WO2014195296A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen fehlerinspektion - Google Patents

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WO2014195296A1
WO2014195296A1 PCT/EP2014/061456 EP2014061456W WO2014195296A1 WO 2014195296 A1 WO2014195296 A1 WO 2014195296A1 EP 2014061456 W EP2014061456 W EP 2014061456W WO 2014195296 A1 WO2014195296 A1 WO 2014195296A1
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projection surface
optical
footprint
optical detection
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PCT/EP2014/061456
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Andreas Sandner
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Viprotron Gmbh
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
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    • G01N21/958—Inspecting transparent materials or objects, e.g. windscreens
    • G—PHYSICS
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    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources

Definitions

  • the invention relates to a method for optical
  • Illuminating surface is illuminated at least partially, and wherein a change in the parallel light rays of the illumination surface is detected by the object.
  • Such methods are for example of a
  • Test method relates to the control of framed panes and in particular multi-glazed framed panes
  • Test method to check the correct positioning of the glass panes relative to the frame elements can be determined whether a
  • Frame member was fixed at the intended position relative to the glass sheet, or whether an undesirable
  • Offset of the frame element is present, which goes beyond the usual tolerance limits of a few millimeters and the window element can be unusable.
  • Three-dimensional objects recorded comparatively sharp and dimensions are precisely determined.
  • the size of the objects is however on the diameter of the
  • the dimensions of the glass panes or the window elements are often more than 0.5 m or 1 m and can
  • a glass pane is transilluminated by a collimated light curtain, which is generated by a light source.
  • the parallel light rays, which were influenced by the glass pane, are on one of the
  • Lens system focused again on an imaging surface and captured by a camera.
  • Light curtain is significantly limited by the size and quality of the lens system with which the light curtain of parallel light after the object passage can be focused again on the imaging surface on or in the camera.
  • the design effort is very high.
  • EP 1 866 625 A2 a generic method is known in which the parallel light beams are detected and evaluated by a strip-shaped scanner device after passing through a transparent flat object with a side of the object lying opposite one of the light source.
  • Scanner devices are commercially available and are used, for example, in facsimile transmission equipment or in digital copier systems.
  • a lens system for focusing the transmitted through the object parallel light beams is not required.
  • strip-like scanner devices are combined and evaluated, for which, inter alia, an exact positioning of the multiple scanner devices relative to each other and to the object is required.
  • This object is achieved in that the light rays coming from the footprint are projected onto a projected behind the object projection surface and of the footprint on the
  • Projection surface generated shadow of the object is detected with an optical detection device.
  • the shadow thus contains a complete
  • the shadow cast can be generated by light with wavelengths within the visible light spectrum. However, it is also conceivable and advantageous in some application situations to generate the shadow cast by light with wavelengths outside the visible wavelength range and, for example, to use a light source which predominantly or exclusively infrared light or
  • the projection surface used to image the shadow and the optical detector must be similar to those used for the
  • Shadow intended wavelength range adapted or suitable for it is adapted or suitable for it.
  • the shadow cast of the object on the projection surface enables cost-effective and reliable detection and verification of the dimensions of a large-area three-dimensional object.
  • translucent areas of the object can be distinguished from opaque areas. Defects within one
  • Frame elements of a window element result in a correspondingly shifted or excessively wide
  • the projection surface can also be used for large-scale objects such as
  • glass panes or window elements with
  • the orientation of the object relative to the optical detection means are checked, so that it is not necessary, for example by means of
  • the footprint is generated with multiple light sources, which are spaced from each other.
  • the plurality of light sources may be arranged in a row or in a matrix. It is also possible to arrange different types of light sources next to one another and to combine them as required.
  • a strip-shaped light curtain is generated as a footprint and the object and the strip-shaped light curtain relative
  • the light emitted by the one or more light sources may be in the
  • the measuring system can optimally arranged and adjusted to allow the most accurate optical measurements possible.
  • a strip-shaped light curtain can according to a
  • Fresnel lens optionally multi-part Fresnel lens are generated.
  • a Fresnel lens allows comparatively large dimensions with a relatively small thickness of the Fresnel lens. In comparison with lenses made of glass or
  • Plastic Fresnel lenses allow a large area
  • Fresnel lens only a small thickness and concomitantly has a low weight.
  • Fresnel lens can also be made of several side by side
  • Fresnel lens segments be composed.
  • Luminous surface and the projection surface is moved past.
  • the light source, the Fresnel lens, the projection surface and an optical detection device can be arranged stationary and aligned and adjusted relative to each other, and then to move a large number of objects within a short time through the set-up equipment and thus be able to check. The accuracy of the measurements can be improved.
  • the verification process may be performed during the manufacture of the large-area three-dimensional objects or immediately thereafter at one time and in one place
  • An inexpensive detection of the shadow cast can be carried out with an optical lens system.
  • large-area projection surfaces can be detected very quickly and reliably and fed to an evaluation.
  • an optical lens system for example, a
  • a simple verification process that is meaningful and sufficient for many applications at the same time means that dimensions of the object are determined parallel to the projection surface. The determined
  • the size of the shadow on the projection surface can be determined quickly and reliably with almost any optical detection device. In many cases, based on the dimensions of the object, a first decision can already be made as to whether the object has successfully passed the check or whether an error has been detected, or if applicable, the object of a closer and possibly manual one
  • Glass panes also make it possible to perform an automated error check. For this purpose, it is provided that irregularities are determined within the object. Unless the irregularities, For example, imperfections, inclusions, bubbles, scratches or streaks a noticeable change in the
  • these irregularities can be determined and displayed, or fed to a further evaluation. It is also possible to distinguish the detected irregularities according to pre-defined criteria and, depending on the criterion, to do the same
  • the invention also relates to a device for optically checking a large-area three-dimensional object.
