DE3433889C2

DE3433889C2 -

Info

Publication number: DE3433889C2
Application number: DE19843433889
Authority: DE
Inventors: Hans-Helmut Dipl.-Phys. 7541 Straubenhardt De Marguerre
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1984-09-14
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE3433889A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Anordnung zur Objekterkennung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An spruchs 1.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DE-OS 29 30 193) sind jeweils eine Lichtleitfaser für den Beobachtungs- und eine Lichtleitfaser für den Beleuchtungsstrahlengang vorhanden. Die Objektuntersuchung erfolgt durch Streuung und Reflexion des Lichts der Lichtquelle an der Objektoberfläche und durch Abbil dung über ein Objektiv in einer entfernten Fernsehkamera. Bei dieser bekannten Anordnung ist es nur unter Verwendung von sehr vielen Lichtleitfasern möglich, größere Objektflächen gleich mäßig auszuleuchten und zu erfassen, wodurch die Flexibilität wiederum eingeschränkt wird. Außerdem ist die Empfindlichkeit bei der Objekterkennung sehr stark von der Oberflächenbeschaf fenheit bzw. vom Reflexionsverhalten des Objekts abhängig. Bei glänzenden Oberflächen treten Überstrahlungen (Spitzenlichter) im Bild auf; eine gleichmäßige Ausleuchtung ist nicht möglich.

Weiterhin ist für sich gesehen aus der FR-PS 14 62 798 bekannt, den Beleuchtungsstrahlengang eines Endoskops optisch in den Be obachtungsstrahlengang einzukoppeln, ohne daß hier auf die Lichtverhältnisse am Objekt näher eingegangen ist.

Aus der GB-PS 13 99 953 ist darüber hinaus eine Anordnung be kannt, bei der bei getrennter Führung des Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengangs eine Reflexion der Lichtstrahlen bei Abschattung durch das zu untersuchende Objekt ausgewertet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anord nung ur Objekterkennung zu schaffen, bei der bei Erhaltung einer großen Flexibilität der Anordnung auch Objektivuntersuchungen an glänzenden Oberflächen möglich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist eine erfindungsgemäße An ordnung der eingangs genannten Art die Merkmale des Kenn zeichens des Anspruchs 1 auf. Mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung kann die Qualitätsprüfung und/oder Objekterkennung von Formteilen auf einfache Weise durch geführt werden. Hierzu gehören die Kontrolle der Maßhal tigkeit von beliebig geformten Objekten und die Prüfung von gekrümmten Oberflächen auf Fertigungsfehler. Die Feh ler können sich dabei als Helligkeits-, Farb- oder Form abweichungen äußern. Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht der Bildaufnahmesensor gemäß Anspruch 2 aus einer Videokamera mit nachgeschalteter Auswerteeinheit.

Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich hierbei bei der Ge samtprüfung von Formteilen beispielsweise an Automobil karosserien im Rohbau oder im Lackierbetrieb. Bei diesen Prüfvorgängen kann auf einfache Weise, beispielsweise mit einem Handhabungsautomaten, die berührungslose Prüfung der Automobilkarosserie mit einer relativ einfachen kine matischen Vorrichtung durchgeführt werden. Bei der erfin dungsgemäßen Anordnung muß hier nur das Ene des Endoskops mit Objektiv und der Retroreflektor an einem beweglichen Arm geführt werden. Die Lichtleitfasern dienen hier sowohl zur Übertragung des Lichtes von der Lichtquelle zum Objekt als auch des von der Oberfläche des Objekts reflektierten Lichts zum Bildaufnahmesensor. Bei der Erfassung von Di mensionen, Helligkeits- oder Farbunterschieden an den zu untersuchenden Objekten ist die erfindungsgemäße Anordnung insofern vorteilhaft, als daß mit dem Retroreflektor eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objekts erreicht werden kann. Ohne die Anbringung des Retroreflektors würde eine homo gene Helligkeitsverteilung im Bild nur dann entstehen, wenn die Oberfläche das Licht diffus reflektiert (idealer Lambert'scher Strahler). In der Praxis ist der diffusen Reflexion von Objekten jedoch eine spiegelnde Reflexion überlagert, die bei Ausleuchtung und Abbildung der Ober fläche durch ein Endoskop zu Helligkeitsunterschieden führt. Eine Bildauswertung wäre in diesem Fall je nach Glanzmaß erschwert oder unmöglich. Der Retroreflektor ermöglicht außerdem je nach Einstellwinkel zum zu unter suchenden Objekt die Erfassung von räumlichen Unebenhei ten der Oberfläche.

