flexibler Leiterplatten. FCCL-Folien weisen üblicherweise eine Dicke bis etwa 100-150·µm auf und haben bspw. einen Polyamidkern (bzw. allgemein eine Kunststofffolie), der auf einer oder beiden Oberflächenseiten mit einer Kupferfolie laminiert ist. Bei der Laminierung können Falten entstehen, die durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren erkennt werden sollen. Bei der Oberflächeninspektion möchte man auch Laminierfehler erkennen, insbesondere sogenannte Laminierfalten 4 (wie sie in 1 schematisch dargestellt sind) oder innere Falten 5 (wie 2 schematisch dargestellt sind). Bei Laminierfalten hat das Material leichte Falten gebildet, die beim Laminierprozess wieder flach gepresst wurden. Innere Falten entstehen durch Falten in der inneren Kunststofffolie, die einlaminiert wurden.
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Beide Fehler sind mit dem menschlichen Auge sehr schwer zu erkennen, da die Folien sehr dünn sind und deshalb die Oberfläche durch die Falten nur wenig beeinflusst wird. Die Fehler sind nur zu erkennen, wenn die direkte Reflexion des Lichtes auf der Oberfläche der Folien betrachtet. Das wird dadurch erschwert, dass die Kupferfolie halb diffus reflektiert. Bei anderen laminierten Folien ist das Aussehen wichtig, das trotz der geringen topographischen Ausprägung durch solche Fehler gestört wird.
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Bei der Inspektion gekrümmter Oberflächen, wie z.B. lackierten Behältern oder Autokarossen, wird die Inspektionseinrichtung erfindungsgemäß gemäß einer bevorzugten Ausführung bspw. mittels eines entsprechenden Handhabungsgeräts programmiert derart über die gekrümmte Oberfläche geführt, dass die Beleuchtungseinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung zu der Oberfläche jeweils im Reflexionswinkel gehalten werden. In diesem Fall wird also die Inspektionseinrichtung relativ zu dem meist ortsfesten Objekt bewegt. Dies erzeugt eine Relativbewegung von Objekt bzw. Objektoberfläche zur Inspektionseinrichtung. Auch diese Art der Relativbewegung ist im dieser Beschreibung gemeint, wenn von einem bewegten Objekt relativ zu der Inspektionseinrichtung gesprochen wird. Auf derartigen gekrümmten Oberflächen gilt es, oft kleinste flache topographische Fehler zu finden, die das Aussehen oder die Funktion der Oberfläche stören können. Häufig ist es hilfreich, derartige Fehler auch dreidimensional zu vermessen, d.h. die 3D-Topologie der Oberfläche und des Fehlers zu bestimmen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Inspektionseinrichtung zur optischen Inspektion einer Oberfläche eines Objekts sowie deren Verwendung für die vorstehend beschriebenen Anwendungen. Die Inspektionseinrichtung ist mit einer Beleuchtungseinrichtung und einer Aufnahmeeinrichtung versehen, die derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein von der Aufnahmeeinrichtung ausgehender Sehstrahl als an der Oberfläche reflektierter Sehstrahl dann auf die Beleuchtungseinrichtung trifft, wenn eine im Auftreffpunkt des Sehstrahls senkrecht auf der Oberfläche stehende Oberflächennormale den Winkel zwischen dem ausgehenden Sehstrahl und dem reflektierten Sehstrahl gerade halbiert. Mit anderen Worten sind die Aufnahmeeinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung der Inspektionseinrichtung also im Reflexionswinkel bezogen auf die Oberfläche angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung ist dazu ausgebildet, während einer Bildaufnahmesequenz ein zeitlich periodisches Muster mit verschiedenen Beleuchtungsmustern zu erzeugen, und die ist Aufnahmeeinrichtung dazu ausgebildet, während der Bildaufnahmesequenz synchron mit der Erzeugung der Beleuchtungsmuster Bilder der auf der Oberfläche reflektierten Muster aufzunehmen. Die Inspektionseinrichtung weist ferner eine Recheneinheit zur Steuerung der Inspektionseinrichtung und zur Auswertung der aufgenommen Bilder auf, wobei ein Prozessor der Recheneinheit zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens oder Teilen davon ausgebildet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Inspektionseinrichtung weist die Beleuchtungseinrichtung einzeln ansteuerbare Lichtelemente in einer Reihen- oder Matrixanordnung auf. Weiter bevorzugt kann die Aufnahmeeinrichtung einen Aufnahmesensor zur Aufnahme von über eine Aufnahmeoptik auf dem Aufnahmesensor abgebildeten Bildern aufweisen, wobei der Aufnahmesensor einzelne Sensorpixel (Kamerapixel) in Reihen- oder Matrixanordnung aufweist.