  • the devices known from practice have a luminous source, a device for generating a
  • Luminous surface of parallel light beams and an optical detection means for detecting a change in the parallel light rays of the luminous surface by the object.
  • a projection surface is arranged at a distance from the illumination surface, and that the optical detection device is suitable for detecting the shadow cast of the object produced by the illumination surface on the projection surface from an object located in the beam path of the parallel light rays.
  • Shadow of the object to be made visible Many commercially available optical detectors are capable of detecting the shadow cast on a projection screen. It is therefore not
  • the shadow cast of the object on the projection surface can be detected, for example, with a video camera with a digital storage medium.
  • a video camera with a digital storage medium for example, a CCD sensor or a CMOS sensor
  • an optical detection device may also include a plurality of cameras or a plurality of CCD sensors, or CMOS sensors.
  • a large-area projection surface with a linear extension of more than one meter can be detected with a sufficient resolution and with a sufficient contrast to compensate for the
  • the optical detection device may be provided and advantageous, in particular, for the detection of large projection surfaces, if the optical detection device consists of several components or imaging imaging devices whose information can subsequently be combined and processed as automated as possible.
  • Detecting device such as a CCD camera or a CMOS camera, further processing and evaluation of the measured raw data becomes particularly easy.
  • a large-area luminous surface made of parallel light beams can be achieved by using a Fresnel lens, which may have a multi-part design.
  • a long and approximately linear luminous area can be achieved with a comparatively low weight and with a small total thickness of the Fresnel lens.
  • Focusing device to use.
  • a luminous area of parallel light beams could also be generated by a system of several juxtaposed lenses.
  • a luminous area of parallel light beams could also be generated by a system of several juxtaposed lenses.
  • Light source can also be used mirror systems to produce a footprint with parallel light rays.
  • Projection surface an opaque slice of one
  • the shadow of the object can thereby be detected on a side facing away from the object side of the projection surface, so that the s.der
  • the light source, the means for generating a luminous surface of parallel light beams, the Projection surface and the optical detection device can be arranged along an optical axis, resulting in particularly advantageous geometric conditions for a large-scale scanning and verification of a
  • a suitable projection surface may be, for example, a surface-treated glass pane, both
  • the projection surface has an opaque film or an opaque sheet.
  • Suitable films are commercially available, for example, as filter films.
  • An opaque film may be on a low cost transparent substrate such as
  • polymethylmethacrylate For example, be applied polymethylmethacrylate or stretched in a frame.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the method according to the invention for the optical inspection of a large-area three-dimensional object
  • Figure 2 is an exemplary representation of one for the
  • Figure 3 is a schematic representation of a differently designed device, which is used to carry out the
  • Figure 4 is a schematic representation of a turn deviating designed device.
  • Three-dimensional object is generated with a light source 1, a light beam 2 of non-coherent light.
  • a suitable optical component 3 With a suitable optical component 3, a footprint 4 of parallel light beams is generated, which on a
  • Projection surface 5 are directed.
  • the projection surface 5 consists of a translucent pane with a matt surface 6.
  • an optical detection device 7 is arranged, with an image of the projection surface 5 can be recorded.
  • the projection surface 5 is illuminated by the illumination surface 4 with parallel light beams.
  • An object 8 located between the illumination surface 4 and the projection surface 5 generates a projection on the projection surface 5
  • the shadow can be with the optical
  • Detection device 7 detected and evaluated.
  • the shadow cast by the object 8 on the projection surface 5 changes in a corresponding manner.
  • the shadow cast with the optical detection device 7 can also large-scale objects 8, the dimensions of which are larger than the dimensions of the illumination surface 4 and the projection surface 5, are checked with the arrangement described above.
  • the optical detection device 7 Based on the size and shape of the shadow cast, which is imaged and detected by the optical detection device 7, it can be checked by comparison with predetermined reference values whether the dimensions of the object 8 are within predetermined tolerance ranges or if the object 8 has deviations from the predetermined reference values that may cause the object 8 to fail the check or, if appropriate, another more in-depth and
  • Embodiment the light generated by the light source 1 from a Fresnel lens 9 in a
  • strip-shaped footprint 4 are given by a strip-shaped aperture 10.
  • a window element 11 moved between the luminous surface 4 and the projection surface 5 with a glass pane 12 and a frame 13 surrounding the glass pane 12 generates a shadow 14 on the projection surface 5.
  • the dimensions of the shadow cast 14 correspond to FIG.
  • the frame 13 of the window member 11 is moved between the luminous surface 4 and the projection 5 through.
  • the shadow cast 14 generated on the projection surface 5 is detected.
  • the raw data recorded by the CCD camera 15 are fed to an evaluation device 16, with the aid of which the dimensions of the shadow cast 14 are determined and determined
  • predetermined reference values are retrieved from a memory device 17.
  • a memory device 17 In the exemplary embodiment in FIG. 3 and schematically
  • incident parallel light beams are arranged in the direction of the spaced apart from the mirror 18
  • Projection surface 5 reflected. Between the mirror 18 and the projection surface 5, the object 8 can be displaced parallel to the projection surface 5. The one of the
  • Object 8 generated on the projection surface 5 shadow is detected with the optical detection device 7.
