DE3320939C2

DE3320939C2 - Vorrichtung zur Fehlerprüfung der Oberfläche eines konvex gekrümmten Körpers

Info

Publication number: DE3320939C2
Application number: DE3320939A
Authority: DE
Inventors: Hajime Tokio/Tokyo Yoshida
Original assignee: Hajime Industries Ltd
Current assignee: Hajime Industries Ltd
Priority date: 1982-06-15
Filing date: 1983-06-09
Publication date: 1985-04-18
Also published as: GB2126712A; GB2126712B; FR2528571A1; DE3320939A1; JPH0515978B2; CA1206226A; GB8315789D0; JPS58219441A; US4555635A; FR2528571B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fehlerprüfung der Oberfläche eines konvex gekrümmten Körpers, enthaltend eine Lichtquelle (3) zur Beleuchtung der zu prüfenden Oberfläche (2) des Körpers (1), einen Bildsensor (4) zur Aufnahme des von der Oberfläche (2) reflektierten Lichtes und zur Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Signales, sowie eine Prüfeinrichtung (6) zur Aufnahme des vom Bildsensor (4) erzeugten elektrischen Signales und zur Feststellung, ob sich in der betrachteten Oberfläche (2) ein Fehler befindet. Erfindungsgemäß ist dabei im Lichtweg zwischen der Lichtquelle (3) und dem Bildsensor (4) ein Projektionsschirm (7) vorgesehen, auf dem ein Bild des beleuchteten Bereiches der Oberfläche (2) des Körpers erzeugt wird, wobei der Bildsensor (4) dieses auf dem Projektionsschirm (7) erzeugte Bild aufnimmt.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß mit geringem technischen Aufwand eine zuverlässige Fehlerprüfung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst

Indem erfindungsgemäD eine Lichtquelle Verwendung findet, die ein paralleles Lichtstrahlbündel auf die Oberfläche des zu prüfenden Körpers wirft, wird ein verhältnismäßig großer Oberflächenbereich gleichzeitig erfaßt und als echtes Bild auf den Projektionsschirm geworfen. Da ferner die Bildformungsfläche des Projektionsschirmes so geformt ist, daß Bildpunkte, die auf der zu prüfenden Oberfläche gleichen Abstand voneinander aufweisen, auch auf der Bildformungsfläche des Projektionsschirmes gleichen Abstand besitzen, ergibt sich ein auf besonders einfache Weise vom Bildsensor und von der Prüfeinrichtung auswertbares Bild des Prüfobjektes.

Als Lichtquelle zur Erzeugung des parallelen Lichtstrahlbündels kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eiee einfache, im sichtbaren Bereich arbeitende Lichtquelle Verwendung finden, was auch die Gestaltung des Bildsensors und der Prüfeinrichtung wesentlich vereinfacht

Durch den gleichzeitig erfaßten, verhältnismäßig großen Bereich der Oberfläche des zu prüfenden Körpers ist in vielen Anwendungsfällen eine zusätzliche Relativbewegung zwischen dem Lichtstrahlbündel und dem zu prüfenden Körper nicht erforderlich.

Bei Abtastung der gesamten Oberfläche des konvex gekrümmten Körpers vereinfacht sich die Abtastung der Oberfläche durch den erfaßten großen Bereich.

Die Abtastung einer verhältnismäßig großen Teilfläche des Prüfobjektes durch ein paralleles Lichtstrahlbündel ist selbstverständlich nur dann möglich, wenn gleichzeitig dafür gesorgt wird, daß auf dem Projektionsschirm ein längengetreues Abbild der geprüften Oberfläche entsteht. Dies ist durch die erfindungsgemäß vorgesehen^¹ Gestaltung der Bildformungsfläche des Projektionsschirmes gewährleistet

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung eines in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In Fig.4 sind für dieselben Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in den F i g. 1 bis 3 verwe ndet.

Die Vorrichtung gemäß Fig.4 enthält: eine einzige Lichtquelle 3, die einen im wesentlichen; parallelen Lichtstrom als einfallendes Licht IL auf die konvex gekrümmte Oberfläche 2 des Körpers wirft. Die Lichtquelle 3 enthält in einem zylindrischen Körper 3/4 in dem einen Brennpunkt einer Sammellinse 35 einen Lichterzeuger 3C, beispielsweise eine Lampe. Der zylindrische Körper 3A ist an sinem Ende geschlossen und im Bereich seines offenen anderen Endes mit der Sammellinse 35 versehen. Auf diese Weise wird ein paralleles Lichtbündel als einfallendes Licht IL erzeugt. Die Stromversorgung für den Lichterzeuger 3Cist mit 3D bezeichnet.

