SE525206C2 - Förfarande och anordning för beröringsfri avsyning och inmätning av ytegenskaper och ytdefekter på en materialyta - Google Patents

Description

25 '-w 35 525 206 2 delvis åstadkommas genom en fresnellins, vilket medför att jämnare ljuslinjebilder kan upptas av bildsensorn.

En ytterliggare fördelaktig utföringsform av uppfinningen innefattar att organet för uppdelning av den reflekterade ljuslinjen avbildar ljuslinjen från åtminstone två observationsvinklar på bildsensorn. För att erhålla bilduppdelning från två observationsvinklar innefattar organet en bilduppdelande prisma.

I en annan utföringsform innefattar det bilduppdelande organet speglar.

En utföringsform av uppfinningen innefattar att organet för uppdelning i den optiska anordningen har polarisationsuppdelande optik. Den polarisationsuppdelande optiken kan bestå av en dubbelbrytande prisma. Härvid kan den polarisationsuppdelande optikens dubbelbrytande prisma vara av typen wollaston.

I en utföringsforrn beräknas glansen som nämnda differens mellan en parallellt polariserad Ijuslinjeavbildning och en ortogonalt polariserad Ijuslinjeavbildning.

Vidare, i en utföringsform, separerar polarisationsoptiken de åtminstone två i en första och en andra observationsvinkel mottagna ljuslinjeavbildningarna i varsin parallellt och ortogonalt polariserad Ijuslinjeavbildning iförhållande till ljuslinjen, varvid separationen och polariseringen genom de två observationsvinklarna återger fyra ljuslinjeavbildningar på bildsensorn.

En ytterligare utföringsform innefattar att materialytans glans beräknas som åtminstone ett av differensen mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade Ijuslinjeavbildning, och differensen mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade Ijuslinjeavbildning, och som differensen mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade Ijuslinjeavbildning plus differensen mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade Ijuslinjeavbildning.

En annan utföringsform innefattar att materialytans topografi beräknas som åtminstone ett av differensen mellan de båda parallellt polariserade ljuslinjeavbildningarna, och som mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade Ijuslinjeavbildning minus differensen mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade Ijuslinjeavbildning.

Materialytans diffusa reflektans beräknas i en utföringsform som ljuseffekten för någon av de ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna, eller som ljuseffekten för de båda ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna adderade.

K:\Patent\110-\1 10106600\P1 10106600SE.dOc 10 15 20 25 30 35 525 206 3 För att erhålla ytans färg beräknas den i en utföringsform genom att de ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna färgfiltreras, varigenom färg- och mönsterdefekter blir detekterbara. Ännu en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar att en diffus ljuslinjeavbildning används för att mäta mönsterdefekter.

Materialytan förflyttas i en utföringsform, varvid projiceringen av ljuslinjen intermittent eller kontinuerligt skannar materialytan för upptagning av reflekterade ljuslinjeavbildningar längsmed en förbestämd längd av materialytan.

Bildsensorn innefattas i en utföringsform i en smart kamera.

Vidare anger föreliggande uppfinning en anordning för beröringsfri avsyning och inmätning av ytegenskaper och -defekter på en materialyta. Anordningen innefattar: organ för projicering av en ljuslinje på materialytan; optisk anordning med en tvådimensionell bildsensor innefattande rader av pixels, för mottagning av reflekterat ljus från ljuslinjens reflektion mot materialytan, och med organ för uppdelning av den reflekterade ljuslinjen i åtminstone två ljuslinjeavbildningar som i allt väsentligt är parallella med raderna av pixels; och organ för addering kolumn för kolumn av upptagen ljuseffekt av pixels för var och en av ljuslinjeavbíldningarna, varvid en differensavbildning beräknas kolumnvis mellan adderade ljuseffekter upptagna genom åtminstone två ljuslinjeavbildningar, varvid differensen används för åtminstone ett av att beräkna lutningen för bestämning av topografiska ytdefekter och för att särskilja mellan diffusbild och glans hos nämnda materialyta.

Bildsensor innefattas i en utföringsform i en smart kamera. l en utföringsform av anordningen innefattas att materialytan förflyttas, varvid projiceringen av ljuslinjen intermittent eller kontinuerligt skannar materialytan för upptagning av reflekterade ljuslinjer längsmed en förbestämd längd av materialytan. Anordningen kan anordnas över ett transportband eller en materialbana som bär materialytan, varvid skanning åstadkommes genom att transportbandet eller materialbanan förflyttar materialytan.