  • Embodiment of a device designed again deviating from the light source 1 is generated
  • Light beam 2 is parallelized by the lens 3 and thrown onto a semi-transparent mirror 19. A part of the light beam 2 is in the direction of the mirror 18th
  • Projection surface 5 generated shadow can be detected by means of the optical detection device 7.
  • the exemplary embodiments of the device according to the invention described in FIGS. 3 and 4 are particularly suitable in confined spaces.
  • the beam path of the parallel light beam 2 described in FIG. 4 has a double passage through the object 8, so that a shadowing caused, for example, by disturbances in glass surfaces is enhanced and imaged with a higher contrast in the shadow cast on the projection surface 5.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur optischen Überprüfung eines großflächigen dreidimensionalen Objekts (8) wird mit einer Leuchtquelle (1) eine Ausleuchtfläche (4) aus parallelen Lichtstrahlen erzeugt, ein großflächiges dreidimensionales Objekt (8) teilweise oder vollständig von der Ausleuchtfläche (4) beleuchtet und eine Veränderung der parallelen Lichtstrahlen der Ausleuchtfläche (4) durch das Objekt (8) erfasst, wobei auf einer der Leuchtquelle (1) gegenüberliegenden Seite des Objekts (8) eine Projektionsfläche (5) angeordnet ist und der von der Ausleuchtfläche (4) auf der Projektionsfläche (5) erzeugte Schattenwurf des Objekts (8) mit einer optischen Erfassungseinrichtung (7) erfasst wird. Der streifenförmige Lichtvorhang wird mit einer Fresnellinse erzeugt. Der Schattenwurf wird mit einem optischen Linsensystem oder mit einer CCD-Kamera erfasst. Die Abmessungen des Objekts (8) parallel zu der Projektionsfläche (5) werden ermittelt und mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden. Die Projektionsfläche (5) ist eine opake Scheibe aus einem transluzierenden Material oder eine oberflächenbehandelte Glasscheibe.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur optischen Fehlerinspektion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen
Fehlerinspektion, bzw. Überprüfung eines Objekts, wobei mit einer Leuchtquelle eine Ausleuchtfläche aus parallelen Lichtstrahlen erzeugt wird, wobei das Objekt von der
Ausleuchtfläche mindestens bereichsweise beleuchtet wird und wobei eine Veränderung der parallelen Lichtstrahlen der Ausleuchtfläche durch das Objekt erfasst wird. Derartige Verfahren werden beispielsweise von einem
Hersteller zur optischen Kontrolle von Glasscheiben
verwendet. Ein weiteres Einsatzgebiet derartiger
Prüfverfahren betrifft die Kontrolle von gerahmten Scheiben und insbesondere von mehrfachverglasten gerahmten
Fensterscheiben während und nach deren Herstellung. Neben Defekten innerhalb der Scheibenfläche dienen diese
Prüfverfahren zur Kontrolle der richtigen Positionierung der Glasscheiben relativ zu den Rahmenelementen. Mit solchen Prüfverfahren kann ermittelt werden, ob ein
Rahmenelement an der vorgesehenen Position relativ zu der Glasscheibe fixiert wurde, oder ob ein unerwünschter
Versatz des Rahmenelements vorliegt, der über die üblichen Toleranzgrenzen von einigen Millimetern hinausgeht und das Fensterelement unbrauchbar werden lässt.
Es ist aus der Praxis bekannt, optische
Erfassungseinrichtungen mit telezentrischen Objektiven zu verwenden, die eine sehr große Tiefenschärfe aufweisen. Mit telezentrischen Objektiven können Ränder von
dreidimensionalen Objekten vergleichsweise scharf erfasst und Abmessungen präzise bestimmt werden. Die Größe der Objekte ist allerdings auf den Durchmesser der
telezentrischen Objektive bzw. einer darin angeordneten Frontlinse beschränkt. Ab einem Durchmesser von mehreren Zentimetern sind telezentrische Objektive auf Grund der hohen Herstellungskosten kaum noch wirtschaftlich sinnvoll für die Ermittlungen von Abmessungen dreidimensionaler Objekte verwendbar.
Die Abmessungen der Glasscheiben oder der Fensterelemente betragen oftmals mehr als 0,5 m oder 1 m und können
insbesondere in einer Richtung 2 m, 3 m oder mehr betragen.
