DE4123916C2 - Method and device for dynamic detection and classification of surface features and defects of an object - Google Patents
Method and device for dynamic detection and classification of surface features and defects of an objectInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum beleuchtungsdynamischen Erkennen und Klassifizieren von Oberflächenmerkmalen und -defekten eines Objektes, das von einem Beleuchtungshimmel umgeben ist gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung hierzu gemäß Anspruch 3.The invention relates to a method for lighting dynamic detection and classifying surface features and defects of an object that is surrounded by a lighting sky according to claim 1 and an apparatus therefor according to claim 3.
In dem Aufsatz von R. Malz: Der Einsatz schneller Beleuchtungsoperationen für
die robuste Merkmalsextraktion und Segmentierung in der industriellen
Objekterkennung und Qualitätsprüfung, Informatik-Fachberichte "Musterer
kennung 1988" 10. DAGM-Symposium 1988, Springer-Verlag, Seite 270 bis 276 ist
eine Beleuchtungsanordnung bekannt, die aus vier Beleuchtungsmodulen
besteht:
einem Auflichtmodul zur schattfreien Ausleuchtung diffus streuender Objekte,
realisiert mit einer Punktlichtquelle, die über einen Teilerspiegel in den Beobach
tungsstrahlengang der CCD-Matrixkamera eingespiegelt ist, einem Streiflicht
modul zur Aufhellung von Kanten und diffus streuenden Oberflächenfehlern,
realisiert durch eine oder mehrere Ringlampen, einem Durchlichtmodul zur
Aufhellung der Innenflächen und Ränder von Objektdurchbrüchen, und einem
Reflexionslichtmodul zur gleichmäßigen, reflektorischen Hellfeld-Beleuchtung
von ebenen oder schwach gekrümmten Oberflächen, bestehend aus einem
Beleuchtungsarray mit Fresnel-Linse und einem Teilerspiegel.In the essay by R. Malz: The use of fast lighting operations for robust feature extraction and segmentation in industrial object recognition and quality inspection, IT reports "Pattern recognition 1988" 10th DAGM Symposium 1988, Springer-Verlag, pages 270 to 276 is one Known lighting arrangement, which consists of four lighting modules:
A reflected light module for shadow-free illumination of diffusely scattering objects, realized with a point light source that is reflected in the observation beam path of the CCD matrix camera via a splitter mirror, a grazing light module for brightening edges and diffusely scattering surface defects, implemented by one or more ring lamps, a transmitted light module for brightening the inner surfaces and edges of object openings, and a reflection light module for uniform, reflective bright-field illumination of flat or slightly curved surfaces, consisting of an illumination array with Fresnel lens and a divider mirror.
Aus demselben Aufsatz ist ein weiteres Beleuchtungssystem bekannt, das mit Hilfe eines zweidimensional abgelenkten und in seiner Intensität elektrisch modulierten Halbleiterlasers während der Belichtungszeit eines einzelnen Kamerabildes beliebig positionierbare Punkt- Cluster-, Linien- und Flächen lichtquellen erzeugt, die mit jedem Bildwechsel verändert werden können.Another lighting system is known from the same article, the with the help of a two-dimensionally deflected and electric in intensity modulated semiconductor laser during the exposure time of a single Camera image of the point, cluster, line and area that can be positioned as required generates light sources that can be changed with every image change.
Merkmale mit anisotropen Streu- und Reflexionseigenschaften, wie Kanten oder Kratzer, liefern nur dann einen maximalen Bildkontrast, wenn sie aus einem kleinen Raumsektor beleuchtet und betrachtet werden, der sich je nach Orientierung der Merkmale ändert. Des weiteren muß beleuchtungstechnisch der gesamte Raumwinkel verfügbar sein, weil ansonsten nicht sämtliche Merkmale oder Fehler optimal beleuchtet werden können. Features with anisotropic scatter and reflection properties, such as edges or Scratches only deliver maximum image contrast if they come from a small space sector can be illuminated and viewed, depending on the Orientation of characteristics changes. Furthermore, lighting technology the entire solid angle will be available, because otherwise not all Features or errors can be optimally illuminated.
Beide genannten Beleuchtungssysteme genügen daher noch nicht den Anforde rungen, die an ein Inspektionssystem gestellt werden, das mit hohen Taktraten an ständig wechselnden Objekttypen und Objektorientierungen unterschiedliche Fehlertypen mit maximalem Kontrast detektieren und klassifizieren soll.Both of the lighting systems mentioned therefore do not yet meet the requirements that are placed on an inspection system with high cycle rates different in constantly changing object types and object orientations Detect and classify error types with maximum contrast.
Durch die DE 35 40 288 A1 ist des weiteren eine Anordnung zur Durchführung von Kontrollen an Lötstellen bekanntgeworden, wobei Licht unter verschiedenen Einfallswinkeln auf die Lötstellen gerichtet wird. Informationen für die drei dimensionale Beschaffenheit der Lötstellen werden abgeleitet, um zu entschei den, ob diese Beschaffenheit einwandfrei ist oder nicht. Die Information über die Beschaffenheit kann durch Bestrahlung mit Licht von wenigstens zwei Stellen aus abgeleitet werden; die Kontrolle erfolgt nach quantitativen Gesichtspunkten. Durch die DE 38 15 539 A1 ist eine Vorrichtung zum selbsttätigen Prüfen von Hohlgläsern, z. B. Flaschen, auf Schadstellen im Mündungsbereich bekannt geworden durch Anstrahlung dieses Zielbereiches mittels mehrerer, in einem den Zielbereich halbkugelförmig umschließenden Raum strahlenförmig auf diesen ausgerichteter Lichtsende-Lampe, die lichtunterschiedliche Wellenlänge aussenden. Auf den gleichen Zielbereich sind in verschiedenen Winkelpositionen ausgerichtete Fotozellen gerichtet, die entweder Fehlerlicht-Reflexionen von Normallicht oder von Prüflicht in der abweichenden Wellenlänge zu empfangen geeignet sind. Die Fehlerlicht-Reflexionen werden verstärkt und aufbereitet und an einen Aussortier-Mechanismus übertragen. Die DE 35 34 019 C2 beinhaltet eine Vorrichtung zur optischen Fehlerfeststellung in Materialbahnen, bei der eine Lichtquelle eine Beleuchtungspupille beleuchtet und eine Beleuchtungsoptik zur Erzeugung eines streifenförmigen beleuchteten Bereiches einen streifen förmigen Beleuchtungshohlspiegel aufweist, der die Beleuchtungspupille über die Materialbahn in das Objektiv einer Diodenzeilenkamera abbildet.DE 35 40 288 A1 also provides an arrangement for carrying it out of controls at solder joints, light under different Incidence angles is directed to the solder joints. Information for the three dimensional properties of the solder joints are derived in order to decide whether this condition is flawless or not. The information about the Texture can be achieved by irradiation with light from at least two places be derived from; control is based on quantitative criteria. DE 38 15 539 A1 describes a device for the automatic testing of Hollow glasses, e.g. B. bottles, known for damage in the mouth area made by illuminating this target area with several, in one the space surrounding the target area in a spherical shape this aligned light transmission lamp, the light-different wavelength send out. The same target area are in different angular positions aligned photocells, which either reflect light reflections from Normal light or from test light in the different wavelength are suitable. The fault light reflections are amplified and processed and transferred to a sorting mechanism. DE 35 34 019 C2 includes a device for optical fault detection in material webs, in which a light source illuminates an illumination pupil and an illumination optics a strip to create a strip-shaped illuminated area shaped concave illumination mirror, which over the illumination pupil maps the material web into the lens of a diode line camera.
