DE4132754A1 - Arrangement for testing objects for surface defects - has transport unit, illumination, sensing, positioning, control, evaluation and ejection units for automated testing - Google Patents

Arrangement for testing objects for surface defects - has transport unit, illumination, sensing, positioning, control, evaluation and ejection units for automated testing

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DE4132754A1 DE19914132754 DE4132754A DE4132754A1 DE 4132754 A1 DE4132754 A1 DE 4132754A1 DE 19914132754 DE19914132754 DE 19914132754 DE 4132754 A DE4132754 A DE 4132754A DE 4132754 A1 DE4132754 A1 DE 4132754A1
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    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
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    • B07C5/342Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
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Abstract

The arrangement for testing products for surface defects consists of a transport unit (1), an illumination unit (4), a positioning unit, a sensing unit (2), a control unit, an evaluation unit (7) and an ejection unit (6). The transport unit (1) carries the objects into a test zone in the correct orientation. The objects are illuminated (4) with light of defined different wavelengths either in a timed sequence and/or simultaneously. The light intensity for each image point and each wavelength region is measured and stored. The evaluation unit (7) compares the detected values with reference values and makes a good/bad decision for use by the ejector unit (6). USE/ADVANTAGE - Esp. for use in testing mine pins for colour, texture and stamping defects. The arrangement enables automated, successive and reliable testing of charges of different types of pin.

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisch arbeitende Vorrichtung, die Minenstifte aller Art oder ähnlich geartete Gegenstände, die an der Oberfläche fehlerhaft sind, erkennt und selbsttätig aussortiert. Diese Vorrichtung soll entweder direkt an den Fertigungsprozeß angekoppelt werden, oder sie ist eine unabhängig arbeitende Vorrichtung, wobei die Stifte automatisch aus einem Stiftespeicher entnommen werden sollen. Es sollen mehrere Stifte/Sekunde (z. B. 5-10) bearbeitet werden können.The invention relates to an automatically operating device, all types of pencils or similar objects, that are flawed on the surface, recognizes and automatically sorted out. This device is said to either directly coupled to the manufacturing process, or they is an independently working device, the pins should be automatically removed from a pen memory. Several pens / second (e.g. 5-10) should be processed can be.

Minenstifte bestehen aus einer Holzummantelung, in deren Mitte eine Mine eingelegt ist, die z. B. aus graphithaltigem oder einen anderen Farbstoff tragendem Material besteht. Die Stiftvielfalt ist außerordentlich groß. Die Stiftformen sind aber größtenteils standardisiert. Sie sind üblicherweise rund oder sechskantförmig und können unterschiedlich lang sein. Die Minenstifte sind normalerweise mehrfach lackiert und meist ein- oder zweifarbig, wobei entweder jede benachbarte Seite der Sechskantstifte unterschiedliche Farbe trägt oder es sind nur die Kanten andersfarbig lackiert. Darüber hinaus findet sich auf jedem Stift zur Kennzeichnung des Herstellers, der Härte und Farbe usw. oder als Werbetext zumindest auf einer Seite an einer definierten Stelle eine Prägung. Weiterhin sind mehrfabig bedruckte Stifte (Offsetdruck) im Handel. Die Stifte können am anderen Ende unlackiert, verschiedenfarbig lackiert oder mit einem Radiergummi versehen sein.Mine pencils consist of a wooden casing, in the In the middle of a mine is inserted, the z. B. from graphite or some other dye-bearing material. The Pen variety is extraordinarily large. The pen shapes are largely standardized. They are common round or hexagonal and can be of different lengths be. The pencils are usually varnished several times and usually one or two colors, with either each adjacent Side of the hexagon pins bears different colors or only the edges are painted in a different color. About that can also be found on each pen for marking the Manufacturer, the hardness and color, etc. or as advertising text at least on one side at a defined position Embossing. Furthermore, multi-colored printed pens (offset printing) in trade. The pins can be unpainted at the other end, painted in different colors or with an eraser be provided.

Folgende Fehler sind beispielsweise möglich:The following errors are possible, for example:

Farbklekse
Fehlende Farbe
Verwischte Farbe
Abgebröckelte Farbe
Fremdkörper auf Oberfläche
Fehlerhafte oder unvollständige Lackierung des Stiftendes
Farbe an Stiftkante verwischt oder fehlend
Vertiefungen im Holz
Rillen im Holz (z. B. bei Klebstelle)
Ausgebrochenes Holz
Fehlende Prägung
Prägung an der falschen Stelle
Verschwommene Prägung
Prägung nicht mittig
Prägung hat Holz beschädigt
Unsauberer Druck
Paint blobs
Missing color
Blurred color
Crumbled paint
Foreign bodies on the surface
Faulty or incomplete painting of the end of the pen
Color blurred or missing on pen edge
Wells in the wood
Grooves in the wood (e.g. at the glue point)
Broken wood
Missing imprint
Embossing in the wrong place
Blurred embossing
Embossing not in the middle
Embossing damaged wood
Unclean pressure

Gegenwärtig erfolgt die Endkontrolle per Hand. Mit maschineller Unterstützung können die Stifte in das Gesichtsfeld des Kontrolleurs gebracht werden. Es läßt sich weiterhin bewerkstelligen, daß die Stifte abrollen, so daß der Kontrolleur jede Seite eines Stiftes sieht. Die eigentliche kontrollierende und steuernde Tätigkeit obliegt jedoch dem menschlichen Beobachter. Durch derartige technische Hilfsmittel läßt sich eine Kontrollgeschwindigkeit von mehreren Stiften/Sekunden erreichen.The final inspection is currently carried out by hand. With machine The pens can aid in the visual field of the controller. It can still be Make sure that the pins roll off so that the controller sees every side of a pen. The real one however, controlling and controlling activities are the responsibility of the human observer. With such technical aids can control speed of several Reach pins / seconds.

Eine naheliegende Verallgemeinerung besteht darin, an die Stelle des menschlichen Auges eine Kamera zu setzen, wobei die Bildauswertung und Steuerung des Ablaufes nun von einer Datenverarbeitungsanlage vorgenommen wird. Neben der Fehlererkennung hat dann die Recheneinheit auch noch die Lageerkennung der Stifte sowie - bei sich bewegenden Stiften - die Stifteverfolgung durchzuführen.An obvious generalization is to the Place the human eye to put a camera, where the image evaluation and control of the process now from one Data processing system is made. In addition to error detection then the computing unit also has the position detection of the pens and - in the case of moving pens - the To carry out pen tracking.

Eine Reduktion des Rechenaufwandes läßt sich durch Stiftpo­ sitionierung sowie Synchronisation der Stiftbewegung mit der Bildaufnahme der Kamera erreichen. Dabei wird das Prüfobjekt mit einer Greifvorrichtung in einer fest vorgegebenen Lage festgehalten und im Anschluß daran der Prüfvorgang ausgelöst. Hier entfallen die Lageerkennung und die Stifteverfolgung.A reduction in the computing effort can be achieved through Stiftpo Positioning and synchronization of the pen movement with the Reach camera image capture. The test object with a gripping device in a predetermined position recorded and then triggered the test process.  There is no need for position detection and pin tracking.

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Als Einführung und zur Vorstellung der verwendeten Terminologie werden im folgenden grundlegende Kenntnisse zu den Klassifikationsmethoden wiedergegeben. Es wird aufgezeigt, wie ein Muster aufgenommen wird, wie es vorverarbeitet wird, welche Merkmale extrahiert werden können und, wie basierend auf diesen Merkmalen, eine Klassifikation durchgeführt werden kann. Abschließend werden lernende Klassifikatoren besprochen. Umfangreiche Ausführungen hierzu sind in den Werken Klassifikation von Mustern, Springer-Verlag, Berlin und Pattern Analysis, Springer-Verlag, Berlin von H. Niemann zu finden.As an introduction and to introduce the terminology used basic knowledge of the Classification methods reproduced. It is shown how a pattern is received, how it is pre-processed, what features can be extracted and how based on these characteristics, a classification is carried out can be. Finally, learning classifiers discussed. Extensive explanations are in the Classification of patterns, Springer-Verlag, Berlin and Pattern Analysis, Springer-Verlag, Berlin by H. Niemann to find.

Im vorliegenden Fall handelt es sich um ein sog. Klassifika­ tionsproblem, wobei es zwei Klassen gibt. Die erste Klasse enthält alle fehlerfreien und die andere nimmt alle fehlerhaften Stifte auf. Soll hingegen eine genauere Untersuchung vorgenommen werden, soll z. B. eine unmißverständliche Beschreibung des Aussehens der Stifte geliefert werden, so liegt eine Analyseproblem vor. Nichtsdestotrotz kann ein Klassifikationsproblem ein Analyseproblem beinhalten, wenn z. B. eine medizinische Diagnose gestellt wird, deren Resultat "krank" oder "gesund" lautet. Ein Klassifikations- bzw. Analyseproblem bezieht sich prinzipiell auf einen eingeschränkten Problemkreis.In the present case it is a so-called classic problem, where there are two classes. The first class contains all flawless and the other takes all faulty Pens on. On the other hand, should a more detailed investigation to be made z. B. an unmistakable one Description of the appearance of the pens will be delivered so there is an analysis problem. Nevertheless, one can Classification problem include an analysis problem if e.g. B. a medical diagnosis is made, the result is "sick" or "healthy". A classification or In principle, the analysis problem relates to a restricted one Problem area.

Die zu untersuchenden Darstellungen werden als Muster bezeichnet. Ein Muster kann z. B. ein Bild, eine Sequenz von Bildern, ein akustisches oder irgend ein anderes elektronisches Signal sein. Eine Klassifikation bzw. Analyse eines komplexen Musters, wie z. B. des Abbildes eines Minenstiftes, ist nur dann möglich, wenn dieses Muster in einzelne, einfachere Bestandteile zerlegt werden kann, wobei diese bestimmte Merkmale besitzen, die die Zugehörigkeit der Bestandteile zu einer bestimmten Klasse charakterisieren. Die Klassifikation erfolgt im allgemeinen mit numerischen Methoden. Dabei wird aus jedem Muster eine Menge von Merkmalen extrahiert, die den sog. Merkmalsvektor bilden. Wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Klassifikation ist, daß sich die Merkmale der Muster einer Klasse von den Merkmalen der Muster der restlichen Klassen signifikant unterscheiden. Besitzt beispielsweise ein Muster, das genau einer von vier Klassen zugeordnet werden kann, zwei eindimensionale Merkmale und ist der von diesen Merkmalen aufgespannte Raum zweidimensional, dann könnten z. B. die einzelnen Klassen im kartesischen Merkmalsraum dadurch bestimmt sein, daß die Merkmale jeder Klasse in einem anderen Quadranten liegen.The representations to be examined are called samples. A pattern can e.g. B. an image, a sequence of Pictures, an acoustic or any other electronic Be a signal. A classification or analysis of a complex patterns, such as B. the image of a pencil, is only possible if this pattern into individual, simpler Components can be disassembled, this being certain  Have characteristics that belong to the components characterize to a certain class. The Classification is generally done using numerical methods. Each pattern becomes a set of features extracted, which form the so-called feature vector. Essentials A prerequisite for a successful classification is that the characteristics of the pattern of a class differ from the characteristics the patterns of the remaining classes differ significantly. For example, has a pattern that is exactly one in four Classes can be assigned two one-dimensional characteristics and is the space spanned by these features two-dimensional, then e.g. B. the individual classes in Cartesian feature space can be determined by the fact that the Characteristics of each class lie in a different quadrant.

Im allgemeinen besteht ein Muster, das in der vorliegenden Arbeit ein Bild ist, aus einer Vielzahl von Abtastwerten. So besitzt ein Bild in Farbfernsehqualität nicht weniger als 512×512 Bildpunkte für jeden der drei Farbkanäle rot, grün und blau. Dies entspricht 786,432 Intensitätswerten. Jeder Wert kann als ein Merkmal betrachtet werden. Da diese jedoch größtenteils hochkorreliert sind, wird aus Rechenzeit- und Speicherplatzgründen eine Datenkompression durchgeführt. So reicht z. B. zur Unterscheidung von runden und rechteckigen Objekten das Verhältnis von Länge der Umrißlinie im Quadrat zur Fläche des Objektes aus. Ein derartiges Merkmal wird als Formfaktor bezeichnet.In general, there is a pattern in the present Work is an image, from a variety of samples. So owns a color television picture no less than 512 × 512 pixels for each of the three color channels red, green and blue. This corresponds to 786,432 intensity values. Everyone Value can be seen as a characteristic. However, since this are mostly highly correlated, is calculated from computing time and Data compression performed due to storage space. So for example B. to differentiate between round and rectangular Objects the ratio of the length of the outline in the square to the area of the object. Such a feature is called Designated form factor.

Das eigentliche Klassifikationsproblem besteht darin, aufgrund der Lage der Merkmale eines Musters im Merkmalsraum die zu diesem Merkmal bzw. Muster gehörende Klasse zu bestimmen. Ein Analyseproblem kann z. B. dadurch gelöst werden, indem zunächst das Muster in einfache Bestandteile - also einfache Muster - unterteilt wird, um auf diese ein Klassi­ fikationsverfahren anzuwenden. Zum Schluß werden alle Klas­ sifikationsergebnisse miteinander kombiniert, woraus eine Beschreibung des Musters oder aber ein Gesamtklassifika­ tionsergebnis folgt.The real classification problem is due to the location of the features of a pattern in the feature space determine the class belonging to this characteristic or model. An analysis problem can e.g. B. be solved by by first dividing the pattern into simple components - so simple pattern - is divided to this one classi application process. In the end, all classes become sification results combined, from which a Description of the pattern or an overall classification  result follows.

Ein Klassifikationsproblem wird zweckmäßigrweise in die vier VerfahrensschritteA classification problem is expediently included in the four process steps

Aufnahme des Musters,
Vorverarbeitung,
Merkmalsextraktion und
Klassifikation
Recording the pattern,
Preprocessing,
Feature extraction and
classification

untergliedert. Zusätzlich ist ein Lernschritt erforderlich, um aus einer Stichprobe den Bereich im Merkmalsraum zu bestimmen, in welchem alle möglichen Merkmale von Mustern einer Klasse liegen.subdivided. In addition, a learning step is required to close the area in the feature space from a sample determine in which all possible characteristics of patterns in a class.

Zur Aufnahme eines Musters wird das zu untersuchende Objekt an möglichst vielen Stellen abgetastet, d. h. diskretisiert. Für jeden Bildpunkt werden üblicherweise die Intensitäten der drei Farbkanäle rot, grün und blau abgespeichert. Die Bildqualität und auch die Abtastzeit hängt von der verwendeten Aufnahmetechnik ab. So verarbeiten z. B. Fernsehkameras 25 Bilder/Sekunde.The object to be examined is used to record a pattern scanned at as many locations as possible, d. H. discretized. The intensities are usually for each pixel of the three color channels red, green and blue. The Image quality and also the sampling time depends on the used Recording technology. So process z. B. TV cameras 25 frames / second.

Durch die Diskretisierung entsteht ein Informationsverlust, so daß die Aufnahme nicht das exakte Abbild der Realität wiederspiegelt. Zusätzlich wird durch systematische oder zufällige Fehler der Aufnahmevorrichtung das Bild verfälscht. So treten z. B. bei der Aufnahme von bewegten Objekten bzw. eines bewegten Aufnahmegeräts geometrische Verzerrungen auf, falls die einzelnen Bildzeilen der Reihe nach aufgenommen werden.Discretion creates a loss of information, so that the recording is not the exact replica of reality reflects. Additionally, through systematic or accidental errors of the recording device falsified the image. So z. B. when shooting moving objects or a moving recording device geometric distortions if the individual image lines are in order be included.

Das Ziel der Vorverarbeitung ist es, die oben erwähnten Störungen so weit als möglich rückgängig zu machen und die Abtastwerte so zu verarbeiten, daß die nachfolgende Klassifikation vereinfacht und das Klassifikationsergebnis verbessert wird. Die Vorverarbeitung ist wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche und zuverlässige Klassifikation. Trotz ihrer Wichtigkeit läßt sich der Vorteil gewisser Vorver­ arbeitungsmaßnahmen praktisch nicht theoretisch nachweisen. Die hierbei verwendeten Methoden sind somit größtenteils heuristischer Natur, deren Einsatz dem Feingefühl des Entwicklers unterliegt. Dies trifft auch für die weiter unten diskutierte Merkmalsauswahl zu.The goal of preprocessing is to use the ones mentioned above Undo faults as much as possible and the Process samples in such a way that the following classification simplified and the classification result improved becomes. The preprocessing is essential for a successful and reliable classification. In spite of the importance of certain prior  practically not theoretically demonstrating work measures. The methods used here are therefore largely heuristic in nature, the use of which is sensitive to the developer subject to. This also applies to those below discussed feature selection.

Können Objekte allein durch ihre Kontur unterschieden werden, so läß sich das Datenaufkommen durch eine Schwellwertoperation erheblich reduzieren. Das Ergebnis dieses Vorverarbeitungsschrittes ist ein Schwarz-Weiß-Bild mit nur zwei Grauwerten.Can distinguish objects by their contours alone the data volume can be reduced by a threshold operation significantly reduce. The result of this Preprocessing step is a black and white image with only two gray values.

Eine weitere Möglichkeit zur Datenreduktion besteht darin, die Abtastwerte einer datenkomprimierenden Transformation zu unterwerfen. So kann z. B. ein Sprachsignal in mehrere gleich lange Intervalle aufgeteilt werden, wobei für jedes Intervall eine Frequenzanalyse vorgenommen wird und die Amplituden der einzelnen Frequenzen gespeichert werden. Diese Methode läßt sich auch in der Bildverarbeitung anwenden. Das mathematische Hilfsmittel hierzu stellt die Fourier-Transformation bereit.Another way to reduce data is to the samples of a data compressing transformation subject. So z. B. the same speech signal in several long intervals are divided, with each interval a frequency analysis is made and the amplitudes of the individual frequencies can be saved. These The method can also be used in image processing. The The Fourier transformation provides mathematical tools for this ready.

Andere Vorverarbeitungsmaßnahmen dienen der Reduzierung der Variabilität von Parametern der Muster. Dazu werden Parameter, die nicht für die Klassifikation relevant sind, auf eine konstante Größe normiert. So werden z. B. Schriftzeichen auf eine bestimmte Größe und Breite normiert und eine etwaige Schräglage korrigiert. Weiterhin läßt sich ihre Schriftstärke normieren.Other preprocessing measures are used to reduce the Variability of parameters of the pattern. For this, parameters, that are not relevant to the classification standardized a constant size. So z. B. characters standardized to a certain size and width and any Corrected skew. You can also change their font size normalize.

Wieder andere Maßnahmen sollen die Qualität der diskretisierten Muster verbessern. So kann beispielsweise ein verrauschtes Muster durch Glättung verbessert werden, indem die Grauwerte benachbarter Bildpunkte durch Mittelwerte über mehrere Bildpunkte aus diesem Bereich ersetzt werden. Durch Verstärkung der Anteile hoher Frequenzen lassen sich die Konturen hervorheben, was zumindest eine visuelle Verbesserung der Schärfe bedeutet. Dies ist besonders bei vernebelten Aufnahmen von Bedeutung. Mittels aufgrund von Histogrammauswertungen durchgeführten Korrekturen können Über- bzw. Unterbelichtungen ausgeglichen werden. Anspruchsvollere mathematische Verfahren, die der sog. Filterung zuzuordnen sind, werden eingesetzt, um die störenden Einflüsse von Wolken bei Satellitenaufnahmen auszuschalten. Weiterhin müssen vielfach - wie bereits erwähnt - geometrische Korrekturen durchgeführt werden.Still other measures are meant to discretize the quality Improve patterns. For example, a noisy one Patterns can be enhanced by smoothing by using the Gray values of neighboring pixels by means of average values over several pixels from this area are replaced. By The amplification of the shares of high frequencies can be Highlight contours, which is at least a visual improvement  which means sharpness. This is especially true with nebulized Recordings of importance. By means of Histogram evaluations can make corrections Overexposure or underexposure can be compensated. More demanding mathematical methods, the so-called filtering are assigned, are used to counteract the disruptive influences from clouds when taking satellite pictures. Furthermore - as already mentioned - geometric Corrections are made.

Die Merkmale von Mustern des Problemkreises müssen so ausgewählt werden, daß sich die Muster verschiedener Klassen aufgrund ihrer Merkmale möglichst gut unterscheiden lassen und Merkmale von Mustern einer Klasse sich möglichst wenig voneinander unterscheiden. Dabei sind Merkmale erwünscht, die invariant gegenüber Translation, Rotation und Größenänderung sind.The characteristics of patterns of the problem area must be selected in this way be that the patterns of different classes distinguish as best as possible based on their characteristics and features of patterns in a class differ as little as possible differentiate from each other. Characteristics are desirable the invariant to translation, rotation and resizing are.

Die einfachsten Merkmale sind die Abtastwerte selbst. Diese enthalten im allgemeinen sehr viel überflüssige Information, die für die weiteren Verfahrensschritte mitgeschleppt und auch bearbeitet werden muß. Aus diesem Grund - und nicht zuletzt wegen des immensen Datenaufkommens - scheiden in den meisten Fällen die Abtastwerte als Merkmale aus.The simplest features are the samples themselves. These generally contain a lot of superfluous information, the entrained for the further process steps and must also be edited. For this reason - and not least because of the immense amount of data - divide in the in most cases the samples as characteristics.

Relativ einfach zu berechnende Merkmale bzw. Merkmalsvektoren auf heuristischer Basis ergeben sich durch lineare Transformation der Abtastwerte, wobei die Wertematrix des Musters nach orthonormalen Basisvektoren entwickelt wird. Auf diese Weise entstehen unkontrollierte Merkmale. Beispiel einer solchen Entwicklung ist die Fourier-Transformation. Als Merkmale werden die n größten Fourier-Koeffizienten herangezogen.Features or feature vectors that are relatively easy to calculate on a heuristic basis arise from linear Transformation of the samples, the value matrix of the Patterns are developed according to orthonormal basis vectors. This creates uncontrolled features. example One such development is the Fourier transform. The n largest Fourier coefficients are used as characteristics used.

Weitere Merkmale, die translations-, rotations- und größen­ invariant sein können, lassen sich mittels den Momenten verschiedener Ordnung bzw. Kombinationen hiervon bestimmen. Other features, the translation, rotation and sizes can be invariant, can be different by means of the moments Determine order or combinations thereof.  

Häufig wird auch der Autokorrelationskoeffizient des zu untersuchenden Musters bzw. eines Teilbereiches hieraus mit einem bekannten Muster berechnet und als Merkmal verwendet. Kennzahlen sind Merkmale, die auf rein intuitiver und expe­ rimenteller Basis gewonnen werden. Dazu zählt beispielsweise der oben erwähnte Formfaktor oder z. B. das Abspeichern des Musters nur an bestimmten Punkten bzw. bestimmen Linien, die Projektion des Musters auf eine Dimension oder auch die Angabe des Grauwerthistogramms des Musters.The autocorrelation coefficient of the is also often increased examining pattern or a part thereof calculated a known pattern and used as a characteristic. Key figures are characteristics that are based on purely intuitive and expe rimental basis. This includes, for example the form factor mentioned above or z. B. saving the Pattern only at certain points or lines, the projection of the pattern onto a dimension or also the Specification of the gray value histogram of the pattern.

Analytische Verfahren hingegen berechnen zunächst für eine Klasse von Transformationen die Transformationsmatrix derart, daß für eine klassifizierte Stichprobe ein bestimmtes Gütekriterium optimiert wird. Diese Transformation wird auf jedes der zu untersuchenden Muster angewendet. Das Trans­ formationsergebnis ist der gewünschte Merkmalsvektor. Wichtige Beispiele solcher Gütekriterien sind der Inter- sowie der Intra-Klassenabstand. Der Inter-Klassenabstand gibt die mittlere quadratische Abweichung der Merkmale einer Klasse von den Merkmalen einer anderen Klasse an, während sich der Intra-Klassenabstand auf den mittleren quadratischen Abstand der Merkmale innerhalb einer Klasse bezieht. Bei guten Merkmalen sollte der Inter-Klassenabstand maximale und der Intra-Klassenabstand minimal sein.In contrast, analytical methods first calculate for one Class of transformations the transformation matrix so that for a classified sample a certain one Quality criterion is optimized. This transformation is on applied each of the patterns to be examined. The trans The result of the formation is the desired feature vector. Important Examples of such quality criteria are the inter and the intra-class distance. The inter-class distance gives that mean square deviation of the characteristics of a class from the characteristics of another class, while the Intra-class distance to the mean square distance that relates characteristics within a class. With good ones The inter-class distance should be maximum and the Intra-class spacing must be minimal.

Wie bereits erwähnt, so entspricht die Klassifikation einer Abbildung des Merkmalsraumes auf die Menge aller Klassen, wobei der Merkmalsraum so partitioniert ist, daß im Normalfall jedem Merkmal bzw. jedem Merkmalsvektor eindeutig genau eine Klasse zugeordnet wird.As already mentioned, the classification corresponds to one Mapping of the characteristic space to the set of all classes, the feature space is partitioned such that in the normal case every feature or feature vector is clearly accurate a class is assigned.

Das Auftreten von beobachteten Mustern bzw. Merkmalen kann als Prozeß betrachtet werden, der statistischen Gesetzen unterworfen ist. Sind für jede Klasse die klassenbedingten Verteilungsdichten bekannt, so kann ein statistisches Klassifikationsverfahren angewendet werden. Ist eine klassifizierte Stichprobe vorhanden, so läßt sich mittels eines statistischen Tests die Art der zugrundeliegenden Verteilungsdichte bestimmen. Mit Verfahren, wie beispielsweise der Maximum-Likelihood-Methode, lassen sich dann deren Parameter schätzen. Ist die Dichte nicht analytisch spezifizierbar, so ist sie zumindest in Form eines Histogramms angebbar. Zur Klassifikation wird jede mögliche Klasse eine Prüfgröße berechnet. Man entscheidet sich für die Klasse, deren Prüfgröße ein Extremum annimmt. Als Prüfgröße kann z. B. die A- posteriori-Wahrscheinlichkeit verwendet werden. Die Entscheidung wird damit also zugunsten der Klasse gefällt, für die die Wahrscheinlichkeit dieser Klasse unter der Bedingung des Auftretens des beobachteten Merkmalsvektors unter allen anderen Wahrscheinlichkeiten am größten ist. Ein derartiger Klassifikator minimiert die Wahrscheinlichkeit, eine Fehlentscheidung zu treffen und wird als Bayes-Klassifikator bezeichnet. Die Prüfgrößen dieses Klassifikators lassen sich einfach berechnen, wenn die Merkmalsvektoren klassenweise normalverteilt und zusätzlich die Komponenten der Merkmalsvektoren stochastisch unabhängig sind.The occurrence of observed patterns or features can to be viewed as a process of statistical laws is subject. Are the class-related for each class Distribution densities are known, so a statistical classification procedure be applied. Is a classified Sample available, it can be  statistical tests the type of underlying distribution density determine. With processes such as the Maximum likelihood method, then its parameters estimate. If the density cannot be specified analytically, then it can be specified at least in the form of a histogram. To Classification makes every possible class a test variable calculated. You decide on the class, its test variable takes an extremum. As a test variable z. B. the A- posteriori probability can be used. The decision is thus in favor of the class, for which is the probability of this class on the condition the appearance of the observed feature vector among all other probabilities is greatest. Such one Classifier minimizes the likelihood of a wrong decision to meet and is used as a Bayesian classifier designated. The test variables of this classifier can be simply calculate if the feature vectors are class by class normally distributed and in addition the components of the feature vectors are stochastically independent.

