DE19637234C2

DE19637234C2 - Verfahren zur Überprüfung der Farbreinheit von Oberflächen

Info

Publication number: DE19637234C2
Application number: DE19637234A
Authority: DE
Inventors: Michael F Braun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2016-09-14
Also published as: DE19637234A1

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Verfahren zur Online- Überprüfung der Farbreinheit von strukturierten oder nicht strukturierten Oberflächen mit einer aus einer oder mehreren Videokameras und einem Computer bestehenden Einrichtung, ins besondere zum Zwecke der Qualitätskontrolle, wobei man die Oberflächen mittels der Video-Kamera erfaßt und die erhaltenen elektronischen Signale mittels des Computers auswertet.

Die Farbkontrolle von angelieferter Ware wird in unterschied lichen Industriezweigen zur Qualitätskontrolle eingesetzt. So wird in der Textilindustrie an sogenannten Schautischen die angelieferte Ware vor der Verarbeitung auf Löcher, Dickstellen und Farbverläufe untersucht. Unter dem Begriff "Farbverlauf" ist ein sich über die Fläche allmählich verändernder Färbten zu verstehen. Insbesondere die Kontrolle der Farbverläufe ist unbedingt notwendig, da konfektionäre Waren mit zu starken Farbverläufen nicht verarbeitet werden können.

Üblicherweise wird die Farbe mit dem bloßen Auge kontrolliert. Bekannt ist auch, die Sichtkontrolle automatisch mittels mehrerer über dem Schautisch angeordneter Kameras durch zuführen, um nicht nur die Farbverläufe, sondern auch Löcher und Dickstellen zu erfassen. Um Dickstellen und Löcher erkennen zu können, sind typischerweise etwa 9 bis 10 nebeneinander angeordnete Kameras mit hoher Auflösung erforderlich, die infolge der hohen Anzahl der anfallenden Daten ein besonders schnelles und aufwendiges nachgeschaltetes Computersystem erfordern.

Gemusterte Textilien führen zu weiteren Problemen, da die Muster selbsttätig erkannt und ausgewertet werden müssen. Auch aus diesem Grund ist eine extrem hohe Rechnerleistung not wendig, die den Einsatz des bekannten Verfahrens in vielen Fällen aus wirtschaftlichen Gründen unmöglich macht.

Schließlich ist ein weiterer Nachteil des Standes der Technik zu nennen. In den bekannten automatisierten Verfahren werden die absoluten Farbwerte erfaßt. Daher ist es erforderlich, für eine immer gleichbleibende Beleuchtung sowie für eine gleich bleibende Farbempfindlichkeit der Kameras zu sorgen.

Aus der EP 0 571 295 A1 ist ein Verfahren zum Bewerten eines Schmiermittels, insbesondere für einen Automobil-Motor bekannt. Hier handelt es sich insbesondere um eine Qualitätskontrolle mit Hilfe der visuellen Bewertung unter Zuhilfenahme einer Referenz-Farbtafel. In dem automatisierten Verfahren gemäß dieser Druckschrift wird das zu überprüfende Schmiermittel mit einer Kamera aufgenommen, das erhaltene Bild digitalisiert und die Farben der digitalisierten Punkte mit einer Referenz-Farb tafel verglichen. Die damit erhaltene Verteilungskurve für die verschiedenen Farben dient als Grundlage zum selbsttätigen Bewerten des Schmiermittels.

Ein Verfahren zur Überwachung der Druckqualität mehrfarbiger Druckvorlagen einer Offsetdruckmaschine wird in der DE 39 25 011 A1 beschrieben. Die Rasterdruckvorlagen werden mit einer Kamera mit einer etwa zehnmal so hohen Auflösung wie das Druckraster erfaßt. Das digitalisierte Bild wird auf einem Computer, nämlich in einem Bildanalysesystem verarbeitet, um über eine Grauwertmessung die Farbschichtdicke der Farbrasterpunkte der einzelnen Primärfarben zu ermitteln. Wesentlich ist hier die sehr hohe Auflösung bei der Abtastung der gerasterten Druckvorlage.