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Die Beleuchtungseinrichtung kann bspw. als eine Beleuchtungszeile ausgebildet sein, die vorzugsweise quer oder längs zur Vorschubrichtung (Bewegungsrichtung des Objekts respektive der Oberfläche relativ zu der Inspektionseinrichtung) angeordnet ist. Eine Beleuchtungszeile als Reihenanordnung einzeln ansteuerbarer Lichtelemente kann aus vielen nebeneinander angeordneten LEDs oder LED-Modulen bestehen, die synchron mit der Bildaufnahme einzeln schaltbar sind. Mit der Beleuchtungseinrichtung werden in schneller Folge die für das Phasenshiftverfahren notwendigen periodischen Muster erzeugt. Auch die Aufnahmeeinrichtung kann bspw. als Zeilenkamera ausgebildet sein, die ggf. auch aus mehreren neben einander angeordneten Zeilenkameramodulen aufgebaut sein kann. In einer solchen Anordnung ist das zusammengesetzte Bildfeld der Zeilenkamera eine Linie auf der Oberfläche (die sogenannte Scan-Linie). Diese Scan-Linie kann quer zur relativen Bewegungsrichtung der Oberfläche ausgerichtet sein und hat auch in Bewegungsrichtung eine gewisse, im Vergleich zu ihrer (quer dazu verlaufenden) Länge sehr geringe Breite, die von der Pixelauflösung der Zeilenkamera abhängt.
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Die Beleuchtungszeile kann so lang (quer zur Bewegungsrichtung) sein, dass sie die gesamte Breite der zu inspizierenden Bahn (oder des gewünschten Inspektionsbereichs auf der Oberfläche) im Reflexionswinkel abdeckt. Wenn Kamera und Beleuchtung im gleichen Abstand zur Oberfläche angeordnet sind, muss die Beleuchtungszeile auf jeder Seite etwa um eine halbe Scan-Linien-Breite einer einzelnen Zeilenkamera länger sein als die von der allen Kameras beobachtete Scan-Linie auf der Oberfläche, bei anderen Abstandsverhältnissen entsprechend länger oder kürzer.
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Die Breite der Beleuchtungszeile (in Bewegungsrichtung) kann den maximalen Oberflächenwinkel bestimmen, der mit der Anordnung noch gemessen werden kann. Wird der Oberflächenwinkel größer als der maximale Oberflächenwinkel, fällt der von der Oberfläche reflektierte Sehstrahl der Kamera nicht mehr auf die Beleuchtung, und die Kamera sieht nichts mehr.
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Das Verfahren kann aber auch mit Flächenkameras (Matrixanordnung) angewendet werden. Dann wird die Scan-Linie zum Bildfeld, weil die Breite in Bewegungsrichtung wesentlich größer wird. Entsprechend kann auch die Breite der Beleuchtungszeile in Bewegungsrichtung vergrößert werden. In einer Variante kann anstelle der Beleuchtungszeile eine Beleuchtungsmatrix verwenden werden. Diese besteht aus vielen einzelnen LEDs oder LED-Modulen, die in mehreren nahtlos aneinandergefügten Beleuchtungszeilen angeordnet sind, die alle unabhängig voneinander synchron mit der Bildaufnahme schaltbar sind. Damit kann auch die Breite einer Beleuchtungszeile einfach variiert werden, indem mehrere Beleuchtungszeilen in gleicher Weise geschaltet werden.
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Mit einer Beleuchtungsmatrix lassen sich nicht nur Muster quer zur Bahnrichtung schalten, sondern auch solche längs zur Bahnrichtung. Das ist deshalb vorteilhaft, weil Deflektometrieverfahren primär Oberflächenwinkel bzw. -normalen messen, und zwar in Richtung des periodischen Musters. Wenn man also eine Beleuchtungszeile verwendet kann man nur Winkel quer zur Bewegungsrichtung messen, mit einer Beleuchtungsmatrix kann man alle Richtungen messen, vorzugsweise die beiden Richtungen längs und quer zu der Bewegungsrichtung.