Die erwähnte statistische Methode besitzt den Nachteil, daß die bedingten Dichten einer jeden Klasse bekannt sein müssen. Derzeit ist nur die Normalverteilung mathematisch behandelt. Verteilungsfreie Klassifikatoren verwenden als Entscheidungsfunktion ebenfalls Prüfgrößen, die jedoch von der Verteilung unabhängig sind. Hierzu werden die Komponenten einer Transformationsmatrix so berechnet, daß der Klassifikationsfehler für eine vorklassifizierte Stichprobe minimal wird. So wird beispielsweise der Erwartungswert des quadratischen Abstandes der verwendeten Entscheidungsfunktion vom Wert der exakten Entscheidungsfunktion für eine vorklassifizierte Stichprobe ermittelt. Die exakte Entscheidungsfunktion für ein n-Klassen-Problem ist ein n-dimensionaler Vektor, der an der Stelle der Klasse, die dem Merkmalsvektor zugeordnet ist, z. B. eine 1 und an allen anderen Positionen eine 0 besitzt. Die Lösung ergibt sich mit Hilfe der Regressionsanalyse. The statistical method mentioned has the disadvantage that the conditional densities of each class must be known. Only the normal distribution is currently mathematical treated. Distribution-free classifiers use as Decision function also test variables, but of are independent of the distribution. For this, the components a transformation matrix so that the classification error for a pre-classified sample becomes minimal. For example, the expected value of the quadratic distance of the decision function used of the value of the exact decision function for one pre-classified sample determined. The exact decision function for an n-class problem is an n-dimensional one Vector that is in the place of the class that is the feature vector is assigned, e.g. B. a 1 and all others Positions has a 0. The solution arises with the help the regression analysis.  

Beispiel eines parameterfreien Klassifikators ist der Nächste- Nachbar-Klassifikator. Dabei werden die Merkmale einer klassifizierten Stichprobe zusammen mit der dazugehörigen Klasse abgespeichert. Zum Merkmal eines beobachteten Musters wird aus der abgespeicherten Merkmalsmenge dasjenige Merkmal herausgesucht, das diesem Merkmal im Merkmalsraum am nächsten liegt. Das Muster wird nun der Klasse seines Nachbarmerkmales zugewiesen.An example of a parameter-free classifier is the next one. Neighbor classifier. The characteristics of a classified sample together with the corresponding Class saved. The characteristic of an observed pattern becomes the characteristic from the stored quantity of characteristics selected that is closest to this characteristic in the characteristic space lies. The pattern now becomes the class of its neighboring feature assigned.

Wie aus obigen Ausführungen ersichtlich, so ist das Vorhandensein einer Stichprobe eine Grundvorausetzung der Klassifikation. Die Parameter mancher Klassifikatoren sind nicht ohne diese Stichprobe berechenbar, während diese für andere Verfahren nur implizit gegeben ist, wenn nämlich bestimmte Parameter aufgrund der Erfahrung und heuristischer Überlegungen des Entwicklers festgelegt werden. Die Stichprobe sollte ferner klassifiziert sein, was z. B. per Hand erfolgen kann.As can be seen from the above, the existence is a basic requirement of a classification. The parameters of some classifiers are not predictable without this sample while this is for others The procedure is only given implicitly, namely if certain Parameters based on experience and heuristic considerations of the developer. The sample should also be classified, e.g. B. done by hand can.

Im Normalfall wird mit Hilfe der klassifizierten Stichprobe der Klassifikator am Anfang fest dimensioniert. Dies erfolgt in der sogenannten Lern- oder Trainingsphase. Die Klassifikationsparameter bleiben dann unverändert.Usually, using the classified sample the classifier is dimensioned at the beginning. This takes place in the so-called learning or training phase. The Classification parameters then remain unchanged.

Andere Klassifikatoren, die als lernende Klassifikatoren bezeichnet werden, sind in der Lage, ihre Klassifikationsleistung aufgrund der beobachteten Muster oder durch ständigen Wechsel zwischen Lern- und Klassifikationsphase zu verbessern. Das Lernen bezieht sich allerdings lediglich auf die Verbeserung bzw. Anpassung der Werte der Klassifikationsparameter, nicht jedoch auf den Typ des Klassifikators oder der Merkmalsgewinnung. Es gibt bisher noch keine allgemeine Methode, um auch die Merkmale in lernender Weise zu verbessern.Other classifiers used as learning classifiers are able to improve their classification performance based on the observed patterns or by constant Switch between learning and classification phase too improve. However, the learning only relates to the improvement or adjustment of the values of the classification parameters, but not on the type of the classifier or the extraction of features. There is no general one yet Method to learn the features too improve.

Ist die Stichprobe klassifiziert, so wird von einem überwacht lernenden Klassifikator gesprochen. Der Lernprozeß mit Mustern, deren Klasse nicht bekannt ist, wird als unüberwachtes Lernen bezeichnet.If the sample is classified, it is monitored by one learning classifier spoken. The learning process with  Patterns whose class is not known is considered unsupervised Learning means.

22nd

Im folgenden werden die bei der Fehlererkennung im hier vorliegenden Fall auftretenden Probleme diskutiert und es werden grundsätzliche Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt.The following are those used for error detection in here Problems occurring in this case are discussed and it basic solutions are shown.

Aufgrund der Typenvielfalt der Stifte und zur Vereinfachung der Handhabung des Systems sollte dieses imstande sein, sich selbsttätig auf neue Stifttypen einzustellen. Es ist ein Mechanismus zur Wissensaquisition bereitzustellen. Dies erzwingt eine zweistufige Vorgehensweise des Systems bei der Überprüfung von Stiften einer Stifttype: Zunächst werden dem System in einer Trainingsphase eine ausreichend große Anzahl von fehlerfreien Stiften dieses Typs übergeben. Aus dieser Lernstichprobe ermittelt das System alle zur Klassifikation von "guten" Stiften notwendigen Kennwerte und statistischen Parametern. Weiterhin können in dieser Phase auch Selbsttest sowie eine Kalibrierung des Systems vorgenommen werden. Eine Qualitätssteigerung ist erzielbar, wenn das System zusätzlich auch eine negative Stichprobe erhält. Nach Beenden der Merkmalsextraktion ist das System in der nun folgenden Klassifikationsphase - die die eigentliche Arbeitsphase darstellt - in der Lage, die produzierten Stifte diesen Typs hinsichtlich der Qualität ihrer Oberfläche zu untersuchen und die als fehlerhaft erkannten Stifte auszusondern.Due to the variety of types of the pens and for simplification the handling of the system should be able to automatically adjust to new pen types. It is a Provide mechanism for knowledge acquisition. This enforces a two-step system approach at Checking pens of a pen type: First, the System in a training phase a sufficiently large number passed by error-free pens of this type. From this The system determines all learning samples for classification of "good" pens necessary characteristic values and statistical Parameters. Furthermore, self-tests can also be carried out in this phase as well as a calibration of the system. A Quality improvement can be achieved if the system is additional also receives a negative sample. After finishing the Characteristic extraction is the system in the following Classification phase - which is the actual work phase represents - able to produce the pens of this type with regard to the quality of their surface and to discard the pens identified as defective.

Eng verbunden mit der Wissensaufnahme beim Start des Systems ist die Fähigkeit zur laufenden Verbesserung der Klassifikationsparameter bei neu hinzukommenden Stiften. Dies ist erforderlich, da sich die Kennwerte durch Fertigungsschwankungen (z. B. leichte Änderung des Farbtones), Alterung der Bauteile (z. B. Nachlassen der Intensität der Beleuchtung), Temperaturschwankungen usw. laufend, jedoch nur langsam verändern. Gängige Methoden zur dynamischen Anpassung der Kennwerte sind z. B. gleitende Mittelwert- und Varianzberechnungen, wobei in der Berechnung jeweils nur die Werte der als "gut" erkannten Stifte eingehen und die zuletzt erhaltenen Meßwerte höher gewichtet werden als ältere Meßwerte. Da derartige Operationen meist sehr rechenzeitintensiv sind, kann es sinnvoll sein, bei jedem Stift einen oder nur wenige Parameter anzupassen.Closely related to the knowledge acquisition at the start of the system is the ability to continuously improve the classification parameters for new pens. This is required because the parameters are subject to fluctuations in production (e.g. slight change in color), aging of the Components (e.g. decrease in the intensity of the lighting), Temperature fluctuations etc. continuously, but only slowly  change. Common methods for dynamic adjustment of the Characteristic values are e.g. B. moving average and variance calculations, where only the values of the Pens recognized as "good" and the last ones received Measured values are weighted higher than older measured values. There such operations are usually very time-intensive, it may be useful to have one or only a few for each pen Adjust parameters.

Die Meßmethode beruht darauf, den Stift an möglichst vielen Punkten abzutasten. Die herkömmliche Fernsehbildaufnahmetechnik, die auf Lichtstrahlabtastung beruht, ist zu ungenau. Außerdem wird ein Großteil des Bildes nicht ausgenutzt, da die Stifte im Vergleich zur Bildgröße ein ungünstiges Verhältnis von Länge zu Breite besitzen. Andere präzisere Methoden, wie z. B. Schwingspiegelabtaster, benötigen eine zu lange Aufnahmezeit. Als Alternative bietet sich eine spezielle Halbleiterabtasteinheit an, die möglichst viele Aufnahmeelemente besitzt, so daß Parallelverarbeitung möglich ist.The measurement method is based on the pin on as many as possible To scan points. The conventional television picture recording technology, based on light beam scanning is too imprecise. Also, a lot of the picture isn’t used, because the pens are an inconvenient compared to the image size Have a ratio of length to width. Others more precise Methods such as B. vibration mirror scanner, need one too long recording time. An alternative is a special one Semiconductor scanning unit, the as many recording elements as possible has so that parallel processing is possible is.

Die einzig meßbaren Parameter, die auch das menschliche Auge wahrnimmt, sind Wellenlänge und Intensität der sichtbaren Strahlung. Diese beiden Parameter bilden zusammen die Spektralkennlinie, die jede Farbe bzw. jedes Farbgemisch eindeutig charakterisiert. Eine Fehlstelle wird dadurch erkannt, daß sich ihre Spektralkennlinie von der Spektralkennlinie der erwarteten Farbe signifikant unterscheidet. Dabei ist eine Integralmessung, d. h. die Messung der Gesamtintensität über den vollständigen Spektralbereich bzw. einen größeren Teil des Spektralbereiches, wie sie die üblichen Halbleiterbauelemente durchführen, wenig hilfreich. Jedoch ist die Bestimmung der gesamten Spektralkennlinie zu zeitintensiv und auch nicht nötig. Statt dessen ist es bei erträglichem Informationsverlust möglich, für jeden Bildpunkt selektive Messungen vorzunehmen, als Messungen der Intensitäten für mehrere Wellenlängen. Die Fehlstellen werden dann aufgrund der Intensitätsänderung bezüglich dieser Wellenlängen erkannt. Um den durch Diskretisierung der Spektralkennlinie entstehenden Informationsverlust möglichst gering zu halten, sind für jede Farbe die Wellenlängen zu bestimmen, die am meisten zu ihrer Klassifikation, d. h. Unterscheidung zu anderen Farben, beitragen.The only measurable parameters that also the human eye perceives, wavelength and intensity are visible Radiation. Together, these two parameters form the spectral characteristic, each color or mixture of colors clearly characterized. A fault is recognized that their spectral characteristic is different from the spectral characteristic the expected color significantly. An integral measurement, i. H. the measurement of the total intensity over the full spectral range or one larger part of the spectral range, as the usual Perform semiconductor devices, not very helpful. However the determination of the entire spectral characteristic is too time-consuming and also not necessary. Instead, it is tolerable Loss of information possible for every pixel make selective measurements as measurements of intensities for multiple wavelengths. The missing parts are then  due to the change in intensity with respect to these wavelengths recognized. In order to discretize the spectral characteristic loss of information arising as little as possible hold, the wavelengths must be determined for each color, the most related to their classification, d. H. Distinction to other colors.

Es wird also nötig sein, für jede zu untersuchende Farbe eine andere Auswahl von Wellenlängen zu treffen, wobei auch die Anzahl der zu messenden Wellenlängen schwankt. Diese Argumentation wird dadurch unterstützt, daß bei einem vorliegenden Fehler an dieser Stelle üblicherweise keine neue Farbe hinzukommt, sondern lediglich die an dieser Stelle erwartete Farbe durch eine andere Farbe ersetzt oder überdeckt ist, in der der Stift lackiert ist und die damit bekannt ist. In anderen Worten, man kann davon ausgehen, daß Farben von Fehlstellen auch Stiftfarben sind. Somit ist zu erwarten, daß nicht jede beliebige Spektralkennlinie als Spektralkennlinie einer Fehlstelle auftreten kann, sondern nur eine Teilmenge hieraus, nämlich Kombinationen von Spek­ tralkennlinien des Stiftes unter Variation der Farbintensitäten. Als zusätzliche Farbe ist allerdings die Farbe des unbehandelten Holzes zu berücksichtigen.So it will be necessary for each color to be examined to make another selection of wavelengths, too the number of wavelengths to be measured fluctuates. These The reasoning is supported by the fact that in the case of a There are usually no new mistakes at this point Color is added, just the one at this point expected color replaced or covered by another color is in which the pen is painted and with it is known. In other words, it can be assumed that Colors of imperfections are also pen colors. So is too expect that not any spectral characteristic as Spectral characteristic of a defect can occur, but only a subset of it, namely combinations of spotting tracing characteristics of the pen by varying the color intensities. As an additional color, however, is the color of the untreated wood.

Die übliche Farbfernsehkameratechnik mit den drei Spektralkanälen rot, grün und blau ist zur Farbunterscheidung und damit zur zuverlässigen Klassifikation nicht ausreichend. Zur Bildaufnahme wird deshalb eine vielkanalige Abtastvorrichtung verwendet, deren Spektralkanäle sich gezielt auf das Farbspektrum des zu untersuchenden Stift einstellen lassen.The usual color television camera technology with the three spectral channels red, green and blue is for color differentiation and not sufficient for reliable classification. A multi-channel scanning device is therefore used for image recording used whose spectral channels are targeted set the color spectrum of the pen to be examined to let.

Im Unterschied zu den herkömmlichen Klassifikationsmethoden, wo in der Lernphase lediglich die Werte der zur Klassifikation benötigten Parameter bestimmt werden, werden hier auch noch die Parameter, nämlich die Wellenlängen selbst, ermittelt. Unlike the conventional classification methods, where in the learning phase only the values for classification required parameters are determined here too the parameters, namely the wavelengths themselves, are also determined.  

Manche Fehlstellen von Stiften sind Vertiefungen, wobei deren Farbe fehlerfrei ist. Lassen sich diese Vertiefungen nicht über Schattenbildung nachweisen, die bei homogener und diffuser Ausleuchtung zumindest bei kleineren Unebenheiten nicht vorhanden ist, so können diese Fehler nur anhand der Änderung der Lichtintensität aufgrund der größeren Entfernung zur Aufnahmevorrichtung erkannt werden. Da die Intensität mit dem Quadrat des Abstandes von der Aufnahmevorrichtung abnimmt, sollte sich diese möglichst nahe an der Stiftoberfläche befinden.Some pinholes are depressions, whereby whose color is flawless. Let this deepen do not demonstrate shadow formation that is homogeneous and diffuse illumination, at least for smaller bumps is not present, these errors can only be determined using the Change in light intensity due to the greater distance to the recording device can be recognized. Because the intensity with the square of the distance from the cradle decreases, it should be as close as possible to the surface of the pen are located.

Aufgrund der hohen Durchsatzrate ist die Rechenzeit zur Klassifikation möglichst gering zu halten. Damit ist es grundsätzlich erforderlich, die Recheneinheit durch konstruktive Maßnahmen so weit wie möglich zu entlasten. Der Einsatz von extrem rechenzeitintensiven Algorithmen wie z. B. das Ausfindigmachen eines Stiftes (Konturfindung), Bewe­ gungsdetektion und Verfolgung eines Stiftes sowie Normierungs- und Korrekturmaßnamen (z. B. Schattenbeseitigung, Lagenormierung, Homogenisierung inhomogener Ausleuchtung) kann durch entsprechende mechanische, optische und elektronische Hilfsmittel vermieden werden. Damit ist es erforderlich, die Stifte mittels einer Mechanik so exakt wie möglich zu positionieren, die Bildaufnahme mittels der Stiftbewegung bzw. Stiftpositionierung zu synchronisieren und die Ausleuchtung möglichst homogen und schattenfrei zu gestalten.Due to the high throughput rate, the computing time is Keep the classification as low as possible. So that's it basically necessary, the computing unit by constructive Relieve measures as much as possible. The Use of extremely computing-intensive algorithms such as B. finding a pencil (contour finding), moving detection and tracking of a pen as well as standardization and corrective measures (e.g. shadow removal, Layer normalization, homogenization of inhomogeneous illumination) can by appropriate mechanical, optical and electronic Aids are avoided. So it is necessary the pins using a mechanism as precise as possible to position the image acquisition using the Synchronize pen movement or positioning and the illumination as homogeneous and shadow-free as possible shape.

Die Stifte können im einfachsten Fall während der Abtastzeit dadurch in einer bestimmten Lage festgehalten werden, indem sie durch einen oder mehrere bewegliche Anschläge geführt bzw. in ihrer Bewegung gehindert werden. Nach erfolgten Abtasten geben die Anschläge den festgehaltenen Stift wieder frei. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Stifte mit Hilfe einer Greifvorrichtung zu arretieren. Zur Vermeidung von Lagenormierungsmaßnahmen muß die Positioniergenauigkeit kleiner als die Abmessungstoleranzen der Prüfobjekte bzw. die Fertigungstoleranzen der zu prüfenden Lackierung sein. Zur Lageerkennung kann es ferner erforderlich sein, in der Lernphase ein Positioniermerkmal zu bestimmen. Als Positioniermerkmal kann z. B. eine eindeutig und leicht identifizierbare Prägung dienen, die sich bei jedem Stift an der gleichen Stelle befinden muß, oder eine eigens zu diesem Zweck auf jedem Stift an der gleichen Stelle angebrachte Farbmarkierung.In the simplest case, the pins can be used during the sampling time thereby being held in a certain position by guided by one or more movable stops or be prevented from moving. After done The strokes reflect the held pen free. Another option is to use the pens Lock with the help of a gripping device. To avoid The position accuracy of position standardization measures smaller than the dimensional tolerances of the test objects or  the manufacturing tolerances of the paint to be tested. For position detection, it may also be necessary in the Learning phase to determine a positioning feature. As a positioning feature can e.g. B. a clear and easily identifiable Serve embossing, which is with each pen on the must be in the same place, or a dedicated one Purpose attached to each pin in the same place Color marking.

Optische Sortiervorrichtungen existieren z. B. für Flaschen­ waschanlagen, um beschädigte oder nach dem Waschvorgang immer noch verschmutzte Flaschen zu verwerfen. Auch werden mit maschineller Hilfe z. B. fleckige Kartoffel-Chips ausgesondert. Die hier zum Einsatz kommenden Vorrichtungen können jedoch den Vorteil nutzen, daß es nur sehr wenige Typen - oder nur eine einzige Type - gibt, die zudem von einfacherer Struktur sind, so daß die Vorrichtung nicht die Fähigkeit zu besitzen braucht, sich von selbst auf neu hinzukommende Typen einzustellen.Optical sorting devices exist e.g. B. for bottles car washes to get damaged or after washing discard dirty bottles. Be too with machine help e.g. B. discarded stained potato chips. The devices used here can however take advantage of the fact that there are very few types - or just a single type - which is also simpler Are structure so that the device does not have the ability to owns need to add new ones by itself Types.

In DE 27 46 615 und DE 29 24 605 wird eine manuelle Auswahl von Arbeitswellenlängen, die eine optimale Farbunterscheidung ermöglichen, in Erwägung gezogen. DE 27 46 615 dient der Klassifikation von Objekten mit homogener Farbverteilung, wobei sich die Farbunterscheidung auf zwei Farben beschränkt. DE 29 24 605 dient der Farbtonunterscheidung im Rahmen der Echtheitsprüfung von Geldscheinen, kann aber aufgrund seiner integralen Arbeitsweise nicht zum Erkennen der hier vorliegenden Fehlstellen verwendet werden. Aus der EP 00 65 363 ist eine Abtasteinheit zur Farbunterscheidung bekannt, wobei das auf das Abtastelement treffende Licht mit Hilfe von mechanisch bewegten Farbfiltern in seine spektralen Anteile zerlegt werden kann. Die Abtasteinheit eignet sich für das manuelle Umschalten von Filtern, erlaubt aber nicht das für die optische Qualitätskontrolle von Massenprodukten erforderliche schnelle Umschalten von Spektralbereichen. Die Position des Filterträgers vor der Abtastzelle erweist sich als nachteilig, da durch den beweglichen Filterträger eingeschleppter Staub die optischen Eigenschaften der Abtasteinheit verschlechtert. Zum anderen gibt es konstruktive Schwierigkeiten aufgrund des Platzbedarfs des Filterträgers.In DE 27 46 615 and DE 29 24 605 there is a manual selection of working wavelengths that provide an optimal color distinction enable considered. DE 27 46 615 serves the classification of objects with homogeneous color distribution, whereby the color distinction is limited to two colors. DE 29 24 605 is used to differentiate colors in Framework of the authenticity check of banknotes, but can not recognizable due to its integral working method of the defects here are used. From the EP 00 65 363 is a scanning unit for color differentiation known, the light striking the scanning element with Using mechanically moved color filters in its spectral Shares can be broken down. The scanning unit is suitable for manually switching filters, but allowed not for optical quality control of mass products required rapid switching of spectral ranges. The position of the filter holder in front of the scanning cell  proves to be disadvantageous because of the movable filter carrier entrained dust the optical properties the scanning unit deteriorates. Second, there are constructive ones Difficulties due to the space requirements of the Filter carrier.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art zu automatisieren, so daß sie unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik sowie unter Ausnutzung spezieller Eigenschaften der Prüfobjekte Chargen von beliebigen Typen von Stiften oder Ähnlichem nacheinander zuverlässig überprüfen kann.The invention has for its object the device automate the type mentioned above, so that they avoid the disadvantages of the prior art Technology as well as taking advantage of special properties of Test objects batches of any type of pens or The like can reliably check one after the other.

Diese Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands des Anspruchs ergeben sich aus den Unteransprüchen.This problem is solved with the help of the characteristics of Claim 1. Advantageous further developments of the object of the claim result from the subclaims.

33rd

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben.The invention is based on in the drawing illustrated embodiments further described.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild der Vorrichtung. Fig. 1 shows the basic circuit diagram of the device.

Fig. 2 zeigt einen Filterträger mit 12 Farbfiltern. Fig. 2 shows a filter carrier with 12 color filters.

Fig. 3 zeigt einen Filterträger für einen Verlaufsfilter. Fig. 3 shows a filter support for a graduated filter.

Fig. 4 zeigt eine Beleuchtungseinheit mit zwei physikalischen Kanälen. Fig. 4 shows a lighting unit with two physical channels.

Fig. 5 zeigt Beispiele von verschiedenen Ausführungsformen von Abtastmatrizen. Fig. 5 shows examples of various embodiments of Abtastmatrizen.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform bei einer Abtastung mit Hilfe von Lichtwellenleitern. Fig. 6 shows an example of an embodiment when scanning with the aid of optical fibers.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform bei einer Abtastung mit Hilfe einer Linsenoptik. FIG. 7 shows an example of an embodiment in the case of scanning with the aid of lens optics.

Fig. 8 zeigt die Stiftebewegung bei einer Abtaströhre. Fig. 8 shows the pin movement in a scanning tube.

Fig. 9 zeigt eine in zwei Hälften aufgeteilte Abtastvorrichtung. Fig. 9 shows a scanning device divided in two halves.

Fig. 10 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Positioniervorrichtung für sechskantförmige Stifte. Fig. 10 shows the basic structure of the positioning device for hexagonal pins.

Fig. 11 zeigt die Abwicklung eines sechskantförmigen Stiftes. Fig. 11 shows the development of a hexagonal pin.

Fig. 12 zeigt eine mögliche Regioneneinteilung des Stiftes von Fig. 11. FIG. 12 shows a possible region division of the pen from FIG. 11.

Fig. 13 zeigt eine mögliche Datenstruktur für die Regioneneinteilung von Fig. 12. FIG. 13 shows a possible data structure for the region classification of FIG. 12.

Fig. 13a zeigt den Geometrieblock zur Datenstruktur von Fig. 13, FIG. 13a shows the geometry for data block structure of FIG. 13,

Fig. 14 zeigt das Prinzipschaltbild der Lernphase. Fig. 14 shows the block diagram of the learning phase.

Fig. 15 zeigt eine Ebene, die von drei Eckfarben aufgespannt wird, sowie Spektralvektoren von Farbgemischen hieraus. Fig. 15 shows a plane spanned by three corner colors and spectral color mixtures thereof.

Fig. 16 zeigt die konvexe Hülle der Spektralvektoren von Fig. 15. FIG. 16 shows the convex hull of the spectral vectors of FIG. 15.

Fig. 17 zeigt eine geglättete konvexe Hülle sowie berechnete Spektralvektoren der Eckfarben zu Fig. 15 und 16. FIG. 17 shows a smoothed convex hull and calculated spectral vectors of the corner colors for FIGS . 15 and 16.

Fig. 18 zeigt die funktionale Struktur des Systems. Fig. 18 shows the functional structure of the system.

Fig. 19 zeigt das Prinzipschaltbild der Vorverarbeitungseinheit. Fig. 19 shows the block diagram of the preprocessing.

Fig. 20 zeigt das Prinzipschaltbild der Klassifikationseinheit. Fig. 20 shows the block diagram of the classification unit.

