DE4201514A1 - Verfahren zur ermittlung von fehlerhaften stellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von fehlerhaften Stellen auf Industrieprodukten während des Produktionsprozesses, insbesondere unter Verwendung ei­ ner Videokamera sowie einer Datenverarbeitungsanlage.

Üblicherweise wird bei Verfahren zur Ermittlung von fehlerhaften Stellen der zu prüfende Gegenstand mit Licht bestrahlt, wobei eine Videokamera das Bild des zu prüfenden Gegenstandes auf der Grundlage des hindurchgelangenden oder reflektierten Lichtes aufnimmt und das Bildsignal der Videokamera durch eine elektro­ nische Datenverarbeitungsanlage, wie beispielsweise ei­ nem Rechner o. ä., zur Beurteilung des Gegenstandes ver­ arbeitet wird.

Zur Beurteilung, ob eine vorliegende fehlerhafte Stelle als Fehler festgestellt werden soll oder nicht, werden hauptsächlich Verfahren eingesetzt, die Einrichtungen umfassen, in denen ein Schwellwert gegen das Bildsignal gesetzt wird, wobei nur der Teil der Bildsignale, die den Schwellwert übersteigen, als Bildsignale von Feh­ lern erkannt werden.

Im allgemeinen unterscheiden sich die zu ermittelnden Fehler in ihrer Gestalt erheblich. Manche Fehler zeigen beispielsweise einige erhebliche Verwerfungen an der Umfangskante oder auch eine Ansammlung vieler kleiner Abweichungen, die kleinen Fehlerstellen ähnlich sehen. Bei der Anwendung herkömmlicher Verfahren zur Ermitt­ lung von fehlerhaften Stellen durch Setzen eines einfa­ chen Schwellwerts gegen das Bildsignal zur Beurteilung aller den Schwellwert übersteigenden Signale als Feh­ lersignale, ist es außerordentlich schwierig, die Beur­ teilungsgrundlage festzusetzen, aufgrund derer die un­ terschiedlichsten Fehlerarten als Fehler erfaßt werden. Eine fehlerhafte Stelle, die in ihrem mittleren Bereich eine kleine Spalte aufweist und daher optisch als zwei Fehler erscheint, wird bei Einsatz der herkömmlichen Verfahren als ein einziger Fehler erkannt, wodurch eine präzise Beurteilung von fehlerhaften Stellen unmöglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ermittlung von fehlerhaften Stellen zu entwickeln, die die festgestellten Mängel der bislang bekannten Verfah­ ren vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung von fehlerhaften Stellen nach Anspruch 1 gelöst.

Durch das Setzen einer Beurteilungsgrundlage gegen Feh­ lerformen und -größen können auf einfache und präzise Weise Fehler unterschiedlichster Gestalt ermittelt wer­ den.

Zum besseren Verständnis ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung veranschaulicht.

Es zeigen

Fig. 1 eine Schemadarstellung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine Schemadarstellung einer Fehlerform;

Fig. 3 eine Abbildung zur Darstellung der vertikalen und horizontalen Abstände eines fehlerhaften Bereichs gegenüber einer Basisposition.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Funktionsabfolge zur Datenverarbeitung durch eine nicht dargestellte elek­ tronische Datenverarbeitungsanlage. Fig. 2 zeigt die Form einer der Erläuterung dienenden fehlerhaften Stelle P. Wird eine (nicht dargestellte) Videokamera unter Verwendung von lichtempfindlichem Material einge­ setzt, so wird ein Teil des durch Aufnahme der fehler­ haften Stelle P erlangten Bildes vergrößert und auf ei­ nem gerasterten Bildschirm A der Videokamera darge­ stellt. Die Größe der einzelnen den Bildschirm A bil­ denden Rasterabschnitte ist tatsächlich sehr klein; zur Erläuterung wird jedoch der gewählte Ausschnitt des Bildschirms A stark vergrößert dargestellt. Das Verar­ beitungsverfahren der elektronischen Datenverarbei­ tungsanlage zur Beurteilung der von der Videokamera aufgenommenen fehlerhaften Stelle P wird nachfolgend erläutert.

Fig. 3 zeigt die Rasterabschnitte eines Teils des Bild­ schirms A, wobei die Rasterabschnitte (1) bis (20) der Darstellung der fehlerhaften Stelle P in Fig. 2 dienen. Da ein kleiner Spalt B in der fehlerhaften Stelle P nach Fig. 2 vorliegt, befindet sich auch ein Spalt C im Bereich der fehlerhaften Stelle in den Rasterabschnit­ ten nach Fig. 3.