Bei einem beispielsweise in EP 2 108 116 AI beschriebenen Verfahren wird eine Glasscheibe von einem kollimierten Lichtvorhang durchleuchtet, der von einer Leuchtquelle erzeugt wird. Die parallelen Lichtstrahlen, die von der Glasscheibe beeinflusst wurden, werden auf einer der
Leuchtquelle gegenüber liegenden Seite von einem
Linsensystem wieder auf eine Abbildungsfläche fokussiert und von einer Kamera erfasst. Die maximale gleichzeitig erfassbare Fläche, bzw. die maximale Abmessung des
Lichtvorhangs wird dabei maßgeblich durch die Größe und Güte des Linsensystems begrenzt, mit dem der Lichtvorhang aus parallelem Licht nach dem Objektdurchgang wieder auf die Abbildungsfläche an oder in der Kamera fokussiert werden kann. Für große Glasscheiben ist der konstruktive Aufwand sehr hoch. Aus EP 1 866 625 A2 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem die parallelen Lichtstrahlen nach dem Durchgang durch ein transparentes flaches Objekt mit einem auf einer der Leuchtquelle gegenüber liegenden Seite des Objekts von einer streifenförmigen Scannereinrichtung erfasst und ausgewertet werden. Geeignete
Scannereinrichtungen sind handelsüblich erhältlich und werden beispielsweise in Faxübermittlungsgeräten oder in digitalen Kopierersystemen eingesetzt. Ein Linsensystem zur Fokussierung der durch das Objekt hindurchgegangenen parallelen Lichtstrahlen ist nicht erforderlich. Um ein großflächiges Objekt zu überprüfen müssen jedoch
üblicherweise mehrere streifenförmige Scannereinrichtungen kombiniert und ausgewertet werden, wofür unter anderem eine exakte Positionierung der mehreren Scannereinrichtungen relativ zueinander und zu dem Objekt erforderlich ist.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so weiterzuentwickeln, dass mit einfachen konstruktiven
Mitteln eine rasche und zuverlässige Erfassung großer
Objekte ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die von der Ausleuchtfläche kommenden Lichtstrahlen auf eine hinter dem Objekt angeordnete Projektionsfläche projiziert werden und der von der Ausleuchtfläche auf der
Projektionsfläche erzeugte Schattenwurf des Objekts mit einer optischen Erfassungseinrichtung erfasst wird.
Als Schattenwurf wird jede Beeinträchtigung bzw.
gegebenenfalls geringfügige Beeinträchtigung des Strahlengangs der von der Ausleuchtfläche kommenden und durch das Objekt beeinflussten Lichtstrahlen bezeichnet. Der Schattenwurf beinhaltet demzufolge eine völlige
Abschattung durch lichtundurchlässige Bereiche des Objekts ebenso wie eine kaum sichtbare oder nicht nachweisbare Beeinflussung der Lichtstrahlen durch beispielsweise eine völlig transparente Glasscheibe.
Der Schattenwurf kann von Licht mit Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Lichtspektrums erzeugt werden. Es ist jedoch ebenfalls denkbar und in einigen Anwendungssituationen vorteilhaft, den Schattenwurf durch Licht mit Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs zu erzeugen und beispielsweise eine Leuchtquelle zu verwenden, die überwiegend oder ausschließlich Infrarotlicht oder
ultraviolettes Licht emittiert. Die zur Abbildung des Schattenwurfs verwendete Projektionsfläche sowie die optische Erfassungseinrichtung müssen an den für den
Schattenwurf vorgesehenen Wellenlängenbereich angepasst, bzw. dafür geeignet sein.
Der Schattenwurf des Objekts auf der Projektionsfläche ermöglicht eine kostengünstige und zuverlässige Erfassung und Überprüfung der Abmessungen eines großflächigen dreidimensionalen Objekts. Zudem können lichtdurchlässige Bereiche des Objekts von lichtundurchlässigen Bereichen unterschieden werden. Fehlstellen innerhalb einer
Glasscheibe, die einen Schattenwurf erzeugen, können rasch ermittelt werden. Ein seitlicher Versatz von
Rahmenelementen eines Fensterelements führt zu einem entsprechend verschobenen oder übermäßig breiten
Schattenwurf und kann zuverlässig festgestellt werden. Mit Hilfe der Projektionsfläche können insbesondere
großflächige dreidimensionale Objekte wesentlich
kostengünstiger als mit den aus der Praxis bekannten
Verfahren überprüft werden, die beispielsweise die
Verwendung von telezentrischen Objektiven voraussetzen. Als großflächige dreidimensionale Objekte können dabei bereits Objekte mit Abmessungen von mehreren Zentimetern angesehen werden. Mit geeigneten Komponenten können mit Hilfe der Projektionsfläche auch großflächige Objekte wie
beispielsweise Glasscheiben oder Fensterelemente mit
Seitenlängen von mehr als ein oder zwei Metern zuverlässig und kostengünstig überprüft werden. Um die Abmessungen des Objekts in einer Richtung zu
ermitteln ist es ausreichend, den Schattenwurf des Objekts lediglich in dieser Richtung zu überprüfen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Objekt
vollständig abgetastet wird. Auf diese Weise kann
beispielsweise die Orientierung des Objekts relativ zu der optischen Erfassungseinrichtung überprüft werden, so dass es nicht erforderlich ist, beispielsweise mittels
geeigneter Transport- oder Lagereinrichtungen die
Orientierung des zu überprüfenden Objekts vorzugeben. Auch können Fehlbedienungen oder Toleranzen bei der
Objektpositionierung ermittelt und gegebenenfalls
ausgeglichen werden. Um eine möglichst großflächige und leuchtstarke
Ausleuchtfläche zu ermöglichen ist vorgesehen, dass die Ausleuchtfläche mit mehreren Leuchtquellen erzeugt wird, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Die mehreren Leuchtquellen können in einer Reihe oder matrixförmig angeordnet sein. Es ist auch möglich, verschiedenartige Leuchtquellen nebeneinander anzuordnen und je nach Bedarf wahlweise miteinander zu kombinieren.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein streifenförmiger Lichtvorhang als Ausleuchtfläche erzeugt wird und das Objekt und der streifenförmige Lichtvorhang relativ
zueinander verlagert werden. Für die Erfassung und
Auswertung des auf der Projektionsfläche erzeugten
Schattenwurfs ist eine streifenförmige Abtastung des großflächigen dreidimensionalen Objekts und damit eine im Wesentlichen eindimensionale Erfassung und Auswertung des Schattenwurfs besonders vorteilhaft. Als streifenförmige
Abtastung wird dabei die sukzessive Erfassung des mit einer streifenförmigen Lichtquelle bzw. Ausleuchtfläche erzeugten Schattenstreifens des Objekts angesehen, wobei die
Ausleuchtfläche relativ zu dem großflächigen Objekt
verlagert wird, um nacheinander alle Bereiche des Objekts zu beleuchten. Die lineare Erfassung und Auswertung des Schattenwurfs kann mit handelsüblichen optischen
Komponenten kostengünstig durchgeführt und rasch
ausgewertet werden. Das von der einen Leuchtquelle oder von mehreren Leuchtquellen emittierte Licht kann in dem
streifenförmigen Lichtvorhang gebündelt werden, um einen hohen Kontrast des auf der Projektionsfläche erzeugten Schattenwurfs zu bewirken. Wenn das Objekt und nicht die Leuchtquelle und die optische Erfassungseinrichtung bewegt werden, kann das Messsystem optimal angeordnet und justiert werden, um möglichst präzise optische Messungen zu ermöglichen.