Fig. 21 zeigt den Aufbau der Einheit zur Klassifikation von homogenen Regionen. Fig. 21 shows the structure of the unit for the classification of homogeneous regions.

Es werden nacheinander die Beleuchtungseinheit, die Abtasteinheit, die Positioniereinheit und die Recheneinheit erläutert. Vorangestellt ist eine Gesamtbeschreibung der Vorrichtung. Die Beschreibung beschränkt sich auf Minenstifte, wenngleich die Erfindung auch auf andere, ähnlich geartete Gegenstände anwendbar ist.The lighting unit, the scanning unit, the positioning unit and the computing unit explained. An overall description of the Contraption. The description is limited to pencils, although the invention is similar to others all kinds of objects is applicable.

Die gesamte Vorrichtung, die in Fig. 1 wiedergegeben ist, besteht aus einer Transporteinheit 1, die die Stifte aufnimmt und in geeigneter Weise befördert. In Fig. 1 werden die Stifte von rechts nach links bewegt. Nicht eingezeichnet ist die Aufnahmevorrichtung, die nötig ist, um die Stifte aus einem Stiftespeicher, der ebenfalls nicht dargestellt ist, zu entnehmen oder von den Fertigungsmaschinen zu übernehmen. Die Transporteinheit soll die Stifte geordnet und separiert übertragen, so daß immer nur ein Stift bzw. eine fest vorgegebene Anzahl von Stiften in die Abtasteinheit 2 übernommen werden kann und alle Stiftspitzen in einer vorher festgelegte Richtung zeigen.The entire device, which is shown in Fig. 1, consists of a transport unit 1 , which receives the pins and transported in a suitable manner. In Fig. 1, the pins are moved from right to left. The drawing device, which is necessary to remove the pens from a pen memory, which is also not shown, or to take them over from the production machines, is not shown. The transport unit is intended to transmit the pens in an orderly and separated manner, so that only one pen or a predetermined number of pens can be transferred to the scanning unit 2 and all pen tips point in a predetermined direction.

Der Transport und die Vereinzelung der Stifte kann z. B. durch Schiebegestänge o. ä. und/oder Förderband bzw. eine Transportkette vorgenommen werden, wobei das Band oder die Kette Ausbuchtungen zur Aufnahme je eines Stiftes besitzt, so daß die parallel angeordneten Stifte in eine senkrecht zu ihrer Längsachse laufenden Richtung bewegt werden. Dabei kann davon ausgegangen werden, daß alle aus dem Stiftespeicher bzw. von den vorgeschalteten Fertigungsmaschinen übernommenen Stifte die gleiche Orientierung besitzen.The transport and the separation of the pins can, for. B. by pushing rods or the like and / or conveyor belt or one Transport chain can be made, the belt or the Chain has bulges for receiving one pin each, so that the parallel pins are in a perpendicular to their longitudinal axis moving direction. Here can be assumed that all from the pen memory or taken over from the upstream production machines Pins have the same orientation.

Die Abtasteinheit 2 dient zum optischen Erkennen der Stiftoberfläche, wobei die Stifte erforderlichenfalls mittels einer Positioniereinheit 3 in eine für die Abtastung geeignete Lage gebracht werden. Dies kann im einfachsten Fall durch einen Arretiermechanismus bewerkstelligt werden, wobei das Prüfobjekt gegen Anschläge gedrückt wird, um eine er­ schütterungsfreie Fixierung aller Prüfobjekte in einer definierten Position zu erreichen. Ist hingegen eine Feinjustierung erforderlich, so realisiert die Positioniereinheit zusätzlich ein definiertes Verschieben des Prüfobjektes in Längsrichtung sowie das Einleiten einer bestimmten Rotationslage.The scanning unit 2 is used to optically recognize the pen surface, the pins being brought into a position suitable for scanning if necessary by means of a positioning unit 3 . In the simplest case, this can be accomplished by a locking mechanism, the test object being pressed against stops in order to achieve a vibration-free fixation of all test objects in a defined position. If, on the other hand, fine adjustment is required, the positioning unit also implements a defined displacement of the test object in the longitudinal direction and the initiation of a specific rotational position.

Die Beleuchungseinheit 4 liefert die nötige Strahlung, die mittels eines Lichtwellenleiters 5 der Abtasteinheit zugeführt wird. The lighting unit 4 supplies the necessary radiation, which is fed to the scanning unit by means of an optical waveguide 5 .

In Transportrichtung hinter der Abtasteinheit 2 befindet sich eine Auswurfeinheit 6. Die Auswurfeinheit sondert die als Ausschuß erkannten Stifte aus. Alle restlichen und damit als gut erkannten Stifte werden von der Transporteinheit zu einer Auffangvorrichtung weitergeleitet, die in Fig. 1 nicht eingezeichnet ist.An ejection unit 6 is located behind the scanning unit 2 in the transport direction. The ejection unit separates the pins recognized as rejects. All the remaining pens, which are thus recognized as good, are forwarded by the transport unit to a collecting device, which is not shown in FIG. 1.

Die Steuerung des Gesamtablaufes und aller Teilabläufe erfolgt mit einer Datenverarbeitungsanlage 7, welche an alle Einheiten Signale senden und von diesen gegebenenfalls auch Signale empfangen kann. So ist es zur Überwachung des Ablaufes und zu Erkennung von Unregelmäßigkeiten nötig, Lichtschranken oder andere Signalvorrichtungen einzusetzen.The overall sequence and all partial sequences are controlled with a data processing system 7 , which send signals to all units and, if appropriate, can also receive signals from them. To monitor the process and to detect irregularities, it is necessary to use light barriers or other signal devices.

44th

Die Beleuchtungseinheit 4 liefert die für die Bildaufnahme erforderliche Strahlung. Von grundlegender Bedeutung für die Bildverarbeitung ist eine möglichst homogene und stabile Ausleuchtung der zu untersuchenden Stifte. Um Störeinflüsse durch Fremdlicht zu vermeiden, ist die Abtasteinheit lichtdicht abgeschlossen. Die von der Beleuchtungseinheit erzeugte Strahlung wird mittels eines zur Strahlungsüberwachung bzw. zu Beleuchtungszwecken vorgesehenen Lichtwellenleiters zugeführt.The lighting unit 4 supplies the radiation required for the image recording. It is of fundamental importance for image processing that the pens to be examined are illuminated as homogeneously and stably as possible. In order to avoid interference from extraneous light, the scanning unit is lightproof. The radiation generated by the lighting unit is supplied by means of an optical waveguide provided for radiation monitoring or for lighting purposes.

Die zu untersuchenden Stifte sind an möglichst vielen Punkten abzutasten. Dabei sollte präziserweise die zu jedem Abtastpunkt gehörige Spektralkennlinie bestimmt werden. Da dies zu zeitaufwendig ist, wird man sich darauf beschränken, die Intensität nur für spezielle Wellenlängen bzw. spezielle Wellenlängenbereiche zu bestimmen. Die Anzahl der zu messenden Intensitäten sowie der Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche selbst hängt von den Farben der Stifte ab und davon, wie schwierig es ist, die Farben untereinander und auch von Störstellen zuverlässig zu unterscheiden. Die Wellenlängen sind also für jede Stiftart unter Berücksichtigung dieser Bedingungen neu festzulegen.The pens to be examined are at as many points as possible to feel. It should be precise to everyone Spectral characteristic belonging to the sampling point can be determined. There this is too time consuming, you will limit yourself to the intensity only for special wavelengths or special ones To determine wavelength ranges. The number of to be measured Intensities as well as the wavelengths or wavelength ranges itself depends on the colors of the pens and how difficult it is to compare the colors with each other and also from To reliably distinguish defects. The wavelengths  are therefore for each type of pen taking this into account Redefine conditions.

Diese Wellenlängen seien im folgenden Meßwellenlängen genannt, wobei eine Meßwellenlänge auch einen größeren Wellen­ längsbereich repräsentieren kann. In praxi beschreibt die Meßwellenlänge stets einen Spektralbereich bzw. einen spektralen Empfindlichkeitsbereich, wobei die Intensität bzw. die spektrale Empfindlichkeit bei der Meßwellenlänge ihr Maximum besitzt.These wavelengths are called measuring wavelengths below. a measuring wavelength also a larger waves longitudinal area can represent. In practice describes the Measuring wavelength always a spectral range or a spectral Sensitivity range, the intensity or the spectral sensitivity at the measuring wavelength Owns maximum.

Es erweist sich bei einem einfarbigen Prüfobjekt der Farbe grün als vorteilhaft, mit einer Wellenlänge (bzw. einem schmalbandigen Wellenlängenbereich ) a sowie zwei breitbandigen Wellenlängenbereichen b und c zu arbeiten. Die Wellenlänge a liegt im grünen Spektralbereich, wobei das Maximum der Strahlungsintensität (d. h. die Meßwellenlänge) mit dem Maximum der Spektralkennlinie der verwendeten Farbe übereinstimmen sollte. Die Wellenlängenbereiche b und c sollten den Bereich sichtbaren Lichts unter Ausschluß des Spektralbereiches der verwendeten grünen Farbe abdecken. So umfaßt b den roten und gelben Spektralbereich, während c den blauen und violetten Spektralbereich überdeckt.It turns out to be the color of a monochrome test object green as advantageous, with a wavelength (or a narrowband wavelength range) a and two broadband Wavelength ranges b and c to work. The wavelength a lies in the green spectral range, being the maximum the radiation intensity (i.e. the measurement wavelength) with the maximum of the spectral characteristic of the color used should match. The wavelength ranges b and c should the range of visible light to the exclusion of the Cover the spectral range of the green color used. So b encompasses the red and yellow spectral range, while c encompasses the blue and violet spectral range covered.

Bei einem sechskantförmigen Stift, dessen sechs Seiten abwechselnd in je einer der Farben gelb und blau lackiert sind, erweisen sich die fünf Wellenlängenbereiche rot, gelb, grün, blau und violett als besonders vorteilhaft. Die Meßwellenlängen für gelb und blau liegen zweckmäßigerweise bei den Intensitätsmaxima der verwendeten Farben und ihre Wellenlängenbereiche sind schmalbandiger. Dabei werden die gelben Flächen mit den drei Spektralbereichen rot, gelb und grün+blau+violett überprüft, während zur Untersuchung der blauen Flächen die drei Spekralbereiche rot+gelb+grün, blau, violett angewendet werden.For a hexagonal pen, the six sides alternately painted in one of the colors yellow and blue the five wavelength ranges turn red, yellow, green, blue and violet are particularly advantageous. The Measuring wavelengths for yellow and blue are expediently in the intensity maxima of the colors used and their Wavelength ranges are more narrow-band. The yellow areas with the three spectral ranges red, yellow and green + blue + purple checked while under investigation of the blue areas the three spectral areas red + yellow + green, blue, violet can be applied.

Werden zur Lackierung eines Objektes viele Farben oder Farben mit nahe beinanderliegenden Spektralbereichen verwendet, mag es zur besseren Unterscheidung hilfreich sein, durch Farbzusätze die Farbunterscheidung auch auf den Bereich des nicht sichtbaren Lichts, z. B. des ultravioletten Bereichs, auszudehnen. So könnte bei zwei ähnlichen Farben eine Farbe mit einem Farbzusatz vermengt werden, der im Bereich der ultravioletten Strahlung sein Intensitätsmaximum besitzen.Are many colors or for painting an object Colors with close spectral ranges used, it may be helpful for a better distinction  by color additions the color differentiation also on the area the invisible light, e.g. B. the ultraviolet Area to expand. So could be with two similar colors a color can be mixed with a color additive that is in the Range of the ultraviolet radiation its maximum intensity have.

Eine Möglichkeit, die Spektralkennlinie nur an einer bestimmten Stelle des Frequenzspektrums auszumessen, besteht darin, den Meßpunkt mit einer Strahlungsquelle, die z. B. ein Normlicht sein kann, zu beleuchten und mittels eines Filters nur die Frequenzteile, die gemessen werden sollen, auf eine integral messende Abtastzelle fallen zu lassen. Dieses Prinzip liegt den üblichen Spektralfotometern zugrunde. Das Normlicht zeichnet sich dadurch aus, daß es Licht aller Wellenlängen aussendet, wobei die spektrale Verteilung des Lichtes bekannt ist.One way to measure the spectral characteristic only at a certain point To measure the place of the frequency spectrum, there is therein, the measuring point with a radiation source z. B. a Standard light can be to illuminate and by means of a filter only the frequency parts to be measured to drop an integrally measuring scanning cell. This The principle is based on the usual spectrophotometers. The Standard light is characterized by the fact that it is light of all Emits wavelengths, the spectral distribution of the Light is known.

Eine Alternative besteht darin, von der Strahlungsquelle lediglich die Strahlung der gewünschten Wellenlänge bzw. des Wellenlängenbereiches aussenden zu lassen. Damit entfällt die nachfolgende Filterung. Dies ist für die Lösung der vorliegenden Aufgabe deshalb von Bedeutung, weil die Abtastzellen sehr nahe an den Minenstiften anliegen sollen und deshalb nur wenig konstruktive Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um eine Filtervorrichtung einzubringen. Es kommt erschwerend hinzu, daß eine Vielzahl von Abtastzellen erforderlich ist und nur ein dort angebrachtes Filter automatisch gewechselt werden muß.An alternative is from the radiation source only the radiation of the desired wavelength or To have the wavelength range emitted. This eliminates the subsequent filtering. This is for solving the This task is important because the scanning cells should be very close to the mine pins and therefore only a few constructive options are available stand to introduce a filter device. It is coming complicating the fact that a large number of scan cells are required and only one filter attached there is automatic must be changed.

Eine naheliegende Möglichkeit zur Erzeugung farbigen Lichtes besteht darin, das Licht einer Lichtquelle entsprechend zu filtern. Dabei ist der Beleuchtungsquelle eine optische Filterscheibe nachzuschalten, deren Wellenlänge zudem noch automatisch veränderbar sein sollte.An obvious way to generate colored light consists in appropriately illuminating a light source filter. The lighting source is an optical one Subsequent filter disc, its wavelength also should be automatically changeable.

In Fig. 2 ist ein scheibenförmiger Filterträger 8 vorgestellt, der 12 Filterscheiben 9 aufnehmen kann. Die Strahlung der Strahlungsquelle fällt beispielsweise nur auf die oben liegenden Filterscheibe. Wechseln der Filterscheibe bedeutet eine Drehung des Filterträgers auf eine andere Filterscheibe. Die Drehung kann mit Hilfe eines Motors, wie z. B. eines Schrittmotors, realisiert werden. Die Markierung 10 dient zur Kennzeichnung der ersten Filterscheibe. Damit kann der Filterträger z. B. mit einer Lichtschranke - sofern die Markierung 10 ein Loch oder auch ein Zapfen ist - auf einen definierten Startfilter eingestellt werden. Gegegebenenfalls sollte zusätzlich für jeden Filter eine ähnliche Positioniermarkierung angebracht werden. Weiterhin könnte ein für die Aufnahme der Filterscheiben vorgesehenes Loch leer sein, was in Fig. 2 mit der Farbe "weiß" bezeichnet ist, während auch die Möglichkeit gegeben sein sollte, für eine Position die Strahlung zu sperren. Diese Position ist in Fig. 2 mit "schwarz" gekennzeichnet. Beide Positionen können z. B. zu Kalibrierzwecken verwendet werden.In FIG. 2, a disk-shaped filter holder 8 is introduced, the filter discs 12 can accommodate 9. The radiation from the radiation source, for example, only falls on the filter disk located at the top. Changing the filter disc means rotating the filter carrier onto another filter disc. The rotation can be done with the help of a motor such. B. a stepper motor can be realized. The marking 10 serves to identify the first filter disk. So that the filter carrier z. B. with a light barrier - if the marking 10 is a hole or a pin - set to a defined start filter. If necessary, a similar positioning mark should be made for each filter. Furthermore, a hole provided for receiving the filter disks could be empty, which is designated by the color "white" in FIG. 2, while there should also be the possibility of blocking the radiation for one position. This position is marked "black" in FIG. 2. Both positions can e.g. B. used for calibration purposes.

Die in Fig. 2 vorgeschlagene Filterträger-Variante kann nur eine begrenzte Anzahl von Filterscheiben aufnehmen. Diese Einschränkung läßt sich vermeiden, wenn statt einzelner Filterscheiben, die für je eine Wellenlänge bzw. einen Wellenlängenbereich bestimmt sind, ein optischer Verlaufsfilter in den Filterträger 11 eingebettet wird, wie in Fig. 3 gezeigt. Vorhanden ist wieder die Markierung 10 sowie die Positionen 12 und 13 für "weiß" und "schwarz". 14 stellt den Verlaufsfilter dar. Damit kann praktisch eine Filterung für jede mögliche Stelle des Frequenzbandes des Verlaufsfilters 10 vorgenommen werden. Vorausetzung hierfür ist jedoch, daß die Strahlung möglichst punktförmig auf die Filterscheibe auftrifft bzw. mit Hilfe optischer Methoden nach der Filterscheibe eine Lichtvermischung durchgeführt wird, damit an allen Stellen des Stiftes eine Strahlung mit möglichst gleicher Wellenlänge auftritt.The filter carrier variant proposed in FIG. 2 can only accommodate a limited number of filter disks. This restriction can be avoided if, instead of individual filter disks, which are each intended for a wavelength or a wavelength range, an optical gradient filter is embedded in the filter carrier 11 , as shown in FIG. 3. There is again marking 10 and positions 12 and 13 for "white" and "black". 14 shows the gradient filter. In this way, filtering can practically be carried out for every possible position in the frequency band of the gradient filter 10 . A prerequisite for this is, however, that the radiation hits the filter disk as punctiformly as possible or that light is mixed with the aid of optical methods after the filter disk so that radiation with the same wavelength as possible occurs at all points of the pen.

Das Prinzip des Filterträgers von Fig. 3 für einen kreisförmigen Verlaufsfilter kann auch für einen geraden Verlaufsfilter verwendet werden. In diesem Fall erfolgt die Einstellung der gewünschten Filterpositionen jedoch mit einer Linearbewegung. Diese läßt sich z. B. mittels einer Antriebsspindel auf eine kreisförmige Bewegung zurückführen. Dabei muß üblicherweise eine längere Positionierzeit in Kauf genommen werden.The principle of the filter carrier of FIG. 3 for a circular gradient filter can also be used for a straight gradient filter. In this case, the desired filter positions are set with a linear movement. This can be done e.g. B. return to a circular movement by means of a drive spindle. A longer positioning time must usually be accepted.

In Fig. 4 ist eine Beleuchtungseinheit dargestellt, die zwei physikalische Kanäle besitzt. Sie besteht aus einer Strahlungsquelle 15. Dies könnte z. B. eine Halogenlampe sein. Die Art der Lampe sowie ihre Parameter (Farbtemperatur, Intensität usw.) sind durch Versuche und Messungen festzulegen. An der Strahlungsquelle 15 schließt eine Einheit 16 an, die der Aufbereitung der Strahlung dient. Dies kann z. B. ein gebräuchlicher Kondensator sein, der zudem die Strahlung derart bündelt und vorverarbeitet, daß diese möglichst optimal in einen Lichtwellenleiter 17 eingespeist werden kann. Dieser spaltet sich in zwei Wege auf, die zu je einem Filterträger 18 und 19 führen, die gemäß der Fig. 2 oder 3 aufgebaut sein können. Die Filterträger 18 und 19 werden z. B. mit je einem Motor 20 und 21, was z. B. Schrittmotoren sein können, angetrieben. Den beiden Filterträgern nachgeschaltet ist eine ebenfalls durch einen weiteren Motor 22 angetriebene Blende 23. Diese soll von einem Lichtwellenleiterkanal 24 auf den anderen Lichtwellenleiterkanal 25 umschalten, die Strahlung sperren oder auch die Strahlung beider Kanäle durchlassen können. Besitzt die Blende 23 die Möglichkeit, den Strahlungsweg zu unterbrechen, so erübrigt sich der in Fig. 2 und 3 eingezeichnete "schwarze", d. h. der lichtdurchlässige Bereich.In FIG. 4, a lighting unit shown has two physical channels. It consists of a radiation source 15 . This could e.g. B. be a halogen lamp. The type of lamp and its parameters (color temperature, intensity, etc.) are to be determined by tests and measurements. A unit 16 , which is used to process the radiation, connects to the radiation source 15 . This can e.g. B. be a common capacitor, which also bundles and preprocesses the radiation in such a way that it can be fed as optimally as possible into an optical waveguide 17 . This splits into two paths, each of which leads to a filter carrier 18 and 19 , which can be constructed according to FIGS. 2 or 3. The filter carrier 18 and 19 are, for. B. with a motor 20 and 21 , which, for. B. stepper motors can be driven. Downstream of the two filter carriers is an aperture 23, also driven by a further motor 22 . This should switch from one optical waveguide channel 24 to the other optical waveguide channel 25 , block the radiation or also let the radiation from both channels pass. If the diaphragm 23 has the possibility of interrupting the radiation path, the "black", ie the translucent, region shown in FIGS. 2 and 3 is unnecessary.

Die zusätzliche Blende 23 wird deshalb eingeführt, um ein möglichst schnelles Umschalten von einem Kanal auf den anderen Kanal zu gewährleisten. Das Umschalten ginge auch direkt mit den Filterträgern 18 und 19, wobei dann jedoch der lichtundurchlässige Bereich nötig wäre. Allerdings führt die aufgrund der Masse der Filterscheibe und der Ausdehnung des Filterträgers beim Umschalten auftretende Trägheitskraft zu einer langen Umschaltdauer, während die Blende 23 mit bedeutend geringerer Masse und auch kleineren Abmessungen ausgeführt werden kann.The additional aperture 23 is therefore introduced in order to ensure the fastest possible switching from one channel to the other channel. Switching would also be possible directly with the filter carriers 18 and 19 , but the opaque area would then be necessary. However, the inertia force that occurs due to the mass of the filter disk and the expansion of the filter carrier during switching leads to a long switching time, while the diaphragm 23 can be designed with a significantly lower mass and also smaller dimensions.

In Fig. 4 ist eine mechanisch angetriebene Blende eingezeichnet. Es kann gleichermaßen auch eine elektro-optisch arbeitende Strahlungssperre z. B. auf der Basis von Flüssig­ keitskristallen eingesetzt werden. Dabei befindet sich in jedem Strahlungsweg ein Flüssigkeitskristallplättchen, dessen Lichtdurchlässigkeit durch eine gemeinsame Steuereinheit gesteuert wird. Entsprechend eignen sich Materialien, die den Strahlungsfluß polarisierten Lichts strom-, spannungs- oder magnetfeldabhängig regulieren. Auch wäre eine elektromechanisch arbeitende Blende mit Hilfe von Piezokeramiken denkbar.A mechanically driven diaphragm is shown in FIG. 4. It can also be an electro-optically operating radiation barrier z. B. on the basis of liquid keitskrallen. There is a liquid crystal plate in each radiation path, the light transmittance of which is controlled by a common control unit. Materials that regulate the radiation flow of polarized light depending on the current, voltage or magnetic field are correspondingly suitable. An electromechanically working diaphragm with the aid of piezoceramics would also be conceivable.

Der an der Blende 23 anschließende Strahlungsweg besteht aus je einem Lichtwellenleiter 24 und 25 für jeden der beiden physikalischen Kanäle. Die beiden Strahlungswege werden in einer Weiche 24 zu einem einzigen Strahlungsweg mit einem resultierenden Lichtwellenleiter 27 verschmolzen.The radiation path adjoining the diaphragm 23 consists of one optical waveguide 24 and 25 for each of the two physical channels. The two radiation paths are fused in a switch 24 to form a single radiation path with a resulting optical waveguide 27 .

Bei Verwendung eines Verlaufsfilters muß die Strahlung am Filter so eingespeist und weitergeleitet werden, daß möglichst wenig Strahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt wird. Die Fasern der betreffenden Lichtwellenleiter sollten deshalb so angeordnet sein, daß sie den Bereich konstanter Wellenlänge des Verlaufsfilters möglichst gut ausnutzen. Die einzelnen Fasern sollten also radial zum Mittelpunkt des Filterträgers ausgerichtet werden.When using a graduated filter, the radiation on Filters are fed in and forwarded in such a way that possible little radiation with different wavelengths is produced. The fibers of the optical fibers in question should therefore be arranged so that the area constant wavelength of the gradient filter as good as possible exploit. The individual fibers should be radial to The center of the filter holder.

Mit dem in Fig. 4 dargstellten Prinzip sind auch Beleuchtungseinheiten mit drei und mehr physikalischen Kanälen herstellbar. Damit können alle Meßwellenlängen eines Minenstifttyps in der Lernphase fest eingestellt werden. Das Umschalten des Filterträgers in der Klassifikationsphase entfällt, was zu einer Entlastung der Mechanik führt und gegebenenfalls den Klassifikationsvorgang durch Wegfall der Umschaltzeit beschleunigt. Die Beleuchtungseinheit ist licht- und staubdicht abgeschlossen.With the principle shown in FIG. 4, lighting units with three or more physical channels can also be produced. This means that all measuring wavelengths of a pencil type can be permanently set in the learning phase. There is no need to switch the filter carrier in the classification phase, which relieves the mechanical workload and, if necessary, speeds up the classification process by eliminating the switchover time. The lighting unit is light and dustproof.

Erwartungsgemäß wird die Strahlungsquelle im Bereich des sichtbaren Lichts arbeiten, so daß auch von Lichtquelle und von Licht statt Strahlung gesprochen werden kann. Des weiteren sollte polarisiertes Licht zur Reflexminderung in Erwägung gezogen werden. Die Filterung wird ferner nicht Licht genau einer Wellenlänge, sondern eines Wellenlängenbereiches durchlassen. Bei dem rot lackierten Stift des Beispiels sind breitbandige Spektralbereiche b und c erwünscht. Zur Überprüfung der Oberfläche wird der Stift zunächst mit der Meßwellenlänge a beaufschlagt. Das Licht der Meßwellenlängen b und c kann entweder als Lichtgemisch einer mindestens zweikanaligen Anordnung oder der Reihe nach erzeugt werden. Im ersten Fall entfällt ein Prüfschritt. Das Prüfen mit Hilfe von Lichtgemischen ist insbesondere dann durchführbar, wenn die Empfindlichkeitskurve über den betreffenden Spektralbereich weitgehend konstant ist, so daß auf wellenlängenabhängige Normierungsmaßnahmen verzichtet werden kann. Analog zum Beispiel des einfarbig lackierten Stiftes würden bei dem oben angeführten gelb-blau lackierten Stift vier Prüfschritte ausreichen.As expected, the radiation source is in the range of visible light work, so that also from light source and one can speak of light instead of radiation. Furthermore should consider polarized light to reduce reflection to be pulled. The filtering also does not become light exactly one wavelength, but a wavelength range let through. The red painted pen of the example are broadband spectral ranges b and c desired. For checking the surface of the pen is first with the Measurement wavelength a is applied. The light of the measuring wavelengths b and c can either be a mixture of light at least one two-channel arrangement or sequentially generated. In the first case there is no test step. Checking with The use of light mixtures is particularly feasible if the sensitivity curve over the spectral range in question is largely constant, so that wavelength-dependent Standardization measures can be dispensed with. Analogous to the one-color lacquered pen, for example in the above-mentioned yellow-blue painted pen four Test steps are sufficient.