Ytterligare utföringsformer av anordningen enligt föreliggande uppfinning ansluter till det enligt ovan beskrivna förfarandet och anges närmare i bilagda osjälvständiga anordningskrav.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Fortsättningsvis hänvisas i beskrivningen till bilagda ritningsfigurer för en bättre förståelse av föreliggande uppfinning med dess utföringsformer och givna exempel, varvid: Fig. 1 schematiskt illustrerar en anordning för alstring av en ljuslinje på en materialyta enligt föreliggande uppfinning; K:\Patent\110-\1 10106600\P110106600SE.d0C 10 15 20 25 5:30 35 525 206 4 Fig. 2 schematiskt illustrerar en optisk anordning för upptagning av reflektioner från en ljuslinje på en materialyta enligt föreliggande uppfinning; Fig. 3 schematiskt illustrerar anordningarna enligt fig. 1 och fig. 2 i samverkan för åstadkommande av en materialytavsyning enligt föreliggande uppfinning; Fig. 4 schematiskt illustrerar anordningarna enligt fig. 1 och fig. 2 i samverkan för åstadkommande av en materialytavsyning enligt föreliggande uppfinning, varvid anordningarna har en annan placering än den som framgår av fig. 3; Fig. 5 schematiskt illustrerar hur en reflekterad ljuslinje passerar en wollaston- prisma och uppdelas i en ortogonal polarisation enligt föreliggande uppfinning samt upptas av en bildsensor; Fig. 6 schematiskt illustrerar hur parallellpolariserat ljus från en materialyta enligt föreliggande uppfinning upptas på en bildsensor; Fig. 7 schematiskt illustrerar hur opolariserat alternativt parallellpolariserat ljus från en materialyta enligt föreliggande uppfinning upptas på en bildsensor, varvid den optiska anordningen enl fig.2 eller fig. 9 nedan arbetar utan en wollaston-prisma, men där upptagningen sker ifrån två observationsvinklar; Fig. 8 schematiskt illustrerar en utföringsform för hur alternativt parallellpolariserat ljus samt ortogonalpolariserat ljus från en materialyta enligt föreliggande uppfinning upptas på en bildsensor; Fig. 9 schematiskt illustrerar hur två observationsvinklar erhålls vid uppdelning av en reflekterad ljuslinje genom en prisma samt hur en deformation av en materialyta detekteras med avseende pà lutning hos materialytan; Fig. 10 schematiskt illustrerar en parallellt polariserad reflekterad ljuslinjeavbildningsgraf från en observationsvinkel ienlighet med föreliggande uppfinning; Fig. 11 schematiskt illustrerar en parallellt polariserad ljuslinjeavbildningsgraf från en annan observationsvinkel än den i fig. 10, i enlighet med föreliggande uppfinning Fig. 12 schematiskt illustrerar differensen i ljusintensitet mellan ljuslinjeavbildningsgraferna upptagna i enlighet med fig. 10 och fig.11.

Fig. 13 schematiskt illustrerar en opolariserad ljuslinjeavbildningsgraf upptagen av en bildsensor, utan användning av wollaston-prisma enligt utföringsformen i fig. 7; Fig. 14 schematiskt illustrerar en parallellt polariserad ljuslinjeavbildningsgraf upptagen av en bildsensor; Fig. 15 schematiskt illustrerar en ortogonalt polariserad ljuslinjeavbildningsgraf upptagen av en bildsensor; Fig. 16 schematiskt illustrerar en graf för differensen i ljusintensitet mellan en parallell- och ortogonalpolariserad ljuslinjeavbildning; K:\Patent\110-\1 10106600\P110106600SE.d0c 10 15 20 25 30 35 525 206 5 F ig. 17 schematiskt illustrerar en optisk anordning utan wollaston-prisma, men med speglar för o-polariserad alternativt parallellpolariserad uppdelning och upptagning av Ijuslinjeavbildningar i två observationsvinkiar i enlighet med fig. 7 och föreliggande uppfinning; och Fig. 18 schematiskt illustrerar en optisk anordning i enlighet med fig. 17 där en prisma ersätter speglar för uppdelning av reflekterat ljus.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Föreliggande uppfinning avser ett förfarande och en anordning som avsevärt förbättrar möjligheten att snabbt och noggrant avsyna och mäta in exempelvis stora blanka eller halvblanka ytor och att upptäcka samt klassiflcera ytskador på materialytor. Med materialyta avses t ex ytor på plana material såsom paneler, brädor, laminat- och parkettgolv, plåtar, plattor eller produkytor som är enkelkrökta såsom cylindriska produkter eller böjliga produkter i form av papper, folie, väv, plåt eller liknande, som löperi bana mellan valsar.

Uppfinningen möjliggör en effektiv detektering av topografiska ytskador såsom bulor och intryck. Detta även på halvblanka ytor med ett kontrastrikt mönster.