Durch die US 4876455 ist ein Löt-Inspektionssystem zur Feststellung der Qualität einer spiegelnden Lötverbindung durch die Überprüfung der Form der Verbindungsoberfläche bekanntgeworden, wobei eine Serie von Punktlicht quellen und benachbarten Lichtreflexionen von der Verbindungsoberfläche benützt wird. Die Vorrichtung arbeitet gemäß einem Verfahren zum beleuch tungsdynamischen Erkennen von Oberflächenmerkmalen der Lötstelle, die von einem Beleuchtungshimmel umgeben ist, innerhalb dem mehrere unterschied lich positionierte Beleuchtungsquellen die Lötstelle sequentiell und mit vorgeb barer Winkel- und Intensitätsabstufung beleuchten. Das Licht von den Punkt lichtquellen, welches auf die Lötverbindung gerichtet ist, wird von derselben auf einen lichtempfindlichen Array beispielsweise einer Kamera an einer festen Stelle geleitet. Indem unterschiedliche Intensitätswerte des Lichtes des Arrays verwendet werden, wird eine binäre Quadratkarte der Reflexionen für jede Punktlichtquelle erzeugt. Eine Serie derartiger Quadratkarten kann mathema tisch so interpretiert werden, um die Lötoberfläche zu rekonstruieren. Ein regel basiertes System bewertet durch Vergleich mit akzeptablen Lötstellen-Ausgestal tungen die Lötverbindungen nach ihrer Qualität.Through US 4876455 is a solder inspection system to determine the Quality of a reflective solder joint by checking the shape of the Connection surface became known, being a series of point light swell and neighboring light reflections from the connection surface is used. The device works according to a method for lighting dynamic detection of surface features of the solder joint by is surrounded by a lighting sky within which several differences lighting sources positioned sequentially and with specified illuminate clear angle and intensity gradation. The light from the point Light sources, which is directed to the solder joint, is emitted by the same a light-sensitive array, for example a camera on a fixed one Headed. By using different intensity values of the light of the array will be used a binary square map of reflections for each Point light source generated. A series of such square cards can be mathema be interpreted in such a way that the soldering surface can be reconstructed. A rule based system evaluated by comparison with acceptable solder joint design the soldered connections according to their quality.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Gattung zu schaffen, mit der bei Objekten, wie Metallteilen, Keramikscheiben, Blechen, Halbleiter-Chips, Hybridbausteinen, SMD-Schaltun gen, Dichtungen etc. Merkmale und Defekte der Oberfläche, wie Kanten, Textu ren, Knicke, Farbflecke, matte Stellen, Welligkeiten, Risse u. a.m., mit hoher Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit detektiert und klassifiziert werden können.The invention has for its object a method and an apparatus to create the type mentioned, with which objects, such as metal parts, Ceramic disks, sheets, semiconductor chips, hybrid components, SMD circuits conditions, seals etc. Features and defects of the surface, such as edges, textu Ren, kinks, color stains, matt areas, ripples, cracks and the like. a.m., with high Reliability and speed can be detected and classified.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Anspruchs 1; eine Vorrichtung ist in Anspruch 3 gekennzeichnet. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved in the features of Claim 1; a device is characterized in claim 3. Further Embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Das Verfahren weist den Vorteil auf, daß mit diesem Merkmale und Defekte der Oberfläche eines Objektes, wie Kanten, Texturen, Knicke, Farbflecke, matte Stellen, Welligkeiten, Risse u. a.m., mit maximal möglichem Signal-Rausch verhältnis bzw. mit maximalem Kontrast detektiert und unabhängig von der jeweiligen Bildumgebung pixelweise, d. h. für jeden Oberflächenpunkt getrennt, klassifiziert werden können, weil die erhaltene Information jeweils in der zeitlichen Grauwertsequenz enthalten ist. Durch die vollständige Bereitstellung aller Beleuchtungswinkel wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Merkmale mit Optimalfiltern bzw. Matched-Filtern extrahiert werden können.The method has the advantage that the features and defects of the Surface of an object, such as edges, textures, kinks, color spots, matt Spots, ripples, cracks, etc. a.m., with the maximum possible signal noise ratio or detected with maximum contrast and regardless of the pixel by pixel, d. H. separate for each surface point, can be classified because the information received in each case temporal gray scale sequence is included. Through full deployment All lighting angles are achieved in an advantageous manner that the features can be extracted with optimal filters or matched filters.
Bei ring-, sektor- oder ringsektorförmigen Verteilungen der Beleuchtungsfunk tionen und wenn als Merkmalsanalyse eine Fourier- oder ähnliche Transfor mation verwendet wird, wird vorteilhaft eine rotationsinvariante Klassifizierung der Merkmale erhalten. Mit einem Auswerteprogramm kann dann das Ergebnis der DFT-Operation graphisch dargestellt werden und die unterschiedlichen Fehlerklassen in π-periodische (D1<D2) oder 2π-periodische (D1<D2) oder nichtperiodische mit geringen Änderungen in der Grauwertsequenz (großes D0, kleines D1+D2) oder durchgehend dunkle (alle Spektralwerte gering) Grauwert sequenzen unterschieden werden.With ring, sector or ring sector-shaped distributions of the lighting radio tion and if as a feature analysis a Fourier or similar transform mation is used, a rotation-invariant classification is advantageous of the features preserved. The result can then be obtained with an evaluation program the DFT operation and the different ones Error classes in π-periodic (D1 <D2) or 2π-periodic (D1 <D2) or non-periodic with slight changes in the gray value sequence (large D0, small D1 + D2) or continuously dark (all spectral values low) gray value sequences can be distinguished.