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Nachfolgend wird die Abtasteinheit näher beschrieben. Es wird zwischen drei Varianten unterschieden.The scanning unit is described in more detail below. It a distinction is made between three variants.

Bei der ersten Variante besteht die Abtasteinheit aus einer Matrix von Abtastzellen, wobei möglichst so viele Abtastzellen vorhanden sein sollten, daß ein Stift in einem Schritt abgetastet werden kann. In der Abtastmatrix integriert sind Lichtwellenleiter, die eine weitgehend homogene Ausleuchtung der gesamten Stiftoberfläche erzielen sollen. Als Abtastzellen dienen vorzugsweise lichtempfindliche Halbleiterelemente, wie z. B. CCD-Elemente (Charge Coupled Devise), Fotodioden oder Fototransistoren, wobei wegen der kleineren Bauart in erster Linie CCD-Elemete oder Fotodioden in Frage kommen werden.In the first variant, the scanning unit consists of a Matrix of scan cells, with as many scan cells as possible should be present that a pen in one step can be scanned. Are integrated in the scanning matrix  Optical fibers, which have a largely homogeneous illumination of the entire pen surface. As scanning cells serve preferably light-sensitive semiconductor elements, such as B. CCD elements (Charge Coupled Devise), photodiodes or photo transistors, because of the smaller design primarily CCD elements or photodiodes come into question will.

Fig. 5 zeigt verschiedene Ausführungen von Abtastmatrizen für verschiedene Bauformen der Abtastzellen. Dabei sind die Elemente 28 und 29 die Abtastzellen, während die Kreise 30 Fasern oder Bündel von Fasern von Lichtwellenleitern darstellen. Das Größenverhältnis der Beleuchtungselemente 30 zu den Abtastzellen 28 bzw. ist nicht maßstäblich zu sehen. Die Anzahl der zu einem Beleuchtungselement 30 gehörenden Fasern sowie die Art und der Durchmesser der Fasern ist in Zusammenhang mit der Beleuchtungseinheit so zu dimensionieren, daß die Beleuchtungsstärke an der Stiftoberfläche genügend groß ist. FIG. 5 shows various designs of Abtastmatrizen for different types of scan. The elements 28 and 29 are the scanning cells, while the circles 30 represent fibers or bundles of fibers of optical fibers. The size ratio of the lighting elements 30 to the scanning cells 28 or cannot be seen to scale. The number of fibers belonging to a lighting element 30 and the type and diameter of the fibers in connection with the lighting unit are to be dimensioned such that the illuminance on the pen surface is sufficiently large.

Die einzelnen Fasern der Beleuchtungselemente werden zu einem Lichtwellenleiter zusammengefaßt. Dieser ist in Fig. 1 mit der Positionsnummer 5 gekennzeichnet. Diesem Lichtwellenleiter wiederum entspricht der in Fig. 4 dargestellte Lichtwellenleiter 27.The individual fibers of the lighting elements are combined to form an optical waveguide. This is marked with position number 5 in FIG. 1. The optical waveguide 27 shown in FIG. 4 in turn corresponds to this optical waveguide.

Die Abtastvorrichtung der Abtasteinheit besteht aus Abtastmatrizen. Die Abtastmatrix könnte beispielsweise so hergestellt werden, daß die Beleuchtungselemente 30 zusammen mit den Abtastzellen 28 bzw. 29 vergossen bzw. verklebt werden.The scanning device of the scanning unit consists of scanning matrices. The scanning matrix could, for example, be produced in such a way that the lighting elements 30 are cast or glued together with the scanning cells 28 and 29, respectively.

Die zweite Variante zur Ausbildung der Abtastvorrichtung besteht darin, die Abtastzellen 28 bzw. 29 nicht mit in die Abtastmatrix bzw. Abtastzeile einzuarbeiten. Die schematische Zeichnung eines Ausführungsbeispiels dieser Variante ist in Fig. 6 anhand einer Abtastzeile wiedergegeben. Die Abtastzeile besteht aus Lichtwellenleitern 38 zur Beleuchtung der Oberfläche des Prüfobjektes. Diese Lichtwellenleiter 38 können auch Bündel von Lichtwellenleitern sein, um Licht mit genügender Intensität zu erzeugen. Jeder Lichtwellenleiter 39 ist so mit einer Abtastzelle 40 verbunden, daß das aus dem Lichtwellenleiter 39 ausströmende Licht in die lichtempfindliche Fläche der Abtastzelle 40 einstrahlt.The second variant for forming the scanning device consists in not incorporating the scanning cells 28 and 29 into the scanning matrix or scanning line. The schematic drawing of an embodiment of this variant is shown in FIG. 6 using a scan line. The scanning line consists of optical fibers 38 for illuminating the surface of the test object. These optical waveguides 38 can also be bundles of optical waveguides in order to generate light with sufficient intensity. Each optical waveguide 39 is connected to a scanning cell 40 in such a way that the light flowing out of the optical waveguide 39 radiates into the light-sensitive surface of the scanning cell 40 .

Im Idealfall messen die Abtastzellen exakt einen Punkt. Tatsächlich wird die reflektierte Strahlung dieses Punktes sowie einer kleinen Umgebung um ihn gemessen. Diese Fläche sei Meßfläche genannt. Bei den üblichen Abtastzellen wird das Abtastzentrum höher gewichtet als der Rand der Meßfläche. Die Gesalt und Ausdehnung der Meßfläche hängt von der Bauart der Abtastzellen ab. Die Abtastzellen der Abtastmatrix sollten so dicht liegen, daß die Stiftoberfläche vollständig ausgemessen werden kann.Ideally, the scanning cells measure exactly one point. In fact, the reflected radiation from this point as well as a small environment around it. This area may be called measuring surface. With the usual scanning cells the scanning center is weighted higher than the edge of the measuring surface. The shape and size of the measuring surface depends on the Design of the scanning cells. The scan cells of the scan matrix should be so close that the pen surface is complete can be measured.

Folgende Maßnahmen können zur Verbesserung der Abtastqualität beitragen: Die der Abtastzelle oder dem der Abtastung dienenden Lichtwellenleiter umgebenden, der Beleuchtung dienenden Lichtwellenleiter, werden so angeordnet, daß das von ihnen ausströmende Licht die Meßfläche homogen ausleuchtet und nicht senkrecht, sondern z. B. in einem Winkel von 45 Grad, auf die Oberfläche des Prüfobjektes fällt und damit Reflexionen verursacht. Dies läßt sich einerseits dadurch erreichen, daß die der Beleuchtung dienenden Lichtwellenleiter gekrümmt oder schräg eingebaut werden, so daß sie das Licht in den Meßpunkt abstrahlen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Austrittsfläche der Lichtwellenleiter schräg auszubilden, so daß das austretende Licht in das Zentrum der Meßfläche der betreffenden Abtastzelle fällt. Dies gilt sowohl für die Abtastmatrix nach Fig. 5 als auch für die Abtasteinheiten nach Fig. 6 und 7. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Oberfläche der Abtastzellen 28 und 29 bzw. des Lichtwellenleiters 39 so auszubilden, daß eine Linsenwirkung erzielt wird und die Meßfläche zu einer möglichst punktförmigen Meßfläche reduziert wird. The following measures can help to improve the scanning quality: The surrounding of the scanning cell or the scanning optical waveguide, the lighting optical waveguide are arranged so that the light flowing out illuminates the measuring surface homogeneously and not vertically, but z. B. falls at an angle of 45 degrees on the surface of the test object and thus causes reflections. This can be achieved, on the one hand, by installing the optical waveguides used for lighting in a curved or oblique manner so that they emit the light into the measuring point. Another possibility is to form the exit surface of the optical waveguide at an angle, so that the emerging light falls into the center of the measuring surface of the relevant scanning cell. This also applies to the scanning matrix according to FIG. 5 as well as to the scanning units according to FIGS . 6 and 7. Another possibility is to design the surface of the scanning cells 28 and 29 or of the optical waveguide 39 in such a way that a lens effect is achieved and that Measuring area is reduced to a possible punctiform measuring area.

Die Lichtwellenleiter 39 können beliebig fein sein. Für eine Abtastzeile gemäß Fig. 6 kann als lichtempfindliches Halb­ leiterbauelement eine CCD-Zeile verwendet werden. Die in einer Reihe angeordneten Lichtwellenleiter 39 sollten so fein sein, daß jedem Lichtwellenleiter genau ein Element der CCD-Zeile zugeordnet ist.The optical waveguide 39 can be as fine as desired. For one scan line as shown in FIG. 6 is a CCD array can be used as light-sensitive semiconductor component. The optical waveguides 39 arranged in a row should be so fine that exactly one element of the CCD line is assigned to each optical waveguide.

Die dritte Variante verzichtet wie die erste Variante auf Lichtwellenleiter zur Abtastung. Statt dessen wird wie bei Aufnahmekameras eine Optik verwendet. Die Optik bildet das einfallende Licht auf einer dahinter liegenden CCD-Halbleitermatrix ab. In Fig. 7 ist ein Beispiel einer Ausführungsform für dieses Abtastprinzip wiedergegeben. Die Beleuchtung erfolgt mit Hilfe der Lichtwellenleiter bzw. Lichtwel­ lenleiterstränge 41. Sie sind schräg angeordnet, so daß sie die Meßoberfläche gleichmäßig ausleuchten und möglichst wenig Reflexion erzeugen. Das Abtastelement 42 enthält die Optik sowie die CCD-Matrix an ihrem oberen Ende. Die Optik ist so eingestellt, daß sie das Bild der Oberfläche des Prüfobjektes möglichst scharf auf die CCD-Matrix abbildet. Die CCD-Matrix kann quadratisch oder kreisförmig ausgebildet sein. Deckt ein Abtastelement 42 eine Fläche mit einem Durchmesser von z. B. 10 mm ab, so wären für einen 160 mm langen Stift mindestens 16 Abtastelemente 42 erforderlich, die in einer Abtastreihe angeordnet sind. Die Beleuchtungsstränge 41 sind der Einfachheit halber ebenfalls in einer Reihe angeordnet.The third variant, like the first variant, does not use optical fibers for scanning. Instead, optics are used, as with recording cameras. The optics represent the incident light on a CCD semiconductor matrix behind it. FIG. 7 shows an example of an embodiment for this scanning principle. The lighting is carried out with the aid of the optical waveguides or optical waveguide strands 41 . They are arranged at an angle so that they illuminate the measuring surface evenly and generate as little reflection as possible. The scanning element 42 contains the optics and the CCD matrix at its upper end. The optics are set so that they map the image of the surface of the test object as sharply as possible onto the CCD matrix. The CCD matrix can be square or circular. If a scanning element 42 covers an area with a diameter of z. B. from 10 mm, a 160 mm long pin would require at least 16 scanning elements 42 , which are arranged in a scanning row. For the sake of simplicity, the lighting strands 41 are likewise arranged in a row.

Die CCD-Matrix braucht, ebenso wie die Abtastzelle der Fig. 6 und 7 nur Grauwerte, jedoch keine Farbwerte zu verarbeiten. Das zur Beleuchtung erforderlich farbige Licht wird von der Beleuchtungseinheit geliefert. Die Farbe des Lichtes kann in der Beleuchtungseinheit automatisch eingestellt und verändert werden. Gegebenenfalls kann vor die Abtastelemente 42 oder die der Beleuchtung dienenden Lichtwellenleiter ein optisches Filter, z. B. zur Korrektur der Empfindlichkeitskennlinie der Abtastelemente oder zur Ausfilterung von Lichtreflexionen (Polarisationsfilter), angebracht werden. Als Abtastelement 42 können handelsübliche Aufnahmeelemente für Schwarz-Weiß-Bilder verwendet werden, wobei eine gleichbleibende Empfindlichkeit über den erforderlichen Wellenlängenbereich wünschenswert ist.Like the scanning cell of FIGS. 6 and 7, the CCD matrix only needs to process gray values, but no color values. The colored light required for lighting is supplied by the lighting unit. The color of the light can be set and changed automatically in the lighting unit. Optionally, an optical filter in front of the sensing elements 42 or the serving of the illumination optical waveguide, z. B. for correcting the sensitivity characteristic of the scanning elements or for filtering out light reflections (polarization filter). Commercially available recording elements for black-and-white images can be used as the scanning element 42 , with a constant sensitivity over the required wavelength range being desirable.

Mit einer der Abtasteinheit gemäß Fig. 7 nachgeschalteten Verarbeitungs- bzw. Decodiereinheit werden die Meßwerte der Abtastelemente 42 so aufbereitet und gespeichert, daß die gespeicherten Meßwerte eine Diskretisierung der von den Abtastelementen gemessenen Oberfläche des Prüfobjektes darstellen.With a processing or decoding unit downstream of the scanning unit according to FIG. 7, the measured values of the scanning elements 42 are processed and stored in such a way that the stored measured values represent a discretization of the surface of the test object measured by the scanning elements.

Dies kann bei der Anordnung gemäß Fig. 7 dadurch geschehen, daß die Meßwerte von CCD-Matrixelementen benachbarter Abtastelemente 42, die gleiche oder überlappende Meßflächen auf der Oberfläche des Prüfobjektes messen, z. B. durch Gewichtung und arithmetische Mittelwertbildung zu einem Meßwert zusmamengefaßt werden. Die zu transformierenden Meßwerte und die Transformationsparameter werden mit Hilfe eines oder mehrerer rasterförmig struktierten Testmuster nach Zusammenbau und Feinjustierung der Abtastelemente 42 bestimmt. Eine der Testmuster kann beispielsweise schachbrettartig aufgebaut sein, wobei ein Feld genau einer Meßfläche entspricht. Ist das von den Abtastelementen gelieferte Muster unregelmäßig und kein 1 : 1-Abbild des Testmusters, so liegt eine Überlappung von Meßflächen von Abtastzellen vor. Die Adressen der betreffenden Abtastzellen werden einschließlich ihrer Korrekturwerte in einem Speicher abgelegt, auf den die genannte Verarbeitungseinheit zugreifen kann, die - basierend auf diesen Werten - z. B. durch lineare Interpolation die Korrektur der Meßwerte und damit eine geometrische Korrektur - d. h. Entzerrung - des Abtastrasters vornimmt. Gegebenenfalls ist zur Vereinfachung der geometrischen Korrektur der aufgenommenen Bilder eine Feinpositionierung der Abtastelemente 42 der Abtastreihe hilfreich. Diese Kalibrierung ist nur im Wartungsfalle durchzuführen, während die Meßwertkorrektur als Vorverarbeitungsmaßnahme nach jedem Abtastvorgang vorgenommen werden muß. Ergebnis der Verarbeitungseinheit ist also eine gleichmäßige und unverzerrte Rasterung der von der Abtastreihe gemäß Fig. 7 abgetasteten Stiftoberfläche.This can in accordance with the arrangement Fig. 7 characterized happen that the measured values of the CCD matrix elements of adjacent sensing elements 42, the same or overlapping Measuringsurface measured on the surface of the test object, for example. B. be summarized by weighting and arithmetic averaging to a measured value. The measured values to be transformed and the transformation parameters are determined with the aid of one or more test patterns structured in a grid pattern after assembly and fine adjustment of the scanning elements 42 . One of the test patterns can, for example, be constructed like a checkerboard, with one field corresponding to exactly one measuring surface. If the pattern supplied by the scanning elements is irregular and not a 1: 1 image of the test pattern, there is an overlap of measuring areas of scanning cells. The addresses of the relevant scan cells, including their correction values, are stored in a memory which can be accessed by the said processing unit, which - based on these values - e.g. B. by linear interpolation, the correction of the measured values and thus a geometric correction - ie equalization - of the scanning grid. If necessary, fine positioning of the scanning elements 42 of the scanning row is helpful to simplify the geometric correction of the recorded images. This calibration is only to be carried out in the event of maintenance, while the measured value correction must be carried out as a preprocessing measure after each scanning process. The result of the processing unit is thus a uniform and undistorted rasterization of the pen surface scanned by the scanning row according to FIG. 7.

Eine weitere Datenaufbereitungsmaßnahme beinhaltet den Ausgleich von Empfindlichkeitsunterschieden zwischen den einzelnen Abtastzellen 40 der CCD-Matrixelementen sowie den Ausgleich von alterungsbedingten Helligkeitsunterschieden der Beleuchtungseinheit. Mit Hilfe von einfarbigen Testprüfobjekten, die dem System z. B. vor Beginn der Lernphase oder vor Arbeitsbeginn zugeführt werden, wird eine Kalibrierung der Abtastelemente vorgenommen. So kann z. B. zu jedem Abtastelement und zu jeder Meßwellenlänge jeweils ein Korrekturwert abgespeichert werden. In der Klassifikationsphase wird für jede Abtastzelle bzw. jedes Abtastelement auf den Korrekturspeicher zugegriffen, der zu der eingestellten Prüfwellenlänge gehörige Korrekturwert bestimmt und mit dem tatsächlichen Meßwert multipliziert. In der gleichen Art und Weise kann die Empfindlichkeitskennlinie normiert werden.Another data preparation measure includes the compensation of sensitivity differences between the individual scanning cells 40 of the CCD matrix elements and the compensation of aging-related differences in brightness of the lighting unit. With the help of monochrome test objects that the system z. B. before the start of the learning phase or before starting work, the scanning elements are calibrated. So z. B. a correction value can be stored for each scanning element and for each measuring wavelength. In the classification phase, the correction memory is accessed for each scanning cell or scanning element, the correction value belonging to the set test wavelength is determined and multiplied by the actual measured value. The sensitivity characteristic can be standardized in the same way.

Die Abtastvorrichtung sollte möglichst so viele Abtastzellen besitzen, daß alle Meßpunkte zur gleichen Zeit abgetastet werden können. Wäre nur eine Abtastzeile vorhanden, so müßte Zeile für Zeile abgetastet werden, wozu der abzutastende Stift mittels der Positioniervorrichtung laufend gedreht werden müßte, was die Aufnahmezeit entsprechend verlangsamen würde.The scanner should have as many scan cells as possible possess that all measuring points are scanned at the same time can be. If there were only one scan line, it would have to Line by line are scanned, for which the one to be scanned Pen continuously rotated using the positioning device should be what slow down the recording time accordingly would.

Der Anschriftenleser der Bundespost (Testlauf 1978) verwendet eine Abtastzeile mit 512 Fotodioden, die 60 mm lang ist. Dies entspricht 8,5 Punkten pro mm. Der Lesebereich wird mit 512×1024 Bildpunkten abgetastet. Der Anschriftenleser kann 17 Sendungen in der Sekunde bearbeiten. The address reader of the Bundespost (test run 1978) used a scan line with 512 photodiodes that are 60 mm long is. This corresponds to 8.5 points per mm. The reading area is scanned with 512 × 1024 pixels. The address reader can process 17 programs per second.  

Für die Abtastung in einem Arbeitsvorgang sind verschiedene Ausführungsformen möglich. So könnte die Abtastmatrix gemäß Fig. 5 in einer Röhre eingebettet werden, die Fig. 8 zeigt. In analoger Weise kann mit den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Abtastvarianten verfahren werden. Die Stifte werden von einer Seite mittels einer Mechanik in die Abtaströhre eingeschoben und die abgetasteten Stifte werden auf der anderen Seite herausgeholt. Eine Modifikation, die auch die Untersuchung des oberen Stiftendes erlaubt, verwendet eine auf einer Seite abgeschlossene Abtaströhre. Wird dieser Abschluß, der Meßzellen trägt, beweglich gestaltet, so ist das Prinzip von Fig. 8 weiterhin einsetzbar, andererseits müssen die Stifte auf der gleichen Seite herausgeholt werden. Es ist zu beachten, daß die Stifte an der Spitze nur unvollkommen abgetastet werden können, da die Stifte zumindest an der Spitze mit einer mechanischen Greifvorrichtung festgehalten werden müssen. Dies stellt kein nennenswertes Problem dar. So könnte das Vorhandensein der Stiftspitze mit Hilfe von Abtastnadeln überprüft werden. Andererseits könnten die Stifte mit Hilfe eines mechanischen Schiebers und z. B. mit Druckluftunterstützung vollständig in die Abtaströhre geführt werden und mit Hilfe von Druckluft wieder aus der Röhre entfernt werden.Various embodiments are possible for scanning in one operation. Thus, the sensing matrix could in FIG. 5 are embedded in a tube, Fig. 8 shows. The scanning variants shown in FIGS . 6 and 7 can be used in an analogous manner. The pins are inserted into the scanning tube from one side by means of a mechanism, and the scanned pins are removed on the other side. A modification that also allows the upper end of the pen to be examined uses a scanning tube sealed on one side. If this termination, which carries measuring cells, is designed to be movable, the principle of FIG. 8 can still be used, on the other hand the pins on the same side must be removed. It should be noted that the pins at the tip can only be scanned imperfectly, since the pins must be held at least at the tip with a mechanical gripping device. This is not a significant problem. The presence of the pen tip could be checked with the aid of stylus needles. On the other hand, the pins could be moved using a mechanical slider and e.g. B. with compressed air support completely in the scanning tube and removed with the help of compressed air from the tube.

Eine weitere Alternative besteht in der Ausbildung der Abtaströhre in Form von zwei Halbschalen gemäß Fig. 9. Mittels der Postioniervorrichtung 31 wird der abzutastende Stifte 32 festgehalten und gegebenenfalls vor dem Abtasten entsprechend positioniert. 33 zeigt die obere Hälfte und 34 die untere Hälfte der Abtastvorrichtung. Die Abtastvorrichtung der Fig. 9 ist so ausgeführt, daß auch das obere Stiftende, jedoch nicht die Stiftspitze untersucht werden kann. Ferner setzt Fig. 9 voraus, daß die Minenstifte zum Zeitpunkt der Abtastung noch nicht angespitzt sind. Durch entsprechende Modifikation der Positioniervorrichtung sowie der Abtastvorrichtung läßt sich bewerkstelligen, daß auch angespitzte Stifte gehandhabt werden können. Hierbei werden die Finger der Greifvorrichtung so umgestaltet, daß diese bei geschlossenem Zustand zumindest teilweise die Form der Stiftspitze einnehmen. Die Stiftspitze kann zumindest mechanisch mit Hilfe von Abtastnadeln untersucht werden. Das Vorhandensein der angespitzten Mine kann mit Hilfe einer Lichtschranke überprüft werden.A further alternative consists in the design of the scanning tube in the form of two half-shells according to FIG. 9. The pin 32 to be scanned is held in place by means of the positioning device 31 and, if necessary, positioned accordingly before scanning. 33 shows the upper half and 34 the lower half of the scanner. The scanning apparatus of FIG. 9 is designed so that also the upper pin end, however, the pen tip can not be examined. Furthermore, Fig. 9 assumes that the pencils have not yet been sharpened at the time of scanning. By appropriate modification of the positioning device as well as the scanning device, it can be accomplished that pointed pencils can also be handled. Here, the fingers of the gripping device are redesigned so that they at least partially assume the shape of the pen tip when closed. The pen tip can be examined at least mechanically with the aid of stylus needles. The presence of the sharpened lead can be checked using a light barrier.

Zum Abtasten der oberen Stifthälfte wird der Stift 32 nach oben und zum Abtasten der unteren Hälfte entsprechend nach unten bewegt. Es sind also zwei Abtastschritte erforderlich. Das andere Ende des Stiftes wird beim Abtasten der oberen Hälfte durch einen Schieber von unten und beim Abtasten der untere Hälfte durch einen Schieber von oben geführt. Die Vorrichtung läßt sich auch so ausbilden, daß der Stift fest steht und die Abtasthälften 33 und 34 bewegt werden müssen. Allerdings ist hierbei zu beachten, daß durch die laufenden Erschütterungen die Abtastvorrichtung übermäßig belastet werden könnte oder aber aufgrund der häufigen und schnellen Bewegungen ein Kabelbruch oder eine Beschädigung des Lichtwellenleiters erfolgen könnte.To scan the upper half of the pen, the pen 32 is moved upwards and accordingly to scan the lower half downwards. So two scanning steps are required. The other end of the pen is guided by a slider from below when scanning the upper half and from above by a slider when scanning the lower half. The device can also be designed so that the pin is stationary and the scanning halves 33 and 34 have to be moved. However, it should be noted here that the scanning device could be subjected to excessive loads due to the ongoing vibrations or that a cable break or damage to the optical fiber could occur due to the frequent and rapid movements.

Eine weitere Alternative besteht darin, auf die untere Abtasthälfte 34 zu verzichten und statt dessen den Stift durch die Positioniervorrichtung 31 um 180 Grad drehen zu lassen. Diese Ausführung ist umso vorteilhafter, als die untere Abtasthälfte durch den nach unten fallenden Minenstaub bzw. Farbpartikel leichter zur Verschmutzung neigt als die obere Hälfte.A further alternative is to dispense with the lower scanning half 34 and instead to let the positioning device 31 rotate the pen through 180 degrees. This version is all the more advantageous since the lower half of the scanner tends to become more contaminated than the upper half due to the falling mine dust or paint particles.

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Nachfolgend wird die Funktion der Positioniereinheit erläutert und es werden bevorzugte Ausprägungen beschrieben.The function of the positioning unit is explained below and preferred forms are described.

Die in Fig. 1 dargestellte Positioniereinheit 3 dient der korrekten Positionierung der Minenstifte zur Bildaufnahme. The positioning unit 3 shown in FIG. 1 serves to correctly position the pencils for image acquisition.

Damit soll die Datenverarbeitungseinheit 7 entlastet werden, indem hierfür weitgehend auf die Vorverarbeitungsschritte wie z. B. der Konturfindung, Stifteverfolgung sowie Normie­ rungsmaßnahmen verzichtet werden kann. Die Anwendung dieser Algorithmen erübrigt sich, da mit der Positioniervorrichtung jeder Stift zu einem bekannten Zeitpunkt in die gleiche und ebenfalls bekannte Lage - abgesehen von der Rotationslage - gebracht wird.This is to relieve the data processing unit 7 by largely relying on the preprocessing steps such. B. the contour determination, pencil tracking and standardization measures can be dispensed with. The application of these algorithms is superfluous, since with the positioning device each pin is brought into the same and likewise known position - apart from the rotational position - at a known point in time.