En annan viktig egenskap hos föreliggande uppfinning är att flera olika ytegenskaper läses in samtidigt av endast en kamera. Med en utföringsform av uppfinningen är det möjligt att samtidigt läsa in diffust och spekulärt ljus från två skilda observationsvinkiar, vilket innebär att det effektivt går att detektera och klassiflcera defekter. Exempelvis kan två diffusbilder filtreras till två färger, t.ex. blått och rött. Ur bilderna kan sedan färg- och mönsterdefekter detekteras. Spekulärbilder innehåller information om den avsynade materialytans glans. När en diffusbild subtraheras från en spekulärbild erhålls en ren glansbild där det inte förekommer störningar från underliggande mönster. Ur differensen mellan två olika spekulärbilder beräknas topografiska fel såsom bulor, bucklor, intryck och liknande.

Fig. 1 illustrerar schematiskt en anordning/organ 10 för alstring av en ljuslinje 22 på en materialyta 23 enligt föreliggande uppfinning. Ljuslinjen 22 sträcker sig över materialytans 23 bredd, vilket inte framgår av fig. 1, men den alstrade ljuslinjen utbreder sig så att säga vinkelrätt in mot papperet. Organet 10 består av en ljuskälla 12, här i form av en fiberljuskälla, som strålar vitt ljus19. Ljuset fokuseras med en cylinderoptik 14 mot materialytan 23. Vidare, i en utföringsform, passerar ljuset efter cylinderoptiken 14 en fresnellins 16. Fresnellinsens 16 bidrar till jämnare ljuslinjebilder 22 på den bildsensor som sedermera registrerar reflektioner från materialytan 23. Ett polarisationsfilter 18 används i denna utföringsform för att linjärpolarisera ljuslinjen 22 som faller in på materialytan 23.

I fig. 2 illustreras hur ljus 24, 38 reflekteras ifrån materialytan 23 i två observationsvinkiar, varvid den reflekterade ljuslinjens 22 strålar 24, 38 upptas/registreras av K:\Patent\110-\110106600\P110106600SE.d0C 10 15 20 25 30 35 525 206 6 en optisk anordning 20. I den ena observationsvinkeln träffar den reflekterade ljuslinjens 22 strålar 24 en spegel 26, som i sin tur reflekterar strålarna 24 i riktning mot en bildsensor 36 via ytterligare en spegel 28. På väg mot bildsensorn 36 passerar strålarna 24 i en utföringsform av uppfinningen ett färgfilter 30 där strålarna 24 passerar genom t ex en rödfärgad del hos färgfiltret. Efter färgfiltret 30 går strålarna i en utföringsform genom en prisma, här en wollaston-prisma, vilken delar upp ljuset i parallellt polariserade 24, heldragen linje, samt ortogonalt polariserade strålar 24, prickad linje. Strålarna 24 fokuseras därefter mot en bildsensor 36 genom kameraoptik 34. I den optiska anordningen enligt fig.2 verkar speglarna 26, 28, 40, 42 samt wollaston-prisman 32 som organ för uppdelning av de reflekterade strålarna 24, 38 samtidigt som wollaston-prisman 32 verkar som polarísationsuppdelande optik i den optiska anordningen 20.

Bildsensorn 36 är i en utföringsform av föreliggande uppfinning anordnad i en kamera för upptagning av reflekterade ljuslinjebilder 22 från en avsynad materialyta 23.

Kameran är i en utföringsform en sk smart kamera, dvs en kamera där bildsensorn 36 har inbyggd beräkningskapacitet. Materialytan 23 äri en utföringsform placerad på ett transportband eller materialbana med organet 10 för alstrande av en ljuslinje 22 och den optiska anordningen 20 för upptagning av reflekterade strålar 24, 38 anordnade i ett stativ så att ljuslinjen 22 projiceras på materialytan 23 och reflekteras mot bildsensorn 36, ej visat.

Transportbandet eller materialbanan flyttar materialytan 23 med dess material så att materialytan skannas av intermittent eller kontinuerligt med ljuslinjen 22 för fotografering med kameran.

På motsvarande sätt som strålarna 24 leddes mot bildsensorn 36 leds de mot materialytan 23 reflekterade strålarna 38 från den andra observationsvinkeln mot bildsensorn 36 via speglarna 40, 42, färgfiltret 30, härt ex blåfärgat, wollaston-prisman 32 och kameraoptiken 34. De reflekterade strålarna 38 delas up av wollaston-prisman i parallellt och i ortogonalt polariserat ljus för att sedan falla in på bildsensorn 36.

Den optiska anordningen 20 registrerar eller upptar i fig. 2 fyra avbildningar av ljuslinjen 22 på bildsensorn 36, vilket indikeras med pilspetsarna för de två heldragna linjerna återgivande de parallellpolariserade ljuslinjestrålarna 24, 38 och de två prickade linjerna återgivande en ortogonalpolarisation av de reflekterade ljuslinjestrålarna 24, 38.

Spekulärt reflekterade ljuslinjer anger en ytas glans. De 90° eller ortogonalt polariserade ljuslinjerna 22 anger således en del av diffust reflekterat ljus.