Ein streifenförmiger Lichtvorhang kann gemäß einer
Ausgestaltung des Erfindungsgedankens mit einer
gegebenenfalls mehrteiligen Fresnellinse erzeugt werden. Eine Fresnellinse erlaubt vergleichsweise großflächige Abmessungen bei einer verhältnismäßig geringen Dicke der Fresnellinse. Im Vergleich mit Linsen aus Glas oder
Kunststoff ermöglichen Fresnellinsen eine großflächige
Fokussierung des von der Leuchtquelle imitierten Lichts zu einem Bündel paralleler Lichtstrahlen, obwohl die
Fresnellinse nur eine geringe Dicke und damit einhergehend ein geringes Eigengewicht aufweist. Eine mehrteilige
Fresnellinse kann auch aus mehreren nebeneinander
angeordneten Fresnellinsen oder aus einzelnen
Fresnellinsen-Segmenten zusammengesetzt sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Objekt an der
Leuchtfläche und der Projektionsfläche vorbeibewegt wird. Die Leuchtquelle, die Fresnellinse, die Projektionsfläche und eine optische Erfassungseinrichtung können ortsfest angeordnet und relativ zueinander ausgerichtet und justiert werden, um anschließend eine große Anzahl von Objekten innerhalb kurzer Zeit durch die eingerichtete Apparatur hindurch zu bewegen und dadurch überprüfen zu können. Die Genauigkeit der Messungen kann dadurch verbessert werden. Das Überprüfungsverfahren kann während der Herstellung der großflächigen dreidimensionalen Objekte oder unmittelbar im Anschluss daran zu einem Zeitpunkt und an einem Ort
durchgeführt werden, bei dem die großflächigen
dreidimensionalen Objekte beispielsweise innerhalb einer Fertigungsstraße oder von einer Produktionsstätte zu einem Lagerort hin bewegt und transportiert werden.
Eine kostengünstige Erfassung des Schattenwurfs kann mit einem optischen Linsensystem durchgeführt werden. Dabei können auch großflächige Projektionsflächen sehr rasch und zuverlässig erfasst und einer Auswertung zugeführt werden. Als optisches Linsensystem kann beispielsweise ein
handelsübliches Kameraobjektiv bzw. eine Video-Kamera mit einem digitalen Speichermedium oder auch ohne ein digitales Speichermedium verwendet werden.
Ein einfaches und gleichzeitig für viele Anwendungen aussagekräftiges und ausreichendes Überprüfungsverfahren beinhaltet, dass Abmessungen des Objekts parallel zu der Projektionsfläche ermittelt werden. Die ermittelten
Abmessungen können mit vorgegebenen Referenzwerten
verglichen werden. Die Größe des Schattenwurfs auf der Projektionsfläche lässt sich mit nahezu jeder optischen Erfassungseinrichtung schnell und zuverlässig ermitteln. In vielen Fällen kann anhand der Abmessungen des Objekts bereits eine erste Entscheidung getroffen werden, ob das Objekt die Überprüfung erfolgreich absolviert hat oder ob ein Fehler festgestellt wird, beziehungsweise das Objekt gegebenenfalls einer näheren und eventuell manuellen
Überprüfung zugeführt werden muss.