Es bleibt zu untersuchen, ob die Stifte lediglich an der gleichen Position in der Abtasteinheit festgehalten werden sollen, ober ob auch die gleiche Rotationslage für alle Stifte einen positiven Enfluß auf die Qualität der Abtastwerte und damit auf das Klassifikationsergebnis hat. So könnte die Aufgabe der Positioniervorrichtung darin bestehen, jeden Stift so zu drehen, daß z. B. die Prägung oder eine andere, für jeden Stift eindeutig identifizierbare Stelle immer nach oben zeigt. Damit wird erreicht, daß jede Abtastzelle praktisch immer die gleiche Stelle eines Stiftes mißt. Das Positionierverfahren läßt sich als Regelkreis beschreiben. In der Lernphase wurde eine eindeutige und mit wenig Aufwand automatisch zu erkennende Positioniermarkierung bestimmt. Zur Erläuterung wird vorausgesetzt, daß der Stift dann seine vorgeschriebene Rotationslage eingenommen hat, wenn diese Markierung oben liegt. Die Abtasteinheit fungiert als Meßwertaufnehmer des Regelkreises. Mit Hilfe eines groben Klassifikationsalgorithmus werden die Meßzellen abgefragt, die nach erfolgreichem Positionieren diese Markierung erfassen sollten. Der Stift wird nun so lange gedreht, bis die Positioniermarkierung erkannt wurde. Im Anschluß daran kann eine Feinpositionierung erfolgen. Die Drehung in eine bestimmte Ausgangslage ist zumindest für sechskantförmige Stifte aufgrund ihrer sechs stabilen Lagen weniger problematisch. Jedoch erfordert diese Positionierung zusätzlichen Zeitaufwand und einen aus Zeitgründen gegebenenfalls durch Hardware unterstützten Regelalgorithmus.It remains to be examined whether the pins are only attached to the same position in the scanning unit whether the same rotation position for everyone Provides a positive influence on the quality of the samples and thus on the classification result. So the position of the positioning device could be to turn each pin so that z. B. the embossing or another, clearly identifiable for each pen Always point up. This ensures that each Scanning cell practically always the same place on a pen measures. The positioning procedure can be used as a control loop describe. In the learning phase, a clear and with Little effort automatically recognizable positioning mark certainly. As an explanation, it is assumed that the Pen then assumed its prescribed rotational position if this marker is on top. The scanning unit acts as a measuring sensor of the control loop. With help The measuring cells become a rough classification algorithm queried after successfully positioning this marker should capture. The pen is now turned so long until the positioning mark has been recognized. In connection this can be fine-tuned. The Rotation to a certain starting position is at least for hexagonal pens due to their six stable layers less problematic. However, this requires positioning additional time and, if necessary, due to time constraints control algorithm supported by hardware.

Der Vorteil dieser Positionierung kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die Kennwerte der einzelnen Abtastzellen großen Schwankungen unterworfen sind, so daß die Korrektur jeder Meßzelle zur vergleichenden Beurteilung der Meßwerte verschiedener Abtastzellen mit hohem Aufwand verbunden ist oder trotz Korrektur ein hoher Fehleranteil verbleibt. Die Korrekturfaktoren wären pro Abtastzelle in der Lernphase zu bestimmen. Als weiterer Vorteil entfiele die für die Klassifikation ohnehin erforderliche Bestimmung der Rotationslage.The advantage of this positioning comes in particular  to bear when the characteristic values of the individual scanning cells are subject to large fluctuations, so that the correction each measuring cell for comparative assessment of the measured values different scanning cells is connected with great effort or a high percentage of errors remains despite the correction. The Correction factors would be too per scanning cell in the learning phase determine. Another advantage would be that for classification anyway necessary determination of the rotational position.

Die Positioniereinrichtung könnte zur Feinjustierung verwendet werden, um bei grobem Abtastraster auf eine Raster­ transformation als Korrekturmaßnahme verzichten zu können. Als Beispiel betrachtet man eine punktförmige Markierung. Ist die Ausdehnung nicht größer als eine Meßfläche, so kann die Markierung bei einem Abtastvorgang als Punkt und damit richtig erkannt werden. Wird das Abtastraster um die halbe Ausdehnung einer Meßfläche in x- und y-Richtung verschoben, so wird dieser Punkt von vier Meßzellen und mit jeweils geringer Intensität erkannt. Dieser bei unterschiedlicher Lage des Abtastrasters auftretende Effekt (den das sog. Abtasttheorem erklärt) erschwert die Untersuchung von Prägungen und allen sonstigen nichthomogenen Stellen und tritt insbesondere dann auf, wenn ein inhomogenes Gebiet, wie z. B. eine Prägung oder ein aufgedrucktes Bild, Strukturen besitzt, die von der Abtasteinheit nicht mehr aufgelöst werden können. In diesem Falle können sich die Abtastwerte von zwei korrekten Prägungen, die mit unterschiedlicher Lage des Abtastrasters aufgenommen werden, derart voneinander unterscheiden, daß auch die Werte einer verschwommenen Prägung innerhalb dieser Toleranz liegen und damit eine Klassifizierung nicht mehr möglich ist. Bei der Feinpositionierung ist somit zu beachten, daß - beispielsweise in bezug auf Prägungen - im Verlaufe des Abtastprozesses wiederholte Feinpositionierungen vorgenommen werden müßten, um alle zu untersuchenden inhomogenen Regionen auch zuverlässig klassifizieren zu können. Gegebenenfalls kann es nötig werden, die Positioniervorrichtung so zu gestalten, daß sie die Stifte auch in Längsrichtung verschieben kann. Der Verschiebungsweg muß dann mindestens die Länge einer Meßfläche betragen.The positioning device could be used for fine adjustment to a grid with a rough scanning grid to be able to do without transformation as a corrective measure. As an example, consider a punctiform marking. Is the extent not larger than a measuring surface, the Marking in a scanning process as a point and thus be recognized correctly. The scanning grid will be half Extent of a measuring surface shifted in the x and y directions, so this point is made up of four measuring cells and each low intensity detected. This at different Position of the scanning grid (the so-called effect Sampling Theorem Explains) makes the investigation of imprints difficult and all other non-homogeneous places and occurs especially when an inhomogeneous area, such as. B. has an embossing or a printed image, has structures, which are no longer resolved by the scanning unit can. In this case, the samples can be of two correct embossing with different position of the scanning grid be differentiated from each other, that also the values of a blurred imprint are within this tolerance and therefore a classification is no longer possible. When fine positioning is It should therefore be noted that - for example with regard to embossing - Repeated fine positioning in the course of the scanning process would have to be made to all to be examined reliably classify inhomogeneous regions to be able to. If necessary, it may be necessary Positioning device so that it holds the pins  can also move in the longitudinal direction. The displacement route must then be at least the length of a measuring surface.

Ist das Abtastraster fein genug und kann auf eine bestimmte Rotationslage verzichtet werden, so obliegt der Positioniervorrichtung lediglich die Aufgabe, jeden Stift, der abgetastet werden soll, an einer definierten Stelle in der Abtasteinheit zu positionieren und erschütterungsfrei zu lagern. Im Falle von sechskantförmigen Stiften mit einer beidseitigen Abtastmatrix bzw. Abtasteinheit gemäß den Fig. 8 oder 9 könnte die Positioniervorrichtung somit starr gemäß Fig. 10 aufgebaut sein. Prinzipiell ist nur das untere Aufnahmeelement 35 erforderlich, da durch dieses der Stift in eine Lage gezwungen wird, die ohnehin einer seiner sechs stabilen Lagen entspricht. Das obere Aufnahmeelement 37 dient der Arretierung des Stiftes, so daß Erschütterungen des Stiftes vermieden werden und die Zeit verkürzt wird, die nötig ist, damit ein von der Positioniervorrichtung neu aufgenommener Stift ruhig liegt.If the scanning grid is fine enough and a certain rotational position can be dispensed with, the positioning device is only responsible for positioning each pin that is to be scanned at a defined position in the scanning unit and storing it without vibration. In the case of hexagonal pins with a scanning matrix or scanning unit on both sides according to FIGS . 8 or 9, the positioning device could thus be constructed rigidly according to FIG. 10. In principle, only the lower receiving element 35 is required, since this forces the pin into a position that corresponds to one of its six stable positions anyway. The upper receiving element 37 serves to lock the pin, so that vibrations of the pin are avoided and the time is reduced which is necessary for a pin newly picked up by the positioning device to lie still.

Eine vorteilhafte Ausbildung von Positionier- und Abtasteinheit besteht in der Verwendung von zwei nach unten geöffneten oberen Abtasthälften, die parallel hintereinander angeordnet sind. Die Abtastung arbeitet nach dem Pipeline- Prinzip: Die Abtasthälften überprüfen zur gleichen Zeit jeweils die halbe Oberfläche eines Stiftes; ein Stift ist erst dann vollständig überprüft, wenn der die Abtastkaskade durchlaufen hat. Jede Abtasthälfte besitzt ein Aufnahmebett, in das der Stift z. B. mit Hilfe von Greifern hingelegt wird. Das Aufnahmebett nimmt im wesentlichen die äußere Form der zu prüfenden Stifte auf. Für sechskantförmige Stifte besitzt sie die Form des Aufnahmeelementes 35 in Fig. 10, für runde Stifte ist das Aufnahmebett entsprechend rund ausgeprägt. Die Prüfobjekte werden zur schnelleren Ruhigstellung mit Hilfe von im Aufnahmebett eingebrachte Düsen und Saugluft an das Aufnahmebett gepreßt. Zum raschen Loslassen der Stifte nach erfolgtem Abtastvorgang wird Preßluft eingesetzt, die gleichzeitig die Ansaugdüsen von Staubpartikeln befreit. Die Abtasteinheit ist nicht beweglich. Zum Abtasten kann sich das Aufnahmebett mit dem angepreßten Prüfobjekt nach oben bewegen. Das Aufnahmebett erstreckt sich nicht über die gesamte Stiftlänge, sondern ist an ein oder zwei Stellen unterbrochen. An diesen Stellen liegt statt Aufnahmebett je ein Greifarm am Prüfobjekt an. Das Drehzentrum liegt zwischen den beiden Aufnahmevorrichtungen. Wurde die Oberseite abgetastet, so übertragen die starr miteinander verbundenen Greifarme (im folgenden der Einfachheit halber auch als Greifarm bezeichnet) das Prüfobjekt zum anderen Aufnahmebett. Das Prüfobjekt wird dabei um seine Längsachse um 180 Grad gedreht, wobei die Unterseite nun als Oberseite abgetastet werden kann. Jeder Greifarm besteht aus zwei Greiffingern, wobei ihre Griffmulden entsprechend der Stiftform angepaßt werden. Beim Fassen des zu überprüfenden Stiftes greift der obere Finger, während der untere vorzugsweise starr bleibt; beim Loslassen im zweiten Aufnahmebett läßt der nun oben liegende Greiffinger los, während der nun unten liegende obere Finger vorzugsweise starr bleibt und als temporäres Aufnahmebett fungiert bis das tatsächliche Aufnahmebett zur Aufnahme des Stiftes entsprechend positioniert ist. Analog zum Aufnahmebett kann auch beim Greifarm - gegebenenfalls lediglich zur Unterstützung - mit Saugluft gearbeitet werden. Der Greifarm bewegt sich zweckmäßigerweise nach unten, da sich oben die Abtastelemente befinden. Seine Bewegungsbahn beschreibt beispielsweise eine Halbkreis.An advantageous embodiment of the positioning and scanning unit consists in the use of two upper scanning halves opened downwards, which are arranged in parallel one behind the other. The scanning works according to the pipeline principle: the scanning halves check the half surface of a pen at the same time; a pen is only fully checked when it has passed through the scanning cascade. Each scanning half has a receiving bed, in which the pen z. B. is placed with the help of grippers. The receiving bed essentially takes on the outer shape of the pins to be tested. For hexagonal-shaped pins it has the shape of the receiving element 35 in FIG. 10, for round pins the receiving bed is correspondingly round. The test objects are pressed against the receiving bed for faster immobilization with the aid of nozzles and suction air introduced into the receiving bed. Compressed air is used to quickly release the pins after the scanning process has been carried out, and at the same time frees dust particles from the suction nozzles. The scanning unit is not movable. The scanning bed with the pressed test object can move upwards for scanning. The bed does not extend over the entire length of the pen, but is interrupted at one or two points. At these points, there is a gripper arm on the test object instead of a receiving bed. The center of rotation lies between the two holding devices. If the upper side has been scanned, the rigidly connected gripper arms (hereinafter also referred to as gripper arms for the sake of simplicity) transmit the test object to the other receiving bed. The test object is rotated about its longitudinal axis by 180 degrees, the underside can now be scanned as the top. Each gripper arm consists of two gripper fingers, their recesses being adapted to the shape of the pin. When grasping the pen to be checked, the upper finger grips, while the lower finger preferably remains rigid; when released in the second receiving bed, the gripping finger, which is now on top, lets go, while the upper finger, which is now on the bottom, preferably remains rigid and acts as a temporary receiving bed until the actual receiving bed is positioned accordingly for receiving the pen. Analogous to the receiving bed, vacuum can also be used with the gripper arm - if necessary only as a support. The gripper arm expediently moves downwards because the scanning elements are located at the top. For example, its trajectory describes a semicircle.

Es sind drei konstruktive Maßnahmen denkbar, um die Prüfobjekte aus dem ersten Aufnahmebett zu entfernen und in das zweite Bett aufzunehmen: 1: Die Aufnahmebetten bewegen sich ausschließlich in vertikaler Richtung, der Greifarm führt zum Herausheben und Hineinlegen eine Art Linearbewegung durch. 2: Die Aufnahmebetten bewegen sich ausschließlich in vertikaler Richtung, können jedoch zum Herausnehmen und Hineinlegen nach unten ausweichen, so daß der Greifarm eine halbkreisförmige Bewegungsbahn beschreibt. 3: Das erste Auf­ nahmebett übernimmt das Holen des Prüfobjektes durch eine Rückwärtsbewegung und das zweite Aufnahmebett übernimmt das Ablagen des Stiftes durch eine Vorwärtsbewegung nach erfolgtem Abtastvorgang. Beim Holen eines Stiftes kann der Stift mit der eben überprüften Oberseite mit einer halbkreisförmigen Bewegung zur zweiten Abtasthälfte befördert werden, während das zweite Aufnahmebett den eben überprüften Stift ablegt.There are three constructive measures conceivable for the test objects to remove from the first bed and into the Take up second bed: 1: The admission beds move only in the vertical direction, the gripper arm guides a kind of linear movement for lifting out and putting in by. 2: The admission beds move exclusively in vertical direction, but can be removed and Dodge downward so that the gripper arm one describes a semicircular trajectory. 3: The first up  takes the fetch of the test object by a Backward movement and the second bed takes over The pen is deposited by moving forward after it is done Scanning process. When you pick up a pen, the pen can with the top just checked with a semicircular Movement to the second half of the scan while the second bed the pen just checked discards.

Die vorgeschlagene Kombination von Abtasteinheit und Posi­ tioniereinheit besitzt den Vorteil, daß pro Transportzyklus durch Parallelverarbeitung ein Stift überprüft wird, daß die Positioniereinheit die Rotation auf konstruktive einfache Weise löst und daß die Abtasteinheiten durch ihre Öffnung nach unten nur minimal verschmutzt werden. Zur Abweisung von Schmutzpartikeln kann Preßluft verwendet werden, die aus in der Abtasteinheit angebrachten Düsen langsam ausströmt. Die Bestimmung der Rotationslage obliegt hier der Recheneinheit. Die der Stiftform (z. B. rund oder sechskantförmig) angepaßten Mulden in den Aufnahmebetten sowie den Greiffingern werden als Einsätze gefertigt und können dadurch schnell ausgewechselt werden.The proposed combination of scanner and posi tioning unit has the advantage that per transport cycle a pen is checked by parallel processing that the Positioning unit the rotation on constructive simple Way solves and that the scanning units through their opening be minimally polluted downwards. To reject Dirt particles can use compressed air that comes from in nozzles attached to the scanning unit slowly flows out. The The computing unit is responsible for determining the rotational position. Those adapted to the shape of the pen (e.g. round or hexagonal) Troughs in the receiving beds and the gripper fingers are manufactured as inserts and can therefore be quickly to be replaced.

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In diesem Abschnitt wird die Recheneiheit behandelt. Es werden zunächst mögliche Klassifikationsmerkmale aufgezeigt, danach wird die Datenstruktur zur Wissensrepräsentation erläutert. Im Anschluß daran wird die Wissensaquisition beschrieben. Die Beschreibung der Recheneinheit schließt mit der Beschreibung der Hardware ab.The calculation unit is dealt with in this section. It possible classification features are first shown, then the data structure becomes a knowledge representation explained. This is followed by the acquisition of knowledge described. The description of the computing unit includes the description of the hardware.

Wie in Abschnitt 1 beschrieben, so wird eine Stichprobe von Stiften in der Lernphase analysiert und daraus werden alle nötigen Merkmale extrahiert. Die Gut-Schlecht-Klassifikation wird erst durch eine vorgeschaltete Analyse ermöglicht. Aus strukturellen Gründen liegt es nahe, die Stiftoberfläche in Regionen, die den einfachen Bestandteilen entsprechen, zu unterliegen. Derartige Regionen sind:As described in Section 1, a sample of Pins are analyzed in the learning phase and all are made of them necessary features extracted. The good-bad classification is only made possible by an upstream analysis. Out For structural reasons, it is obvious that the surface of the pen is in  Regions that correspond to the simple components subject to. Such regions are:

Homogene Regionen
Transitionsregionen
Texturregionen
Prägungsregionen
Homogeneous regions
Transition regions
Texture regions
Marking regions

Die gewählte Einteilung ist nicht zwangsläufig die einzig mögliche bzw. richtige. Sie erscheint jedoch am sinnvollsten. Bei der Einteilung der Regionen bzw. der Wahl der Merkmale sollte soweit als möglich bekanntes Wissen über den Aufbau der Stifte verwendet werden. Je mehr Information einfließt, umso einfacher gestaltet sich die Klassifikation. Die zu Hilfe genommene Information darf jedoch nicht den allgemeinen Fallen einschränken.The division chosen is not necessarily the only one possible or correct. However, it makes the most sense. When dividing the regions or choosing the As far as possible, knowledge should be known about the characteristics Structure of the pins are used. The more information flows in, the easier the classification is. However, the information taken as a help may not be the restrict general traps.

So kann vorausgesetzt werden, daß die Stifte lackiert bzw. tauchlackiert werden, was bedeutet, daß im allgemeinen scharfe Farbübergänge auftreten und die Grenzen homogener Regionen gerade und zudem rechtwinklig zueinander verlaufen. Es muß davon ausgegangen werden, daß die Positionen von Prägungen sehr toleranzbehaftet sind. Bedruckte Stifte bzw. bedruckte Stellen von Stiften besitzen eine oder mehrere homogene Regionen von verschiedener Farbe für den Hintergrund, sowie höchstens vier Grundfarben für den Druck (z. B. Offsetdruck). Die Farbe des natürlichen Holzes unterliegt sehr starken Schwankungen.So it can be assumed that the pins are painted or be dip-coated, which means that in general sharp color transitions occur and the borders are more homogeneous Regions straight and also perpendicular to each other. It must be assumed that the positions of Embossments are very tolerant. Printed pens or printed areas of pens have one or more homogeneous regions of different color for the background, as well as a maximum of four basic colors for printing (e.g. Offset printing). The color of the natural wood is subject very strong fluctuations.

Homogene Regionen sind Regionen mit gleicher Farbe, die keine Struktur besitzen. Im Idealfall ist jede Stelle mit geringster Abweichung der Farbintensität an den Meßwellenlängen als Fehlstelle interpretierbar. Die "gut-schlecht"- Klassifikation basiert auf den statistischen Parametern der zu messenden Intensität der Meßwellenlängen.Homogeneous regions are regions of the same color that have no structure. Ideally, every job is with smallest deviation of the color intensity at the measuring wavelengths interpretable as a defect. The "good-bad" - Classification is based on the statistical parameters of the intensity of the measuring wavelengths to be measured.

Die Angabe eines Mittelwertes sowie einer oberen und unteren Toleranzgrenze (i. a. W. eines Werteintervalles), die von keinem Meßwert über- bzw. unterschritten werden dürfen, liefert die einfachste Möglichkeit, die zudem auf einem theoretischen Modell basiert, das die Bestimmung einer Fehlerwahrscheinlichkeit bei bekannter Verteilungsdichte zuläßt. Streuen beispielsweise die Meßwerte gemäß einer Normalverteilung, so gibt der Mittelwert den Erwartungswert an und die Toleranzgrenzen hängen von der Varianz ab. Wird z. B. als oberer bzw. unterer Toleranzwert jeweils die dreifache Varianz angenommen, so erfolgt eine Fehlklassifikation der betreffenden homogenen Fläche mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,3%. Erwartungswert und Varianz sind aus den Meßwerten der Lernstichprobe zu schätzen. Die Parameter der Verteilung sollten während der Klassifikationsphase z. B., durch gleitende Mittelwertbildung ständig angepaßt und verbessert werden, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit einer Fehlklassifikation reduziert.The specification of an average as well as an upper and lower Tolerance limit (generally a value interval) that of  no measured value may be exceeded or undershot, provides the easiest way, which is also on a based on the theoretical model, which is the determination of a Probability of error with known distribution density allows. Scatter the measured values according to a Normal distribution, so the mean gives the expected value and the tolerance limits depend on the variance. Becomes e.g. B. as the upper or lower tolerance value three times Assuming variance, misclassification occurs of the homogeneous surface in question with a probability of 0.3%. Expected value and variance are from the To estimate the measured values of the learning sample. The parameters of the Distribution should during the classification phase e.g. B., constantly adjusted by moving averages and be improved, which increases the likelihood of a Misclassification reduced.

Die Klassifikation einer homogenen Region erfolgt durch Abfrage jeder Meßzelle, die eine Stelle innerhalb dieser homogenen Region mißt, auf Enthaltensein im angegebenen Werteintervall. Da die Kennwerte von elektronischen Bauteilen, die im vorliegenden Fall z. B. CCD-Elemente oder Fotodioden sind, im Normalfall sehr starken Streuungen unterliegen, lassen sich die Meßfehler z. B. dadurch reduzieren, indem für jede Meßzelle ein eigenes Werteintervall bestimmt wird, bzw. jede Meßzelle in der Lernphase kalibriert wird.A homogeneous region is classified by Query each measuring cell that has a position within it homogeneous region measures to be contained in the specified Interval of values. Since the characteristic values of electronic components, the z. B. CCD elements or photodiodes are usually subject to very strong scatter, can the measurement errors z. B. reduce by determining a separate value interval for each measuring cell or each measuring cell is calibrated in the learning phase.

Die Transitionsregion beinhaltet den Übergang von einer homogenen Region in eine andere homogene Region. Gegebenenfalls ist auch eine Erweiterung auf Übergänge zwischen homogenen und nichthomogenen bzw. nur zwischen nichthomogenen Regionen sinnvoll.The transition region includes the transition from one homogeneous region into another homogeneous region. Possibly is also an extension to transitions between homogeneous and non-homogeneous or only between non-homogeneous Regions make sense.

Die Einführung von Transitionsregionen erweist sich als hilfreich zur Handhabung der Fertigungstoleranz, die unterschiedlichen Regionenabmessungen bewirken. Eine zusätzliche Fehlerquelle, die neben der vorzunehmenden Diskretisierung zu Schwankungen in den Abmessungen der abgetasteten Regionen führt, ist durch die Positionierung gegeben, zumal auch bereits die Rohstifte Toleranzen aufweisen. D. h., ein sechskantförmiger Stift ist nicht beliebig genau in einer seiner stabilen Lagen positionierbar. Da das Abtastraster nur begrenzte Feinheit besitzt, die Meßflächen der Meßzellen also nicht beliebig klein ausgeführt werden können, wird der Fall auftreten, daß Meßzellen, deren Meßflächen sich im Übergang zwischen zwei homogenen Regionen befinden, einen Wert liefern, der keiner der erwarteten Werte für die beiden homogenen Regionen entspricht. Dieser Mischwert hängt vielmehr davon ab, wie groß die prozentualen Anteile der beiden Regionen an der Meßfläche ist. Es wird also stets Meßzellen geben, die Werte liefern, die auf eine Fehlstelle schließen lassen, obwohl der Übergang von zwei homogenen Regionen und auch die Regionen in der Nähe dieses Übergangs fehlerfrei sind, sofern dieses Phänomen nicht gesondert behandelt wird.The introduction of transition regions is proving to be helpful for handling the manufacturing tolerance cause different region dimensions. An additional Source of error, in addition to the discretization to be performed  to fluctuations in the dimensions of the sampled Leading regions is given by positioning, especially the raw pins already have tolerances. That is, a hexagonal-shaped pin is not arbitrarily precise in one its stable positions can be positioned. Since the scanning grid has only fineness, the measuring surfaces of the measuring cells cannot be made arbitrarily small, the Case occur that measuring cells whose measuring surfaces are in Transition between two homogeneous regions, one Deliver value that is not one of the expected values for the two corresponds to homogeneous regions. Rather, this mixed value depends depends on what the percentage of the two is Regions on the measuring surface. So it always becomes measuring cells give the values that indicate a defect let, although the transition from two homogeneous regions and the regions near this transition are also flawless unless this phenomenon is dealt with separately.

Es gibt sechs Arten von Transitionsregionen, die sich durch die Richtung und die Anzahl ihrer Übergänge unterscheiden:There are six types of transition regions that stand out distinguish the direction and number of their transitions:

Links-Rechts-Transition
Oben-Unten-Transition
Links-Rechts-Oben-Transition
Links-Rechts-Oben-Unten-Transition
Left-right transition
Top-bottom transition
Left-right-up transition
Left-right-up-down transition

Bei zu grobem Abtastraster, bei welchem die Breite von homogenen Regionen in der Größenordnung des Rasterabstandes liegt, kann es weiterhin vorteilhafter sein, auch solche schmale Regionen als eigene Transitionstypen mit in die Transitionsregionen aufzunehmen. Transitionsregionen setzen sich damit zusammen aus Randbereichen von homogenen Regionen sowie aus kleinen bzw. schmalen homogenen Regionen.If the scanning grid is too coarse, in which the width of homogeneous regions in the order of the grid spacing it may still be more advantageous, including those narrow regions as their own transition types in the To include transition regions. Set transition regions are made up of marginal areas of homogeneous regions as well as from small or narrow homogeneous regions.