Zwischen der Oberfläche 2 und dem Bildsensor, beispielsweise einer Fernsehkamera 4, ist ein Projektionsschirm 7 des Transmissionstyps vorgesehen, der beispielsweise aus transparentem Kunststoff besteht und im wesentlichen gleichförmige Stärke besitzt. Auf der der Oberfläche 2 zugewandten Seite des Projektionsschirmes 7 ist eine bildformungsfläche 7A vorgesehen, beispielsweise eine Ma'tfläche, auf der Bilder dadurch entstehen, daß das auf die Fläche TA auflallende Licht teilweise gestreut wird Auf dieser Fläche IA des' Projektionsschirmes 7 wird somit das Bild eines Bereiches der Oberfläche 2 erzeugt, der von dem parallelen Lichtbündel des einfallenden Lichtes IL getroffen wird. Dieses parallele Lichtbündel des einfallenden Lichtes IL wird von einem bestimmten Bereich der Oberfläche 2 reflektiert, wobei das reflektierte Licht auf die Bildformungsfläche TA des Projektionsschirmes 7 trifft
Es ist nun erwünscht, daß die Form des Projektions-Schirmes 7 bzw. der Bildformungsfläche TA derart ist, daß die Auftreffpunkte des reflektierten Lichtes RL auf der Bildformungsfläche TA untereinander gleiche Abstände aufweisen, ebenso wie die Reflexionspunkte dieser Lichtstrahlen auf der Oberfläche 2.

Durch geeignete Wahl der Gestalt der Bildformungsfläche TA erhält man auf dieser Fläche TA ein konformes Abbild des bestrahlten Bereiches der Oberfläche 2 und kann infolgedessen eine genaue Oberflächenprüfung im Hinblick auf etwa vorhandene Fehler durchführen.

Bei dem Ausfühmngsbeispiei gt:."iß Fig.4 ist der Bildsensor, beispielsweise die Kamera Ί, auf der dem Körper .abgewandten Seite des Projektionsschirmes 7 angeordnet, wobei das auf der Bildformungsfläche TA erzeugte Abbild des bestrahlten Bereiches der Oberfläche 2 (lurch den Projektionsschirm 7 hindurch aufgenommen wird. Das Ausgangssignal der Fernsehkamera 4 wird wie bei der bekannten Ausführung in der Prüfeinrichtung 6 verarbeitet, so daß eine Aussage darüber gewonnen wird, ob sich auf der gerade geprüften Oberfläche 2 ein Fehler befindet oder nicht Die Fernsehkamera 4 erfaßt somit nicht das Licht der Lichtquelle 3 direkt wie bei der bekannten Ausführung, und sie nimmt auch nicht das Bild des Linsenabschnittes 4i der Fernsehkamera 4 auf. Selbst wenn daher die konvexe Oberfläche des Körpers, beispielsweise einer Kugel oder eines Zylinders, stark reflektiert, läßt sich eine zuverlässige und einfache Oberflächenprüfung im Hinblick auf etwa vorhandene Fehler durchführen.

Da nur eine einzige Lichtquelle Verwendung findet, deren Licht nicht divergiert, sondern in Form eines gebündelten, parallelen Lichtstromes auf die zu prüfende Oberfläche geworfen wird, fällt weder direktes Licht auf den Projektionsschirm 7 noch auf die Kamera 4.

Wenn der von dem parallelen Lichtbi-ndel des einfallenden Lichtes IL getroffene Bereich der Oberfläche 2 des Körpers 1 nur ein Teil der gesamten zu prüfenden Oberfläche 2 ist, so muß selbstverständlich — wenngleich in der Zeichnung nicht dargestellt — der Körper

so 1 durch eine geeignete Antriebseinrichtung gedreht bzw. bewegt werdest, so daß nacheinander die gesamte zu prüfende Oberfläche von dem parallelen Lichtbünd^l getroffen wird. Damit werden auf der Bildformungsfläche 7 Λ aufeinanderfolgende Bilder der geprüften Ober-Hächenbereiche erzeugt.