Insbesondere bei transparenten Objekten wie etwa
Glasscheiben ist es ebenfalls möglich, eine automatisierte Fehlerüberprüfung durchzuführen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass Unregelmäßigkeiten innerhalb des Objekts ermittelt werden. Sofern die Unregelmäßigkeiten, beispielsweise Fehlstellen, Einschlüsse, Blasen, Kratzer oder Schlieren eine erkennbare Veränderung des
Schattenwurfs erzeugen, können diese Unregelmäßigkeiten ermittelt und angezeigt, bzw. einer weiteren Auswertung zugeführt werden. Es ist ebenfalls möglich, die erkannten Unregelmäßigkeiten gemäß vorab festgelegten Kriterien zu unterscheiden und je nach Kriterium entsprechende
Informationen anzuzeigen oder Aktionen einzuleiten. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur optischen Überprüfung eines großflächigen dreidimensionalen Objekts. Die aus der Praxis bekannten Vorrichtungen weisen eine Leuchtquelle, eine Einrichtung zur Erzeugung einer
Leuchtfläche aus parallelen Lichtstrahlen und eine optische Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Veränderung der parallelen Lichtstrahlen der Leuchtfläche durch das Objekt auf .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beabstandet zu der Ausleuchtfläche eine Projektionsfläche angeordnet ist und dass die optische Erfassungseinrichtung dazu geeignet ist, den von der Ausleuchtfläche auf der Projektionsfläche von einem in dem Strahlengang der parallelen Lichtstrahlen befindlichen Objekt erzeugten Schattenwurf des Objekts zu erfassen. Mit Hilfe der Projektionsfläche kann der
Schattenwurf des Objekts sichtbar gemacht werden. Viele handelsüblich erhältliche optische Erfassungseinrichtungen sind in der Lage, den auf einer Projektionsfläche erzeugten Schattenwurf zu erfassen. Es ist demzufolge nicht
notwendig, mit großformatigen optischen Linsensystemen die parallelen Lichtstrahlen wieder auf eine kleinformatige Abbildungsfläche zu fokussieren oder großformatige optische Erfassungseinrichtungen zu verwenden.
Der Schattenwurf des Objekts auf der Projektionsfläche kann beispielsweise mit einer Video-Kamera mit einem digitalen Speichermedium erfasst werden. Als optischer Sensor kann beispielsweise ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor
verwendet werden. Für eine zuverlässige Erfassung des Schattenwurfs sind handelsüblich erhältliche Kameras oder vergleichbare optische Linsensysteme mit einer
kontinuierlich betreibbaren Bilderfassung geeignet.
Natürlich kann eine optische Erfassungseinrichtung auch mehrere Kameras oder mehrere CCD-Sensoren, bzw. CMOS- Sensoren beinhalten.
In Abhängigkeit von den Abbildungseigenschaften des verwendeten optischen Linsensystems kann eine großflächige Projektionsfläche mit einer linearen Erstreckung von mehr als einem Meter mit einer ausreichenden Auflösung und mit einem ausreichenden Kontrast erfasst werden, um die
Ermittlung und Überprüfung von Abmessungen des Objekts zu erlauben .
Es kann vorgesehen und insbesondere für die Erfassung großer Projektionsflächen vorteilhaft sein, wenn die optische Erfassungseinrichtung aus mehreren Komponenten, bzw. bildgebenden Bilderfassungseinrichtungen besteht, deren Informationen anschließend möglichst automatisiert zusammengeführt und weiterverarbeitet werden können.
Durch die Verwendung einer digitalen optischen
Erfassungseinrichtung wie beispielsweise eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera wird eine Weiterverarbeitung und Auswertung der gemessenen Rohdaten besonders einfach.
Eine großflächige Leuchtfläche aus parallelen Lichtstrahlen lässt sich durch die Verwendung einer gegebenenfalls mehrteilig ausgestalteten Fresnellinse erreichen.
Insbesondere bei einer streifenförmigen Leuchtfläche kann eine lange und näherungsweise lineare Leuchtfläche bei einem vergleichsweise geringen Eigengewicht und bei einer geringen Gesamtdicke der Fresnellinse erreicht werden.
Es ist ebenfalls möglich, an Stelle von einer Fresnellinse eine andere gleichermaßen geeignete optische
Fokussiereinrichtung zu verwenden. Beispielsweise könnte eine Leuchtfläche aus parallelen Lichtstrahlen auch durch ein System aus mehreren nebeneinander angeordneten Linsen erzeugt werden. In Abhängigkeit von der verwendeten
Leuchtquelle können auch Spiegelsysteme verwendet werden, um eine Ausleuchtfläche mit parallelen Lichtstrahlen zu erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsdankens ist vorgesehen, dass die
Projektionsfläche eine opake Scheibe aus einem
transluzierenden Material ist. Der Schattenwurf des Objekts kann dadurch auf einer von dem Objekt abgewandten Seite der Projektionsfläche erfasst werden, so dass das an der
Projektionsfläche vorbeibewegte Objekt die optische
Erfassung des Schattenbildes auf der Projektionsfläche nicht behindert. Gleichzeitig wird dadurch ermöglicht, dass sich die Leuchtquelle, die Einrichtung zur Erzeugung einer Leuchtfläche aus parallelen Lichtstrahlen, die Projektionsfläche und die optische Erfassungseinrichtung längs einer optischen Achse anordnen lassen, wodurch sich besonders vorteilhafte geometrische Rahmenbedingungen für eine großflächige Abtastung und Überprüfung eines
dreidimensionalen Objektes ergeben.
Eine geeignete Projektionsfläche kann beispielsweise eine oberflächenbehandelte Glasscheibe sein, die sowohl
kostengünstig hergestellt werden kann als auch geeignete Eigenschaften für die Abbildung und die Erfassung des von dem Objekt erzeugten Schattenwurfs aufweist.
Es ist ebenfalls möglich, dass die Projektionsfläche eine opake Folie oder ein opakes Flächengebilde aufweist.