Eine Transitionsregion muß so groß gewählt werden, daß der Übergang der betreffenden Regionen vollständig innerhalb dieser Transitionsregion liegt. Ansonsten würde eine benachbarte homogene Region als fehlerhafte Region klassifiziert. Die Lage des Übergangs innerhalb der Transitionsregion ist toleranzabhängig und somit nicht bekannt und darf im Normalfall vorher auch nicht festgelegt werden. Jedoch können Angaben über die Breite sowie den Verlauf des Übergangs (z. B. scharf, fließend) gemacht werden. Ein scharfer Übergang sollte innerhalb einer Meßfläche stattfinden. Beim Übergang vom lackierten Stiftkörper zur Spitze von angespitzten Stiften hingegen verläuft dieser über mehrere Meßflächen. Außerdem ist dieser Übergang bei ebenen Flächen, wie es sie bei sechskantförmigen Stiften gibt, parabelförmig ausgeprägt.A transition region must be chosen so large that the Transition of the regions concerned entirely within this transition region. Otherwise, an adjacent one  homogeneous region classified as faulty region. The location of the transition is within the transition region Tolerance-dependent and therefore not known and is normally allowed not be determined beforehand. However, can Information about the width and the course of the transition (e.g. sharp, flowing). A sharp transition should take place within a measuring area. At the Transition from the painted pen body to the tip of the pointed one On the other hand, pens run over several Measuring surfaces. In addition, this transition is on flat surfaces, as they are with hexagonal pens, parabolic pronounced.

Weiterhin läßt sich zusätzliche Information voraussetzen, so z. B. daß der Übergang von einer (lackierten) Region in eine andere (lackierte) Region entweder horizontal oder vertikal verläuft. Dies bedeutet sowohl bei scharfen als auch bei fließenden Übergängen, daß die Meßwerte der Abtastspalten bzw. Abtastzeilen, in denen dieser Übergang stattfindet, ähnlich sein müssen. Ihr Streuungsintervall läßt sich als weiteres Charakteristikum des Übergangs in der Lernphase berechnen. Ist eine tendenzielle Verschiebung der Meßwerte von einer in die andere Richtung erkennbar, so verläuft der Übergang schräg und es liegt Ausschuß vor.Furthermore, additional information can be assumed, so e.g. B. that the transition from a (painted) region to a other (painted) region either horizontally or vertically runs. This means both with sharp and with smooth transitions that the measured values of the scanning columns or scan lines in which this transition takes place, have to be similar. Your spread interval can be as another characteristic of the transition in the learning phase to calculate. Is a tendency to shift the measured values recognizable from one direction to the other, this is how it runs Transition at an angle and there is committee.

Erstreckt sich ein kontinuierlicher Übergang über mehrere Meßflächen, so müssen die Werte der Meßfläche, in denen dieser Übergang stattfindet, in Richtung des Übergangs einen graduellen Verlauf von einer Farbe in die andere Farbe der betreffenden homogenen Regionen aufweisen.There is a continuous transition across several Measuring surfaces, the values of the measuring surface in which this transition takes place towards the transition one gradual progression from one color to the other color of the have relevant homogeneous regions.

Die Transitionsregionen sind weiterhin größer als die Übergänge selbst, so daß sich - sofern der Übergang nicht gerade am Rand einer Transitionsregion liegt - die links und rechts bzw. über und unter dem Übergang liegenden Teilregionen auf Homogenität überprüfen lassen. Die Homogenitätskriterien entsprechen den betreffenden benachbarten homogenen Regionen. The transition regions are still larger than the transitions itself, so that - unless the transition is straight lies on the edge of a transition region - the left and right or above and below the transition regions Have homogeneity checked. The homogeneity criteria correspond to the neighboring homogeneous regions concerned.  

Texturregionen sind strukturierte Regionen, die im allgemeinen mehrere Farben enthalten. Aus Texturregionen werden Merkmale extrahiert, ohne die Bedeutung dieser Regionen selbst zu kennen. Sie werden also nicht z. B. in einfachere Bestandteile zerlegt und diese interpretiert, wodurch eine Gesamtbeschreibung der Textur entsteht. Das Verstehen von Texturen bleibt dem menschlichen Betrachter überlassen.Texture regions are structured regions that generally contain multiple colors. Texture regions become Characteristics extracted without the importance of these regions to know yourself. So you will not z. B. in simpler Disassembled components and interpreted them, whereby a Overall description of the texture emerges. Understanding of Textures are left to the human viewer.

Die Lage von Texturregionen kann sehr toleranzbehaftet sein, so daß es sich empfiehlt, eine Region anzugeben, in der die texturierte Region mit Sicherheit liegt. Ansonsten wird eine Fehlstelle klassifiziert. Somit ist es auch nicht nötig, Transitionsregionen zu definieren, die den Übergang von einer homogenen zu einer inhomogenen Region enthalten, da diese Übergänge innerhalb der Texturregion stattfinden. Es ist überdies nicht nötig, den Übergang von einer inhomogenen in eine andere inhomogene Region zu erkennen. Die beiden inhomogenen Regionen werden als eine Texturregion betrachtet.The location of texture regions can be very tolerant, so it is advisable to indicate a region in which the textured region certainly lies. Otherwise one Classified fault. So it’s not necessary To define transition regions that transition from contain a homogeneous to an inhomogeneous region, because these transitions take place within the texture region. It is also not necessary to transition from an inhomogeneous in another inhomogeneous region. The two inhomogeneous regions are considered as a texture region.

Es ist weiterhin sinnvoll, auch die tatsächliche Größe der Teturregion zu bestimmen. Im Gegensatz zur Lage unterliegt die Ausdehnung dieser Regionen im Normalfall nur geringen Schwankungen, wenn einmal vom Einfluß eines zu groben Abtastrasters auf die Ausdehnung des aufgenommen Bildes der Textur absieht.It also makes sense to include the actual size of the To determine the tetural region. In contrast to the location is subject to the extent of these regions is normally only slight Fluctuations once from the influence of one too coarse Scanning grid on the extent of the recorded image the texture.

Die Abtastwerte enthalten dann die vollständige Information und sind damit zuverlässig auswertbar, wenn die Auflösung der Abtastmatrix so fein ist, daß signifikante Feinheiten der Textur im Bild wiedergegeben werden können (Abtasttheorem). Neben hohen Kosten für die Abtasteinheit bringt dies auch erhöhte Schaltungs- und Rechenaufwand mit sich, so daß in der Praxis mit einem Informationsverlust bei der Abtastung gerechnet werden muß. The samples then contain the complete information and can thus be reliably evaluated if the resolution the scanning matrix is so fine that significant subtleties the texture in the image can be reproduced (sampling theorem). In addition to high costs for the scanning unit, this brings also increased circuit and computational complexity, so that in practice with a loss of information when scanning must be expected.  

Eine zusätzliche Erschwernis ist dadurch gegeben, daß die zu untersuchenden Texturen normalerweise inhomogene Texturen sind, d. h. die Texturen bestehen nicht aus je einem Strukturelement, daß diese Texturen durch entsprechende Aneinanderreihung erzeugt.An additional difficulty is that the investigating textures usually inhomogeneous textures are, d. H. the textures do not consist of a structural element, that these textures by appropriate stringing together generated.

Dennoch ist es zur Erkennung von Texturfehlern nötig, diese in kleinere Regionen aufzuteilen und für jede dieser Elementarregion Parameter zu bestimmen, um diese mit den in der Lernphase gewonnenen Parametern zu vergleichen. Im Gegensatz zu der in Abschnitt 1 besprochenen Vorgehensweise bei der Analyse von komplexen Mustern wird hier die Aufteilung der Texturregionen in Elementarregionen vorher festgelegt und kann unabhängig sein von den strukturellen Eigenschaften und der Bedeutung der Textur, also von möglicherweise tatsächlich vorhandenen einfacheren Bestandteilen der Textur.Nevertheless, it is necessary to detect texture errors divided into smaller regions and for each of these elementary regions Determine parameters to match these with those in the Learning phase to compare the parameters obtained. In contrast on the procedure for the Analysis of complex patterns is the division of the Texture regions in elementary regions predefined and can be independent of the structural properties and the meaning of the texture, so possibly actually existing simpler components of the texture.

Für diese Zerlegung sind Schwankungen in den Abmessungen sowie in der Lage der Texturregion zu berücksichtigen. Die Elementarregionen sollten so klein gewählt werden, daß die strukturellen Unterschiede innerhalb einer solchen Elementarregion so gering sind, daß durch Mittelung der Meßwerte über diese Region möglichst wenig Information verlorengeht. Die Elementarregion könnte in Abhängigkeit von der Auflösung beispielsweis eine Größe von 5×5 oder 10× 10 Abtastzellen besitzen. Gegebenenfalls ist es auch sinnvoll, die Elementarregionen aus Texturzeilen oder -spalten zu­ sammenzusetzen. Ein fließender Übergang zur benachbarten homogenen Region kann behandelt werden, indem in einer Vorverarbeitungsphase der Texturklassifikation Abtastzeilen bzw. -spalten oder Teile davon (insbesondere Anfang oder Ende der Texturzeilen bzw. -spalten) verworfen werden, um eine Synchronisation mit dem als Vergleichsbasis dienenden Texturmodell zu erhalten. Möglicherweise erweist sich der Einsatz einer zeilen- oder spaltenbasierte Merkmalsgewinnung als vorteilhaft. For this decomposition there are fluctuations in the dimensions as well as the location of the texture region. The Elementary regions should be chosen so small that the structural differences within such an elementary region are so small that by averaging the measured values As little information as possible is lost about this region. The elementary region could be dependent on the resolution for example a size of 5 × 5 or 10 × 10 scanning cells have. If necessary, it also makes sense the elementary regions from texture rows or columns put together. A smooth transition to the neighboring one homogeneous region can be treated by in a Preprocessing phase of texture classification scan lines or columns or parts thereof (especially beginning or End of the texture lines or columns) synchronization with that serving as a basis for comparison Get texture model. The may prove to be Use of row or column based feature extraction as beneficial.  

Ein Verfahren zur Merkmalsgewinnung besteht in der Bestimmung eines Wertehistogramms mit den entsprechenden Toleranzgrenzen für jede Elementarregion. Die Streuung der Werte der Histogramme kann bei ungenügend freier Abtastung wesentlich von der Lage des Abtastrasters abhängen. Eine Positioniereinheit, die eine Feinpositionierung sowohl in Rotations- als auch in Längsrichtung gestattet (s. Abschnitt 6) ist insofern hilfreich, als die Toleranzwerte einfach und zuverlässig - wenngleich zeitraubend - in der Lernphase bestimmt werden könnten. Gegebenenfalls würde sich die Feinpositionierung in der Klassifikationsphase erübrigen.One method for obtaining features is determination a value histogram with the corresponding tolerance limits for each elementary region. The spread of values the histograms can be essential if the scanning is insufficient depend on the position of the scanning grid. A positioning unit, which is a fine positioning both in rotational as well as in the longitudinal direction (see section 6) is helpful in that the tolerance values are simple and reliable - albeit time consuming - in the learning phase could be determined. If necessary, the No need for fine positioning in the classification phase.

Eine Fehlstelle liegt dann vor, wenn eine oder einige wenige Elementarregionen signifikante Abweichungen zeigen, während die Merkmale aller anderen Elementarregionen innerhalb des als gut akzeptierten Wertebereiches liegen.A defect is present if one or a few Elementary regions show significant deviations while the characteristics of all other elementary regions within the as a well accepted range of values.

Zusätzliche Information (über die Grobstruktur) der Textur bei zu grobem Abtastraster läßt sich gewinnen, wenn ein Zusammenhang zwischen Veränderungen der Parameter der Elementarregionen (also z. B. der Histogramme) in Abhängigkeit der Lage des Abtastrasters hergestellt wird. So wird jede Verschiebung des Abtastrasters in eine bestimmte Richtung eine tendenzielle Verschiebung der Werte der Histogramme oder anderer Merkmale jeder Elementarregion hervorrufen. Es gilt diese Tendenz als Funktion der Lage des Abtastrasters festzuhalten. Bei einer zu untersuchenden Textur wird anhand einer Elementarregion und deren Analysewerte (d. h. deren Merkmale) die Lage des Abtastrasters festgestellt. Diese Lage wird anhand der erwähnten Funktion mit den restlichen Elementarregionen überprüft. Ergeben sich signifikante Unterschiede zwischen theoretischen Erwartungen und den praktischen Messungen, so ist zu erwarten, daß die Textur eine Fehlstelle besitzt.Additional information (about the rough structure) of the texture If the scanning grid is too coarse, you can gain if there is a connection between changes in the parameters of the elementary regions (e.g. the histograms) depending on the Location of the scanning grid is produced. So every shift of the scanning grid in a certain direction tending to shift the values of the histograms or other characteristics of each elementary region. It applies to record this tendency as a function of the position of the scanning grid. For a texture to be examined, an elementary region and its analysis values (i.e. their Features) determined the position of the scanning grid. These Location is based on the mentioned function with the rest Elementary regions checked. There are significant ones Differences between theoretical expectations and the practical measurements, it is expected that the texture has a defect.

Eine signifikante Abweichung ist beispielsweise dann gegeben, wenn eine oder eine vorher festgelegte Anzahl von Parametern um mehr als einen bestimmten Betrag vom erwarteten Sollwert des oder der betreffenden Parameter abweicht. Die maximal zulässige Abweichung wird z. B. experimentell ermittelt und ist im allgemeinen abhängig von den Fertigungstoleranzen. So könnte z. B. eine maximale Abweichung eines Parameters vom Sollwert zu 20% festgelegt werden. Beispielsweise könnte auch festgelegt sein, daß dann eine unzulässige Abweichung gegeben ist, wenn die Abweichung eines Parameters oder der gewichtete Mittelwert der Abweichungen aller Parameter einer Elementarregion vom Sollwert mehr als beispielsweise 300% der durchschnittlichen Abweichung der Parameter der als gut erkannten Elementarregionen von deren Sollwerten beträgt.There is a significant deviation, for example, if one or a predetermined number of  Parameters by more than a certain amount from the expected The setpoint of the parameter or parameters deviates. The maximum permissible deviation is e.g. B. experimental determined and is generally dependent on the manufacturing tolerances. For example, B. a maximum deviation 20% of a parameter from the setpoint. For example, it could also be stipulated that a Inadmissible deviation is given if the deviation of a parameter or the weighted average of the deviations all parameters of an elementary region from the setpoint more than 300% of the average deviation, for example the parameter of the elementary regions recognized as well of their target values.

Andere Texturmerkmale geben z. B. an, wie rasch sich die Struktur innerhalb einer Region verändert. Ein derartiges Maß ist etwa die Summe der Änderungen der Abtastwerte von einem Meßpunkt zum anderen, wobei gegebenenfalls eine Unterscheidung in verschiedene Wellenlängen sowie verschiedene Richtungen erfolgt. Ein einfach zu berechnendes Texturmerkmal bildet die Angabe eines Histogramms für jede Elementarregion. Dabei wird zu jeder Meßwellenlänge die Anzahl der in ein bestimmtes Werteintervall fallenden Meßwerte angegeben.Other texture features are e.g. B. how quickly the Structure changed within a region. Such a thing The measure is approximately the sum of the changes in the sample values of one measuring point to another, where necessary making a distinction in different wavelengths as well as different Directions. An easy-to-calculate texture feature forms a histogram for each elementary region. For each measuring wavelength, the number of in measured values falling within a certain value interval.

Zusammenfassend wird zur Analyse von Texturregionen bei genügend freiem Abtastraster folgende vorteilhafte hierarchische Vorgehensweise vorgeschlagen. Die potentielle Region, in der die zu klassifizierende Textur mit Sicherheit liegt, ist bekannt und wird in der Lernphase bestimmt. In einem ersten Schritt werden zur Bestimmung der tatsächlichen Lage eine Textur aus Abtastzeilen und Spalten der potentiellen Region Kennwerte bestimmt. Dies kann beispielsweise ein Histogramm sein, daß sich beispielsweise nur auf die Extremalwerte bezüglich jeder Meßwellenlänge beschränkt. Im ersten Schritt brauchen - von einem Eckpunkt der potentiellen Region ausgehend - nur die Spalten und Zeilen verarbeitet zu werden, bis sowohl die horizontale als auch die vertikale Kante der Textur gefunden wurde. Im zweiten Schritt wird jede Elementarregion verarbeitet; es werden Kennwerte bestimmt und in einem Speicher abgelegt. Das Verfahren zur Bestimmung der Kennwerte liegt fest (z. B. Histogrammbestimmung) oder wurde in der Lernphase aufgrund bestimmter Eigenschaften der Textur (grob oder fein, symmetrisches Muster usw.) festgelegt. Im dritten Schritt, der nur bei Texturen erforderlich ist, die sich über den gesamten Stiftumfang erstrecken oder die keine ausgeprägten Ränder besitzen, wird die Rotationslage bestimmt und eine Lagenormierung durchgeführt. Nach der Lagenormierung werden im vierten Schritt die Parameter der Elementarregionen mit Hilfe der oben erwähnten Vergleichskriterien mit den Sollwerten verglichen. Liegt eine signifikante Abweichung vor, so ist eine Fehlstelle klassifiziert und das Verfahren wird beendet. Im fünften Schritt werden die Parameter benachbarter Elementarregionen nach einer festgelegten Vorschrift zusammengefaßt und nach einer weiteren Vorschrift mit Sollwerten verglichen, wobei die Toleranzgrenzen enger bemessen werden. Analog hierzu werden die im fünften Schritt gewonnenen Parameter im sechsten Schritt weiter verdichtet. Das Verfahren bricht bei einer festgelegten Anzahl von Verdichtungsschritten ab. Die Lagenormierung wurde dem dritt 68110 00070 552 001000280000000200012000285916799900040 0002004132754 00004 67991en Verarbeitungsschritt zugeordnet. Sie kann ohne Verletzung des vorgeschlagenen Prinzips auch im ersten, fünften, sechsten oder jedem weiteren Verarbeitungsschritt erfolgen.In summary, the analysis of texture regions sufficient free scanning grid following advantageous hierarchical Approach suggested. The potential Region in which the texture to be classified is certain lies, is known and is determined in the learning phase. In A first step is to determine the actual Lay a texture of scan lines and columns of the potential Region characteristics determined. This can be, for example Histogram that, for example, only refers to the extreme values limited with respect to each measuring wavelength. in the need first step - from a corner point of potential Region outgoing - only the columns and rows are processed until both the horizontal and the vertical  Edge of the texture was found. The second step is processed every elementary region; characteristic values are determined and stored in a memory. The procedure for Determination of the characteristic values is fixed (e.g. histogram determination) or was in the learning phase due to certain characteristics the texture (rough or fine, symmetrical pattern etc.). In the third step, which only applies to textures is required, which extends over the entire circumference of the pen extend or that have no distinctive edges determined the rotational position and carried out a position normalization. After the position normalization are in the fourth step the parameters of the elementary regions using the above compared the mentioned comparison criteria with the target values. If there is a significant deviation, it is a defect classified and the process is ended. in the fifth step are the parameters of neighboring elementary regions summarized according to a specified regulation and compared with target values according to a further rule, with the tolerance limits being narrowed. The parameters obtained in the fifth step are analogous to this further compressed in the sixth step. The procedure breaks at a specified number of compaction steps from. The position standardization was the third 68110 00070 552 001000280000000200012000285916799900040 0002004132754 00004 67991 processing step assigned. You can without violating the proposed Principles also in the first, fifth, sixth or each further processing step.

Nachfolgend wird eine Schaltungsanordnung zur besonders schnellen Durchführung der Texturklassifikation erläutert. Die Schaltungsanordnung besteht aus einer Steuereinheit zur Ablaufsteuerung, einem Musterspeicher zur Aufnahme der Meßwerte, einem Ergebnisspeicher zur Aufnahme der Ergebnisse der Elementarregionenklassifikation, einem Referenzspeicher zur Aufnahme der Sollwerte und einer Vielzahl von hierarchisch angeordneten Recheneinheiten. Für die Zeilen- und Spaltenbehandlung zur Bestimmung der Lage der Texturregion und zur Klassifikation der homogenen Randbereiche wird das in Fig. 21 erläuterte Prinzip verwendet. In der ersten Verarbeitungsstufe werden die Merkmale jeder potentiellen Elementarregion mit Hilfe einer eigenen Recheneinheit bestimmt, die von der zentralen Steuereinheit aktiviert und mit den erforderlichen Parametern (z. B. Grenzwerte, Parameter oder Typ der Rechenvorschrift) versorgt wird. Die aus den Meßwerten des Musterspeichers gewonnenen Merkmale und Vergleichsergebnisse der Merkmale mit den im Referenzspeicher abgespeicherten Referenzwerten werden im Ergebnisspeicher abgelegt. Analog zur ersten Verarbeitungsstufe gibt es in der darüberstehenden zweiten Verarbeitungsstufe Recheneinheiten, die - kontrolliert durch die Steuereinheit - auf die Ergebnisse der Recheneinheit der ersten Verarbeitungsstufe im Ergebnisspeicher zugreifen und nach einem möglicherweise anderen Rechenverfahren eine weitere Verdichtung durchführen und die resultierenden Kennwerte sowie die durch Zugriff auf den Referenzspeicher gelieferten Vergleichsergebnisse im Ergebnisspeicher ablegen. Der Aufbau und die Wirkungsweise der dritten und jeder weiteren Verarbeitungsstufe entspricht dem Aufbau und der Wirkungsweise der zweiten Verarbeitungsstufe.A circuit arrangement for carrying out texture classification particularly quickly is explained below. The circuit arrangement consists of a control unit for sequence control, a sample memory for recording the measured values, a result memory for recording the results of the elementary region classification, a reference memory for recording the target values and a large number of hierarchically arranged computing units. The principle explained in FIG. 21 is used for the row and column treatment for determining the position of the texture region and for classifying the homogeneous edge areas. In the first processing stage, the characteristics of each potential elementary region are determined with the aid of a separate computing unit, which is activated by the central control unit and supplied with the required parameters (e.g. limit values, parameters or type of computing rule). The features obtained from the measured values in the sample memory and the comparison results of the features with the reference values stored in the reference memory are stored in the result memory. Analogous to the first processing stage, there are computing units in the second processing stage above, which - controlled by the control unit - access the results of the computing unit of the first processing stage in the result memory and carry out a further compression according to a possibly different computing method and the resulting characteristic values and those by accessing save the comparison results provided in the reference memory in the results memory. The structure and mode of operation of the third and each further processing stage corresponds to the structure and mode of operation of the second processing stage.

Die Steuereinheit kann auf den Ergebnisspeicher zugreifen, um Vergleichswerte abzufragen und um zusätzliche Kennwerte zu bestimmen. Die Steuereinheit aktiviert jeweils nur die für die zu analysierende Region benötigten Verarbeitungsstufen sowie die benötigten Verarbeitungseinheiten. Liegt beispielsweise eine Texturregion vor, die von 100×100 Meßpunkten abgetastet wird und besitzen die Elementarregionen eine Ausdehnung von je 10×10 Meßpunkten und werden in der zweiten Verarbeitungsstufe die Parameter von jeweils 10×10 Elementarregionen weiter verdichtet, so werden nur die 100 Recheneinheiten der ersten Verarbeitungsstufe aktiviert, die sich auf die betreffenden, den Abtastwerten der Texturregion entsprechenden, Speicherzellen beziehen.The control unit can access the result memory, to query comparison values and additional characteristic values to determine. The control unit only activates the processing stages required for the region to be analyzed as well as the required processing units. Lies For example, a texture region that is 100 × 100 Measuring points are scanned and have the elementary regions an extension of 10 × 10 measuring points each and are in the second processing stage the parameters of 10 × 10 each Elementary regions further compacted, so only the 100 computing units of the first processing level activated, which refer to the relevant, the samples of the texture region corresponding, refer to memory cells.

Der Steuereinheit obliegt auch die Aufgabe der Lagebestimmung und der Lagenormierung. Die Rotationslage kann auch bereits durch die - sofern vorhanden - angesprochene Positioniermarkierung bestimmt sein. Die Lagenormierung entspricht im wesentlichen einer linearen Koordinatentransformation was aus datentechnischer Sicht die Bestimmung von Offsetadressen von Speicherzellen bedeutet. Sind beispielsweise die Meßwerte bzw. die Merkmale in einer Speichermatrix abgelegt, so daß Abtastzeilen bzw. Zeilen von Elementarregionen auf Zeilen der Speichermatrix abgebildet werden, so entspricht die Normierung der Rotationslage der Bestimmung eines Offsetwertes aus der Zeilenadresse, die die Startzeile bzw. die Startzeile von Elementarregionen der Textur aufnimmt. Der Offsetwert kann z. B. die Zeilenadresse selbst oder die laufende Nummer der Zeile sein, beschreibt hier die Verschiebung der tatsächlichen Startzeile von der ersten Zeile des Speichers und wird bei Zugriffen in die Speichermatrix verwendet. Die Transformation kann sich entweder auf den Musterspeicher oder aber den Teil des Ergebnisspeichers beziehen, der die Ergebnisse der ersten Verarbeitungsstufe aufnimmt. Im ersten Fall ist eine genauere Transformation durch erneute Aufteilung in Elementarregionen möglich. Hierzu sind nach der Lagenormierung die Berechnungen der ersten Verarbeitungsstufe erneut durchzuführen.The control unit is also responsible for determining the position and the position normalization. The rotational position can also already addressed by the positioning mark - if available  be determined. The position standardization corresponds essentially a linear coordinate transformation what the determination of Offset addresses of memory cells means. For example the measured values or the characteristics in a memory matrix filed so that scan lines or lines of elementary regions are mapped onto lines of the memory matrix, so the normalization of the rotational position corresponds to the determination an offset value from the line address that is the start line or the starting line of elementary regions of the texture. The offset value can e.g. B. the row address itself or be the serial number of the line, describes the Moving the actual start line from the first Row of memory and is accessed when accessing the memory matrix used. The transformation can affect either the sample memory or the part of the result memory refer to the results of the first processing stage records. In the first case there is a more precise transformation possible by redistribution into elementary regions. For this purpose, the calculations of the first processing stage again.