Med organet 10 för alstrande av en ljuslinje 22 och den optiska anordningen 20 enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning kan således fyra olika avbildade ljuslinjebilder 22 erhållas projicerade på bildsensorn 36 ur en enda projektion av en ljuslinje 22 på en materialyta 23 via organ 10.

K2\Patent\1 10-\1 10106600\P1 101 OGSOOSEdOC 10 15 20 25 30 35 525 206 7 Fig. 3 åskådliggör samma organ 10 för alstring av en ljuslinje 22 och optiska anordning 20 för upptagning av en reflekterad ljuslinje 22, som beskrivits med hänvisning till fig. 1 och fig. 2, varvid en utföringsform av en inställning av organet 10 och anordningen 20 i förhållande till varandra återges. Denna inställning kan åskådliggöra ett anordnande av organet 10 och anordningen 20 över ett transportband eller en materialbana såsom de skulle ha riggats i ett stativ för ändamålet, utan att stativet visas.

På likartat sätt, som i fig. 3, visas i fig. 4 en annan utföringsform av en inställning av organet 10 och anordningen 20, där de är riggade i lod med varandra.

Fig. 5 visar en utföringsform av föreliggande uppfinning där endast reflekterade ljusstrålar 35 från en observationsvinkel passerar en wollaston-prisma samt delas up i parallellt och ortogonalt polariserat ljus, prickad linje 37, för att sedan upptas av en bildsensor 36. Här är organet för uppdelning av reflekterade ljusstrålar 24, 38 wollaston- prisman 32, som samtidigt även verkar som bilduppdelande optik i den optiska anordningen 55 i motsatts till fig. 2 till fig. 4 där organet för uppdelning även innefattar speglar 26, 28, 40, 42 samt i fig. 9 där organet för uppdelning innefattar wollaston-prisman 32 och ett bilduppdelande prisma.

Fortsättningsvis betecknas reflektioner av ljuslinjen 22 samt manipuleringar av reflekterade ljuslinjer med 22 och en gemen bokstav a, b, c, d, e, f, g och h såsom tex illustreras i fig. 5 till 8. l fig. 6 visas hur en parallellpolariserad ljuslinje 22a samt en ortogonalt polariserad ljuslinje 22b upptas av bildsensorn 36 i enlighet med utföringsformen ifig. 5.

För att registrera/uppta/avbilda de reflekterade ljuslinjerna enligt föreliggande uppfinning adderas kolumn för kolumn av upptagen ljuseffekt av pixels för var och en av ljuslinjeavbildningarna. Differensavbildning beräknas kolumnvis mellan adderade ljuseffekter upptagna genom åtminstone två ljuslinjeavbildningar på bildsensorn 36, dvs den adderade ljusintensiteten för pixels i en kolumn på en ljuslinjeavbildning bearbetas matematiskt med avseende på samma kolumn i en annan Ijuslinjeavbildning. Differensen används för åtminstone ett av att beräkna lutningen för bestämning av ytdefekter och för att särskilja mellan diffusbild och glans hos materialytan 23 kolumnvis längsmed ljuslinjebilden som projicerades på materialytan. Lutningsbestämning beskrivs närmare i samband med fig. 9.

Således kan ur upptagningen i fig. 5 av bildsensorn 36 den med ljuslinjen 22 bestrålade materialytans 23 glans erhållas ur den parallellt polariserade reflektionen 22a och mönsterdefekter ur den ortogonalt polariserade reflektionen 22b. För att erhålla en bättre bild av materialytans glans kan enligt föreliggande uppfinning den ortogonalt polariserade projektionens ljusintensitet subtraheras 22a-b ifrån den parallell polariserade projektionens ljusintensitet.

Fig. 7 illustrerar en ljuslinjeupptagning eller -avbildning 22c och 22d av ljuslinjen 22 i två observationsvinklar som väsentligen är parallella med pixelraderna i bildsensorn 36.

K2\Patent\1 10-\1 10106600\P110106600SE.d0C 10 15 20 25 -,æ 'Iæ 525 206 8 Här adderas den totala ljuseffekten i var och en av bilderna/avbildningarna kolumn för kolumn. Kolumnvis beräknas även differensbilden 22c-d mellan ljuseffekten från den på bildsensorn avbildade ljuslinjebilden 22c och ljuslinjebllden 22d. Ur differensbilden 22c-d kan lutningen för materialytan 23 beräknas för de olika positionerna längsmed ljuslinjebilden 22 så att topografin hos ytan kan bestämmas. Som tidigare berörts skannas hela materialytan 23 med ljuslinjer 22 så att en bild av hela materialytan 23 skapas i kameran med bildsensor 36. Utföringsformen i enlighet med fig. 7 avser en optisk anordning 20 eller 90 enligt tig. 9 (speglar är här ersatta med en uppdelande prisma), utan wollaston-prisma 32 med en bildupptagning pà bildsensorn ifrån två observationsvinklar. Utan wollaston-prisma 32 kan ljuslinjeavbildningen 22c och 22d vara opolariserad eller parallellt polariserad.