Geeignete Folien sind beispielsweise als Filterfolien handelsüblich erhältlich. Eine opake Folie kann auf einem kostengünstigen transparenten Trägermaterial wie
beispielsweise Polymethylmethacrylat aufgebracht oder in einem Rahmen aufgespannt sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgedankens näher erläutert, das in der Zeichnung exemplarisch dargestellt ist. Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur optischen Überprüfung eines großflächigen dreidimensionalen Objekts,
Figur 2 eine exemplarische Darstellung einer für die
Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung, Figur 3 eine schematische Darstellung einer abweichend ausgestalteten Vorrichtung, die zur Durchführung des
Verfahrens geeignet ist, und Figur 4 eine schematische Darstellung einer wiederum abweichend ausgestalteten Vorrichtung.
Bei einem in Figur 1 schematisch dargestellten Verfahren zur optischen Überprüfung eines großflächigen
dreidimensionalen Objekts wird mit einer Leuchtquelle 1 ein Lichtbündel 2 aus nicht-kohärentem Licht erzeugt. Mit einer geeigneten optischen Komponente 3 wird eine Ausleuchtfläche 4 aus parallelen Lichtstrahlen erzeugt, die auf eine
Projektionsfläche 5 gerichtet sind. Die Projektionsfläche 5 besteht aus einer transluzenten Scheibe mit einer matten Oberfläche 6. Auf einer der Leuchtquelle 1 gegenüber liegenden Seite der Projektionsfläche 5 ist eine optische Erfassungseinrichtung 7 angeordnet, mit der eine Abbildung der Projektionsfläche 5 aufgenommen werden kann.
Die Projektionsfläche 5 wird von der Ausleuchtfläche 4 mit parallelen Lichtstrahlen ausgeleuchtet. Ein zwischen der Ausleuchtfläche 4 und der Projektionsfläche 5 befindliches Objekt 8 erzeugt auf der Projektionsfläche 5 einen
Schattenwurf. Der Schattenwurf kann mit der optischen
Erfassungseinrichtung 7 erfasst und ausgewertet werden.
Wenn das Objekt 8 quer zu den parallelen Lichtstrahlen zwischen der Ausleuchtfläche 4 und der Projektionsfläche 5 hindurch bewegt wird, verändert sich der von dem Objekt 8 erzeugte Schattenwurf auf der Projektionsfläche 5 in entsprechender Weise. Durch eine kontinuierliche Erfassung des Schattenwurfs mit der optischen Erfassungseinrichtung 7 können auch großflächige Objekte 8, deren Abmessungen größer als die Abmessungen der Ausleuchtfläche 4 und der Projektionsfläche 5 sind, mit der vorangehend beschriebenen Anordnung überprüft werden.
Anhand der Größe und Formgebung des Schattenwurfs, der mit der optischen Erfassungseinrichtung 7 abgebildet und erfasst wird, kann durch einen Vergleich mit vorgegebenen Referenzwerten überprüft werden, ob die Abmessungen des Objekts 8 innerhalb vorgegebener Toleranzbereiche liegen oder ob das Objekt 8 Abweichungen von den vorgegebenen Referenzwerten aufweist, die dazu führen können, dass das Objekt 8 die Überprüfung nicht erfolgreich übersteht oder gegebenenfalls einer weiteren eingehenderen und
gegebenenfalls manuellen Überprüfung unterzogen werden soll .
Bei dem in Figur 2 exemplarisch dargestellten
Ausführungsbeispiel wird das von der Leuchtquelle 1 erzeugte Licht von einer Fresnellinse 9 in eine
streifenförmige Ausleuchtfläche 4 aus parallelen
Lichtstrahlen umgewandelt. Die Abmessungen der
streifenförmigen Ausleuchtfläche 4 werden durch eine streifenförmige Blende 10 vorgegeben.
Ein zwischen der Leuchtfläche 4 und der Projektionsfläche 5 hindurch bewegtes Fensterelement 11 mit einer Glasscheibe 12 und einem die Glasscheibe 12 umgebenden Rahmen 13 erzeugt einen Schattenwurf 14 auf der Projektionsfläche 5. Die Abmessungen des Schattenwurfs 14 entsprechen den
Abmessungen des Rahmens 13 des Fensterelements 11, der zwischen der Leuchtfläche 4 und der Projektionsfläche 5 hindurch bewegt wird. Mit einer CCD-Kamera 15 wird der auf der Projektionsfläche 5 erzeugte Schattenwurf 14 erfasst. Die von der CCD-Kamera 15 aufgenommenen Rohdaten werden einer Auswerteeinrichtung 16 zugeführt, mit deren Hilfe die Abmessungen des Schattenwurfs 14 ermittelt und mit
vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden, die aus einer Speichereinrichtung 17 abgerufen werden. Bei der in Figur 3 exemplarisch und schematisch
dargestellten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das mit der Leuchtquelle 1 erzeugte
Lichtbündel 2 durch eine Linse 3 seitlich einfallend auf einen Spiegel 18 gerichtet. Die auf den Spiegel 18
einfallenden parallelen Lichtstrahlen werden in Richtung der beabstandet zu dem Spiegel 18 angeordneten
Projektionsfläche 5 reflektiert. Zwischen dem Spiegel 18 und der Projektionsfläche 5 kann das Objekt 8 parallel zu der Projektionsfläche 5 verlagert werden. Der von dem
Objekt 8 auf der Projektionsfläche 5 erzeugte Schattenwurf wird mit der optischen Erfassungseinrichtung 7 erfasst.