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Es zeigen:
- 1 in einer schematischen Schnittdarstellung ein Objekt mit einer zu inspizierenden Oberfläche mit einem ersten beispielhaften Fehler;
- 2 in einer schematischen Schnittdarstellung das Objekt gemäß 1 mit der zu inspizierenden Oberfläche mit einem zweiten beispielhaften Fehler;
- 3a eine Draufsicht auf die eine Inspektionseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bei der Inspektion einer ebenen Oberfläche;
- 3b eine Seitenansicht der Inspektionseinrichtung gemäß 3a;
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In den 1 und 2 ist als Objekt 1, dessen Oberfläche 10 durch eine erfindungsgemäße Inspektionseinrichtung überprüft werden soll, eine FCCL-Folie dargestellt, die als Ausgangsmaterial für Leiterplatten dient. Es ist eine laminierte Folie 1, die aus drei Schichten besteht, einer mittleren Kunststofffolie 3 als mittlere Schicht, auf die als äußere Schichten Kupferfolien 2 auflaminiert sind. Die Oberfläche 10 des Objekts 1 wird typischerweise auf Oberflächenfehler geprüft.
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Bei dieser Oberflächeninspektion sollen auch Laminierfehler erkannt werden, insbesondere sogenannte Laminierfalten 4 (1) und innere Falten 5 (2). Bei Laminierfalten 4 hat das Material leichte Falten gebildet, die beim Laminierprozess wieder flach gepresst wurden. Innere Falten 5 entstehen dadurch, dass sich in der inneren Kunststofffolie 3 Falten gebildet haben, die einlaminiert wurden.
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3b zeigt in der Seitenansicht eine Inspektionseinrichtung 9 mit einer Beleuchtungseinrichtung 8 und einer Aufnahmereinrichtung 7. Auf der Beleuchtungseinrichtung 8 wird ein zeitlich periodisches Muster 13 mit verschiedenen Beleuchtungsmustern 130 dargestellt, das die Oberfläche 10 des Objekts 1 beleuchtet bzw. anstrahlt (vgl. auch Draufsicht gemäß 3a). Das Beleuchtungsmuster 130 weist eine Helligkeitsverteilung 14 auf. Hierdurch wird das Muster 13 auch auf der Oberfläche 13 erzeugt. Die Aufnahmeeinrichtung 7 nimmt das Muster 13 auf der Oberfläche 1 in einem Bild auf.
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Dazu umfasst die Aufnahmeeinrichtung 7 einen Aufnahmesensor 11, der ein Bild vielen Bildpunkten 12 erzeugt. Durch eine nicht dargestellte Optik der Aufnahmeeinrichtung werden von dem (jedem) Bildpunkt 12 ausgehende Sehstrahlen 15 an der Oberfläche 10 reflektiert und treffen als reflektierte Sehstrahlen 19 auf der Beleuchtungseinrichtung 8 auf das dort erzeugte Muster 13. In der 3b sind die Randstrahlen dieser Sehstrahlen 15, 19 eingezeichnet. Die Randstrahlen gehen von den Rändern des Bildpunktes 12 aus und grenzen auf der Oberfläche 10 den Reflexionsbereich 17 ab. Alle ausgehend von dem Bildpunkt 12 im Reflexionswinkel α auf die Oberfläche treffenden Sehstrahlen 15 liegen im Reflexionsbereich 17 auf der Oberfläche 10 und werden auch im Reflexionswinkel α von der Oberfläche als reflektierte Sehstrahlen 19 reflektiert. Sie treffen in dem Musterbereich 18 auf die Beleuchtungseinrichtung 8, weil entsprechend der erfindungsgemäßen Anordnung die Aufnahmeeinrichtung 7 und die Beleuchtungseinrichtung 8 im Reflexionswinkel α bezogen auf die Oberfläche 10 angeordnet sind.
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Der Reflexionswinkel α ist definiert als der Winkel zwischen dem einfallenden (von dem Bildpunkt 12 ausgehenden) bzw. dem ausgehenden (von der Oberfläche 10 reflektierten) Sehstrahl 15, 19 und der zugehörigen Oberflächennormale 16. Die zu einem Sehstrahl 15, 19 gehörige Oberflächennormale 16 steht in dem Reflexionspunkt 170, indem die Sehstrahlen 15, 19 auf die Oberfläche 10 treffen, senkrecht auf der Oberfläche.
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Konkret zeigt 3a eine Zeile des Aufnahmesensors 11 der Aufnahmerichtung 7, der entlang der Bereite der Oberfläche 10, bspw. einer in der Bewegungsrichtung 6 bewegten Bahnware als Objekt 1, wie einer FCCL-Folie. Die Aufnahmeeinrichtung 7 kann als Zeilenkamera mit nur einer Sensorzeile des Aufnahmesensors 11, oder als Flächenkamera mit mehreren solchen Sensorzeilen ausgebildet sein. Ein Bildpunkt 12 kann aus einer oder mehreren Sensorpixeln gebildet sein. Über die nicht dargestellte Optik erfasst ein Bildpunkt 12 der Aufnahmeeinrichtung (Kamera) den Reflexionsbereich 17 auf der Oberfläche 10. Die Sehstrahlen 15 werden auf der Oberfläche 10 abgelenkt und erfassen den Musterbereich 18, der durch den Bereich des Muster 13 bzw. des jeweiligen Beleuchtungsmusters 130 des Musters 13 im Zeitpunkt der Bildaufnahme, gegeben ist. In den darstellten Beilspiel der 3a und 3b ist die Beleuchtungseinrichtung als eine Beleuchtungszeile ausgebildet, die quer zur Bewegungsrichtung 6 der Oberfläche 10 ausgerichtet ist.