Der Einfallswinkel des parallelen Lichtbündels aes einfallenden Lichtes IL auf die zu prüfende Oberfläche 2 kann je nach Größe und Krümmung der Oberfläche 2 variieren. In einem solchen Falle wird die Form des Projektionsschirmes 7 je nach dem gewählten Einfallswinkel entsprechend mitgeändert.

Es versteht sich, daß die Anordnung hierbei stets so zu treffen ist, daß der parallele Lichtstrom des einfallenden Lichtes von der Lichtquelle 3 nicht direkt auf die

bj Bildformungsfläche TA des Projektionsschirmes 7 oder auf die Fernsehkamera 4 trifft.

Es ist nicht unbedingt notwendig, die Lichtquelle 3 so auszubilden, daß sie einen streng parallelen Lichtstrom

erzeugt. Es können vielmehr — je nach der Form und den sonstigen Eigenschaften der zu prüfenden Oberfläche 2 — auch leicht divergierende oder konvergierende Lichtbündel emittiert werden.

[e nach der Form des zu prüfenden Körpers ist es schließlich auch möglich, die Fernsehkamera 4 auf derselben Seite des Projektionsschirmes 7 wie der Körper 1 anzuordnen. Hierbei nimmt die Fernsehkamera 4 das auf der Bildformungsflächc TA erzeugte Bild direkt auf. Die Eigenschaften der Lichtquelle 3 werden für diesen Fall entsprechend angepaßt. Statt eines Projektionsschirmes 7 des Transmissionstypes kann somit auch ein Projektionsschirm des Reflexionstyps Verwendung finden.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

15

20

25

30

45

50

55

60

65

Claims

1 2 gekrümmten Körpers wirft Die Projektionsfläche die- Patentansprüche: ser bekannten Prüfvorrichtung ist eben ausgestaltet Gemessen wird die Änderung der Stärke des reflektier-

1. Vorrichtung zur Fehlerprüfung der Oberfläche ten Strahles bzw. die Änderung der Menge des durch eines konvex gekrüminten Körpers, enthaltend 5 ein Filter geleiteten Strahles.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Vorrich-

a) eine Lichtquelle (3) zur Beleuchtung der Ober- tung besteht in der Verwendung einer kostspieligen Lafläche (2) des zu prüfenden Körpers (1), serstrahlquelle. Da ferner der Laserstrahl nur einen win-

b) einen Bildsensor (4) zur Aufnahme des von der zigen Bereich der Oberfläche des konvex gekrümmten Oberfläche (2) des Körpers (1) reflektierten io Körpers erfaßt ist zur Abtastung der gesamten Oberfiä-Lichtes und zur Erzeugung eines entsprechen- ehe eine aufwendige, genau gesteuerte Relativbeweden elektrischen Signales, gung zwischen Laserstrahl und Prüfobjekt notwendig.

c) eine Prüfeinrichtung (6), die anhand des von Anhand der Fig. 1 bis 3 seien zwei weitere bekannte dem Bildsensor (4) gelieferten elektrischen Si- Prüfvorrichtungen erläutert (veröffentlicht in gnales ermittelt, ob die betrachtete Oberfläche 15 &. K.Genkosha »Commercial Photo Series .1«, S. 114, (2) Fehler aufweist, 204 (15. Juni 1974).

d) einen im Lichtweg zwischen der Lichtquelle (7) Fig. 1 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem und dem Bildsensor (4) angeordneten Projek- einfallenden Licht IL und dem reflektierten Licht RL, tionsschirm (7), von dem das Licht zum Bildsen- wobei die zu prüfende Oberfläche eine konvex (sphäsor (4) gelangt, 20 risch) gekrümmte Oberfläche 2 eines konvexen Körpers

1, beispielsweise einer Kugel, ist Bekanntlich verlaufen

gekennzeichnet durch die Kombination fol- die Richtungen des einfallenden Lichtes IL und des regender Merkmale: flektierten Lichtes RL symmetrisch zu einer Normalen

Wim Punkte Pder konvexen Oberfläche 2. Der Einfalls-

e) es findet eine Lichtquelle (3) Verwendung, die 25 winkel β/ist somit gleich dem Reflexionswinkel 0r.