Eine produktionsnahe Farbkontrolle mit bildgebenden Sensoren ist in der Druckschrift DE 43 09 802 A1 dargestellt. Hier wird eine Referenz des zu prüfenden Teils mit Hilfe von Farb sensoren, insbesondere einer digitalen, die Farbe erfassenden Kamera erfaßt. Die Farbwerte dieser Bildpunkte werden abge speichert. Entsprechend werden die Farbwerte eines Prüflings in digitaler Weise erfaßt. Aus dem Vergleich der Daten der Referenz mit den Daten des Prüflings wird die Farbabweichung bestimmt. Auch hier wird mit einer relativ hohen Auflösung gearbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders preis günstiges Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das in unterschiedlichen Industriezweigen eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Video-Kamera gleichzeitig mit der Erfassung der Oberfläche oder in einem vorhergehenden oder nachfolgenden Schritt die Farb werte einer oder mehrerer gemusterter Referenztafeln erfaßt, wobei man die optische Auflösung der Einrichtung ausreichend niedrig einstellt, so daß die Struktur der Oberfläche und/oder das Muster der Referenztafel nicht erfaßt wird, und daß aus den erhaltenen elektronischen Signalen für die Oberfläche und die Referenztafel ein Signal gebildet wird, das die integralen relativen Farbwerte bezogen auf die Referenztafel darstellt.

Die gewollt niedrige Auflösung kann optisch durch die Kamera und/oder durch die Auswertungssoftware erreicht werden, indem z. B. rechnerisch mehrere Bildpunkte (Pixel) gemittelt werden. Unter dem Begriff "gemusterte Referenztafel" ist jede Tafel mit ungleichmäßiger Farbverteilung, so z. B. auch eine farbige Abbildung von Gegenständen auf einem Foto, zu verstehen.

In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die Sichtkontrolle auf Löcher und Dickstellen von Textilbahnen auf einfache und kostengünstige Weise ohne den Einsatz von Geräten vor genommen werden kann. Das Erfassen von Farbverläufen bietet jedoch besondere Schwierigkeiten, und eine maschinelle Erfassung ist dem menschlichen Auge weit über legen. Der erfindungsgemäße Verzicht auf eine hohe Auf lösung ermöglicht den Einsatz nur einer Farbkamera, die gegebenenfalls mit einem Weitwinkelobjektiv ausgestattet ist. Eine weitere Reduzierung der Kosten hat ihre Ursache in der erfindungsgemäß niedrigen Rate von anfallenden Daten, die vom nachgeschalteten Computersystem verarbeitet werden müssen. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann daher auch ein weniger leistungsfähiger Computer verwendet werden.

Der bei der absoluten Farbmessung notwendige laufende Abgleich sowie die laufende Überprüfung der Umgebungs bedingungen entfallen außerdem, da erfindungsgemäß eine Referenzmessung vorgenommen wird. Die Farbreinheit der eingesetzten Kamera ist nicht notwendig.

Vorzugsweise setzt man eine aus mehreren unterschiedlichen regelmäßig angeordneten Farbbereichen bestehende Referenz tafel ein und stellt die Auflösung der Einrichtung so niedrig ein, daß diese Farbbereiche nicht getrennt werden. Auch hier handelt es sich also um eine integrale Erfassung im Gegensatz zum Stand der Technik.

Probleme mit gemusterten Oberflächen, z. B. Textilmustern treten nicht auf, wenn man im Falle einer regelmäßig gemusterten Oberfläche die Auflösung der Einrichtung so niedrig wählt, daß das Muster nicht erfaßt wird. Die Meß auflösung sollte also geringer sein als eine Mustereinheit (Elementarzelle) der Oberfläche.

Ferner wird vorgeschlagen, daß bei der gleichzeitigen Erfassung der Oberfläche und der Referenztafel die Ober fläche und die Referenztafel von einem Kantenerkennungs muster räumlich getrennt sind. Als Kantenerkennungsmuster wird vorzugsweise ein graues Muster, z. B. ein Graustufen keil, eingesetzt, da hier die gleiche Verteilung der Rot-, Grün- und Blauwerte vorliegt. Diese gleiche Verteilung ermöglicht dem Computer die Unterscheidung von Kanten erkennungsmuster und zu untersuchender Oberfläche bzw. Referenztafel.

