DE19623949A1 - Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur opti­ schen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Gegenstän­ den nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus US 5 451 773 ist bekannt, die Dichtigkeit von Behäl­ tern dadurch zu prüfen, daß die Behälter seitlich mit Lichtimpulsen beleuchtet werden, und eine Videokamera oberhalb des Behälters mit dem Blickfeld in den Behälter hineinsieht und ermittelt, ob der Behälter Undichtigkeiten aufweist.

Aus WO 91/06846 ist bekannt, Behälter optisch auf die Ober­ flächenbeschaffenheit dadurch zu prüfen, daß eine Beleuch­ tung des Behälters mit Hilfe einer halbkugelförmigen Dif­ fusorkuppel erfolgt, die aus einem milchigen durchschei­ nenden Material besteht. Die Beleuchtung erfolgt mit Hilfe von Arrays von lichtemittierenden Dioden (LED), die puls­ weise zusammen mit dem Verschluß der Videokamera betrieben werden. Die Videokamera sitzt oberhalb der Diffusorkuppel, wobei das Objektiv der Kamera sich innerhalb der Kuppel befindet. Es ist auch bekannt, eine derartige optische Prüfvorrichtung für flache Gegenstände, beispielsweise Deckel für Behälter oder dergleichen zu verwenden.

Es hat sich gezeigt, daß die Beleuchtung mit Rotlicht oder in manchen Fällen auch Grünlicht abgegebenen LEDs eine inhomogene Ausleuchtung bewirkt und damit nicht jede Un­ regelmäßigkeit der Oberfläche oder der Bedruckung oder dergleichen des zu prüfenden Gegenstands erkennen läßt. Die Prüfung erfolgt in der Weise, daß das Bild der Video­ kamera vom Prüfling in einem Rechner mit einem Sollbild bzw. mit Grauwerten (Sollwerten), die in vorab definierten Flächen des Prüflings gemessen wurden, verglichen wird. Eine unzureichende Ausleuchtung führt mithin zu Fehlern, die unter Umständen in Wahrheit keine sind oder zur Nicht­ entdeckung von Fehlern. Außerdem ist der Betrieb einer impulsweise betätigten Kamera mit impulsweise betätigten Beleuchtungsquellen relativ aufwendig. Da die Gegenstände zumeist nacheinander in relativ großer Schnelligkeit in die Prüfzone befördert werden, muß sichergestellt sein, daß der zu prüfende Gegenstand sich exakt auf einer vorge­ gebenen Stelle befindet, wenn der Impuls ausgelöst wird. Die Auslösung des Impulses erfolgt zumeist durch eine Lichtschranke, die sich in Förderrichtung der Gegenstände vor der Bildaufnahmestelle befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit von Gegenständen zu schaffen, die einfach aufgebaut und be­ trieben werden kann und die eine optimale Ausleuchtung des zu prüfenden Gegenstandes sicherstellt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Beleuch­ tungsvorrichtung Weißlichtlampen auf, die ständig einge­ schaltet sind. Die Verwendung von Weißlichtlampen, die permanent strahlen, hat den Vorteil, daß eine optimale Ausleuchtung der zu prüfenden Gegenstände stattfindet. Die Beleuchtung erfolgt mit einem naturgetreuen Farbspektrum, so daß die Kamera die zu prüfende Fläche relativ genau ent­ sprechend ihrer Auflösung identifizieren kann. Die durch den Prüfvorgang selbst erzeugte Fehlerrate ist daher denk­ bar gering.

Die Lichtschranke, die bei dem bekannten Verfahren die Annäherung eines Gegenstandes in dem eigentlichen Prüfbe­ reich anzeigt, kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung im Aufnahmebereich liegen. Eine Abtastung mit Hilfe der Kamera erfolgt in dem Augenblick, in dem der Gegenstand die Lichtschranke erreicht. Es spielt dabei für die Bild­ qualität keine Rolle, ob der zu prüfende Gegenstand zur Objektivachse der Kamera genau ausgerichtet ist oder nicht. Eine Verschiebung aus der Mitte heraus ist unkritisch.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Diffusor­ kuppel konisch. Eine derartige Ausbildung ist besonders vorteilhaft für die Anordnung der Lichtquellen um den Man­ tel des Diffusorkonus herum. Die Lampen bzw. ihre Fassun­ gen sind vorzugsweise entlang von Strahlen angeordnet, von denen mehrere im Umfangsabstand um die Diffusorkuppel herum angeordnet sind. Dadurch läßt sich eine gleichmäßige Einstrahlung in die Diffusorkuppel hinein verwirklichen und somit eine Rundumausleuchtung des zu prüfenden Gegen­ standes unterhalb der Diffusorkuppel.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Objektiv der Videokamera unmittelbar über der oberen Öffnung der Diffusorkuppel angeordnet. Der Durchmesser der Öffnung entspricht annähernd dem Durchmesser des Objektivs. Das Objektiv ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfin­ dung vorzugsweise ein Zoom-Objektiv. Damit läßt sich zum einen eine Anpassung an unterschiedliche Abmessungen der Gegenstände vornehmen und zum anderen eine Veränderung des Abbildungsmaßstabes. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Kamera verstellbar sein, um bestimmte Bereiche des zu prüfenden Gegenstands besser erkennen zu können.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist unter­ halb der Diffusorkuppel eine Blende angeordnet, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Diffusor­ kuppel im Bereich der Blende. Auf diese Weise wird der Nachteil, der sich durch die Abbildung des Objektivs in der Aufnahmeebene einstellt, kompensiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen na­ her erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfin­ dung.