ein im wesentlichen paralleles Lichtstrahlbün- F i g. 2 ist eine Schemadarstellung einer aus der ge-

del auf die Oberfläche (2) dta zu prüfenden Kör- nannten Literaturstejls bekannten Prüfvorrichtung zur

pers (1) wirft; Prüfung der konvexen Oberfläche 2 des Körpers 1. Das

f) die der Oberfläche (2) des Körpers (1) züge- von einer Lichtquelle 3 einfallende Licht IL wird in den wandte Bildformungsfläche (7A) des Projek- 30 Punkten A 1, A 2, A 3... auf der konvexen Oberfläche 2 tionsschirmes (7) ist so geformt, daß die Bilder des Körpers 1 reflekiiert (reflektiertes Licht RL1, RL 2, von Punkten, die auf der Oberfläche (2) gleichen RL 3 ...). Durch die Anordnung der Lichtquelle 3 und Abstand voneinander auf?, eisen, auch auf der einer Fernsehkamera 4 wird nur das reflektierte Licht Bildformungsfläche 'JA) untereinander glei- RL 1 von der Fernsehkamera 4 aufgenommen, während chen Abstand besitzen. 35 das reflektierte Licht im übrigen außerhalb des Gesichtsfeldes dieser Kamera 4 verläuft Es können infol-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gedessen nur etwaige Oberflächenfehler im Punkte A 1 zeichnet daß der Projektionsschirm (7) aus transpa- festgestellt werden. Nun ist jedoch das reflektierte Licht rentem Material besteht RL 1 aufgrund der gut reflektierten Eigenschaften der

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 40 Oberfläche 2 außerordentlich stark; dies macht es äuzeichnet, daß die Lichtquelle (3), der Körper (1), der ßerst schwierig, im Punkte A 1 vorhandene kleine Feh-Projektionsschirm (7) und der Bildsensor (4) derart ler festzustellen. Um die gesamte Oberfläche 2 zu überangeordnet sind, daß das von der Lichtquelle (3) aus- prüfen, muß der konvexe Körper 1 relativ zur Fernsehgesandte Lichtstrahlbündel den Projektionsschirm kamera 4 gedreht werden.

(7) und den Bildsensor (4) nicht direkt trifft. 45 F i g. 3 zeigt eine weitere aus der vorstehend genann-

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ten Literaturstelle bekannte Ausführung. Hierbei sind zeichnet, daß die Bildformungsfläche (JA) auf der zwei Lichtquellen 3|, 32 vorgesehen, die die konvex gedem Körper zugewandten Seite des Projektions- krümmte Oberfläche 2 des Körpers 1 über Streuscheischirmes (7) ausgebildet ist ben 5|, 52 beleuchten. Zwischen diesen Streuscheiben ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 50 die Fernsehkamera 4 angeordnet, die infolgedessen zeichnet, daß der Biidsensor (4) auf der dem Körper nicht direkt von Licht aus den Lichtquellen 3|, 32 getrof-(1) abgewandten Seite des Projektionsschirmes (7) fen wird. Das von den Lichtquellen 3i, 32 ausgesandte angeordnet ist. Licht wird durch die Streuscheiben 5|, 52 so gestreut,

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- daß es bestimmte Bereiche der konvex gekrümmten zeichnet, daß der Bildsensor auf derselben Seite des 55 Oberfläche 2 trifft; das dort reflektierte Licht wird von Projektionsschirmes (7) wie der zu prüfende Körper der Fernsehkamera 4 aufgenommen und ermöglicht eiangeordnet ist. ne Prüfung des betroffenden Bereiches der Oberfläche

2.

Da bei dieser Ausführung die Normale im Punkte B

60 auf die konvex gekrümmte Oberfläche 2 und die optische Achse der Fernsehkamera 4 zusammenfallen, ist

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend eine Oberflächenprüfung des Punktes B der Oberfläche dem Oberbegriff des Anspruches 1. 2 unmöglich.

Bei einer bekannten Vorrichtung der im Oberbegriff Das Bezugszeichen 6 in den F i g. 2 und 3 kennzeich-

des Anspruches 1 vorausgesetzten Art (DE-OS 65 net eine Prüfeinrichtung, die durch Verarbeitung des 42 600) findet als Lichtquelle eine Laserstrahlquelle von der Fernsehkamera 4 gelieferten Ausgangsbildsi-Verwendung, die einen feingebündelten Laserstrahl auf gnales feststellt, ob in der geprüften Oberfläche 2 ein einen sehr kleinen Bereich der Oberfläche des konvex Fehler, beispielsweise ein Kratzer oder dergleichen, ist.