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3b zeigt dieselbe Anordnung in einer Seitenansicht, in der die Reflexion der Sehstrahlen 15, 19 (wie in allen Figuren als Randstrahlen eingezeichnet) mit dem Reflexionswinkel α bezogen auf die Oberflächennormale 16 deutlich erkennbar ist. Die eingezeichneten Randstrahlen der Sehstrahlen 15, 19 veranschaulichen die Größe/Fläche des Reflexionsbereichs 17 auf der Oberfläche 10 und des Musterbereichs 18 in dem Muster 13.
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Die. 3a und 3b zeigen ein den Zustand während eine Bildaufnahme, wobei angenommen ist, dass die Bewegung der in Bewegungsrichtung 6 bewegten Oberfläche 10 während der kurzen Belichtungszeit der Bildaufnahme vernachlässigt werden kann. Wenn dies nicht der Fall ist, zeigen die aufgenommenen Bilder eine gewisse Bewegungsunschärfe, der durch eine Verkürzung der Belichtungszeit (bei ausreichend heller Beleuchtung) entgegengewirkt werden kann.
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Wie bereits beschrieben werden bei dem erfindungsgemäßen Verwahren während eine Bildaufnahmesequenz mehrere Bilder in zeitlicher Abfolge aufgenommen. Weil sich die Oberfläche während der Bildaufnahmesequenz in der Bewegungsrichtung 6 bewegt, sieht der Bildpunkt 12 in dem jeweiligen Reflexionsbereich 17 der nacheinander aufgenommenen Bilder nicht mehr denselben Oberflächenbereich. Vielmehr sind die Reflexionsbereiche 17 auf der Oberfläche 10 in den aufeinander folgenden aufgenommenen Bildern gegeneinander vorschoben.
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Dies ist in den 4a und 4b dargestellt, in denen die Verschiebung 61 der Oberfläche 10 zwischen der ersten und der letzten Bildaufnahme in einer Bildaufnahmesequenz eingezeichnet ist. Als Reflexionsbereich 17a ist der Reflexionsbereich der ersten und als Reflexionsbereich 17b ist der Reflexionsbereich der letzten Bildaufnahme aus der Bildaufnahmesequenz eingezeichnet, jeweils in um 90° gedrehter Schraffur. Im Überlappungsbereich sind die beiden Schraffuren überlagert. Der gesamte Reflexionsbereich 17 über alle Bilder der Aufnahmesequenz ist entsprechend vergrößert (bezogen auf die durch Reflexionsbereiche der einzelnen Aufnahme insgesamt abgedeckte Oberfläche 10). Der Effekt ist grundsätzlich auch bei der bereits erläuterten Bewegungsunschärfe ähnlich, mit dem Unterschied, dass der gesamte Reflexionsbereich in einem Bild integriert ist. Dies führt zu einer Unschärfe im Bild, sofern eine Bewegungsunschärfe überhaupt zu erkennen ist.
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Weil sich die Aufnahmegeometrie bei der ebenen Oberfläche nicht ändert, hat die Verschiebung der Oberfläche 10 keine Auswirkungen auf den Musterbereich 18; dieser bleibt während der Aufnahmesequenz unverändert, wobei natürlich wie bereits beschrieben, die Musterbeleuchtungen phasenverschoben erzeugt werden. Dies ist in 4a der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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4b zeigt dieselbe Situation wie 4a in der Seitenansicht. Die Oberflächennormalen 16a bei der Aufnahme des Bildes a lagen zum Zeitpunkt an derselben Position wie die Oberflächennormalen 16b bei der Aufnahme des Bildes b, die hier als Momentaufnahme der Anordnung dargestellt ist. Wegen der ebenen Oberfläche 10 ist die Ausrichtung der Oberflächennormalen 16a und 16b gleich, mit der Folge, dass auch der Musterbereich 18 sich nicht ändert.