Bei der Auswertung der erhaltenen Daten kann unterschied lich vorgegangen werden. Vorzugsweise ermittelt man die Anzahl der Bildpunkte gleicher Helligkeit jeweils für Rot, Grün und Blau. Dabei bestimmt man insbesondere die mitt leren Helligkeiten. Durch Vergleich der mittleren Hellig keiten von Rot, Grün und Blau lassen sich z. B. Ver schiebungen zur Farbe Lila hin auf einfache Weise über prüfen. Es können daher nicht nur Änderungen der Farbver teilung festgestellt werden, sondern auch der Grund für diese Änderung wird erfaßt.

Bei der Auswertung kann mit Vorteil ein Meßbericht zuzüg lich, zu der Online-Kontrolle erstellt werden. So können beispielsweise bei langen Textilbahnen die Bereiche gleicher Farbsättigung in Form einer Höhenlinienkarte angegeben werden.

Auch die von den Farbverläufen abhängende Qualität kann automatisch erfaßt werden, so daß der Wert einer gesamten Lieferung auf objektive Weise feststellbar ist.

Bei einer Auswertung in Abhängigkeit von der Zeit lassen sich Nachdunklungszeiten von Farben bestimmen.

Werden die Helligkeitshäufigkeiten der Farbverteilung ermittelt, so können Farbprofile oder Helligkeitsprofile aufgenommen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in unterschied lichen Industriezweigen einsetzen. Vorzugsweise wird das Verfahren zum automatischen Erfassen von Farbverläufen einer Textilbahn verwendet. Ein weiteres besonders vor teilhaften Einsatzgebiet liegt in der Qualitätskontrolle von Fleisch und dessen Einordnung in Qualitätsklassen. Im letzteren Fall wird die angelieferte Ware bei der Anlieferung auf die Farbe kontrolliert, da dies ein aus schlaggebendes Kriterium für die Qualitätsklasse und damit den Wert darstellt.

Weitere Einsatzgebiete liegen in der Holzindustrie, wo Farbverläufe bei Funieren auf einfache und kostengünstige Weise mit Hilfe der Erfindung festgestellt werden können. Auch in der Lack-, chemischen und Stahl-Industrie läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil einsetzen, z. B. zur Qualitätskontrolle von Folien, lackierten Ober flächen, Stahlbändern, also unstrukturierten Oberflächen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 3 Diagramme, die den Helligkeitsverlauf für Rot, Grün und Blau einer farbigen Oberfläche dar stellen,

Fig. 2 die entsprechenden Helligkeitsverläufe für eine farbige Oberfläche, die gegenüber der Oberfläche nach Fig. 1 mit dem bloßen Auge kaum sichtbare Farbunterschiede aufweist,

Fig. 3 ein Beispiel für eine Referenztafel und

Fig. 4 ein Beispiel für die Anordnung von zu unter suchender Oberfläche und Referenztafeln.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Textilindustrie wird eine handelsübliche Farb-Kamera (Video-Kamera) oberhalb eines an sich bekannten Schau tisches für eine Textilbahn montiert. Die Kamera ist mit einem Weitwinkelobjektiv ausgerüstet, so daß sie sowohl die gesamte Breite der Textilbahn als auch eine links und/oder rechts neben die Textilbahn gelegte farbige Referenztafel erfaßt. An die Kamera ist ein Computer, z. B. ein Personalcomputer, über ein übliches Video- Interface (Frame-Grabber-Karte) angeschlossen. Eine geeignete Software zeichnet die Farbverläufe auf und registriert sie. Äußere Beleuchtungsänderungen werden durch die gleichzeitige Aufnahme von mindestens zwei, links und rechts von der Ware plazierter Farbtafeln kompensiert. Bei der Aufzeichnung der Farbverläufe wird die Stoffbahn auf übliche Weise gleichzeitig auf Löcher und Dickstellen untersucht.

Ein Beispiel für ein solches Untersuchungsergebnis ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Diagramme zeigen von oben nach unten die Helligkeitsverteilung des Rot-, des Grün- und des Blauanteils. Die Anzahl der Bildpunkte ist über dem Helligkeitswert aufgetragen. Die mittlere Hellig keiten betragen
für Rot 154,16
für Grün 119,9
für Blau 87,07
in relativen Einheiten.

Die in entsprechender Weise dargestellten Helligkeitsver teilungen in Fig. 2, die einem mit dem Auge fast nicht mehr erkennbaren Farbunterschied entsprechen, haben eine mittlere Helligkeit
für Rot 151,92
für Grün 119,33
für Blau 85,99
in den gleichen Einheiten.