Durch eine elektronische Datenverarbeitung im Prüfsy­ stem zur Ermittlung eines Fehlers wird das von der Vi­ deokamera abgeleitete Bildsignal durch einen vorbe­ stimmten Schwellwert aufgespalten, um ein Fehlersignal zu erlangen und in ein Binärsignal umzuwandeln. Das Binärsignal wird in einem (nicht dargestellten) Spei­ cher gespeichert. Dieses Verfahren wird als das Hauptermittlungsverfahren bezeichnet. Es gibt andere Einrichtungen, in denen die Bildsignale unmittelbar in Digitalsignale durch einen A/D Konverter o. ä. umgewan­ delt werden, wobei nur die Umfangskante des fehlerhaf­ ten Bereichs durch eine Randverarbeitung gewonnen wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist jedoch keine Beschränkung auf eine Methode zum Gewinnen von fehler­ haften Stellen vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfah­ ren findet auf jede Methode zum Gewinnen von fehlerhaf­ ten Stellen Anwendung. Im folgenden wird auf das Bei­ spiel der Aufspaltung abgestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie begleitende Funk­ tionen werden mit Bezug auf Fig. 1 erläutert. In einem Verfahrensschritt 1 wird beispielsweise unter Verwen­ dung einer feststehenden Videokamera eine ausreichende Lichtstrahlung auf den zu prüfenden Gegenstand gerich­ tet, wobei die durch den zu prüfenden Gegenstand gelan­ gende oder reflektierte Lichtstrahlung aufgenommen wird.

In einem Verfahrensschritt 2 wird das Bild des Gegen­ standes durch die Videokamera aufgenommen und ein Bild­ signal von der Videokamera abgeleitet. In einem Verfah­ rensschritt 3 wird das Bildsignal durch einen vorbe­ stimmten Schwellwert nach Verfahrensschritt 3a aufge­ spalten, um dadurch den Bereich zu gewinnen, der durch Niveauabweichung auf einen Fehler schließen läßt. Im gewählten Beispielsfall wird in der Videokamera ein Feld in horizontaler Richtung abgetastet, beginnend im oberen linken Rasterabschnitt Ao des Bildschirms A und abschließend im unteren rechten Rasterabschnitt An.

Anschließend wird das gewonnene Signal zur verein­ fachten Speicherung im Speicher in einem Verfahrens­ schritt 4 in ein Binärsignal umgeformt. Das Signal in dem Rasterabschnitt, das den Schwellwert übersteigt, wird in ein hochwertiges (oder "1"-) Signal, und das unter dem Schwellwert bleibende Signal wird in ein niedriges (oder "0"-) Signal umgewandelt. Die Position des binärkodierten gewonnenen Signales wird im Speicher im Rahmen eines Verfahrensschritts 5 gespeichert. Im vorliegenden Beispielsfall wird anstelle der einfachen Abspeicherung des gewonnenen Signals im Speicher eine Speicherung als Positionssignal im Speicher gewählt. Das Positionssignal deutet die Position des gewonnenen Signales im Bildschirm A an.

In einem Verfahrensschritt 6 wird die Rasterposition des im Speicher gespeicherten, gewonnenen Signals ge­ sucht.

In einem Verfahrensschritt 7 werden unter den in Ver­ fahrensschritt 6 gesuchten, gewonnenen Signalen dieje­ nigen ausgewählt, die bestimmten Positionen zugehören. Bei dieser Auswahl wird, von der Position des zuerst ermittelten gewonnenen Signals ausgehend, ein Schwell­ wert in einem Verfahrensschritt 7a festgesetzt, so daß die Auswahl insoweit vorbestimmt ist, als die horizon­ tale und vertikale Entfernung der Basisposition von der nächsten, zu setzenden Basisposition bestimmt wird. Auf der Grundlage der ersten ermittelten Position des ge­ wonnenen Signals wird also die Anzahl der gewonnenen Signale in den Rasterabschnitten in horizontaler und vertikaler Richtung bestimmt. Die Schwellwerte in hori­ zontaler und vertikaler Richtung können sich natürlich unterscheiden, wodurch die Ermittlung von quer- oder längsgestreckten Fehlern möglich ist.