Fig. 8 illustrerar en avbildning av ljuslinjen 22 på bildsensorn 36 från två observationsvinklar. Härvid erhålls att fyra ljuslinjebilder alstras på bildsensorn 36 en första ljuslinjebild 22e registrerad från en första observationsvinkel och alstrat av parallellt polariserat ljus, en andra ljuslinjebild 22f registrerad från den första observationsvinkeln och alstrat av ortogonalt polariserat ljus, en tredje ljuslinjebild 22g registrerad från en andra observationsvinkel och alstrat av parallellt polariserat ljus, en fjärde ljuslinjebild 22h registrerad från den andra observationsvinkeln och alstrat av ortogonalt polariserat ljus.

Materialytans glans beräknas som åtminstone ett av ljuseffektdifferens 22e-f mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen 22e för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning 22f, och mellan differensen 22g-h för den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen 22g för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning 22h, och differensen 22e-f mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen 22e för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning 22f plus differensen 22g-h mellan den parallella ljuslinjeavbildningen 22g för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning 22h, dvs (22e-f) + (22g-h).

Topografin för materialytan 23 beräknas som åtminstone ett av differensen 22e- g mellan de båda parallellt polariserade ljuslinjeavbildningarna 22e, 22g och differensen 22e- fmellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen 22e för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning 22f minus differensen 22g-h mellan den parallellt polariserade ljuslinjeavbildningen 22g för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning 22h, dvs (22e-f) - (22g-h).

En materialytas 23 diffusa reflektans beräknas som ljuseffekten för någon av de ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna 22f, 22h, eller som ljuseffekten för de båda ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna 22f, 22h adderade 22f+h.

KI\Patent\110-\110106600\P1 10106600SE.d0c 10 15 20 25 30 35 525 206 9 Fig. 9 illustrerar en optisk anordning 90 i enlighet med den beskriven i fig. 2 och med ett organ 10, ej visat, för aistring av en ljuslinje 22 på en materialyta 48, 56, förutom att speglarna har ersatts med ett bilduppdelande prisma 44 med två infallsytor 45, 47 för uppdelning av den projicerade ljusbilden 22 i två observationsvinklar. Stràlarna 46 reflekteras från materialytan 48 i en lob 50 av spekuiärt reflekterade strålar 54, 52 som bryts i prismat 44,45, 47 och riktas mot bildsensorn 36. l övrigt överensstämmer den optiska anordningens ifig. 9 arbetssätt med det som beskrivits i samband med fig. 2. Det biluppdelande organet bstàr i fig. 9 av wollaston-prisman 32 samt den bilduppdelande prisman 44, varvid wollaston- prisman samtidigt verkar som en polarisationsuppdelande optik i den optiska anordningen 90. l fig. 9 framgår dock hur topografin för en materialyta 48, 56 kan bestämmas med lutningen hos den skannade materialytan i varje position längs ljuslinjen 22. Detta har i fig. 9 åskådliggjorts med att de båda materialytorna 48, 56, har tiltats, eller lutar i förhållande till varandra, heldragen yta 48 och prickad yta 56. Då inses att strålningsloberna 50, 58 har olika riktning beroende på lutning och träffbilden av reflekterad strålning mot bildsensorn 36 skiftar för de bägge Iutningarna. Härvid framgår det att bucklor, bulor, intryck och liknande har samma effekt på reflektionsbllden hos bildsensorn 36 som en lutning av materialytorna i enlighet med fig. 9 och att därmed kan ytawikelser registreras/upptas av kameran med bildsensorn 36.

Fig. 10 återger en graf av en o- eller parallelpolariserad ljusavbildning t ex 22c, se fig. 7, med positionen på ljuslinjebilden i x-axelled och registrerad ljuseffekt hos bildsensorns pixlar i y-axelled. Ljusavbildningen 22c är avbildad från en specifik observationsvinkel. Tappen 60 som pekar nedåt i grafen enl fig. 10 visar på materialytans 36 mönsterawikelse längs ljuslinjebilden och tappen 62 på awikelse i glans längs densamma.

Topografln längs ljuslinjebilden återges av toppen 64 i grafen. Fig. 11 visar en parallell- eller opolariserad reflektionsavbildning 22d för samma ursprungliga ljuslinje 22 som i fig.10, men ifrån en observationsvinkel skild från den i fig. 10. l övrigt visar fig. 10 och 11 likartad placering för mönsterawikelse 60, glansawikelse 62 men med inverterad topografi 64 i grafen i fig. 11. l fig. 12 illustreras differensen 22c-d i ljuseffekt mellan de båda avbildade linjerna 22c och 22d i grafen. Av fig. 12 framgår det klart att topografin 64 framträder i grafen medan mönsterawikelsen 60 och glansawikelsen 64 har undertryckts genom differentieringen. Således avsynas och mäts defekter in hos materialytor 23 i enlighet med en utföringsform av föreliggande uppfinning.