Streut die Oberfläche isotrop, dann sind zur rotationsinvarianten Klassifizierung gerichteter Merkmale kreissymmetrische Beleuchtungssequenzen (Fig. 2) zweckmäßig. Ist jedoch die Oberflächenstruktur, zum Beispiel durch gerichtete Bearbeitung, wie Schleifen, nicht mehr rotationssymmetrisch, dann kann zur optimalen Signaltrennung von Oberfläche und gesuchtem Merkmal der Einsatz von elliptischen Beleuchtungsfunktionen vorteilhaft sein. Dabei muß die Strukturorientierung zur Ausrichtung der Ellipsen-Hauptachsen bekannt sein, was vorher mit Testbeleuchtungsfunktionen bestimmt werden kann.If the surface scatters isotropically, circular-symmetrical lighting sequences ( FIG. 2) are useful for the rotation-invariant classification of directed features. However, if the surface structure is no longer rotationally symmetrical, for example due to directional processing, such as grinding, then the use of elliptical lighting functions can be advantageous for optimal signal separation of the surface and the sought-after feature. The structure orientation for the alignment of the main ellipse axes must be known, which can be determined beforehand with test lighting functions.
In vorteilhafter Weise können die einzelnen Lichtquellen innerhalb des Beleuchtungshimmels, (der vorzugsweise kugelförmig ist und auf dem sich beliebige Punkt-, Linien- oder Flächenlichtquellen befinden können), durch Farblichtquellen ersetzt sein, vorzugsweise durch drei Farblichtquellen grün, rot und blau. Auf diese Weise kann der Aufwand der Bildaufnahme mindestens um den Faktor 3 reduziert werden, weil ein Farbbild einer Sequenz von mindestens drei Graubildern entspricht.Advantageously, the individual light sources within the Lighting sky, (which is preferably spherical and on which any point, line or area light sources can be), by Color light sources can be replaced, preferably by three color light sources green, red and blue. In this way, the effort of image acquisition can be at least around be reduced by a factor of 3 because a color image of a sequence of at least corresponds to three gray images.
Zur Durchführung des Verfahrens wird vorteilhafterweise der Nullpunkt des Beleuchtungskoordinatensystems in diejenige Punktlichtquelle gelegt, die über die als Spiegel gedachte Objektebene in die Kamerapupille abgebildet wird und damit zum Hellfeld führt. Kleinere Verkippungen der Objektebene können durch eine relative Translation der Beleuchtungskonfiguration mit geringem Aufwand korrigiert werden, da die Beleuchtungsanordnung kartesisch und damit translationsinvariant ist.To carry out the method, the zero point of the Illumination coordinate system placed in the point light source that over the object plane intended as a mirror is imaged in the camera pupil and thus leads to the bright field. Smaller tilting of the object level can be caused by a relative translation of the lighting configuration with little effort be corrected because the lighting arrangement is Cartesian and therefore is translation invariant.
Zum Verständnis des Verfahrens ist die Betrachtung der verallgemeinerten Beleuchtungs-Bildmatrix I(x,y,x,j) hilfreich, die den Zusammenhang zwischen der Leuchtdichtematrix L(x,j) und der Bildmatrix B(x,y) beschreibt und die gesamte fotometrische Information über das Objekt enthält, die mit der erfinderi schen Vorrichtung überhaupt gewonnen werden kann. Das Beleuchtungsarray erlaubt es, den 4-dimensionalen Beleuchtungs-Bildraum I(x,y,x,j) in einer diskreten Form I(x,y,i,j) zu erzeugen. Lichtpunkt für Lichtpunkt wird ange steuert und das jeweils entstehende Bild in den Bildspeicher abgelegt. Mit einer Benutzeroberfläche können verschiedene Projektionen oder Schnittebenen dieses 4-dimensionalen Datenraums betrachtet werden.To understand the procedure, consider the generalized Illumination image matrix I (x, y, x, j) helpful, the relationship between the luminance matrix L (x, j) and the image matrix B (x, y) describes and the contains all of the photometric information about the object, which with the inventive device can be obtained at all. The lighting array allows the 4-dimensional lighting image space I (x, y, x, j) in one to generate discrete form I (x, y, i, j). Light point for light point is indicated controls and the resulting image is stored in the image memory. With a User interface can have different projections or cutting planes of this 4-dimensional data space can be considered.
Für die pixelweise Untersuchung der Objektoberfläche eines Objektes spielt die lokale, d. h. für feste x- und y-Koordinaten gewonnene Streu-, Reflexions- und Schattencharakteristik eine entscheidende Rolle. Ein matter Fleck, der die Streukeule verbreitert, hat eine gleichmäßige Streucharakteristik ohne bevor zugte Richtung (isotrope Streucharakteristik). Punkte eines richtungsab hängigen Oberflächenmerkmals zeichnen sich durch eine anisotrope Streu charakteristik aus und unterscheiden sich von solchen mit isotroper Streucha rakteristik. Beispielsweise streut ein Oberflächenpunkt, der zu einem gerichteten Oberflächenmerkmal gehört (Kratzer oder Kante) vornehmlich das Licht in die Videokamera, das senkrecht zu seiner Orientierung eintrifft. Ein Punkt, der die Neigung der reflektierenden Oberfläche verändert, bevorzugt Streulicht aus einem bestimmten Sektor der Leuchtdichtematrix. Bei einem Fehlerpunkt mit verkippter spiegelnder Oberfläche erzeugt ein einziger Lichtpunkt des Beleuchtungshimmels einen hellen Grauwert in der Videokamera.For the pixel-by-pixel examination of the object surface of an object, the local, d. H. for fixed x and y coordinates scatter, reflection and Shadow characteristics play a crucial role. A matt stain that the Spreading lobe widened, has a uniform spreading characteristic without before direction (isotropic scattering characteristic). Points of a directional dependent surface feature are characterized by an anisotropic scatter characteristic and differ from those with isotropic Streucha characteristics. For example, a surface point scatters to a directed one Surface characteristics (scratches or edges) primarily include the light in the Video camera that arrives perpendicular to its orientation. A point that the The inclination of the reflective surface changes, preferably from scattered light a particular sector of the luminance matrix. If there is an error with tilted reflecting surface creates a single point of light of the Illumination sky a light gray value in the video camera.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können nun Bilder mit möglichst geringer Redundanz und maximalem Aussagewert erzeugt werden. Dabei eignen sich im einfachsten Fall Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung als Konzepte zur Extraktion der Oberflächenmerkmale, wobei diejenige Beleuch tungsfunktion gewählt wird, die einen Maximalkontrast für die Fehlerquelle liefert. Ein optimales Beleuchtungsfilter wird erhalten, indem die Streucharak teristik als Beleuchtungsfunktion aufgefaßt wird. So ist beispielsweise die Hellfeldbeleuchtung mit einer Punktquelle ein Optimalfilter für einen idealspiegelnden Oberflächenpunkt, bei dem das Grauwerteergebnis einer Kamera maximal ausfällt, bei jeder anderen Oberflächenstruktur hingegen absinkt. Bei Oberflächenpunkten mit stark anisotrop streuenden Eigenschaften, wie Kratzer oder Kanten, die in der Regel mit verschiedenen Orientierungen auftreten, wird aus einer Richtung senkrecht zur Orientierung des Objektmerkmals beleuchtet, so daß das Helligkeitssignal in der Kamera deutlich stärker ist, als bei einer Beleuchtung aus anderen Richtungen. Wegen der Richtungsabhängigkeit