Es ist bereits für sich in der älteren, nicht vorver öffentlichten deutschen Patentanmeldung P 34 06 066.9 beschrieben, daß bei einer optischen Meßanordnung zur Erfassung räumlicher Unebenheiten in der Struktur eines Objekts Retroreflektoren im Lichtweg der Meßanordnung angebracht werden. Auch hier wird das Objekt zunächst von einer Lichtquelle beleuchtet, und die vom Meßobjekt zurückgeworfenen Lichtstrahlen werden analysiert. Auch bei dieser Meßanordnung können die Lichtverluste in der Meßanordnung dadurch klein gehalten werden, daß eine Retroreflektoranordnung angebracht ist, die die vom Meß objekt reflektierten Lichtstrahlen wieder zurück auf das Meßobjekt und in eine Kamera reflektiert. Bei dieser An ordnung ist jedoch keine faseroptische Übertragungsstrec ke und kein spezieller, konstruktiv aufwendiger Meßfühler vorhanden, wobei hinsichtlich der Lichtverluste andere Bedingungen herrschen und auch bei der Anbringung der Retroreflektoranordnung anderen konstruktiven Gegeben heiten Rechnung getragen wird.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, wobei

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbei spiels der optischen Anordnung und die

Fig. 2 und 3 Detaildarstellungen von besonderen Aus führungsformen des Endoskops mit jeweils abgewandelten Retroreflektoren zeigen.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten optischen An ordnung ist ein flexibles Endoskop EK vorhanden, das aus mindestens einer Lichtleitfaser LF aufgebaut ist. Das Endoskop EK weist an seinem flexiblen Ende ein Objektiv OV auf, das die Lichteintritts- und -austrittsebene dar stellt. Am anderen Ende des Endoskops ist eine Video kamera VK als Bildaufnahmesensor vorhanden, die über ein Okular an das Endoskop EK gekoppelt ist. Die Lichtquelle ist über weitere Lichtleitfasern LF′ angekoppelt.

Das Licht der Lichtquelle LQ wird über eine Faseroptik im Endoskop auf die Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts OB geleitet. Die Oberfläche des Objekts OB ist glänzend oder hat neben der diffusen Lichtreflexion zu mindest teilweise einen Oberflächenglanz, der eventuell nur von den zu untersuchenden Unregelmäßigkeiten, wie Helligkeits-, Farbunterschiede bzw. Oberflächenkrümmung, gestört ist. Ein Teil der Lichtstrahlen wird von der Ober fläche des Objekts OB auf einen Retroreflektor RR reflek tiert, durch den wiederum eine parallele Rückreflexion auf die Oberfläche und somit in das Objektiv OV des Endoskops EK erfolgt.

Der mechanisch mit dem Ende des Endoskops EK gekoppelte Retroflektor kann in seinem Neigungswinkel so einge stellt werden, daß hier eine optimale Lichtausbeute bei der Untersuchung des Objekts OB erreicht wird. So kann beispielsweise gemäß Fig. 2 bei senkrechter Betrachtung der Oberfläche auch das Objektiv OV mit dem Lichtaustritt symmetrisch vom Retroreflektor RR umgeben sein. Weitere Möglichkeiten ergeben sich durch ein der Objektform ent sprechendes Schwenken und Positionieren des flexiblen En des des Endoskops EK.

In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Objekt OB zwischen der Austrittsebene des Lichts am Objektiv OV des Endoskops EK und dem gegenüber liegenden Retroreflektor RR angeordnet ist. Durch die her vorragende Reflexion in den nicht durch das Objekt OB ab geschatteten Bereichen des Retroreflektors RR, die einer eventuellen Reflexion am Objekt OB überlegen ist, kann hier auf einfache Weise ein Schattenbild des Objekts OB detektiert werden.

In Verbindung mit einem Handhabungsautomaten kann die op tische Anordnung auch zur Objekterkennung beim Greifen von Objekten oder bei der automatisierten Montage eingesetzt werden. Der Bildaufnahmesensor bzw. die Videokamera VK kann entweder aus einem Flächensensor (Vidikon bzw. CCD- Array) oder als Zeilensensor (CCD-Zeile) ausgebildet sein.

Claims

1. Optische Anordnung zur Objekterkennung mit

- einem Endoskop (EK) mit mindestens einer Lichtleitfaser (LF),
- einem Bildaufnahmesensor (VK), zu dem über die mindestens eine Lichtleitfaser (LF, LF′) Lichtstrahlen vom zu unter suchenden Objekt (OB) führbar sind,
- einer Lichtquelle (LQ) zur Ausleuchtung des Objekts (OB), und
- mit einem Objektiv (OV), das am Lichtaustritt des Endoskops (EK) am zu untersuchenden Objekt (OB) angebracht ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Lichtquelle (LQ) im Bereich des Bildaufnahmesensors (VK) an die mindestens eine Lichtleitfaser derart angekoppelt ist, daß der Beobachtungs- und Beleuchtungsstrahlengang über die selbe, mindestens eine Lichtleitfaser geführt sind, und daß
- ein Retroreflektor (RR) derart im Bereich des Objekts (OB) angebracht ist,
- - daß die Lichtstrahlen nach dem Austritt aus der mindestens einen Lichtleitfaser (LF) des Endoskops (EK) von der Ober fläche des Objekts (OB), von dem Retroreflektor (RR) und wiederum von der Oberfläche des Objekts (OB) zurück in das Objektiv (OV) und somit in die gleiche mindestens eine Lichtleitfaser in den Bildaufnahmesensor (VK) reflektierbar sind.

2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß

- der Bildaufnahmesensor eine Videokamera (VK) mit nachgeschal teter Auswerteeinheit (AE) ist.

3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß

- das Objektiv (OV) symmetrisch vom Retroreflektor (RR) umgeben ist (Fig. 2).