Die Auswahlumstände werden unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Fig. 2 zeigt dabei eine temporär gewählte Form eines Fehlers P. Sobald das Bildsignal der den Fehler P aufnehmenden Videokamera in der oben beschrie­ benen Weise elektronisch verarbeitet ist und das Feh­ lersignal gewonnen ist, wird der Bildschirm in Ra­ sterform gebracht, um die entsprechenden Bildelemente darzustellen. Sobald die gewonnenen Signale (entsprechend dem erwähnten "1"-Signal) in ihrer Posi­ tion im Rasterbildschirm angezeigt sind, liegt ein Bild gemäß Fig. 3 vor. Zwischen den schwach umrahmten Ra­ sterabschnitten sind mit starken Linien umrahmte Ra­ sterabschnitte (1) bis (20) angeordnet, die den Berei­ chen entsprechen, aus denen die Signale gewonnen wur­ den.

In Fig. 3 wird angenommen, daß das Bezugszeichen T die vertikale Entfernung von der Basisposition und das Be­ zugszeichen Y die horizontale Entfernung von der Basis­ position bezeichnen. Beispielsweise ist der Rasterab­ schnitt (2) in vertikaler Richtung "0" vom Rasterab­ schnitt (1) als zuerst gesetzte Basisposition entfernt (T : 0) und in horizontaler Richtung "1" (Y : 1) entfernt. Dementsprechend stünde der Rasterabschnitt (3) durch Setzen des Rasterabschnittes (2) als nächste Basisposi­ tion diesem gegenüber in einer Position (T : 1) und (Y : 1). Die Relativpositionen bis zum Rasterabschnitt (20) sind in Fig. 3 angegeben.

Als Voraussetzung für die Signalwahl im Verfahrens­ schritt 7 wird im Verfahrensschritt 7A ein Schwellwert gesetzt. Die Toleranzentfernungen in horizontaler und vertikaler Richtung von der Basisentfernung werden als Voraussetzung für die Signalwahl vorbestimmt. Sofern die Wahlvoraussetzung an (T : 1) und (Y : 4) gesetzt ist, werden die gewonnenen Signale, wie in Fig. 3 gezeigt, nacheinander als Basispositionen gewählt, so daß die Beurteilung ihrer Zugehörigkeit zu einem Fehler si­ chergestellt ist.

Davon ausgehend, daß die Wahlvoraussetzung mit (T : 1) und (Y : 3) bestimmt sind, wird der Rasterabschnitt (11) nicht auf der Basis des Rasterabschnitts (10) ausge­ wählt werden, so daß ein oberer Bereich P1 und ein un­ terer Bereich P2 des Fehlers P ermittelt werden. Es handelt sich also um zwei getrennte Fehler. Sofern Si­ gnale vorliegen, die den Voraussetzungen nicht entspre­ chen, wird die Signalwahl beendet und es schließt sich der Verfahrensschritt 8 an.

Die im Verfahrensschritt 8 gewählte Signalposition wird im Speicher abgespeichert. Die Position eines derart gespeicherten Signals wird im Verfahrensschritt 9 auf die maximale horizontale und vertikale Richtung abge­ messen. Beim Vorliegen der (T : 1) und (Y : 4) entsprechen­ den Wahlvoraussetzung für gewonnene Signale wird bei der Beurteilung eines einzigen Fehlers die maximale Entfernung zwischen den gewonnenen Signalen in ver­ tikaler und horizontaler Richtung je "6" betragen.

Im Verfahrensschritt 10 wird eine umfassende Beurtei­ lung durchgeführt. Es werden dabei einige unterschied­ liche Fehlergrößen auf der Grundlage der vorstehend ge­ nannten maximalen Entfernungen zwischen den gewonnenen Signalen ermittelt. Anschließend werden Daten, die die Größe der fehlerhaften Stellen angeben, abgegeben. So­ fern nur eine fehlerhafte Stelle vorliegt, wird ein die fehlerhafte Stelle anzeigendes Signal abgegeben. Dies geschieht dann, wenn die maximalen Entfernungen in ho­ rizontaler und vertikaler Richtung zwischen den gewon­ nenen Signalen vorbestimmt sind und ein Wert vorliegt, der einen der beiden maximalen Entfernungen übersteigt. Somit kann eine Mehrzahl von Prüfverfahren unter Be­ rücksichtigung der Fehlerermittlungsaufgabe gesetzt werden.

Sofern die Wahlvoraussetzungen mit (T : 1) und (Y : 4) ge­ mäß Fig. 2 gesetzt sind, wird, basierend auf den genann­ ten maximalen Entfernungen von je "6" in vertikaler und horizontaler Richtung, eine Beurteilung möglich sein, daß ein Fehler einer bestimmten Größe vorliegt. Für die vertikale und horizontale Richtung können unterschied­ liche Werte gesetzt werden. Auf diese Weise wird eine Beurteilung der unterschiedlichen Fehlergrößen möglich.