Bei dem in Figur 4 schematische dargestellten
Ausführungsbeispiel einer erneut abweichend ausgestalteten Vorrichtung wird das von der Leuchtquelle 1 erzeugte
Lichtbündel 2 durch die Linse 3 parallelisiert und auf einen halbdurchlässigen Spiegel 19 geworfen. Ein Teil des Lichtbündels 2 wird in Richtung des Spiegels 18
reflektiert. Durch den Strahlengang des parallelen
Lichtbündels 2 von dem halbdurchlässigen Spiegel 19 zu dem vollständig reflektierenden Spiegel 18 und zurück kann das Objekt 8 möglichst parallel zu dem reflektierenden Spiegel 18 bewegt werden. Der dabei durch das Objekt 8 auf der hinter dem halbdurchlässigen Spiegel 19 angeordneten
Projektionsfläche 5 erzeugte Schattenwurf kann mittels der optischen Erfassungseinrichtung 7 erfasst werden.
Die in den Figuren 3 und 4 exemplarisch beschriebenen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignen sich insbesondere bei beengten Raumverhältnissen. Der in Figur 4 beschriebene Strahlengang des parallelen Lichtbündels 2 weist einen doppelten Durchgang durch das Objekt 8 auf, so dass eine beispielsweise durch Störungen in Glasflächen verursachte Abschattung verstärkt und mit höherem Kontrast in dem auf der Projektionsfläche 5 erzeugten Schattenwurf abgebildet wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur optischen Fehlerinspektion eines Objekts (8), wobei mit einer Leuchtquelle (1) eine Ausleuchtfläche (4) aus parallelen Lichtstrahlen erzeugt wird, wobei das Objekt (8) von der Ausleuchtfläche (4) mindestens
bereichsweise beleuchtet wird und wobei eine Veränderung der parallelen Lichtstrahlen der Ausleuchtfläche (4) durch das Objekt (8) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Ausleuchtfläche (4) kommenden Lichtstrahlen auf eine hinter dem Objekt (8) angeordnete Projektionsfläche (5) projiziert werden und der von der Ausleuchtfläche (4) auf der Projektionsfläche (5) erzeugte Schattenwurf (14) des Objekts (8) mit einer optischen Erfassungseinrichtung (7, 15) erfasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (8) ein großflächiges dreidimensionales Objekt (8) mit einer Schattenwurffläche von mehr als 0,25 m2 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (8) vollständig beleuchtet wird .
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleuchtfläche (4) aus parallelen Lichtstrahlen mit mehreren beabstandet
zueinander angeordneten Leuchtquellen (1) erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein streifenförmiger
Lichtvorhang als Ausleuchtfläche (4) erzeugt und das Objekt (8) und der streifenförmige Lichtvorhang relativ zueinander verlagert werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der streifenförmige
Lichtvorhang mit einer gegebenenfalls mehrteiligen
Fresnellinse (9) erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (8) an der
Ausleuchtfläche (4) und der Projektionsfläche (5)
vorbeibewegt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleuchtfläche (4) und die Projektionsfläche (5) sowie gegebenenfalls auch die Erfassungseinrichtung (7, 15) an dem Objekt (8)
vorbeibewegt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schattenwurf (14) mit einem optischen Linsensystem erfasst wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abmessungen des Objekts (8) parallel zu der Projektionsfläche (5) ermittelt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Abmessungen des Objekts (8) mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Unregelmäßigkeiten innerhalb des Objekts (8) ermittelt werden.
13. Vorrichtung zur optischen Überprüfung eines Objekts (8), mit einer Leuchtquelle (1), mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Ausleuchtfläche (4) aus parallelen
Lichtstrahlen, und mit einer optischen
Erfassungseinrichtung (7, 15) zur Erfassung einer
Veränderung der von der Ausleuchtfläche (4) kommenden
Lichtstrahlen durch das Objekt (8), dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zu der Ausleuchtfläche (4) eine
Projektionsfläche (5) angeordnet ist und die optische
Erfassungseinrichtung (7) dazu geeignet ist, den von der Ausleuchtfläche (4) auf der Projektionsfläche (5) von einem in dem Strahlengang der parallelen Lichtstrahlen
befindlichen Objekt (8) erzeugten Schattenwurf (14) zu erfassen .
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Objekt (8) um ein großflächiges dreidimensionales Objekt (8) mit einer Schattenwurffläche von mehr als 0,25 m2 handelt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer
Leuchtfläche eine gegebenenfalls mehrteilige Fresnellinse (9) aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer Leuchtfläche ein System aus mehreren nebeneinander
angeordneten Linsen oder ein System aus mehreren Spiegel ist .
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungseinrichtung (7) ein optisches Linsensystem aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungseinrichtung (7, 15) mindestens eine Kamera mit einem digitalen Speichermedium oder ohne ein digitales Speichermedium aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungseinrichtung mindestens einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor
aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungseinrichtung (7, 15) aus mehreren Komponenten, bzw. bildgebenden
Bilderfassungseinrichtungen besteht
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche (5) eine opake Scheibe aus einem transluzierenden Material ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche (5) eine oberflächenbehandelte Glasscheibe ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche (5) eine opake Folie oder ein opakes Flächengebilde aufweist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine mit der optischen
Erfassungseinrichtung (7, 15) verbundene
Auswerteeinrichtung (16) zur Ermittlung von Abmessungen des Objekts ( 8) und von Unregelmäßigkeiten innerhalb des
Objekts (8) aufweist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) datenübertragend mit einer Speichereinrichtung (17) verbunden ist, in der
Referenzwerte gespeichert sind.
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