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Die 3c und 4c zeigen eine Anordnung der Inspektionseinrichtung 9, bei der die Beleuchtungseinrichtung 8 eine längs zur Bewegungsrichtung 6 der Oberfläche 10 ausgerichtete Beleuchtungszeile aufweist. Dies kann durch einen Zeilen-Beleuchtungseinrichtung (mit entsprechend gerichteter Zeile) oder durch eine Matrix-Beleuchtungseinrichtung erreicht werden, die entsprechend angesteuert wird. Aufgrund der ebenen Oberfläche ergibt sich auch in dieser Anordnung eine vergleichbare Situation zu der in den 3a, 3b und 4a, 4b gezeigten. Für eine ausführliche Beschreibung wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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In den 3d und 4d ist eine den 3c und 4c ähnliche Anordnung der Inspektionseinrichtung 9 gezeigt, bei der nicht nur die Beleuchtungszeile der Beleuchtungseinrichtung 8, sondern auch die Sensorzeile des Aufnahmesensors 11 entlang der Bewegungsrichtung 6 der Oberfläche 10 ausgerichtet sind. Die Aufnahmeeinrichtung kann entsprechend als Zeilenkamera (mit nur einer Sensorzeile) oder als Matrixkamera (mit mehreren nebeneinander angeordneten Sensorzeilen) ausgebildet sein. Aufgrund der ebenen Oberfläche ergibt sich auch in dieser Anordnung eine vergleichbare Situation zu der in den 3a, 3b, 3c und 4a, 4b, 4c gezeigten. Für eine ausführliche Beschreibung wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Anders sieht es aus, wenn die Oberfläche tatsächlich nicht eben ist. Dies ist in den 5a, 5b, 5c und 5d bzw. 6a, 6b, 6c und 6d dargestellt. Die Ansichten und Anordnungen entsprechenden den mit Bezug auf die 3a, 3b, 3c und 3d bzw. 4a. 4b, 4c und 4d erläuterten Ansichten und Anordnungen. Im Hinblick auf die generelle Beschreibung wird daher auf vorstehendes verwiesen. Aufgrund der Wölbung der Oberfläche 10, die Auswirkung auf die Ausrichtungen der Oberflächennormalen 16, 16' hat und die Reflexionen der Sehstrahlen 15, 19 beeinflusst, ergeben sich für die unterschiedlichen Bilder einer Aufnahmesequenz auch verschiedenen Musterbereiche 18a, 18b.
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In den 5a, 5b, 5c und 5d ist die Situation für jeweils ein Bild dargestellt, bspw. das erste Bild der Bildsequenzen. 5a entspricht im Wesentlichen 3a, wobei die gekrümmt dargestellten Seiten der Oberfläche 10 quer zur Bewegungsrichtung 6 die Krümmung der Oberfläche 10 anzeigen. Aufgrund der Krümmung der Oberfläche 10 werden die Sehstrahlen auch nicht - in der Aufsicht - geradlinig reflektiert, sondern im Reflexionspunkt 170, 170' auch abgelenkt. Entsprechend treffen die reflektierten Sehstrahlen 19 das Muster 13 in einen Musterbereich 18, der an einer anderen Stelle liegt als der Musterbereich 18 gemäß 3a. 5b zeigt entsprechend, dass die Oberflächennormalen 16 und 16' an den Reflexionspunkten 170, 170' unterschiedlich gerichtet sind (und daher auch mit verschiedenen Bezugszeichen bezeichnet wurden). Entsprechend sind die Reflexionswinkel α, α' verschieden.
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Die 6a und 6b zeigen den Reflexionsbereich 17a (für die in 5a, 5b wiedergegebenen Sehstrahlen 15, 19 bei der Aufnahme) und den Reflexionsbereich 17b (für die in den 6a, 6b wiedergegebenen Sehstrahlen 15, 19) zusammen mit dem Überlappungsbereich 171. In entsprechender Weise sind die Musterbereiche 18a und 18b sowie deren Überlappungsbereich 181 gezeigt.
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Der Bildpunkt 12 wird im Aufnahmesensor 11 von dem durch die Rand-Sehstrahlen 15 (vor der Spiegelung an der Oberfläche 10) bzw. 19 (nach der Spiegelung an der Oberfläche) 10 begrenzten Bereich 18, 18a, 18b des Musters beleuchtet, wobei dieser Bereich 18, 18a, 18b auf dem Muster 13 über die Reflexionsbereiche 17, 17a, 17b der Oberfläche 10 in die Aufnahmeeinrichtung 7 abgebildet wird. Jeder der Sehstrahl 15 aber gemäß der an der Stelle vorhandenen Oberflächennormalen 16, 16', 16a, 16a' bzw. 16b, 16b' abgelenkt.