der Streucharakteristik ist somit ein optimales Beleuchtungsfilter nur in der Lage, anisotrop streuende Merkmale in einer bestimmten Richtung zu detektieren. Deshalb werden in diesem Fall Beleuch tungssequenzen aus einer Vielzahl von Raumwinkeln eingesetzt. Dazu wird die Leuchtdichtematrix in Sektoren aufgeteilt, die nacheinander angesteuert werden. Dadurch werden rotationsinvariante bzw. von der Orientierung des Objektes unabhängige Ergebnisse erhalten, weil zwischen verschiedenen Arten von Streucharakteristiken unterschieden werden kann.By means of the method according to the invention, images can now be made with low redundancy and maximum informative value. Here In the simplest case, brightfield and darkfield lighting are suitable as Concepts for extracting the surface features, with that illuminating tion function is selected, which is a maximum contrast for the error source delivers. An optimal lighting filter is obtained by using the scattered macaw teristik is understood as a lighting function. For example, the Bright field lighting with a point source is an optimal filter for one ideal reflecting surface point where the gray value result of a The maximum camera fails, however, with any other surface structure sinks. For surface points with strongly anisotropic scattering properties, like scratches or edges, usually with different orientations occur from a direction perpendicular to the orientation of the Object feature illuminated so that the brightness signal in the camera clearly is stronger than with lighting from other directions. Because of the The directionality of the scattering characteristics is therefore an optimal one Illumination filter only capable of anisotropically scattering features in one to detect a certain direction. Therefore, in this case, there will be lighting tion sequences from a variety of solid angles. For this, the Luminance matrix divided into sectors that are controlled one after the other will. This makes rotation invariant or of the orientation of the Obtain independent results because of different types of object can be distinguished from scattering characteristics.
Wird als Vorrichtung zur Bildung des kuppelförmigen Beleuchtungshimmels ein Hohlspiegel, insbesondere Parabolspiegel, verwendet, so besitzt dieser den Vorteil, daß aufgrund der Abbildungsgesetze die vom Parabolspiegel mehr oder weniger horizontal reflektierten Lichtstrahlen, wie für eine ortsunabhängige Streuung gefordert, in Richtung zum Brennpunkt und zum Objekt parallel oder mehr oder weniger parallel verlaufen, so daß der virtuelle Abstand der diffus beleuchtenden Lichtquellen vom Objekt sehr groß ist und in erster Näherung als praktisch unendlich gelten kann. Das mehr oder weniger vertikal auf das Objekt einfallende Strahlenbündel ist hingegen konvergent, so daß dies Lichtquellen über die als spiegelnde Ebene gedachte Objektoberfläche in die Ebene der Kamerapu pille abgebildet werden. Damit können (wie beim eigens dafür realisierten Reflexions-Lichtmodul) spiegelnde Oberflächen gleichmäßig im Hellfeld beleuchtet werden. Zu dieser speziellen Anpassung kann der virtuelle Abstand der Lichtquellen variiert werden: Der Abstand der unteren Lichtquellen, wie LED-Arrays, vom Parabolspiegel ist entscheidend für die Strahlenformation, die auf das Objekt im Brennpunkt auftritt, ob es sich also um konvergentes, divergentes oder paralleles Licht handelt, weshalb der Abstand vorteilhaft variabel ist. Der geometrische Ort der Punktlichtquelle, die im Brennpunkt paralleles Licht erzeugt, ist ein Paraboloid oder ähnlich geformt. Konvergentes bzw. divergentes Licht wird dann im Brennpunkt erzeugt, wenn sich die Lichtquelle unterhalb bzw. oberhalb des geometrischen Ortes befindet; paralleles Licht zum Brennpunkt wird erzeugt, wenn die Lichtquelle sich auf diesem geometrischen Ort befindet. Used as a device to form the dome-shaped lighting sky Concave mirror, in particular parabolic mirror, used, this has the Advantage that due to the mapping laws the parabolic mirror more or less horizontally reflected light rays, as for a location-independent Scattering required, in the direction of the focal point and the object parallel or run more or less parallel, so that the virtual distance of the diffuse illuminating light sources from the object is very large and as a first approximation can apply practically infinitely. The more or less vertically on the object incident beam of rays is convergent, however, so that light sources over the object surface thought of as a reflective plane in the plane of the camera pu pill are shown. With this (as with the specially realized Reflection light module) reflecting surfaces evenly in the bright field be illuminated. The virtual distance can be used for this special adjustment the light sources are varied: the distance of the lower light sources, such as LED arrays, from the parabolic mirror is critical to the radiation formation that occurs on the object in focus, so whether it is convergent, divergent or parallel light, which is why the distance is advantageous is variable. The geometric location of the point light source that is in focus parallel light is a paraboloid or similar shape. Convergent or divergent light is generated in the focal point when the Light source is located below or above the geometric location; parallel Light to the focal point is generated when the light source is on it geometric location.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung äußerst kompakt ist. Der Hohlspiegel kann des weiteren vorzugsweise einstückig aus transparentem Glas oder Kunststoff ohne Aussparung bestehen und in seinem obersten Bereich unverspiegelt sein zur Bildung einer Durchtrittsöffnung für das der reflekto rischen Beleuchtung dienende Licht der Beleuchtungseinrichtung.Another advantage is that the device is extremely compact. Of the Concave mirror can also preferably be made in one piece from transparent glass or plastic without a recess and in its uppermost area be non-mirrored to form a passage for the reflecto light used by the lighting device.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:Brief description of the drawing, in which:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens an einem Be leuchtungshimmel in Form einer Halbkugel und Fig. 1 shows a schematic cross section through a lighting device for performing the method on a lighting sky in the form of a hemisphere and
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Beleuchtungshimmel zur Darstellung der verschiedenen anwählbaren Sektoren, in denen sich jeweils eine oder eine Mehrzahl von Lichtquellen befinden können, Fig. 2 is a plan view of the lighting sky showing the various selectable sectors in which may be located one or a plurality of light sources, respectively,
Fig. 3 einen Algorithmus eines Flußdiagramms für Pixel-Klassifikation mit (N+2) Beleuchtungen, Fig. 3 is an algorithm of a flow chart for pixel classification with (N + 2) Lighting,
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung bestehend aus einem zweidimensional gekrümmten Beleuchtungs himmel mit einer Beleuchtungsanordnung und Fig. 4 is a schematic cross section through a lighting device consisting of a two-dimensionally curved lighting sky with a lighting arrangement and
Fig. 5 eine weitere Beleuchtungsvorrichtung mit zweidimensional gekrümmten Beleuchtungshimmel und einer gestalterisch abweichenden Beleuchtungsanordnung und Objektzuführung. Fig. 5 shows another illumination device having two-dimensionally curved lighting sky and a creatively different illumination arrangement and object delivery.