Die Prägungsregion ist ein Spezialfall der Texturregion. Die Untersuchung von Prägungsregionen wird aufgrund zusätzlicher Information, die vorausgesetzt werden kann, erleichtert bzw. die Qualität der hiermit erzielten Ergebnisse verbessert. So besteht eine Prägungsregion meist aus Schriftzeichen und es wird im allgemeinen eine Farbe verwendet. Der Stift, dessen Abwicklung in Fig. 11 dargestellt ist, besitzt einen Prägungsaufdruck, der zwei Prägungsregionen liefert. Sind alle in einer Prägung verwendeten Schriftzeichen von einem einheitlichen Schrifttyp, so lassen sich schrifttypspezifische Merkmale verwenden. Prägungsregionen setzen sich aus einfacheren Bestandteilen zusammen. Bei feiner Auflösung der Abtastmatrix lassen sich die Bereiche der einfachen Bestandteile dadurch erkennen und trennen, indem z. B. senkrecht zur Schrift liegende Bereiche gesucht werden, die keinen Meßpunkt enthalten, der die Prägungsfarbe der enthält. Es kann davon ausgegangen werden, daß eine Beziehung besteht zwischen mehreren Prägungen, die auf der gleichen Seite eines Stiftes liegen, da diese in einem Arbeitsgang und mit einem Prägestempel hergestellt werden. Liegt von zwei Prägungen die eine etwas weiter rechts, so wird die andere ebenfalls nach rechts verschoben sein. Außerdem wird der Abstand zwischen derartigen Prägungen nur wenig toleranzbehaftet sein.The embossing region is a special case of the texture region. The investigation of embossing regions is facilitated due to additional information that can be assumed, or the quality of the results achieved with it is improved. An embossing region usually consists of characters and a color is generally used. The stylus, the development of which is shown in FIG. 11, has an embossing imprint that provides two embossing regions. If all the characters used in an embossing are of a uniform font, font-specific features can be used. Embossing regions are made up of simpler components. With a fine resolution of the scanning matrix, the areas of the simple components can be recognized and separated by z. B. areas perpendicular to the font are searched that do not contain a measuring point that contains the embossing color. It can be assumed that there is a relationship between several embossings that lie on the same side of a pen, since these are produced in one operation and with an embossing stamp. If two of the embossments are slightly to the right, the other will also be shifted to the right. In addition, the distance between such embossments will have little tolerance.

Eine fehlerhafte, d. h. z. B. verschwommene, Prägung liegt beispielsweise dann vor, wenn das gefundene Schriftzeichen nicht mit dem erwarteten Schriftzeichen übereinstimmt oder ein Trennbereich von zwei Zeichen nicht an der erwarteten Stelle liegt.A faulty, i.e. H. e.g. B. blurred, embossed for example, if the character found does not match the expected character or a separator of two characters does not match the expected one Place.

Ist die Auflösung des Abtastrasters nicht fein genug, um die Bereiche zwischen den einzelnen Zeichen zuverlässig und sicher feststellen zu können, so muß auf die allgemeinen Methoden zur Analyse von Texturregionen (s. oben) zurückgegriffen werden.If the resolution of the scanning grid is not fine enough to match the Areas between each character reliable and To be able to determine with certainty, so must the general Methods for the analysis of texture regions (see above) were used will.

Folgende Vorgehensweise erweist sich bei der Prägungsanalyse als besonders vorteilhaft. Dabei wurde in der Lernphase, wie oben besprochen, die Prägungsregion in Elementarregionen unterteilt. Wie bei den Texturregionen, so wird ebenfalls in der Lernphase eine Region bestimmt, in der die (fehlerfreie) Prägung mit Sicherheit liegt.The following procedure proves itself in the embossing analysis as particularly advantageous. It was in the learning phase how discussed above, the minting region in elementary regions divided. As with the texture regions, also in the learning phase determines a region in which the (error-free) Embossing is certain.

Die Elementarregionen erstrecken sich üblicherweise über die gesamte Breite der Texturregion, müssen aber nicht zwangsweise Rechtecke bilden. So könnte beispielsweise dem Buchstaben A eine rechteck- bzw. trapezförmige Elementarregion zugeordnet sein.The elementary regions usually extend over the entire width of the texture region, but need not necessarily Form rectangles. For example, the letter A is a rectangular or trapezoidal elementary region be assigned.

Spezielle Eigenschaften der Elementarregionen werden in Form von Merkmalen ausgedrückt und in einer Datenstruktur (s. u.) gespeichert. Ein solches Merkmal kann z. B. ein Farbenhistogramm sein. So könnte z. B. jeder Meßwellenlänge angegeben werden, wieviel Prozent der Abtastwerte der Elementarregion einen relativen Intensitätswert von mindestens z. B. 80% besitzen. Ein weiteres, hierfür besonders geeignetes Merkmal gibt an, wie viele benachbarte Meßpunkte der Elementarregion den gleichen Intensitätswert besitzen. Dieses Merkmal stellt eine Meßzahl dar zur Charakterisierung von Linien, ausgefüllten Flächen und geschlossenen Linienzügen. Im Falle des Buchstabens H, dessen Elementarregion z. B. durch das kleinste umschließende Rechteck gegeben ist, besteht dieses Merkmal aus drei Angaben: einer Meßzahl für den Flächenbedarf des Linienzuges sowie zwei Angaben für die Größe des Hintergrundes über und unter dem Balken.Special properties of the elementary regions are in the form of characteristics expressed and in a data structure (see below) saved. Such a feature can e.g. B. a color histogram be. For example, B. each measuring wavelength specified  what percentage of the samples of the elementary region a relative intensity value of at least z. B. 80% have. Another feature that is particularly suitable for this specifies how many neighboring measuring points of the elementary region have the same intensity value. This characteristic represents is a measurement number for the characterization of lines, filled Areas and closed lines. In the case of Letter H, whose elementary region z. B. by the smallest If there is an enclosing rectangle, this will exist Characteristic from three details: a measurement number for the area requirement of the line as well as two details for the size of the Background above and below the bar.

Die Elementarregionen werden unterschieden zwischen ausgefüllten und leeren Elementarregionen. Ausgefüllte Elementarregionen enthalten Prägungsfarbe, während bei leeren Regionen lediglich die Hintergrundfarbe vorhanden ist. So kann beispielsweise der kursive Schriftzug HB aus zwei ausgefüllten Elementarregionen bestehen, die durch die schräg verlaufende leere Elementarregion getrennt sind.The elementary regions are differentiated between filled and empty elementary regions. Filled in elementary regions contain embossing color while empty regions only the background color is present. So can for example the italic lettering HB made up of two filled in Elementary regions exist that are inclined by the empty elementary region are separated.

Die Verarbeitungseinheit zur Prägungsanalyse besteht aus einer Steuereinheit zur Steuerung des Ablaufes, einem Musterspeicher zur Aufnahme der Meßwerte der Region, in der sich die Prägungsregion befinden muß, einem Referenzspeicher zur Aufnahme der Elementarregionenbeschreibung, einer Recheneinheit zur Elementarregionenklassifikation und einer Recheneinheit zur Lagebestimmung der Prägungsregion bzw. Prägungsregion innerhalb der ausgewiesenen Region. Die Einheit zur Lagebestimmung operiert zeilen- bzw. spaltenweise und bestimmt das umhüllende Rechteck der Prägungsregion. Der Aufbau und das Prinzip wurde bereits bei der Lagebestimmung von Texturregionen besprochen. Die Regionenanalyse arbeitet spaltenorientiert und verarbeitet die Spalten der Prägungsregion der Reihe nach. Die Abtastspalten stehen senkrecht zur Längsachse eines Stiftes. Eine vollständige Abtastspalte erstreckt sich somit über den gesamten Umfang eines Stiftes. Beim Abarbeiten der Spalten wird die in der Referenzinformation angegebene Elementarregionenaufteilung berücksichtigt und es werden die in der Referenzinformation für diese Elementarregion angegebenen Kennwerte bestimmt bzw. überprüft. Sind alle Spalten einer Elementarregion abgearbeitet, kann der Steuereinheit für diese Elementarregion ein Teilklassifikationsergebnis zurückgeliefert werden. Liegt eine Fehlstelle vor, bricht die Steuereinheit ab und meldet der darüberliegenden Steuereinheit eine fehlerhafte Prägungsregion zurück. Verlaufen Regionengrenzen schräg, so können gleichzeitig mehrere Elementarregionen in Bearbeitung sein.The processing unit for embossing analysis consists of a control unit for controlling the process, a sample memory to record the measured values of the region in which the embossing region must be located, a reference memory for recording the elementary region description, a computing unit for elementary region classification and one Computing unit for determining the location of the embossing region or Minting region within the designated region. The Position determination unit operates row by row or column and determines the enveloping rectangle of the embossing region. The structure and the principle was already in the orientation discussed by texture regions. The regional analysis works column-oriented and processes the columns of the Mint region in order. The scanning columns are there perpendicular to the longitudinal axis of a pin. A complete The scanning column thus extends over the entire circumference a pen. When processing the columns, the in Elementary region breakdown specified for reference information  are taken into account and those in the reference information determined characteristic values for this elementary region or checked. If all columns of an elementary region have been worked through, can the control unit for this elementary region a partial classification result can be returned. If there is a fault, the control unit stops and reports a faulty control unit above it Mint region back. If regional borders run diagonally, see above can process several elementary regions at the same time be.

88th

Nachfolgend wird ein Beispiel einer Datenstruktur zur Verwaltung der in der Lernphase gewonnenen Referenzdaten erläutert.Below is an example of a data structure for management the reference data obtained in the learning phase.

In der Datenstruktur soll alle Information, die das charakteristische Aussehen betrifft, daß allen Stiften einer Sorte gemeinsam ist, so verwaltet und abgespeichert werden, daß für einen zu untersuchenden Stift möglichst effizient eine "gut"- bzw. "schlecht"-Aussage getroffen werden kann.In the data structure, all information that is characteristic Appearance affects all pens of one sort is common, managed and stored so that for a pen to be examined as efficiently as possible "good" or "bad" statement can be made.

Die Datenstruktur ist für jeden Stifttyp in der Lernphase neu aufzubauen. Die bleibt während der Klassifikationsphase im wesentlichen unverändert. Jedoch sollen in der Klassifikationsphase laufende Verbesserungen der Klassifikationsparameter vorgenommen werden können. Dabei bleibt allerdings die Gestalt der Datenstruktur unverändert.The data structure is in the learning phase for each pen type rebuild. That remains during the classification phase essentially unchanged. However, in the classification phase ongoing improvements to classification parameters can be made. However, this remains the shape of the data structure unchanged.

Der Aufbau des geometrischen Teils der Datenstruktur spiegelt den farblichen Aufbau der Stiftoberfläche wieder. Fig. 11 zeigt die Abwicklung eines sechskantförmigen Minenstiftes mit einer Prägung in weiß. Zusätzlich eingezeichnet ist ein Maßstab, der die Größenverhältnisse des Stiftes wiedergibt. Die Kanten des Stiftes seien schwarz lackiert. Die Grundfarbe sei gelb. Die beiden Skalen am oberen und linken Rand der Abwicklung geben die Lage des Abtastrasters an. Die Lage jeder Abtastzelle bzw. die Stelle des Stiftes, die von dieser Zelle gemessen wird, ist eindeutig durch ein Paar von zwei Zahlen bestimmt. Das Meßzentrum ergibt sich als Schnittpunkt der betreffenden Skalenlinien. Jeder Schnittpunkt von Skalenlinien entspricht einem Meßzentrum; jedes Meßzentrum repräsentiert eine Meßzelle. Die Größe sowie die Gestalt der Meßfläche ist durch die Bauart der Abtastzellen sowie ihrer Anordnung in der Abtastmatrix bedingt. So kann beispielsweise tatsächlich nur der Punkt des Meßzentrums gemessen werden oder aber ein sehr großer runder Bereich, der sich über mehrere Meßzentren erstreckt. Es soll hier vereinfachend davon ausgegangen werden, daß die Meßflächen die gesamte, von der Abtastmatrix überdeckte Stiftoberfläche einnehmen und daß außerdem die Meßflächen disjunkt sind. Diese Voraussetzung wird von den üblichen Meßzellen nur bedingt eingehalten. Vielmehr wird im Normalfall das Meßzentrum am höchsten gewichtet, während der Rand der Meßfläche, der in das Meßergebnis noch signifikant eingeht, sich auf­ grund geringerer Gewichtung nicht exakt feststellen läßt.The structure of the geometric part of the data structure reflects the color structure of the pen surface. Fig. 11 shows the development of a hexagonal pencil with an embossing in white. Also shown is a scale that shows the proportions of the pen. The edges of the pen are painted black. The basic color is yellow. The two scales at the top and left edge of the development indicate the position of the scanning grid. The location of each scan cell, or the location of the stylus measured by that cell, is clearly determined by a pair of two numbers. The measuring center is the intersection of the relevant scale lines. Each intersection of scale lines corresponds to a measuring center; each measuring center represents a measuring cell. The size and the shape of the measuring surface is determined by the design of the scanning cells and their arrangement in the scanning matrix. For example, only the point of the measuring center can actually be measured or a very large round area that extends over several measuring centers. To simplify matters, it should be assumed here that the measuring surfaces occupy the entire pen surface covered by the scanning matrix and that the measuring surfaces are also disjoint. This requirement is only met to a limited extent by the usual measuring cells. Rather, the measuring center is normally weighted highest, while the edge of the measuring surface, which is still significant in the measurement result, cannot be determined exactly due to the lower weighting.

Fig. 12 zeigt eine mögliche Regioneneinteilung, so wie sie in der Lernphase bestimmt worden sein könnte. Analog zu Fig. 11 ist auch hier das Abtastraster eingezeichnet. Die den einzelnen Regionen zugeordneten Zahlen sollen diese eindeutig identifizieren. Die strichliert eingezeichnete und mit "NP" bezeichnete Region stellt die Nullposition (Positioniermarkierung) dar. Sie ist nötig zur Bestimmung der Winkellage des ausgemessenen Stiftes. Da als Beispiel ein sechskantförmiger Stift verwendet wird, wird die Nullposition nicht durch Angabe eines Drehwinkels, sondern lediglich durch eine von sechs stabilen Lagen festgelegt. FIG. 12 shows a possible region division, as it could have been determined in the learning phase. Analogously to FIG. 11, the scanning grid is also shown here. The numbers assigned to the individual regions should clearly identify them. The region shown in broken lines and labeled "NP" represents the zero position (positioning mark). It is necessary to determine the angular position of the measured pen. As a hexagonal pin is used as an example, the zero position is not determined by specifying an angle of rotation, but only by one of six stable positions.

In der Fig. 13 und 13a ist eine mögliche Datenstruktur zur Repräsentation des in der Lernphase ermittelten Wissens angegeben. Die Datenstruktur von Fig. 13 besteht aus vier Informationsblöcken. Die Daten sind angenommen und basieren nicht auf der Auswertung eines bestimmten Stifttypes. Im Block "Allgemeine Information" werden allgemeine Daten verwaltet, wie z. B. die Anzahl der in der Lernphase erkannten Farben, die Anzahl der physikalischen Kanäle, die zur Unterscheidung dieser Farben verwendet werden, die Anzahl der Muster der Lernstichprobe, die Anzahl der Muster, die zur Parameterverbesserung während der Klassifikationsphase beitrugen usw. Aus Effizienzgründen wird die Anzahl der physikalischen Kanäle gewöhnlich gleich der Anzahl der Meßwellenlängen sein (s. Abschnitt 4). Es gibt keine strikten Regeln darüber, welche allgemeine Informationen abgespeichert werden sollte. Jedoch gilt der Grundsatz, je mehr Information abgespeichert wird, desto leichter und schneller kann die benötigte Information berechnet bzw. bereitgestellt werden. So kann beispielsweise für den zu untersuchenden Stifttyp eine Art Typenbezeichnung oder eine Liste von Kenndaten angegeben werden, die z. B. über die Länge, der Form (sechskantförmig, rund, oval) oder die Güte des Stiftes Auskunft gibt. So sind Stifte, die am Ende lackiert sind, üblicherweise teurer als Stifte, die diese Lackierung nicht tragen. So werden unter Umständen an verschiedene Stifttypen unterschiedliche Qualitätsanforderungen gestellt.In the Fig. 13 and 13a a possible data structure for the representation of knowledge determined in the learning phase is provided. The data structure of Fig. 13 consists of four blocks of information. The data are accepted and are not based on the evaluation of a specific pen type. In the "General Information" block, general data is managed, such as B. the number of colors recognized in the learning phase, the number of physical channels that are used to distinguish these colors, the number of patterns of the learning sample, the number of patterns that contributed to parameter improvement during the classification phase, etc. For reasons of efficiency, the The number of physical channels is usually equal to the number of measuring wavelengths (see section 4). There are no strict rules about what general information should be stored. However, the principle applies that the more information is stored, the easier and faster the required information can be calculated or made available. For example, a type of type designation or a list of characteristic data can be specified for the pen type to be examined. B. provides information about the length, shape (hexagonal, round, oval) or the quality of the pen. Pens that are lacquered at the end are usually more expensive than pens that do not have this lacquer finish. Different quality requirements may be placed on different types of pens.

Ein anderer Informationsblock enthält alle nötigen Daten über die vorkommenden und voneinander zu unterscheidenden Farben. In Fig. 13 wurden vier Farben (Meßwellenlängen) zur Farbunterscheidung als ausreichend erachtet. Die Farben sind namentlich ausgewiesen, wobei die Farbbezeichnung lediglich der Übersichtlichkeit halber mit aufgenommen wurde. Tatsächlich sind die Farben dem System nicht mit Namen bekannt, sondern können auch mit Nummern identifiziert werden. Die Farbnamen sind nur dann von Interesse, wenn Information über die untersuchten Stifte der Qualitätssicherung mitgeteilt werden soll. So kann vom System z. B. statistische Information über die Fehlerhäufigkeit sowie die Lage der Fehler in Form von Meßberichten gesammelt und ausgedruckt werden. In diesem Fall können in einer Systemtabelle Farben mit den dazugehörigen charakteristischen Spektralkennlinien abgespeichert werden. Eine gemessene Spektralkennlinie wird der Farbe zugeordnet, deren Spektralkennlinie dieser am nächsten kommt.Another block of information contains all the necessary data about the occurring and distinguishable colors. In Fig. 13, four colors (measurement wavelengths) were considered sufficient for color discrimination. The colors are identified by name, although the color designation has been included for the sake of clarity. In fact, the colors are not known to the system by name, but can also be identified by numbers. The color names are only of interest if information about the examined pencils is to be communicated to quality assurance. So from the system z. B. statistical information on the frequency of errors and the location of the errors in the form of measurement reports can be collected and printed. In this case, colors can be saved in a system table with the associated characteristic spectral characteristics. A measured spectral characteristic is assigned to the color whose spectral characteristic comes closest to this.

In Fig. 13 wird zur Unterscheidung der Farben der Spektralbereich an den vier Stellen 460, 500, 588 und 710 nm ausgemessen. Angegeben ist jeweils der Mittelwert sowie die obere und untere Toleranzgrenze. Möglicherweise liegt in natura keine Schiefverteilung vor, so daß der obere und untere Toleranzwert jeweils gleich ist. Genauere Spektraluntersuchungen werden zeigen, ob sogar eine Normalverteilung angenommen werden kann. Damit hätte man gegebenenfalls die Möglichkeit, die Fehlerrate des Systems kontrolliert einzustellen.In FIG. 13, the spectral range is measured at the four positions 460, 500, 588 and 710 nm to differentiate the colors. The mean value and the upper and lower tolerance limits are given. Possibly there is no misalignment, so that the upper and lower tolerance values are the same. More precise spectral examinations will show whether even a normal distribution can be assumed. This would give you the opportunity to control the error rate of the system in a controlled manner.

Im dritten Block sind die Parameter der Nullposition spezifiziert. So wird angegeben, in welchem Rechteck diese sich mit Sicherheit befinden. Außerdem werden eine oder mehrere Charakteristika dieser Nullposition abgespeichert.The parameters of the zero position are specified in the third block. So it is specified in which rectangle this is with certainty. Also, one or more Characteristics of this zero position are saved.

Im Geometrieblock, der in Fig. 13a dargestellt ist, wird jede Region in je einem Knoten eines Graphen verwaltet, der die Nachbarschafts- und Enthaltenseinbeziehungen der Regionen wiedergibt. Für jede Region werden die Klassifikationsparameter abgespeichert. In Fig. 13a ist dies beispielsweise das Rechteck, in der sich die Region befindet, der Typ der Region usw. Bei Transitionsregionen wird weiterhin die Farbe der betreffenden homogenen Regionen (li=links, re=rechts, o=oben, u=unten, lo=links oben, ro=rechts oben) angegeben sowie eine Zahl, die angibt, über wie viele Abtastzellen sich der Regionenübergang erstreckt (1 bzw. 3 beim Übergang zum unbehandelten Holz an der Spitze). Für Texturregionen wird die Lage der Texturregionen sowie ihre Größe abgespeichert. Zu jeder Farbe ist die Auftretenshäufigkeit und ein Toleranzintervall abgespeichert. Das Schema ließ sich vereinfachen, indem je ein Datensatz für jede verschiedene Region verwaltet wird. In Fig. 13a sind nur zwei verschiedene homogene Regionen vorhanden, es werden aber 12 Datensätze für homogene Regionen abgespeichert. In Fig. 13a wurden einfache Merkmale verwendet. Es können gleichermaßen die im Text angeführten Merkmale oder Kombinationen hiervon eingesetzt werden.In the geometry block, which is shown in Fig. 13a, each region is managed in a respective node of a graph which shows the neighborhood and contain relationships of the regions. The classification parameters are saved for each region. In FIG. 13a, this is, for example, the rectangle in which the region is located, the type of region, etc. In the case of transition regions, the color of the relevant homogeneous regions (left = left, right = right, o = top, u = bottom, lo = top left, ro = top right) and a number indicating the number of scanning cells over which the region transition extends (1 or 3 for the transition to the untreated wood at the top). For texture regions, the location of the texture regions and their size are saved. The frequency of occurrence and a tolerance interval are stored for each color. The scheme could be simplified by managing one record for each different region. In Fig. 13a there are only two different homogeneous regions, but 12 data sets for homogeneous regions are stored. Simple features have been used in Figure 13a. The features mentioned in the text or combinations thereof can be used equally.

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Im folgenden wird die Wissensaquisition erläutert. Einleitend erfolgt eine Kurzbeschreibung der Lernphase. Es wird das Lernen bei homogenen Regionen mit Prägungsregionen betrachtet. Daran schließt sich eine Beschreibung des Lernens bei Texturregionen an. Den Abschluß der Beschreibung der Wissensaquisition bilden Ausführungen zur Bestimmung der Meßwellenlängen sowie zur Wissensanpassung.The knowledge acquisition is explained below. Introductory there is a brief description of the learning phase. It will learning in homogeneous regions with regions of origin considered. This is followed by a description of learning for texture regions. The conclusion of the description the knowledge acquisition form explanations for determining the Measuring wavelengths and for adapting knowledge.

Die Wissensaquisition des Systems erstreckt sich sowohl auf die Lernphase als auch auf die Klassifikationsphase. In der Lernphase müssen anhand einer Stichprobe von Stiften Merkmale zur Klassifikation bestimmt werden, während im Laufe der Klassifikationsphase eine ständige Verbesserung der Merkmale und Anpassung an geänderte Umweltbedingungen vorgenommen wird. Die erste Art der Wissensaufnahme sei hier als Lernen und die andere als Wissensanpassung bezeichnet. Häufig wird eine Lernstichprobe mit fehlerfreien Stiften verwendet, um die Lernphase so einfach wie möglich zu gestalten.The knowledge acquisition of the system extends to both the learning phase as well as the classification phase. In the Learning phase must be based on a sample of pens characteristics to be determined for classification, during the course of Classification phase a constant improvement of the characteristics and adaptation to changed environmental conditions becomes. The first way of acquiring knowledge here is as learning and the other called knowledge adjustment. Frequently a learning sample with flawless pens used to to make the learning phase as easy as possible.

Die Lernphase läßt sich gemäß Fig. 14 strukturieren.The learning phase can be structured according to FIG. 14.

Zunächst wird ein Minenstift der Lernstichprobe abgetastet, wobei die Spektralkennlinie jedes Meßpunktes aufgenommen wird. Zur Zeiteinsparung wird die Spektralkennlinie an beispielsweise 20 Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen ausgemessen.First, a pencil pen of the learning sample is scanned, the spectral characteristic of each measuring point being recorded. To save time, the spectral characteristic is measured, for example, at 20 wavelengths or wavelength ranges.

Eine Verbesserung der Qualität der Merkmale läßt sich erzielen, wenn der Stift mittels der Positioniereinheit in verschiedene Lagen gebracht und nochmals ausgemessen wird. Damit wird der Einfluß der Kennwertestreuung der Abtastzellen reduziert, d. h. es wird letztendlich eine Kalibrierung der Abtastzellen vorgenommen.An improvement in the quality of the features can be achieved  when the pin is in different positions by means of the positioning unit Layers are brought and measured again. The influence of the scattering of the characteristic values of the scanning cells reduced, d. H. it will ultimately be a calibration of the scanning cells.

Nach vorverarbeitenden Maßnahmen, wie z. B. Häufigkeitsauswertungen oder Schwellwertoperationen werden die in Abschnitt 7 diskutierten Klassifikationsmerkmale bestimmt und in einer Datenstruktur (s. Fig. 13, 13a) abgespeichert.After preprocessing measures such. B. Frequency evaluations or threshold value operations, the classification features discussed in section 7 are determined and stored in a data structure (see FIGS. 13, 13a).

Alle restlichen Stifte der Lernstichprobe werden ebenso analysiert, wobei auf die während der Analyse des ersten Stiftes erhaltene Information zurückgegriffen werden kann. Diese weiteren Analysen dienen der Verbesserung der Merkmale und damit der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Klassifikation.All remaining pens of the learning sample will be the same analyzed, being during the analysis of the first Pen received information can be accessed. These further analyzes serve to improve the characteristics and thus increasing the reliability of the classification.

Eine wesentliche, jedoch nicht zwangsläufig nötige, aber dennoch die Qualität verbessernde Hilfestellung wäre gegeben, wenn das System vor der eigentlichen Lernstichprobe zu Kalibrierzwecken Stichproben von einfarbigen Stiften übergeben werden, wobei die Farben ausschließlich Farben der zu untersuchenden Stifteart sind. Damit wäre es verhältnismäßig einfach, die Meßzellen gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der Positioniervorrichtung für jede Farbe vollständig zu kalibrieren und diejenigen Wellenlängen zu bestimmen, die ausreichen, um die einzelnen Farben zuverlässig und schnell voneinander zu unterscheiden. In diesem Fall könnte - basierend auf den bereits bekannten Farben eine zuverlässigere Regioneneinteilung vorgenommen werden.An essential one, but not necessarily necessary, but nonetheless, quality-improving support would be given, if the system before the actual learning sample too Pass samples of single color pens for calibration purposes the colors are only the colors of the examining pen type. It would be proportionate simply, the measuring cells with the help of the Fully calibrate the positioning device for each color and determine those wavelengths that are sufficient around the individual colors reliably and quickly to be distinguished from each other. In this case, could - based on the already known colors a more reliable Region classification can be made.