In dem Fall, in dem die Wahlvoraussetzungen auf (T : 1) und (Y : 3) gesetzt werden, besteht die Möglichkeit, daß eine Vielzahl von fehlerhaften Stellen als Fehler in dem von der Videokamera erfaßten Bildfeld angenommen werden. In diesem Fall werden die Verfahrensschritte 6 bis 8 zur Positionsbestimmung, Signalwahl und Speiche­ rung der gewählten Signale mehrfach wiederholt. In dem Fall der Signalwahl im Verfahrensschritt 7 wird dabei die Signalbestimmung unter Mißachtung der zuvor gewähl­ ten Positionen der gewonnenen Signale durchgeführt. Nach der Wiederholung dieser Funktionen werden die ma­ ximalen Entfernungen zwischen den mehrfach gewählten und gewonnenen Signalen im Verfahrensschritt 9 ge­ messen. Im übrigen können die maximalen Entfernungen zwischen den gewonnenen Signalen gemessen werden bevor das Verfahren wie beschrieben wiederholt wird.

Sofern die vorstehend beschriebene Wahlvoraussetzung von (T : 1) und (Y : 3) auf den in Fig. 2 dargestellten Feh­ ler P Anwendung finden, werden die Daten zweier Fehler mit maximalen Entfernungen von je "3" in vertikaler Richtung und je "5" in horizontaler Richtung durch Ver­ arbeitung erlangt. Eine Gesamtbeurteilung dieser Fehler wird anschließend im Verfahrensschritt 10 durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird durch die Ermittlung verschiedener Fehlertypen auf einfache und präzise Weise das Setzen einer Beurteilungsgrundlage gegen die Form von Fehlern und die Beurteilung der Fehlergröße ermöglicht.

Aufgrund des einfachen Aufbaus des Verarbeitungsverfah­ rens ist die Herstellung der zugehörigen Vorrichtung sehr einfach.

Im allgemeinen werden die vorstehend beschriebenen Funktionsschritte durch elektronische Datenverarbeitung in einer elektronischen Datenverarbeitung durchgeführt. Es ist jedoch ein leichtes, das erfindungsgemäße Ver­ fahren unter Einsatz von Soft- und Hardware zu nutzen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ermittlung von fehlerhaften Stellen, bei dem das Bild eines zu prüfenden Gegenstandes durch eine Videokamera aufgenommen, ein Bereich, der durch ein von der Videokamera abgeleitetes Bildsi­ gnal gebildet wird, in horizontaler und vertikaler Richtung in Rasterzonen unterteilt und eine Fehler­ beurteilung des zu prüfenden Gegenstandes durch die Ermittlung des Helligkeitswerts jeder Rasterzone durchgeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) die Position der Rasterzone des Bereiches wird als erste Basisposition gespeichert, in der beim erstmaligen Abtasten eines Bildschirms der Vi­ deokamera eine fehlerhafte Stelle ermittelt wird;
• b) die Entfernung der ersten Basisposition zu einer Rasterzone des Bereichs, in der ein zweiter Ba­ sisfehler ermittelt wird, wird in vertikaler und horizontaler Richtung gemessen;
• c) die Position der zweiten Rasterzone wird als zweite Basisposition ausgewählt und gespeichert, sofern die Entfernung in horizontaler und verti­ kaler Richtung innerhalb einer vorgegebenen Ent­ fernung liegt;
• d) die Entfernung der zweiten Basisposition zu ei­ ner Rasterzone des Bereichs, in der ein dritter Basisfehler ermittelt wird, wird in vertikaler und horizontaler Richtung gemessen;
• e) die Position der dritten Rasterzone wird als dritte Basisposition ausgewählt und gespeichert, sofern die Entfernung in horizontaler und verti­ kaler Richtung innerhalb einer vorgegebenen Ent­ fernung liegt; und
• f) die Größe der fehlerhaften Stelle wird aufgrund der maximalen Entfernung einer Mehrzahl von ge­ speicherten Rasterzonen in vertikaler und hori­ zontaler Richtung beurteilt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Beendigung der Entfernungsmessung sowie Auswahl und Speicherung der Rasterzonen der gleiche Verfahrensablauf zur Ermitt­ lung einer weiteren fehlerhaften Stelle wiederholt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Entfernung als Basis für die Zonenauswahl veränder­ bar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Entfernung, die als Basis für die Zonenauswahl dient, mit abweichenden Werten in horizontaler und in vertikaler Richtung festgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine fehlerhafte Stelle als Fehler beurteilt wird, wenn die maximalen Entfernungen der Mehrzahl von Rasterzonen in hori­ zontaler und vertikaler Richtung einen vorgegebenen Wert übersteigen.