Über eine Basis 8 (Fig. 1) wölbt sich ein halbkugelförmiger Beleuchtungs himmel, in welchem eine Vielzahl von Lichtquellen 2 angeordnet sind, vorzugsweise in verschiedene Sektoren sm, n gemäß der Fig. 2 aufgeteilt, wobei die Lichtquellen in ihrer Intensität einzeln freiprogrammierbar sind. Des weiteren befindet sich im Beleuchtungshimmel ein Beleuchtungsmodul 3 welches eine Mehrzahl von Lichtquellen 4 aufweist, die vorzugsweise als kartesisches Array angeordnet sind. Vor dem Beleuchtungsmodul 3 befindet sich eine Optik 5, die das von einer einzigen oder von wenigen Lichtquellen 4 ausgesandte Licht dergestalt bündelt, daß es zur gleichmäßigen Hellfeldausleuchtung ebener, reflektierender Oberflächen eines Objektes geeignet ist. Das Beleuchtungsmodul 3 dient insbesondere für die Welligkeit- und Knickprüfung an reflektierenden Oberflächen und somit zur Klassifizierung von Oberflächenneigungen. Die Lichtquellen 2 dienen zur diffusen Beleuchtung. About a base 8 ( Fig. 1) bulges a hemispherical lighting sky, in which a plurality of light sources 2 are arranged, preferably divided into different sectors sm, n according to FIG. 2, the intensity of the light sources are individually programmable. Furthermore, there is a lighting module 3 in the lighting sky, which has a plurality of light sources 4 , which are preferably arranged as a Cartesian array. In front of the lighting module 3 there is an optic 5 which bundles the light emitted by a single or a few light sources 4 in such a way that it is suitable for uniform bright field illumination of flat, reflecting surfaces of an object. The lighting module 3 is used in particular for ripple and kink testing on reflecting surfaces and thus for classifying surface inclinations. The light sources 2 are used for diffuse lighting.
Das von den Lichtquellen 2 und 4 auf daß Objekt 1 geworfene und von diesem gestreute und reflektierte Licht wird von einem Objektiv 6 einer Videokamera aufgefangen und auf eine CCD-Matrix der Videokamera geleitet; die CCD-Matrix 7 der Videokamera ist an eine Bildspeichereinrichtung 9 angeschlossen, welche die Graubildfolgen speichert. Nach Abspeichern einer bestimmten, vorgebbaren Anzahl von Bildern bzw. Farbbildern innerhalb einer Bildspeichereinrichtung 9 der Videokamera werden die Bildinhalte bezüglich der Beleuchtungskoordinaten einer Fouriertransformation, vorzugsweise eine 2D-Fouriertransformation, unter worfen, um Betrag und Phase der Beleuchtungswinkelabhängigkeit des einzelnen Bildpunktes zu bestimmen.The light thrown by the light sources 2 and 4 onto the object 1 and scattered and reflected by it is collected by a lens 6 of a video camera and directed to a CCD matrix of the video camera; the CCD matrix 7 of the video camera is connected to an image storage device 9 which stores the gray image sequences. After a specific, predeterminable number of images or color images have been stored within an image storage device 9 of the video camera, the image contents are subjected to a Fourier transformation, preferably a 2D Fourier transformation, with regard to the illumination coordinates, in order to determine the amount and phase of the illumination angle dependency of the individual image point.
Diese Klassifikationsmethode baut auf den prinzipiellen Eigenheiten der Grau wertsequenz auf, die bei Durchlaufen der sektoriellen Beleuchtungen erhalten werden. Die Grauwertsequenz wird als endlicher Ausschnitt einer periodischen, zeit- und wertdiskreten Funktion angesehen, die in ihre Basiskomponenten zerlegt werden kann; Betrag und Phase der Komponenten werden durch diskrete Fouriertransformation (DFT) der Anzahl N Grauwerte der Sequenz erhalten.This classification method builds on the basic peculiarities of gray sequence of values obtained when the sectoral illuminations are run through will. The gray value sequence is used as a finite section of a periodic, time and value discrete function viewed in its basic components can be disassembled; The amount and phase of the components are discrete Fourier transform (DFT) of the number N gray values of the sequence obtained.
Die Sektorzahl N soll dabei für die Fouriertransformation eine Potenz von 2 sein und hängt gemäß dem Abtasttheorem von der Periode der kompliziertesten relevanten Streucharakteristik ab:The sector number N should be a power of 2 for the Fourier transform and depends on the period of the most complicated according to the sampling theorem relevant scatter characteristics from:
N 2x 2π/Tmin.N 2x 2π / Tmin.
Hat man es mit π-periodischen Phänomenen zu tun, muß mit mindestens vier Sektoren beleuchtet werden. Für N = 4 können somit beispielsweise die Grau wertsequenzen durch Beleuchtung aus vier Raumsektoren gewonnen und anschließend einer Fouriertransformation unterzogen werden. Die Ergebnisse dieses Vorgangs für drei Fehlerklassen sind nachfolgend dargestellt und lassen sich wie folgt beschreiben:If you are dealing with π-periodic phenomena, you must have at least four Sectors are illuminated. For N = 4, for example, the gray can value sequences obtained by lighting from four room sectors and are then subjected to a Fourier transformation. The results this process for three error classes are shown below and leave describe themselves as follows:
- (A) Die Grauwertsequenz eines Kratzers ist π-periodisch (2 Maxima), da das Licht aus 2 senkrecht zu seiner Orientierung liegenden Beleuch tungssektoren in die Kamera gestreut wird. Das Betragsspektrum weist eine große 2. Komponente auf, die Phase der 2. Komponente Φ2 gibt die Orientierungsrichtung des Merkmals an. (A) The gray value sequence of a scratch is π-periodic (2 maxima), because the light from 2 lights lying perpendicular to its orientation sectors is scattered into the camera. The range of amounts points a large 2nd component that gives phase of the 2nd component Φ2 the orientation direction of the feature.