Obwohl die Farbunterschiede äußerst gering sind, zeigen die im mittleren Helligkeitswerte der beiden Oberflächen deutliche Abweichungen. Mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren lassen sich daher die mit dem Auge fast nicht mehr unterscheidbaren Farbunterschiede deutlich erkennen.

Fig. 3 zeigt das Beispiel einer Farbtafel, die im Bereich 1 aus quadratischen einfarbigen Flächen unterschiedlicher Farbzusammensetzung aufgebaut ist. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird diese Farbtafel als ganzes, also integral von der Video-Kamera erfaßt. Der Bereich 2 stellt das Kantenerkennungsmuster dar, das aus einer Grauwertabstufung besteht.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für das von der Video-Kamera beobachtete Bild im Falle der Qualitätskontrolle einer Textilbahn. Von der sich in Pfeilrichtung bewegenden Textilbahn 3 werden nur drei Bereiche 4, 5, 6 ausgewertet. Zwei Kantenerkennungsmuster 7, 8 dienen zur Erfassung des Randes der Stoffbahn 3. Zwei Referenztafeln 9, 10 sind links und rechts von der Textilbahn 3 angeordnet. Auch sie haben jeweils ein Kantenerkennungsmuster 11, 12, das in Verbindung mit den bekannten Positionen eine Lage bestimmung durch den Computer erlaubt. Die Kanten erkennungsmuster bestehen jeweils aus einem Graukeil oder einem Graustufenkeil.

Die Struktur des Kantenerkennungsmusters sollte im all gemeinen in der Auflösungsgröße der Kamera liegen. Die Struktur sollte ferner derart ausgebildet sein, wie sie von den zu untersuchenden Stoffen nicht erwartet wird. Beispielsweise sind Graukeile oder Graustufenkeile im Falle von farbigen zu untersuchenden Oberflächen bevor zugt.

Da die Positionen von zu untersuchender Oberfläche und Referenztafel relativ zueinander bekannt sind, kann der Computer das Referenzmuster und die Oberfläche voneinander unterscheiden.

Im Beispiel von Fig. 4 werden drei getrennte Bereiche der Textilbahn getrennt voneinander untersucht. Dies ent spricht einer Forderung der meisten Konfektionäre. Eine Farbuntersuchung bis zum äußersten Rand der Stoffbahn wird also nicht vorgenommen.

Claims

1. Selbsttätiges Verfahren zur Online-Überprüfung der Farbreinheit von strukturierten oder nichtstruk turierten Oberflächen mit einer aus einer oder mehreren Videokameras und einem Computer bestehenden Einrichtung, insbesondere zum Zwecke der Qualitäts kontrolle, wobei man die Oberflächen mittels der Video-Kamera erfaßt und die erhaltenen elektronischen Signale mittels des Computers auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß die Video-Kamera gleichzeitig mit der Erfassung der Oberfläche oder in einem vorhergehenden oder nachfolgenden Schritt die Farbwerte einer oder mehrerer gemusterter Referenztafeln erfaßt, wobei man die optische Auflösung der Einrichtung ausreichend niedrig einstellt, so daß die Struktur der Oberfläche und/oder das Muster der Referenztafel nicht erfaßt wird, und daß aus den erhaltenen elektronischen Signalen für die Oberfläche und die Referenztafel ein Signal gebildet wird, das die integralen relativen Farbwerte bezogen auf die Referenztafel darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine aus mehreren unterschiedlichen regel mäßig angeordneten Farbbereichen bestehende Referenztafel einsetzt und die Auflösung der Einrich tung so niedrig einstellt, daß diese Farbbereiche nicht getrennt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man im Falle einer regelmäßig gemusterten Ober fläche die Auflösung der Einrichtung so niedrig wählt, daß das Muster nicht erfaßt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der gleichzeitigen Erfassung der Oberfläche und der Referenztafel die Oberfläche und die Referenztafel von einem Kantenerkennungsmuster räum lich getrennt sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Auswertung die Anzahl der Bildpunkte gleicher Helligkeit jeweils für Rot, Grün und Blau ermittelt.

6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß man die mittleren Helligkeiten bestimmt.

7. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehen den Ansprüche zum automatischen Erfassen von Farb verläufen einer Textilbahn.

8. Verwendung des Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche zur Qualitätskontrolle von Fleisch und dessen Einordnung in Qualitätsklassen.