I fig. 13 illustreras mönsterawikelsen 60 och glansawikelsen 62 för en opolariserad avbildning av en ljuslinje i en graf, t ex 22c i fig. 7. Den opolariserade ljuslinjeavbildningen kan förekomma när en wollaston prisma inte används.

K:\Patent\1 10-\110106600\P1 10106600SE.d0C 10 15 20 25 525 206 1o Fig. 14 illustrerar genom en graf på liknande sätt som i fig. 13 mönsterawikelsen 60 och glansawikelsen 62 för en parallellpolariserad avbildning av en ljuslinjebild 22e i fig. 8.

Fig. 15 illustrerar i en graf en ortogonal avbildning 22f av ljuslinjebilden 22e i fig. 8. Ur figuren framgår det tydligt att en diffus avbildning, här ortogonalt polariserad, framhäver materialytans mönsterawikelse 60.

I fig. 16 illustreras i en graf differensen 22e-f mellan den parallella polariseringen 22e och den ortogonalpolariserade 22f. Resultatet av differentieringen 22e-f blir att glansawikelsen 62 framhävs. Att mönsterawikelsen 60 undertrycks framgår av att den spekulära avbildningen till största delen härrör från reflektion i samma riktning för blanka ytor. Genom subtraktionen 22e-f undertrycks den mönsterawikelse 60 som trots allt följer med den spekulära reflektionen eftersom ljusavbildningen 22f är diffus och visar mönsterawikelse 60.

Fig. 17 illustrerar schematiskt en optisk anordning 100 utan wollaston-prisma 32, men med speglar 26, 28, 40, 42 för o-polariserad alternativt parallellpolariserad uppdelning och upptagning av ljuslinjeavbildningar i tvâ observationsvinklari enlighet med fig. 7 och föreliggande uppfinning. Den optiska anordningen liknar den som illustreras i fig. 2 förutom att wollaston-prisman saknas i utföringsformen enligt fig. 17.

Fig. 18 illustrerar schematiskt en optisk anordning 110 utan wollaston-prisma 32, men med en prisma 44 för o-polariserad alternativt parallellpolariserad uppdelning och upptagning av ljuslinjeavbildningar i två observationsvinklar i enlighet med fig. 7 och föreliggande uppfinning. Den optiska anordningen liknar den som illustreras i fig. 9 förutom att wollaston-prisman saknas i utföringsformen enligt fig. 18.

I enlighet med ovanstående beskrivning framgår det hur föreliggande uppfinning anger en mångfald av kombinationer mellan ljuslinjeavbildningar för att framhäva specifika typer av ytkarakteristikor såsom mönster, glans och topografi hos ett material.

Ytterligare utföringsformer av uppfinningen anges för fackmannen inom teknikområdet av bilagda patentkravs avfattning.

K3\Patent\1 10-\110106600\P1 10106600SE.d0c

Claims (37)

10 15 20 25 30 35 525 206 11 Patentkrav

1. Förfarande för beröringsfri avsyning och inmätning av ytegenskaper och - defekter på en materialyta (23), k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar förfarandestegen: projicering av en ljuslinje (22) på materialytan (23); reflektíon av ljuslinjen (22) från materialytan mot en optisk anordning (20, 55, 90, 100, 110) med en tvådimensionell bildsensor (36) innefattande rader av pixels, varvid anordningen (20, 55, 90, 100, 110) innefattar organ (26, 28, 32, 40, 42, 44) för uppdelning av den reflekterade ljuslinjen i åtminstone två ljuslinjeavbildningar (22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h) som i allt väsentligt är parallella med raderna av pixels; och adderlng kolumn för kolumn av upptagen ljuseffekt av pixels för var och en av ljuslinjeavbildningarna (22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h), varvid en differensavbildning (22c-b) beräknas kolumnvis mellan adderade ljuseffekter upptagna genom åtminstone två ljuslinjeavbildningar (22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h), varvid differensen (22c-b) används för åtminstone ett av att beräkna lutningen för bestämning av topografiska ytdefekter (64, 70) och för att särskilja mellan dlffusbild och glans hos nämnda materialyta.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ljuslinjen (22) som projiceras på materialytan (23) alstras av linjärpolariserat ljus.

3. Förfarande enligt något av krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n at av att ljuslinjen (22) som projiceras på materialytan (23) delvis har åstadkommits genom en fresnellins (16), vilket åstadkommer jämnare ljuslinjeavbildningar (22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h) på bildsensorn (36).

4. Förfarande enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k n at av att organet för uppdelning av den reflekterade ljuslinjen (24, 38) avbildar ljuslinjen (22) från åtminstone två observationsvinklar.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n at av att organet innefattar ett bilduppdelande prisma (44).

6. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n at av att organet innefattar speglar (26, 28,40, 42).

7. Förfarande enligt krav 1-6, k ä n n e t e c k n a t av att organet för uppdelning i den optiska anordningen innefattar polarisationsuppdelande optik.

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n at av att den polarisationsuppdelande optiken innefattar ett dubbelbrytande prisma.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n at av att den polarisationsuppdelande optikens dubbelbrytande prisma är av typen wollaston (32). K:\Patent\110-\1 10106600\P1 10106600SE.d0C 10 15 20 25 30 35 525 206 12

10. Förfarande enligt krav 1-9, k ä n n e t e c k n at av att glansen beräknas som nämnda differens i en enda observationsvinkel mellan en parallellt polariserad ljuslinjeavbildning (22a) och en ortogonalt polariserad ljuslinjeavbildning (22b).

11. Förfarande enligt krav 7-10, k ä n n e t e c k n at av att polarisationsoptiken (32) separerar de åtminstone två i en första och en andra observationsvinkel mottagna ljuslinjeavbildningarna i varsin parallellt (22e, 22g) och ortogonalt (22f, 22h) polariserad ljuslinjeavbildning iförhållande till ljuslinjen (22), varvid separationen och polariseringen genom nämnda två observationsvinklar återger fyra ljuslinjeavbildningar (22e, 22f, 22g, 22h) på bildsensorn (36).

12. Förfarande enligt krav 11, k ä n n e t e c k n at av att materialytans (23) glans beräknas enligt nämnda differens som åtminstone ett av differensen (22e-f) mellan den parallellt polariserade (22e) ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning (22f), differensen (22g-h) mellan den parallellt polariserade (22g) ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning (22h), och som differensen (22e-f) mellan den parallellt polariserade (22e) ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22f) ljuslinjeavbildning plus differensen (22g-h) mellan den parallellt polariserade (22g) ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildning (22h).

13. Förfarande enligt krav 11, k ä n n e t e c k n at av att materialytans topografi beräknas enligt nämnda differens som åtminstone ett av differens (22e-g) mellan de båda parallellt polariserade ljuslinjeavbildningarna (22e, 229) och differensen (22e-f) mellan den parallellt polariserade (22e) ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22f) ljuslinjeavbildning minus differensen (22g-h) mellan den parallellt polariserade (22g) ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22h) ljuslinjeavbildning.

14. Förfarande enligt krav 11, k ä n n e t e c k n at av att ytans diffusa reflektans beräknas som ljuseffekten för någon av de ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna, eller som ljuseffekten för de båda ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna adderade.

15. Förfarande enligt något av krav 10-14, k ä n n e t e c k n at av att ytans färg beräknas genom att de ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna färgfiltreras (30), varigenom färg- och mönsterdefekter blir detekterbara.

16. Förfarande enligt något av krav 1-15, k ä n n e t e c k n at av att en diffus ljuslinjeavbildning används för att mäta mönsterdefekter.

17. Förfarande enligt något krav 1-16, k ä n n e t e c k n at av att materialytan förflyttas, varvid projiceringen av ljuslinjen intermittent eller kontinuerligt skannar K:\Palent\1 10-\1 10106600\P1 10106600SE.d0C 10 15 20 25 *fiw 35 525 206 w materialytan för upptagning av reflekterade ljuslinjer längsmed en förbestämd längd av materialytan.

18. Förfarande enligt något av krav 1-16, k ä n n e t e c k n at av att nämnda bildsensor innefattas i en smart kamera.

19. Anordning (10, 20, 55, 90, 100, 110) för beröringsfri avsyning och inmätning av ytegenskaper och -defekter på en materialyta (23), k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar: organ (10) för projicering av en Ijuslinje (22) på materialytan (23); optisk anordning (20, 55, 90, 100, 110) med en tvådimensionell bildsensor (36) innefattande rader av pixels, för mottagning av reflekterat ljus (24, 35, 38, 52, 54) från ljuslinjens (22) reflektion mot materialytan (23), och med organ (26, 28, 32, 40, 42, 44) för uppdelning av den reflekterade ljuslinjen i åtminstone två ljuslinjeavbildningar (22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h) som i allt väsentligt är parallella med raderna av pixels; och organ för addering kolumn för kolumn av upptagen ljuseffekt av pixels för var och en av ljuslinjeavbildningarna, varvid en differensavbildning beräknas kolumnvis mellan adderade ljuseffekter upptagna genom åtminstone två ljuslinjeavbildningar, varvid differensen används för åtminstone ett av att beräkna lutningen för bestämning av topografiska ytdefekter och för att särskilja mellan diffusbild och glans hos nämnda materialyta (23).

20. Anordning enligt krav 19 k ä n n e t e c k n a d av att ljuslinjen (22) som projiceras på materialytan (23) alstras av linjärpolariserat ljus.