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In den 5a, 5b, 5c und 5d sieht man die Situation im ersten Bild der Sequenz. Wieder wird das Kamerapixel 12 im Bildsensor 11 von dem durch die Randstrahlen 15 (vor der Spiegelung an der Oberfläche) bzw. 19a (nach der Spiegelung an der Oberfläche) begrenzten Bereich 18 des Musters beleuchtet, wobei dieser Bereich 18 auf dem Muster 13 über den Bereich 17a der Oberfläche 10 in die Kamera abgebildet wird. Jetzt wird der Sehstrahl 15 aber gemäß der an der Stelle vorhandenen Oberflächennormalen 16a bzw. 16b abgelenkt. Die Situation im jeweils letzten Bild jeder Bildaufnahmesequenz ist in den 6a, 6b, 6c und 6d dargestellt. Nun wird der Bereich 18b des Musters 13 über den Bereich 17b über die verschobene Oberfläche 10 in den Bildpunkt 12 abgebildet. Für die Spiegelung der von der Kamera ausgehenden Randstrahlen 15 sind nun die Oberflächennormalen 16b, 16b' maßgeblich. Da diese anders sind als im ersten Bild (5a, 5b, 5c und 5d) verschiebt sich nun auch der Bereich Beleuchtungsmusters 130 auf der Beleuchtungseinrichtung 8, der in dem Bildpunkt 12 gesehen bzw. abgebildet wird. Insgesamt überstreicht das Bildpunkt 12 während der Bildsequenz von der ersten bis zur letzten Aufnahme den Bereich 17 der Oberfläche 10 in den 6a, 6b, 6c und 6d und damit den gesamte, Bereich 18 des Musters 13. Dabei sieht der Bildpunkt 12 den Bereich, der sich sowohl in den Reflexionsbereichen 17a als auch 17b auf der Oberfläche 10 und sowohl in den Musterbereichen 18a als auch in 18b auf dem Muster 13 befindet. Die Bereiche, die sich nur in 17a oder 17b bzw. 18a oder 18b befinden, sieht der Bildpunkt 12 nicht während der gesamten Bildsequenz.
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Es sei noch angemerkt, dass die Größenverhältnisse in 3a, 3b, 3c, 3d, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b, 5c, 5d, 6a, 6b, 6c, 6d nicht realistisch sind. Auf die jeweils mit einer Kreuzschraffur dargestellten Schnittebereiche 171, 181 entsprechen nicht realistischen Größen, sondern dienen nur der Veranschaulichung und dem Verständnis. Tatsächlich müsste zumindest das Muster 13 bzw. das Beleuchtungsmuster im Vergleich zur dargestellten Größe des Bildpunkts 12 sehr viel langwelliger sein, sodass ein Bildpunkt 12 nur einen kleinen Bruchteil einer Wellenlänge abdeckt. Mit realistischen Größenverhältnissen würde man in der Zeichnung das Prinzip jedoch nicht mehr erkennen können.
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Wie bereits erläutert muss in einer Bildaufnahmesequenz, die für ein Mehrbild-Phasenshiftverfahren aufgenommen wird, eigentlich in allen Bildern in jedem Bildpunkt 12 dieselbe Stelle der Oberfläche 10 abgebildet werden, d.h. derselbe Reflexionsbereich 17. Wenn man mehrere Bilder hintereinander aufnimmt, sind diese bezogen auf eine sich bewegenden Oberfläche 10 jedoch gegeneinander verschoben. Entscheidend für die Beurteilung, ob das, was ein Bildpunkt 12 während einer Bildsequenz aufnimmt, noch als „näherungsweise dieselbe Stelle“ im Sinne der Erfindung betrachtet werden kann, hängt letztendlich davon ab, wie sehr sich die Abbildung des periodischen Musters 13 über die Oberfläche 10 in die Aufnahmeeinrichtung 7 während einer Bildsequenz ändert. Dies wiederum hängt einerseits von dem Muster 13 (Beleuchtungsmuster 130) selbst und seinem Abstand zur Oberfläche 10 ab, andererseits von dem Reflexionsbereich 17, der während der gesamten Bildsequenz auf den Bildpunkt 13 abgebildet wird, und wie sich diese Fläche (Reflexionsbereich 17) ändert. Die Fläche des Reflexionsbereichs hängt ab von der optischen Pixelauflösung (d.h. die Fläche die in der Betrachtungsebene auf ein Pixel abgebildet wird), der Belichtungszeit, der Dauer der Belichtungssequenz und der Verfahrgeschwindigkeit (d.h. wie weit sich die Oberfläche 10 während einer kompletten Bildsequenz bewegt). Was sich im Musterbereich 18 ändert, hängt ab von der Oberflächentopographie (insbesondere die Änderung der Oberflächennormale).