- (B) Die Grauwertsequenz eines Punktes ist 2π-periodisch, da er das Licht aus einem bestimmten Beleuchtungssektor in die Kamera streut. Das Betragsspektrum hat eine große 1. Komponente.(B) The gray value sequence of a point is 2π-periodic because it is the light scattered into the camera from a certain lighting sector. The Amount spectrum has a large 1st component.
- (C) Ein isotrop streuendes Objektmaterial (Spiegel, Fleck) hat eine kon stante Grauwertsequenz. Sein Betragsspektrum besteht nur aus einem Gleichanteil, der ein Maß für die Streuintensität darstellt.(C) An isotropically scattering object material (mirror, stain) has a con constant gray scale sequence. Its range of amounts consists of only one Direct component, which is a measure of the scattering intensity.
Nachfolgend ist eine Spektralanalyse dreier exemplarischer Grauwertsequenzen gezeigt, wobei die horizontale Koordinate den azimutalen Beleuchtungswinkel beschreibt.The following is a spectral analysis of three exemplary gray value sequences shown, the horizontal coordinate being the azimuthal illumination angle describes.
Mit Hilfe der Fouriertransformation kann nun ein Oberflächenpunkt bzw. ein Pixel des Bildes der Videokamera klassifiziert werden, wobei nachfolgend ein erfindungsgemäßer möglicher Algorithmus in Form eines Flußdiagramms für die schnelle hierarchische Klassifizierung in beispielsweise vier idealisierte Fehlerklassen, wie Spiegel, Punkt, Kratzer und Fleck, gezeigt. Ein unver sehrter Punkt der Oberfläche (Spiegel-Punkt) kann sofort ausgesondert werden, indem Hell- und Dunkelfeldbild mit in Betracht gezogen werden. In diesem Fall ist die Klassifikation ohne die Fouriertransformation beendet.With the help of the Fourier transformation, a surface point or a can now Pixels of the image of the video camera are classified, followed by a possible algorithm according to the invention in the form of a flow chart for the rapid hierarchical classification into, for example, four idealized ones Defect classes such as mirror, dot, scratch and stain are shown. An un the very point of the surface (mirror point) can be removed immediately, by taking light and dark field images into account. In this case the classification is ended without the Fourier transformation.
Gemäß der Fig. 4 wölbt sich über einer Ebene 35 oder Basis ein Beleuch tungshimmel, der vorzugsweise ein innenverspiegelter Parabolspiegel oder ein innenverspiegelter Spiegel mit etwa paraboloidischer Form ist oder ähnlich zweidimensional gekrümmt ist und der, vorzugsweise im obersten Bereich der Wölbung, eine Öffnung 12 zum Lichtdurchtritt besitzt; diese Öffnung kann auch aus einem unverspiegelten, transparenten Materialfeld des Spiegels bestehen.According to FIG. 4, a BL LEVEL arches over a plane 35 or base tung sky, which is preferably an internally mirrored parabolic mirror or a coating on the inside mirror having about paraboloidischer form or is curved similarly two-dimensionally and, preferably at the top of the buckle, an opening 12 for Has light passage; this opening can also consist of an unmirrored, transparent material field of the mirror.
Für weniger genaue Merkmalsextraktionen kann der Beleuchtungshimmel halbkugelförmig, für beste Merkmalsextraktionen angepaßt zweidimensional gekrümmt sein.The lighting sky can be used for less precise feature extraction hemispherical, two-dimensional adapted for best feature extraction be curved.
Unterhalb der Öffnung 12 des Spiegels 11 befindet sich auf einem transparenten Träger 13 ein zu analysierendes Objekt 10. Unterhalb des Trägers 13 befindet sich auf der Ebene 35 eine Beleuchtungseinrichtung 14, die aus einer Mehrzahl von kartesischen Lichtquellenfeldern 15, 15′, 15′′ besteht, wobei jedes Lichtquellenfeld eine Mehrzahl von einzelnen Lichtquellen 17, 17′ aufweist. Die Lichtquellenfelder 15, 15′, 15′′ sind vorzugsweise LED-Arrays, deren einzelne Lichtquellen 17, 17′ einzeln oder in Gruppen sequentiell ansteuerbar sind. Direkt oberhalb der Lichtquellenfelder 15, 15′, 15′′ kann ein dieselben abdeckender Diffusor angeord net sein, der ein Tiefpaß ist und dazu dient, daß die Lichtquellen ortskontinuier lich sind, um das Abtasttheorem zu erfüllen.Below the opening 12 of the mirror 11 there is an object 10 to be analyzed on a transparent support 13 . Below the carrier 13 is on level 35 an illumination device 14 , which consists of a plurality of Cartesian light source fields 15 , 15 ', 15 '', each light source field having a plurality of individual light sources 17 , 17 '. The light source fields 15 , 15 ', 15 ''are preferably LED arrays, the individual light sources 17 , 17 ' can be controlled individually or in groups sequentially. Directly above the light source fields 15 , 15 ', 15 '', a diffuser covering the same can be arranged, which is a low-pass filter and is used for the light sources to be continuous in order to satisfy the scanning theorem.
Die Beleuchtungseinrichtung 23 oberhalb des Spiegels 11 und der Öffnung 12 besteht aus wenigstens einer Reflexions-Lichtquelle 23 und ist vorzugsweise ebenfalls ein LED-Array, der eine Optik zur reflektorischen Beleuchtung des Objektes 10 aus einem begrenzten Raumwinkel vorgeschaltet ist und vor der sich ebenfalls ein Diffusor 24 befinden kann. Die im Strahlengang der von der Beleuchtungs einrichtung 23 ausgesandten Lichtstrahlen 32 befindliche Optik ist beispielsweise eine Kollimationslinse 25, auf die ein Teilerspiegel 20 folgt. Seitlich des Teiler spiegels ist eine Videokamera 21 mit Bildspeichereinrichtung angeordnet, die eine Optik-Blenden-Einrichtung 22 aufweisen kann. Die Beleuchtungsein richtung 23 und die Videokamera 21 sind dergestalt aufeinander abgestimmt, daß die Konvergenz des Lichtbündels 32 gleich der Konvergenz des Beobach tungslichtbündels 32′ ist. The lighting device 23 above the mirror 11 and the opening 12 consists of at least one reflection light source 23 and is preferably also an LED array, which is preceded by optics for reflective illumination of the object 10 from a limited solid angle and in front of which there is also a diffuser 24 can be. The optics located in the beam path of the light beams 32 emitted by the illumination device 23 is, for example, a collimation lens 25 , followed by a splitter mirror 20 . A video camera 21 with an image storage device, which can have an optical aperture device 22 , is arranged on the side of the divider mirror. The illuminating device 23 and the video camera 21 are matched to one another in such a way that the convergence of the light bundle 32 is equal to the convergence of the observation light bundle 32 '.