Fig. 2 zeigt in Seitenansicht teilweise aufgeschnitten ein Gehäuse mit einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt die Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 2 in Richtung Pfeil 3, teilweise aufgeschnitten und ohne Lampen.

In Fig. 1 ist eine Videokamera 10 zu erkennen mit einem Objektiv 12, das als Zoom-Objektiv ausgebildet ist. Das Objektiv 12 befindet sich oberhalb eines konischen Hohl­ körpers 14, der als Diffusorkuppel dient und dementspre­ chend aus einem milchigen durchscheinenden Material be­ steht. Der Durchmesser der oberen Öffnung der Diffusorkup­ pel 14 ist annähernd gleich dem Durchmesser des Objektivs 12.

Die Diffusorkuppel 14 ist auf einer Grundplatte 16 ange­ ordnet, die eine Blendenöffnung 18 aufweist. Wie erkennbar, ist der Durchmesser der Blendenöffnung 18 kleiner als der Durchmesser der Kuppel 14 im Bereich der Platte 16. Unter­ halb der Platte 16 ist eine Aufnahmefläche 20 für zu prü­ fende Gegenstände angeordnet, wie zum Beispiel ein Deckel 22, der mit Hilfe einer geeigneten Transportvorrichtung auf der Fläche 20 entlangbewegt wird, hier senkrecht zur Zeichenebene.

Am Umfang der Kuppel 14 ist eine Anzahl von Lampen 24 an­ geordnet, die in die Kuppel 14 hineinstrahlen, so daß dif­ fuses Licht über die Blendenöffnung 18 auf den Gegenstand 22 trifft. Die Lampen, Weißlicht- bzw. Kaltlichtlampen, sind permanent eingeschaltet und bewirken eine gleich­ mäßige Ausleuchtung des Gegenstandes mit dem natürlichen Farbspektrum.

In den Fig. 2 und 3 ist die Anordnung nach Fig. 1 in einem Gehäuse 26 gezeigt, in dem die Kamera 10 auf einer Platte 28 angeordnet ist, die über Stützen 30 auf dem Bo­ den des Gehäuses 26 abgestützt ist. Der Boden entspricht der Grundplatte 16 nach Fig. 1. Man erkennt in Fig. 3, daß die Kamera 10, die über seitlich angreifende Lagermittel 30 an der Platte 28 abgestützt ist, auch begrenzt ver­ stellbar ist (in Fig. 3 sind die Lampen 24, die in Fig. 2 zu erkennen sind, nicht dargestellt). Die Lampen 24 bzw. ihre Gehäuse sind an Armen 32 angebracht, die am oberen Ende an der Platte 28 befestigt sind. Jeweils zwei Lampen 24 sind an einem Arm 32 angebracht, die sich annähernd parallel und im Abstand zur Mantelfläche der Kuppel 14 radial erstrecken, wobei in Umfangsrichtung eine Reihe von Armen 32 vorgesehen ist, um eine komplette Ausleuchtung zu erhalten.

In Fig. 2 ist die aus Sendeelement 36 und Empfangselement 38 bestehende Lichtschranke zu erkennen, die unmittelbar oberhalb der Produktfläche 40 angeordnet ist, genau zum Aufnahmebereich der Kamera 10 ausgerichtet. Sobald der Ge­ genstand 22 in den Aufnahmebereich gelangt, wird dies von der Lichtschranke festgestellt und ein Signal auf die nicht gezeigte Steuer- und Rechenvorrichtung gegeben, da­ mit ein Bildaufnahmevorgang über die Kamera 10 in Gang ge­ setzt wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberflächenbe­ schaffenheit von Gegenständen, mit einer Beleuchtungs­ vorrichtung, die über eine Diffusorkuppel den darunter befindlichen Gegenstand beleuchtet, einer Videokamera, deren Objektiv am oberen Ende der Diffusorkuppel ange­ ordnet ist und einer einen Rechner enthaltenden Aus­ wertevorrichtung, in der ein Sollbild oder Sollgrau­ werte von vorab definierten Flächen des Gegenstandes gespeichert ist/sind, mit dem das von der Kamera aufge­ nommene Bild verglichen wird/werden zwecks Erzeugung eines Auswerfsignals, wenn die Abweichung zwischen Ist- und Sollbild eine vorgegebene Größe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung Weiß­ lichtlampen (24) aufweist, die ständig eingeschaltet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusorkuppel (14) konisch ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Objektiv (12) der Kamera (10) unmit­ telbar über der oberen Öffnung der Diffusorkuppel (14) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung annähernd dem Durchmes­ ser des Objektivs (12) entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zoom-Objektiv für die Kamera (10) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Diffusorkuppel eine Blende (18) angeordnet ist, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Diffusorkuppel (14) im Be­ reich der Blende (18).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende verstellbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lampen jeweils auf einem annähernd parallel zum Mantel der Diffusorkuppel (14) verlaufenden Strahl angeordnet sind, wobei in Umfangs­ richtung beabstandet eine Reihe von Strahlen vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen bzw. die Fassungen bzw. die Gehäuse der Lampen eines Strahls an einem Arm (32) befestigt sind, der seinerseits an einem Ende einer Platte (28) ange­ bracht ist, die auch die Kamera (10) trägt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtschranke (36, 38) für die Anwesenheitsmeldung eines Prüfgegenstandes (22) im Bereich der Aufnahmefläche (40) der Videokamera (10) liegt.