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Wenn man das Phasenshiftverfahren durchführen möchte, müssen das Muster 13 und der Bildpunkt 12 (auch im Fall einer nicht bewegten Oberfläche 10) so aufeinander abgestimmt sein, dass in dem Teil des Beleuchtungsmusters 130, den ein Bildpunkt 12 auf dem Beleuchtungsmuster 130 abdeckt, die Helligkeit als nahezu konstant ansehen kann bzw. die mittlere Helligkeit tatsächlich die im Bildpunkt 12 gemessene Helligkeit repräsentiert. Auch darf sich die Helligkeit so stark ändern, dass sich die Helligkeit bei der geforderten minimalen Oberflächenabweichung (verursacht durch einen zu erkennenden Fehler, ausreichend ändert, damit die Inspektionseinrichtung 9 diese wahrnehmen kann. Ersteres ist dann der Fall, wenn die Oberfläche 10, die ein Bildpunkt 12 als Reflexionsberiech 19 abdeckt, als nahezu eben angesehen werden kann. Ist dies nicht gegeben, ist ohne weitere Information eine topografische Messung nicht mehr möglich; es kann lediglich noch detektiert werden, dass es eine Oberflächenabweichung gibt. Zusätzlich muss die laterale Auflösung (also die Größe der Fläche auf der Oberfläche) so abgestimmt sein, dass die kleinsten Oberflächenabweichungen, die bei der Inspektion festgestellt werden sollen, noch aufgelöst werden.
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Bei der sich bewegenden Oberfläche 10 muss weiterhin berücksichtigt werden, dass während der Bildaufnahmesequenz eine größere Fläche (gesamter Reflexionsbereich 17 auf der Oberfläche 10 der 4a, 4b, 4c, 4d bspw. 6a, 6b, 6c, 6d von einem Bildpunkt abgedeckt wird. Das beeinflusst die laterale Auflösung. Wenn die Oberfläche zusätzlich gekrümmt ist, wird zusätzlich ein größerer Musterbereich 18 auf dem Muster 13 von einem Bildpunktpunkt abgedeckt. Das beeinflusst die Tiefenauflösung. Wenn sich die Oberfläche 10 während der Aufnahme der Bilder in der Bildaufnahmesequenz bewegt, ist also entscheidend, wie der jeweilige Sehstrahl 15, 19 eines Bildpunkts 12 das Beleuchtungsmuster 130 (Momentaufnahme des Muster 13) überstreicht.
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Im Falle einer ebenen Oberfläche 10 tritt dieser Effekt gemäß den 3 und 4 gar nicht auf. Somit entstehen keine Fehler durch das Abbilden unterschiedlicher erfasster Musterbereich in den Bildern einer Aufnahmesequenz. Allerdings ist nur zutreffend, wenn es im ungestörten Fall keine Messfehler gibt. Sobald irgendeine Störung auf der Oberfläche auftritt (oder diese ohnehin gekrümmt) ist gilt das nicht mehr Fall. Auch im Falle von Messfehlern tritt also der in den 5 und 6 gezeigte Fall auf.
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Das System wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Inspektionseinrichtung so ausgelegt, dass die oben genannten Bedingungen auch für Belichtungszeiten bzw. die gesamte Aufnahmezeit für eine komplette Bildaufnahmesequenz eingehalten werden. Dazu werden die Bilder einer Bildaufnahmesequenz zeitlich so schnell nacheinander aufgenommen, dass die Verschiebung der Oberfläche 10 während der Aufnahmen so klein ist, dass jeder Bildpunkt 12 einen Bereich (Reflexionsbereich 17) auf der Oberfläche 10 abdeckt, der noch als konstant angesehen werden kann. Außerdem wird die Periodenlänge des Musters 31 so ausgelegt, dass der Bereich, der von einem an der Oberfläche gespiegelten bzw. reflektierten Sehstrahl 15, 19 der Aufnahmeeinrichtung 7 während der Aufnahme einer Bildaufnahmesequenz überstrichen wird, noch als konstant angesehen werden kann bzw. dass der daraus entstehende Fehler kleiner als die geforderte Tiefenauflösung sind.
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Je stärker die Oberfläche 10 gekrümmt ist, desto schneller müssen die Bilder aufgenommen werden und desto langwelliger muss das Muster 13 werden. Allerdings müssen beide Bedingungen nur für die Bereiche auf der Oberfläche 10 eingehalten werden, die auch tatsächlich inspiziert werden sollen. Das sind in den meisten Fällen die konstruktiv fehlerfreie Oberflächenbereiche und die Bereiche, in denen flache, langwellige topographische Fehler vorhanden sind. In den meisten Oberflächen 10 gibt es darüber hinaus kleine, meist sehr steile topographische Fehler. Für diese sind die Bedingungen meist nicht mehr einzuhalten, wobei dies meistens auch schon für den statischen Fall gilt. Diese Fehler können dann nur noch detektiert (Erkennen eines Fehlers), aber nicht mehr vermessen (Messen der Topographie) werden.