Die Beleuchtungseinrichtung 23 dient der mehr oder weniger vertikalen Beleuch tung flacher, reflektierender Objekte, wobei das Lichtstrahlenbündel 32 durch die Kollimationslinse 25 und nach Passieren des Teilerspiegels 20 sowie der Öffnung 12 innerhalb des Spiegels 11 als konvergentes Lichtbündel auf das Objekt 10 auftritt, von dort reflektiert und durch den Teilerspiegel 20 auf die Videokamera 21 geworfen wird. Die Beleuchtungseinrichtung 23 arbeitet analog der in Fig. 1 beschriebenen Beleuchtungseinrichtung 3.The lighting device 23 is used for the more or less vertical illumination of flat, reflecting objects, the light beam 32 occurring through the collimation lens 25 and after passing through the splitter mirror 20 and the opening 12 within the mirror 11 as a convergent light beam onto the object 10 , reflecting from there and is thrown onto the video camera 21 by the splitter mirror 20 . The lighting device 23 works analogously to the lighting device 3 described in FIG. 1.
Von den einzelnen Lichtquellen 17, 17′ der Lichtquellenfelder 15, 15′, 15′′ werden Lichtbündel 19 zum Spiegel 11 gesandt, die von dort als parallele Lichtbündel 19′ auf das Objekt 10 fallen, welches sich im Brennpunkt oder ungefähr im Brennpunkt des Spiegels 11 befindet. Diese mehr oder weniger horizontal ein fallenden Lichtbündel 19′ werden gestreut und durch den Teilerspiegel 20 auf die Videokamera 21 gelenkt. Von oben hingegen trifft auf das Objekt 10 konvergentes Licht ein, so daß die Vorrichtung die theoretischen Voraus setzungen für das gleichzeitige Vorhandensein von horizontalen, parallelen Beleuchtungs-Lichtstrahlen und von vertikalen, konvergenten Beleuchtungs- Lichtstrahlen gleichermaßen erfüllt.From the individual light sources 17 , 17 'of the light source fields 15 , 15 ', 15 '' light bundles 19 are sent to the mirror 11 , which fall from there as a parallel light bundle 19 'onto the object 10 , which is at the focal point or approximately at the focal point of the mirror 11 is located. This more or less horizontally a falling light beam 19 'are scattered and directed by the splitter mirror 20 onto the video camera 21 . Conversely, converging light strikes the object 10 from above, so that the device meets the theoretical requirements for the simultaneous presence of horizontal, parallel illuminating light beams and vertical, convergent illuminating light beams.
Alternativ kann statt dem Kamerastrahlengang der Beleuchtungsstrahlengang abgeknickt verlaufen; alternativ zur Linse kann auch ein Spiegel zur Kollimation vorhanden sein. Ebenso können die ins Hellfeld gebrachten Objektoberflächen sphärisch gekrümmt sein, wenn die Kollimationsoptik entsprechend angepaßt ist.Alternatively, the illumination beam path can be used instead of the camera beam path kinked; as an alternative to the lens, a mirror can also be used for collimation to be available. Likewise, the object surfaces brought into the bright field can be spherically curved if the collimation optics are adapted accordingly is.
Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Beleuchtungseinrichtung 26, bestehend aus einer Mehrzahl von kartesischen Lichtquellenfeldern 28, 28′, die wie die Licht quellenfelder der Fig. 4 aufgebaut sein können. Die Lichtquellenfelder 28,28′ sind ebenfalls mit einem Diffusor 30 abgedeckt. Die Beleuchtungseinrichtung 26 sowie der Diffusor 30 weisen mittig je eine Aussparung 29 bzw. 31 auf, durch die ein Objektträger 33 mit dem zu detektierenden Objekt 10 in vertikaler Richtung verschoben werden kann. Durch eine einfache Höhen- und Seitenverstellbarkeit kann somit das Objekt 10 bezüglich des Brennpunktes des Spiegels 11 vertikal und gegebenenfalls auch horizontal korrigiert werden. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung des Spiegels 11 sowie der Beleuchtungseinrichtung 23 und der Videokamera 21 derjenigen der Fig. 1. Fig. 5 shows a modified lighting device 26 , consisting of a plurality of Cartesian light source fields 28 , 28 ', which can be constructed like the light source fields of FIG. 4. The light source fields 28, 28 'are also covered with a diffuser 30 . The lighting device 26 and the diffuser 30 each have a recess 29 or 31 in the center, through which a slide 33 with the object 10 to be detected can be displaced in the vertical direction. The object 10 can thus be corrected vertically and optionally also horizontally with respect to the focal point of the mirror 11 by simple height and side adjustability. Otherwise, the configuration of the mirror 11 as well as the lighting device 23 and the video camera 21 corresponds to that of FIG. 1.
Die Größe und Anzahl der optimal erforderlichen Sektoren hängt von der Objekt funktion mit der niedrigsten Halbwertsbreite ab. Die geeignete Sektorzahl kann gefunden werden, indem das Verhältnis zwischen Merkmalssignal und Oberflächensignal über der Zahl der Sektoren aufgetragen wird. Dabei zeigt sich nach einem steilen Anstieg meist eine rasche Sättigung; bereits mit 3 bis 8 Bildern lassen sich leistungsfähige Fehlererkennungen realisieren, die gegen über statisch beleuchteten Einzelbildern von wesentlichem Vorteil sind.The size and number of optimally required sectors depends on the object function with the lowest half-width. The appropriate number of sectors can can be found by the relationship between feature signal and Surface signal is plotted over the number of sectors. It shows after a steep climb usually a rapid saturation; already with 3 to 8 Powerful error detection can be implemented in images, which over statically illuminated single images are of major advantage.