21. Anordning enligt något av krav 19 och 20, k ä n n e t e c k n a d av att ljuslinjen (22) som projiceras på materialytan (23) har delvis åstadkommits genom en fresnellins (16), vilket åstadkommerjämnare ljuslinjebilder (22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h) på bildsensorn (36).

22. Anordning enligt något av krav 19-20, k ä n n e t e c k n a d av att organet för uppdelning (26, 28, 32, 40, 42, 44) av den reflekterade ljuslinjen (22) avbildar ljuslinjen (22) från åtminstone två observationsvinklar.

23. Anordning enligt krav 22, k ä n n e te c k n a d av att organet för uppdelning innefattar ett bilduppdelande prisma.

24. Anordning enligt krav 22, k ä n n e t e c k n a d av att organet för uppdelning innefattar speglar (26, 28, 40, 42).

25. Anordning enligt krav 19-24, k ä n n e t e c k n a d av att organet för uppdelning i den optiska anordningen innefattar polarisationsuppdelande optik.

26. Anordning enligt krav 25, k ä n n e t e c k n a d av att den polarisationsuppdelande optiken innefattar ett dubbelbrytande prisma (44). K2\Patent\1 10-\1 101 O6600\P1 101 06600SE.d0c 10 15 20 25 30 35 525 206 14

27. Anordning enligt krav 26, k ä n n e t e c k n a d av att den polarisationsuppdelande optiken är ett dubbelbrytande prisma är av typen wollaston (32).

28. Anordning enligt krav 19-27, k ä n n e t e c k n a d av att glansen beräknas som nämnda differens (22a-b) i en enda observationsvinkel mellan en parallelt polariserad ljuslinjeavbildning (22a) och en ortogonalt polariserad ljuslinjeavbildning (22b).

29. Anordning enligt krav 25-27, k ä n n e t e c k n a d av att polarisationsoptiken separerar de åtminstone två i en första och en andra observationsvinkel mottagna ljuslinjeavbildningarna i varsin parallellt och ortogonalt polariserad ljuslinjeavbildning i förhållande till ljuslinjen, varvid separationen och polariseringen genom nämnda två observationsvinklar återger fyra ljuslinjeavbildningar (22e, 22f, 22g, 22h) på bildsensorn (36).

30. Anordning enligt krav 28, k ä n n e t e c k n a d av att materialytans glans beräknas enligt nämnda differens som åtminstone ett av differensen (22e-f) mellan den parallellt polariserade (22e) ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22f) ljuslinjeavbildning, differensen (22g-h) mellan den parallellt polariserade (22g) ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22h) ljuslinjeavbildning, och som differensen (22e-f) mellan den parallellt polariserade (22e) ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22f) ljuslinjeavbildning plus differensen (22g-h) mellan den parallelt polariserade (22g) ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22h) ljuslinjeavbildning.

31. Anordning enligt krav 28, k ä n n e t e c k n a d av att materialytans topografi beräknas enligt nämnda differens som åtminstone ett av differensen (22e-g) mellan de båda parallellt polariserade (22e, 22g) ljuslinjeavbildningarna, och som differensen (22e-f) mellan den parallellt polariserade (22e) ljuslinjeavbildningen för den första observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22f) ljuslinjeavbildning minus differensen (22g-h) mellan den parallellt polariserade (22g) ljuslinjeavbildningen för den andra observationsvinkeln och dess ortogonalt polariserade (22h) ljuslinjeavbildning.

32. Anordning enligt krav 28, k ä n n e t e c k n a d av att ytans diffusa reflektans beräknas som ljuseffekten för någon av de ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna, eller som ljuseffekten för de båda ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna adderade.

33. Anordning enligt något av krav 28-31, k ä n n e t e c k n a d av att ytans färg beräknas genom att de ortogonalt polariserade ljuslinjeavbildningarna har färgfiltreras (30), varigenom färg- och mönsterdefekter blir detekterbara.

34. Anordning enligt något av krav 19-32, k ä n n e t e c k n a d av att en diffus ljuslinjeavbildning används för att mäta mönsterdefekter. K1\Patent\1 10-\1 10106600\P1 10106600SE.d0c 525 206 15

35. Anordning enligt något av krav 19-33, k ä n n e t e c k n a d av att materialytan förflyttas, varvid projiceringen av ljuslinjen intermittent eller kontinuerligt skannar materialytan för upptagning av reflekterade ljuslinjer längsmed en förbestämd längd av materialytan.

36. Anordning enligt krav 34, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen monteras över ett transportband eller en materialbana som bär materialytan, varvid skanning åstadkommas genom att transportbandet eller materialbanan förflyttar materialytan.

37. Anordning enligt något av krav 19-35, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda bildsensor innefattas i en smart kamera. K:\Patent\1 10-\1 10106600\P1 10106600SEA10C