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Für das Verfahren sind sehr hohe Bildaufnahmefrequenzen notwendig, damit die geforderte laterale Auflösung für die gesamte Bildaufnahmesequenz erreicht wird. Diese wiederum bedingen sehr kurze Belichtungszeiten, die wiederum eine sehr helle Beleuchtung erfordern.
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Für das in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft verwendete Phasenshiftverfahren ist es am vorteilhaftesten, wenn es sich bei dem Muster 13 (respektive jedem der Beleuchtungsmuster 130) um einen sinusförmigen Helligkeitsverlauf handelt. Typischerweise werden dazu z.B. Bildschirme oder auf eine Fläche projizierte Muster verwendet. Damit kann der Sinusverlauf sehr gut bis perfekt dargestellt werden. Allerdings reicht bei diesen Beleuchtungen oft die mit wirtschaftlichem Aufwand erreichbare Helligkeit nicht aus, und die mögliche Bildfrequenz ist begrenzt, sodass sie nur bei langsamen Prozessen eingesetzt werden können.
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Mit einer LED-Zeile oder LED-Matrix, bei der die einzelnen LEDs oder auch einzelne LED-Module, die aus mehreren Einzel-LEDs bestehen, separat angesteuert werden können, lässt sich sowohl die geforderte Helligkeit als auch die geforderte Umschaltfrequenz synchronisiert mit der Bildaufnahme der Kameras realisieren. Es können aber euch mehrere Zeilen zu einer Matrix zusammengesetzt werden.
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In der einfachsten Form können die einzelnen LEDs bzw. LED-Module nur ein- oder ausgeschaltet werden. Damit lässt sich also nur ein rechteckförmiger Helligkeitsverlauf realisieren, der nur eine sehr grobe Näherung des eigentlich gewünschten sinusförmigen Helligkeitsverlaufs ist. Auch damit lässt sich das Phasenshiftverfahren schon durchführen, jedoch ist die Genauigkeit begrenzt. Durch verschiedene Maßnahmen kann man eine bessere Annäherung an den gewünschten Verlauf erreichen. Je näher man an einem Sinusverlauf kommt, desto besser wird die Genauigkeit. Die Beleuchtungszeile bzw. -matrix kann so modifiziert werden, dass sich auch Zwischenhelligkeiten für die einzelnen LEDs einstellen lassen. Je nach Größe der LEDs oder LED-Module kann damit der Sinusverlauf gut angenähert werden. Das geht z.B. dadurch dass die einzelnen LEDs bzw. LED-Module während der eigentlichen Belichtungszeit nur zeitweise angeschaltet werden. Allerdings ist diese Methode aufwändig, weil man dann eine extrem schnelle Ansteuerelektronik benötigt. Eine erfindungsgemäß bevorzugte Lösung sieht vor, das Muster unscharf auf der Kamera abzubilden. Dies wurde bereits beschrieben und wird an dieser Stelle nicht wiederholt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorstehenden Beschreibung die Begriffe Kamera und Bildaufnahmeeinrichtung synonym verwendet werden. Alle in Bezug auf die Kamera offenbarten Merkmale und Funktionen gelten entsprechend auch für die Bildaufnahmeeinrichtung, und umgekehrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Objekt
- 2
- Kupferfolie
- 3
- Kunststofffolie
- 4
- erster Fehler
- 5
- zweiter Fehler
- 6
- Bewegungsrichtung
- 61
- Verschiebung
- 7
- Aufnahmeeinrichtung
- 8
- Beleuchtungseinrichtung
- 9
- Inspektionseinrichtung
- 10
- Oberfläche
- 11
- Aufnahmesensor
- 12
- Bildpunkt
- 13
- Muster
- 130
- Beleuchtungsmuster
- 14
- Helligkeitsverteilung
- 15
- Sehstrahl
- 16
- Oberflächennormale
- 17
- Reflexionsbereich
- 170
- Reflexionspunkt
- 171
- Schnittbereich der Reflexionsbereiche der einzelnen Bilder
- 18
- Musterbereich
- 181
- Schnittbereich der Musterbereiche in den einzelnen Bildern
- 19
- Sehstrahlen
- α
- Reflexionswinkel
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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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- WO 9817971 A1 [0009]
- EP 2390656 B1 [0011]