BezugszeichenlisteReference list
1, 10 Objekte
2 Lichtquellen
3 Beleuchtungsmodul
4 Lichtquellen
5 Optik
6 Objektiv
7 CCD-Matrix der Videokamera
8 Objektebene
9 Bildspeichereinrichtung der Video-Kamera
11 Spiegel
12 Öffnung
13 transparenter Träger
14 Beleuchtungseinrichtung
15, 15′, 15′′ ebene Lichtquellenfelder
16, 27, 34 Bewegungsdoppelpfeile
17, 17′ einzelne Lichtquellen
18, 24, 30 Diffusoren
19 Lichtbündel einer einzelnen Lichtquelle zum Spiegel
19′ vom Spiegel reflektiertes Lichtbündel einer einzelnen
Lichtquelle
20 Teilerspiegel
21 Videokamera mit Bildspeichereinrichtung
22 Optik-Blenden-Einrichtung
23 Beleuchtungseinrichtung
25 Optik, z. B. Kollimationslinse
26 Beleuchtungseinrichtung
28, 28′ ebene Lichtquellenfelder
29, 31 Aussparungen
32 Lichtbündel
32′ Beobachtungslichtbündel
33 Objektträger
35 Ebene 1 , 10 objects
2 light sources
3 lighting module
4 light sources
5 optics
6 lens
7 CCD matrix of the video camera
8 object level
9 Image storage device of the video camera
11 mirrors
12 opening
13 transparent support
14 lighting device
15 , 15 ' , 15'' flat light source fields
16 , 27 , 34 double movement arrows
17 , 17 ' individual light sources
18 , 24 , 30 diffusers
19 light beams from a single light source to the mirror
19 ' reflected from the mirror light beam from a single light source
20 divider mirrors
21 video camera with image storage device
22 Optical aperture device
23 lighting device
25 optics, e.g. B. collimation lens
26 lighting device
28 , 28 ′ flat light source fields
29 , 31 recesses
32 light beams
32 ′ observation light bundle
33 slides
35 level
Claims (11)
- a) mit den Grauwertdaten des Beleuchtungsversuchs N Sektoren-, Hellfeld-, Dunkelfeldbeleuchtung = N + 2 Bilder wird eine Grauwertsequenz extrahiert dn (n = 0, 1, . . . , N+1)
- b) in einer Vorentscheidung wird geprüft, ob der Grauwertunterschied zwischen ringförmiger Dunkelfeldbeleuchtung und Hellfeldbeleuchtung an der jeweiligen Bildkoordinate größer ist als ein geeignet gewählter Schwellwert S₀ gemäß dN - dN+1 < S₀, was auf eine spiegelnde, ebene Oberfläche am entsprechenden Ort der Oberfläche schließen läßt und eine weitere Verarbeitung erübrigt
- c) in allen anderen Fällen werden die bei umlaufenden Dunkelfeldsektoren gewonnenen Grauwertefolgen der jeweiligen Bildkoordinate einer Fouriertrans formation gemäß dn(n = 0, 1, . . . , N-1) → Dk, Φk(k = 0, 1, 2) unterzogen,
- d) das daraus resultierende Betragsspektrum Dk wird einer Klassifikation unterzogen, wobei in einer ersten Entscheidung überprüft wird, ob die Summe der Spektralkoeffizienten D1 und D2 klei ner ist als ein Schwellwert S1, wenn dies der Fall ist, dann wird die Klasse "Fleck" ausgegeben, ist dies nicht der Fall, dann wird in einer weiteren Entscheidung überprüft, ob der Spektralkoeffizient D2 größer ist als der Spektralkoeffizient D1, wenn dies der Fall ist, wird die Klasse "Punkt" ausgegeben, andernfalls die Klasse "Kratzer".
- a) a gray value sequence is extracted with the gray value data from the illumination test N sector, bright field, dark field illumination = N + 2 images d n (n = 0, 1,.., N + 1)
- b) In a preliminary decision, it is checked whether the gray value difference between ring-shaped dark field illumination and bright field illumination at the respective image coordinate is greater than a suitably selected threshold value S₀ according to d N - d N + 1 <S₀, which is due to a reflective, flat surface at the corresponding location The surface closes and further processing is unnecessary
- c) in all other cases, the gray value sequences of the respective image coordinate of a Fourier transformation obtained in rotating dark field sectors are calculated according to d n (n = 0, 1,..., N-1) → D k , Φ k (k = 0, 1, 2) subjected to
- d) the resulting magnitude spectrum D k is subjected to a classification, a first decision being made to check whether the sum of the spectral coefficients D1 and D2 is smaller than a threshold value S1, if this is the case, the class "stain" output, if this is not the case, then a further decision is made to determine whether the spectral coefficient D2 is greater than the spectral coefficient D1, if this is the case, the "point" class is output, otherwise the "scratch" class.
- a) wenigstens ein weiteres programmierbares Beleuchtungsmodul (3) mit einer Linsen- oder Spiegeloptik (5) zur gleichmäßigen reflektorischen Hellfeld-Beleuch tung von ebenen oder schwach gekrümmten Oberflächen, wobei der Nullpunkt des Beleuchtungskoordinatensystems in diejenige Punktlichtquelle gelegt ist, die über die als ebener Spiegel gedachte Oberfläche des Objektes (1) in die Kamera pupille abgebildet wird und
- b) ein Algorithmusgenerator, der die von der Videokamera (21) aufgenommenen Bildstapel einer Transformation zu unterwerfen imstande ist, die eine Fourier transformation ist und dadurch eine rotationsinvariante Klassifizierung der Merkmale erhalten wird, womit bei geeigneter Wahl der Beleuchtungsfunktion die gesuchten Oberflächenmerkmale und Fehlertypen mit maximalem Signal- Rausch-Abstand detektierbar und klassifizierbar sind.
- a) at least one further programmable lighting module ( 3 ) with a lens or mirror optics ( 5 ) for uniform reflective bright-field illumination of flat or slightly curved surfaces, the zero point of the lighting coordinate system being placed in the point light source that is on the plane mirror imaginary surface of the object ( 1 ) is imaged in the camera pupil and
- b) an algorithm generator which is capable of subjecting the image stacks recorded by the video camera ( 21 ) to a transformation, which is a Fourier transformation and thereby a rotation-invariant classification of the features is obtained, with which the surface features and error types sought with a suitable choice of the lighting function can be maximized Signal-to-noise ratio can be detected and classified.
daß der Beleuchtungshimmel ein innen verspiegelter, konkav gekrümmter Hohl spiegel (11) ist, der in seinem obersten Bereich eine Öffnung (12) aufweist, oberhalb derselben sich die zur reflektorischen Beleuchtung dienende Beleuch tungseinrichtung (23) befindet und daß die zur diffusen Beleuchtung dienende Beleuchtungseinrichtung (14, 26) aus ebenen Lichtquellenfeldern (15, 15′, 15′′; 28, 28′) besteht, die sich unterhalb des Hohlspiegels befinden, wobei das Objekt (10) unterhalb der Öffnung (12) und ungefähr mittig innerhalb der ebenen Lichtquellenfelder innerhalb der Sammelfläche des Hohlspiegels angeordnet ist.6. The device according to claim 3, characterized in
that the lighting sky is an internally mirrored, concavely curved hollow mirror ( 11 ), which has an opening ( 12 ) in its uppermost area, above which the reflector-serving lighting device ( 23 ) is located and that the lighting device used for diffuse lighting ( 14, 26 ) consists of flat light source fields ( 15 , 15 ', 15 ''; 28 , 28 '), which are located below the concave mirror, the object ( 10 ) below the opening ( 12 ) and approximately centrally within the plane Light source fields is arranged within the collecting surface of the concave mirror.
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