Der Rechenaufwand in der Lernphase läßt sich bei manchen Stifttypen verkürzen, wenn alle bisher behandelten Stifttypen in einer Datenbank abgespeichert werden. So wird mit dem ersten Stift der Stichprobe festgestellt, ob die Stiftart bereits bekannt ist. Ist dies der Fall, so können die bereits abgespeicherten Merkmale als Vergleichsbasis herangezogen werden. Weichen die Merkmale der neuen Stifteserie nicht von denen der alten Serie ab, so kann die Klassifikationsphase mit den zuverlässigeren alten Klassifikationsparametern gestartet werden. Andernfalls sind durch Mittelung neue Merkmale zu erzeugen. Bei zu starker Abweichung muß hingegen auf die Verwendung der alten Merkmale verzichtet werden.The computing effort in the learning phase can be reduced for some Shorten pen types if all previously discussed pen types stored in a database. So with that first pen in the sample determined whether the pen type is already known. If this is the case, they can already  stored characteristics as a basis for comparison will. Give way to the features of the new pen series not from those of the old series, so the classification phase with the more reliable old classification parameters be started. Otherwise, by averaging to generate new features. If the deviation is too great however, the old characteristics must not be used will.

Sind nur homogene Regionen vorhanden, so kann - nach Ermittlung der diskretisierten Spektralkennlinie jeden Meßpunktes - die Lage und Ausdehnung dieser Regionen mittels Schwellwertoperationen bestimmt werden. Hierfür wird die diskretisierte Spektralkennlinie jeden Meßpunktes mit den Kennlinien seiner Nachbarpunkte verglichen. Überschreiten die Abweichungen einen festgelegten Grenzwert, so wird dort eine Regionengrenze angenommen und es wird in die Datenstruktur eine Transitionsregion eingetragen. Ansonsten befindet man sich innerhalb einer homogenen Region. Das Wissen, das Regionengrenzen nur horizontal bzw. vertikal verlaufen, kann zur Plausibilitätskontrolle der erhaltenen Ergebnisse verwendet werden.If there are only homogeneous regions, then - after determination the discretized spectral characteristic of each measuring point - the location and extent of these regions Threshold operations are determined. For this, the discretized spectral characteristic of each measuring point with the Characteristic curves of its neighboring points compared. Exceed the deviations a fixed limit, so there adopted a regional boundary and it is in the data structure entered a transition region. Otherwise you are within a homogeneous region. The Know that the region borders only horizontally or vertically run, can be used to check the plausibility of the received Results are used.

Zum Vergleich von Spektralkennlinien ist ein Abstandsmaß erforderlich, das angibt, wie unterschiedlich zwei Spektralkennlinien sind. Der Maximalabstand (L-Norm) gibt den maximalen Unterschied zwischen zwei Funktionen an, während sich die Manhattan-Distanz (L₁-Norm) auf ihre mittlere Abweichung bezieht. Die Maximum-Norm gewichtet damit Spitzenabweichungen und unterdrückt kleinere Abweichungen, während der Manhattan-Abstand - zumindest bei vielen Meßwellenlängen - Spitzenunterschiede mit geringer Breite völlig unterdrückt. Hingegen berücksichtigt die Euklidische Norm sowohl die durchschnittliche Abweichung und betont aber auch maximale Unterschiede, da diese quadratisch in die Norm eingehen. Die Euklidische Distanz benötigt Multiplikationen; auf die Wurzelberechnung kann verzichtet werden. Durch die Quadratbildung kann es zu Zahlenüberläufen bei 16-Bit-Zahlen kommen. Um dennoch mit Zahlen dieser Länge arbeiten zu können, bietet sich als Alternative eine Norm an, die den Mittelwert der Maximumnorm und der Manhattan-Distanz bildet.To compare spectral characteristics, a distance measure is required that indicates how different two spectral characteristics are. The maximum distance (L standard) indicates the maximum difference between two functions, while the Manhattan distance (L₁ standard) relates to their mean deviation. The maximum standard thus weights peak deviations and suppresses smaller deviations, while the Manhattan distance - at least for many measuring wavelengths - completely suppresses peak differences with a small width. On the other hand, the Euclidean norm takes into account both the average deviation and also emphasizes maximum differences, since these are squared in the norm. The Euclidean distance requires multiplication; the root calculation can be dispensed with. Squares can overflow 16-bit numbers. In order to be able to work with numbers of this length, a standard is available as an alternative, which forms the mean of the maximum standard and the Manhattan distance.

Der Schwellwert der Norm, der bestimmt, wann zwei Spektralkennlinien gleich oder unterschiedlich sind, wird heuristisch festgelegt. Darüber hinaus ist es möglich, diesen Wert im Verlauf der Analyse anzupassen. Auch ist eine Berechnung des Schwellwertes mit einer Häufigkeitsauswertung auf der Basis des Abstandsmaßes durchführbar. Zu diesem Zweck werden die Abstände von möglichst vielen Spektralkennlinienpaaren berechnet und die Häufigkeit des Auftretens der einzelnen Differenzwerte gezählt. Bei dieser eindimensionalen Häufigkeitsanalyse sollte ein eng begrenzter und sehr dichter Bereich von Werten auftreten, der zwischen 0 und einer zu bestimmenden Zahl x liegt. x kann dann als Schwellwert verwendet werden.The threshold of the norm, which determines when two spectral characteristics are the same or different, heuristic fixed. In addition, it is possible to use this Adjust the value in the course of the analysis. Is also a calculation the threshold value with a frequency evaluation feasible on the basis of the distance dimension. To this The distances from as many spectral characteristic pairs as possible are used calculated and the frequency of occurrence of the individual difference values are counted. With this one-dimensional Frequency analysis should be a narrow and very limited dense range of values occur between 0 and a number x to be determined. x can then be used as a threshold be used.

Ist die Regionenaufteilung vorgenommen, so kann für jede Farbe durch Mittelwertbildung über die Kennlinien der Meßpunkte der betreffenden homogenen Region eine charakteristische Spektralkennlinie bestimmt werden. Jede dieser Spektralkennlinien gibt eine Grundfarbe an. Dabei sollte auch die Spektralkennlinie der Farbe des unbehandelten Holzes vorhanden sein. Aus diesen Kennlinien werden dann diejenigen Wellenlängen bestimmt, die ausreichen, um die einzelnen Farben sicher voneinander zu unterscheiden.Once the regions have been divided, each can Color by averaging over the characteristics of the measuring points a characteristic of the homogeneous region in question Spectral characteristic can be determined. Each of these spectral characteristics specifies a basic color. It should also the spectral characteristic of the color of the untreated wood to be available. These characteristics then become those Wavelengths determined that are sufficient to the individual Differentiate colors from each other safely.

Die beschriebenen Auswertungen müssen zumindest für den ersten Stift der Lernstichprobe erfolgen. Für die restlichen Stifte können diese Auswertungen wiederholt werden. Es kann jedoch auch auf einen Teil der Analysen, wie z. B. der Bestimmung des Schwellwertes oder der Meßwellenlängen, verzichtet werden und man erhält dennoch eine Stabilisierung der Werte der Merkmale. Die Ergebnisse sollten stets mit Hilfe von Plausibilitätskontrollen (z. B. scharfe und gerade Übergänge zwischen den Regionen) auf Richtigkeit überprüft werden. Sollte sich jedoch bei der Analyse des zweiten Stiftes eine signifikante Abweichung herausstellen, so sind alle Auswertungen zu wiederholen und die Ergebnisse mit den Werten des ersten Stiftes zu mitteln. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Lernstichprobe abgearbeitet ist. Eine Kontrollmöglichkeit besteht darin, jeden Stift anhand der bisher bestimmten Information zu klassifizieren.The evaluations described must at least for the first pin of the learning sample. For the rest Pens, these evaluations can be repeated. It can but also on some of the analyzes, such as B. the determination the threshold value or the measuring wavelengths and you still get stabilization the values of the characteristics. The results should always be with  Help with plausibility checks (e.g. sharp and straight Transitions between regions) checked for correctness will. However, should the analysis of the second Point out a significant deviation, so are Repeat all evaluations and the results with the Average values of the first pen. This is how it works long repeated until the learning sample has been processed. One way of checking is to look at each pen classify the previously determined information.

Prägungsregionen nehmen im Normalfall nur einen kleinen Teil (z. B. weniger als 50%) der homogenen Region ein, in der sie liegen, so daß die Prägung aufgrund zu starker Schwankungen der Meßwerte als Fehlstelle und damit als inhomogene Region erkannt und abgegrenzt werden kann. Dies setzt jedoch voraus, daß die Stifte der Lernstichprobe fehlerfrei sind.Marking regions normally only take a small part (e.g. less than 50%) of the homogeneous region in which they are lie, so that the embossing due to excessive fluctuations of the measured values as a defect and thus as an inhomogeneous region can be recognized and delimited. However, this assumes that the pens of the learning sample are error-free.

Man könnte zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung nach durchlaufener Lernphase zusätzlich auch eine negative Stichprobe verwenden. Das System sollte dann dem Benutzer anzeigen, welcher Stift als Ausschuß erkannt wurde sowie gegebenenfalls die Fehlerursache und die Lage des Fehlers.One could check the functionality of the Device also after the learning phase use a negative sample. The system should then show the user which pen is recognized as reject as well as the cause of the error and the location of the mistake.

Die folgenden Absätze beziehen sich auf das Lernen bei Texturregionen. Es wird zunächst die Problemstellung erläutert. Anschließend wird auf vier Lösungsverfahren eingegangen.The following paragraphs relate to learning at Texture regions. The problem is first explained. Then four solution methods are discussed.

Datenreduktion mittels Clusteranalyse,
Geometrisches Lösungsverfahren,
Lösung eines Gleichungssystems sowie
Suche einer linearen unabhängigen Grundmatrix.
Data reduction using cluster analysis,
Geometric solution method,
Solution of a system of equations as well
Search for a linear independent basic matrix.

Die Analyse von Texturregionen gestaltet sich dann problematisch, wenn die Spektralkennlinien der Grundfarben nicht bekannt sind. Diese bilden die Basisinformation für die Lernalgorithmen des Systems.The analysis of texture regions is then problematic, if the spectral characteristics of the primary colors are not  are known. These form the basic information for the System learning algorithms.

Sind nur homogene Regionen vorhanden, die aufgrund der Feinheit der Abtastmatrix aufgelöst werden können, so sind nach der Regionenaufteilung auch die Grundfarben bekannt. Farbgemische, d. h. Pseudofarben, die dann entstehen, wenn die Auflösung des Abtastrasters zu grob ist, kommen nur in den Transitionsregionen vor. Diese werden daher zur Bestimmung der Spektralkennlinien der Grundfarben verworfen. Die Farbe einer Prägung ist mit einfacheren Methoden zu erkennen, da Prägungen aus einer Farbe bestehen und die Grundfarbe der betreffenden homogenen Region bekannt ist.Are there only homogeneous regions that are due to the Fineness of the scanning matrix can be resolved the basic colors are also known according to the regional division. Color mixtures, d. H. Pseudo colors that arise when the resolution of the scanning grid is too coarse, only come in the transition regions. These are therefore used for determination discarded the spectral characteristics of the primary colors. The Color of an embossing can be recognized using simpler methods, because embossments consist of one color and the basic color the homogeneous region in question is known.

Bei Texturregionen kann nicht ohne weiteres festgestellt werden, ob die Spektralkennlinie eines Meßpunktes ein Pseudofarbgemisch aus zwei oder mehr Grundfarben ist, oder ob diese Kennlinie eine Grundfarbe darstellt.Texture regions cannot be easily determined whether the spectral characteristic of a measuring point is a pseudo color mixture is made up of two or more primary colors, or whether this characteristic curve represents a basic color.

Es ist jedoch erforderlich, die Grundfarben eines Stiftes zu bestimmen. Diese besitzen die "extremen" Spektralkennlinien, aus denen die Meßwellenlängen berechnet werden. Zur Verdeutlichung stelle man sich 100 Meßpunkte vor, wobei zwei Grundfarben vorliegen und nur je eine Zelle die Spektralkennlinie der reinen Grundfarbe mißt. Alle anderen 98 Kennlinien besitzen aufgrund der nicht punktförmigen Ausdehnung der Meßflächen verschiedene prozentuale Anteile der beiden Farben. Somit kann es 100 verschiedene Spektralkennlinien geben. Werden diese entsprechend sortiert, so läßt sich ein fließender Übergang von der Spektralkennlinie der einen Farbe in die Spektralkennlinie der anderen Farbe feststellen. Es leuchtet ein, daß die Berechnung der Meßwellenlängen, also, also diejenigen Wellenlängen, die die Unterscheidung der beiden Farben ermöglichen, nur dann zuverlässig sein kann, wenn diese auf den Spektralkennlinien der beiden Grundfarben beruht. Die zu diesen "extremen" Kennlinien gehörenden Grundfarben seien auch Eckfarben genannt. Darüber hinaus gibt es in der Tat auch Grundfarben, die ein Farbgemisch aus Eckfarben sind.However, it is necessary to add the basic colors of a pen determine. These have the "extreme" spectral characteristics, from which the measuring wavelengths are calculated. For clarification imagine 100 measuring points, with two Basic colors are present and only one cell has the spectral characteristic of the pure basic color. All other 98 characteristics have due to the non-punctiform expansion of the measuring surfaces different percentages of the two Colours. It can therefore have 100 different spectral characteristics give. If these are sorted accordingly, one can smooth transition from the spectral characteristic of one Determine color in the spectral characteristic of the other color. It is clear that the calculation of the measuring wavelengths so, those wavelengths that make the distinction of the two colors allow to be reliable only can, if this on the spectral characteristics of the two Primary colors. The to these "extreme" characteristics belonging basic colors are also called corner colors. About that  in addition there are indeed primary colors that are a mixture of colors are from corner colors.

Das Auffinden der Spektralkennlinien ist umso einfacher, je feiner die Auflösung der Abtastmatrix ist. Sind die ersten Stifte der Lernstichprobe in je einer Grundfarbe lackiert, so entfällt dieses Problem.Finding the spectral characteristics is easier, ever the resolution of the scanning matrix is finer. Are the first Pens of the learning sample painted in one basic color each, this eliminates this problem.

Die nachfolgenden Ausführungen befassen sich mit dem Auffinden der Spektralkennlinien der Eckfarben. An dieser Stelle sei die mathematische Formulierung des Problems eingeführt. Es soll nicht mit den kontinuierlichen, sondern mit den diskretisierten Spektralkennlinien gearbeitet werden. Es wird daher auch von Spektralvektoren gesprochen. Dabei wird folgende Notation vereinbart:The following explanations deal with the finding the spectral characteristics of the corner colors. At this Place the mathematical formulation of the problem introduced. It is not meant to be continuous, but rather be worked with the discretized spectral characteristics. Spectral vectors are therefore also spoken of. The following notation is agreed:

M Anzahl der Meßpunkte
N Anzahl der Eckfarben
K Anzahl der Stützstellen der diskretisierten Spektralkennlinien
wi Spektralvektor der i-ten Abtastzelle
wj i j-te Komponente des Spektralverktors der i-ten Abtastzelle
W i Spektralvektor der i-ten Eckfarbe
W j i j-te Komponente des Spektralvektors der i-ten Eckfarbe
M number of measuring points
N number of corner colors
K Number of nodes of the discretized spectral characteristics
w i spectral vector of the i-th scanning cell
w j i j th component of the spectral vector of the i th scanning cell
W i spectral vector of the i-th corner color
W j i j th component of the spectral vector of the i th corner color

Die Problematik sei zunächst anhand von zwei Grundfarben erläutert. Gegeben seien M Meßpunkte und damit M diskretisierte Spektralkennlinien wi (i :=1, . . ., M), die aus je K Meßwerten bestehen. Es sei bekannt, daß nur zwei Grundfarben vorhanden sind. Unter der Voraussetzung, daß die Kennlinie einer Mischfarbe durch lineare Superposition der beiden Grundfarben entsteht, läßt sich jede Kennlinie eines beliebigen Farbgemisches aus diesen zwei Grundfarben als Linearkombination der Spektralkennlinien W¹ und W² darstellen:The problem is first explained using two primary colors. Given M measuring points and thus M discretized spectral characteristics w i (i: = 1,..., M), each consisting of K measured values. It is known that there are only two primary colors. Assuming that the characteristic curve of a mixed color is created by linear superposition of the two primary colors, any characteristic curve of any color mixture of these two primary colors can be represented as a linear combination of the spectral characteristic curves W 1 and W 2:

wi = ti W¹+(1-ti)W²
0<=ti<=1, i :=1, . . .,M (1)
w i = t i W ¹ + (1-t i ) W ²
0 <= t i <= 1, i: = 1,. . ., M (1)

ti gibt an, wieviel Prozent der Meßfläche i die Farbe 1 trägt. Entsprechend besteht die Meßfläche aus (1-ti) 100% der Farbe 2. Die wi als auch die W i sind Vektoren der Länge K. Damit beschreibt (1) mit variablen ti eine Gerade im K-dimensionalen Raum. Die Gerade ist endlich. Ihre Eckpunkte sind W¹ und W². Alle Variablen auf der rechten Seite der Gleichung sind unbekannt. Dies sind M+2K Unbekannte. Insgesamt besteht (1) aus MK Gleichungen. Dabei interessieren lediglich die Vektoren W¹ und W². Mit zwei Grundfarben ist das Problem nur dann lösbar, wenn die Spektralvektoren der Eckfarben in der Menge der Vektoren wi (i :=1, . . . ,M) vorhanden sind. Es gilt, die beiden Spektralvektoren aus dieser Menge herauszufinden.t i indicates what percentage of the measuring surface i is wearing the color 1. Accordingly, the measuring surface consists of (1-t i ) 100% of the color 2. The w i and the W i are vectors of length K. Thus, (1) describes a straight line in K-dimensional space with variable t i . The straight line is finite. Its key points are W ¹ and W ². All variables on the right side of the equation are unknown. These are M + 2K unknowns. Overall, (1) consists of MK equations. Only the vectors W 1 and W 2 are of interest. The problem can only be solved with two primary colors if the spectral vectors of the corner colors are present in the set of vectors w i (i: = 1,..., M). It is important to find out the two spectral vectors from this set.

Sind hingegen N Eckfarben vorhanden, so schreibt sich das Gleichungssystem zuIf, however, there are N corner colors, this is written System of equations too

Die rechte Seite von (2) beschreibt mit variablen tj i eine N-1-dimensionale Hyperebene im K-dimensionalen Raum (vorausgesetzt, daß K<=N). Aufgrund der Bedingung Σtj i=1 ist diese begrenzt.The right side of (2) describes with variables t j i an N-1-dimensional hyperplane in K-dimensional space (provided that K <= N). Due to the condition Σt j i = 1, this is limited.

Im Normalfall sind viele der oben angesprochenen Spektralkennlinien der Abtastpunkte identisch. Dies leuchtet dann ein, wenn man die Anzahl der Abtastpunkte berücksichtigt. So könnte ein Stift z. B. an 5000 Stellen abgetastet werden. Mehrfach auftretende Spektralkennlinien werden die Ergebnisse der nachfolgend beschriebenen Algorithmen nicht verbessern, sondern eher durch zusätzlich auftretende Rundungsfehler verschlechtern. Deshalb ist - nicht zuletzt aus Zeitgründen - eine Reduktion des Datenaufkommens erforderlich.Normally, many of the spectral characteristics mentioned above are of the sampling points are identical. This then lights up if you take into account the number of sampling points. So could a pen z. B. can be scanned at 5000 points. The results are multiple spectral characteristics of the algorithms described below, but rather due to additional rounding errors worsen. That is why - not least  Time constraints - a reduction in data volume required.

Es sei hier ein Verfahren angegeben, das Gruppen von gleichen oder nahezu gleichen Spektralkennlinien zu einer mittleren Spektralkennlinie zusammenfaßt. Gegebenenfalls wird noch die Anzahl der Kennlinien vermerkt, die zu einem solchen Häufungspunkt gehören. Ein Abstandsmaß, daß die Abweichung zwischen zwei Kennlinien feststellen läßt, wurde in der Diskussion des Lernens bei homogenen Regionen angeführt.A method is given here that groups of the same or almost identical spectral characteristics to a medium one Summarized spectral characteristic. If necessary still noted the number of characteristic curves leading to such a Belong to cluster point. A distance measure that the deviation between two characteristics was determined in the discussion of learning in homogeneous regions.

Das Verfahren zur Häufigkeitsanalyse von Spektralkennlinien baut einen K-dimensionalen Adjazenzgraphen auf. Jeder Knoten des Graphen entspricht einem Häufungsgebiet. Jeder Knoten bzw. jedes Häufungsgebiet verweist auf diejenigen Häufungsgebiete, die in direkter Nachbarschaft liegen. Zusätzlich zu der Mächtigkeit des Häufungsgebietes wird der Abstand zu diesen Nachbargebieten in den Knoten eingetragen.The procedure for frequency analysis of spectral characteristics builds a K-dimensional adjacency graph. Every knot of the graph corresponds to an accumulation area. Every knot or each cluster area refers to those cluster areas, that are in the immediate vicinity. In addition to The distance becomes the thickness of the cluster area these neighboring areas in the node.

Für eine neu hinzugekommende diskretisierte Spektralkennlinie wird derjenige Knoten des Adjazenzgraphen gesucht, dessen Spektralvektor dem neuen am nächsten kommt. Unterschreitet die Abweichung der beiden diskretisierten Kennlinien eine vorgegebene Größe, so wird der Vektor diesem Knoten zugeordnet. Dabei wird durch Mittelung mit entsprechender Gewichtung eine neue Gesamtkennlinie bestimmt und die Anzahl der zu diesem Knoten gehörenden Vektoren korrigiert. Ferner müssen die Abstände zu den Nachbarknoten angepaßt werden. Ist der Abstand des Spektralvektors von dem ermittelten Knoten hingegen zu groß, so wird ein neuer Knoten eingetragen.For a newly added discretized spectral characteristic the node of the adjacency graph is searched for whose Spectral vector comes closest to the new one. Falls short the difference between the two discretized characteristics given size, the vector is assigned to this node. This is done by averaging with appropriate weighting determined a new overall characteristic and the number of corrected vectors belonging to this node. Further the distances to the neighboring nodes must be adjusted. Is the distance of the spectral vector from that determined If the knot is too large, a new knot is entered.

Nachfolgend wird ein geometrisches Lösungsverfahren beschrieben.A geometric solution method is described below.

Wie einführend zum Lernen bei Texturregionen erläutert, so beschreibt die rechte Seite von Gleichung (2) eine N-1- dimensionale Hyperebene im K-dimensionalen Raum. Diese Ebene ist wiederum durch N-2-dimensionale Hyperebenen begrenzt. Die Schnittpunkte von je N-1 solcher Ebenen, also die Eckpunkte der N-1-dimensionalen Hyperebene, sind die gesuchten Vektoren. Diese sind die Spektralvektoren der Grundfarben. In anderen Worten, die Eckpunkte zeichnen sich dadurch aus, daß alle bis auf ein tj i in (2) zu Null werden.As explained in the introduction to learning in texture regions, the right-hand side of equation (2) describes an N-1-dimensional hyperplane in K-dimensional space. This level is in turn limited by N-2 dimensional hyperplanes. The intersections of N-1 such planes, ie the corner points of the N-1-dimensional hyperplane, are the vectors sought. These are the spectral vectors of the primary colors. In other words, the corner points are characterized in that all but a t j i in (2) become zero.

Fig. 15 zeigt die diskretisierten Spektralkennlinien von möglichen Meßpunkten, wobei die Spektralkennlinien an 3 Wellenlängen ausgemessen werden. Die Kennlinien werden durch Punkte repräsentiert. Dabei sind keine Meßpunkte vorhanden, deren Meßfläche genau eine Eckfarbe beinhaltet. Im folgenden soll gezeigt werden, daß dennoch die Spektralkennlinie der Grundfarbe ermittelt werden kann. Es ist ferner die durch (2) mit variablen tj i beschriebene 2-dimensionale Ebene dargestellt. Gemäß Fig. 15 gibt es drei Eckfarben. Aus Darstellungsgründen sind die Spektralvektoren der Eckfarben orthogonal, d. h. ihre Spektralkennlinien sind so scharf ausgebildet, daß jede dieser Kennlinien in genau einer Meßwellenlänge eine von Null verschiedene Intensitätskomponente besitzt. In der Regel sind die Spektralvektoren der Grundfarben zwar nicht orthogonal, jedoch bis auf einige Ausnahmen linear unabhängig. Die Meßwellenlängen sind natürlich so zu wählen, daß diese jede der drei Spektralkennlinien bestmöglich approximieren und außerdem die drei Grundfarben mit der höchsten Erfolgswahrscheinlichkeit voneinander unterscheiden. In Fig. 15 wird weiterhin vorausgesetzt, daß die einzelnen Vektoren normiert sind. Fig. 15 shows the spectral characteristics of possible discretized points of measurement, the spectral characteristics are measured on 3 wavelengths. The characteristic curves are represented by points. There are no measuring points whose measuring surface contains exactly one corner color. In the following it should be shown that the spectral characteristic of the basic color can still be determined. The two-dimensional plane described by (2) with variable t j i is also shown. Referring to FIG. 15, there are three corner colors. For the sake of illustration, the spectral vectors of the corner colors are orthogonal, ie their spectral characteristics are so sharp that each of these characteristics has a non-zero intensity component in exactly one measuring wavelength. As a rule, the spectral vectors of the primary colors are not orthogonal, but with a few exceptions they are linearly independent. The measuring wavelengths must of course be chosen so that they approximate each of the three spectral characteristics as well as possible and also distinguish the three primary colors with the highest probability of success. In Fig. 15 it is further assumed that the individual vectors are normalized.

Die Spektralkennlinien sollten aufgrund der Bedingungen Σtj i=1 von (2) in einer Ebene liegen. Tatsächlich wird dies nicht immer der Fall sein, was auf Rundungs- und Meßfehler zurückzuführen ist.The spectral characteristics should lie in one plane due to the conditions Σt j i = 1 of (2). In fact, this will not always be the case, which is due to rounding and measurement errors.

Die Kanten der durch die Spektralvektoren aufgespannten Ebene bestehen aus Spektralvektoren, die sich aus der Mischung der betreffenden zwei Eckfarben ergeben. Im Inneren befindliche Vektoren sind Farbgemische aus allen drei Eckfarben, d. h. Linearkombinationen ihrer Spektralvektoren.The edges of the spanned by the spectral vectors Level consist of spectral vectors that are made up of the mixture  of the relevant two corner colors. Internally vectors are color mixtures of all three corner colors, d. H. Linear combinations of their spectral vectors.

Von den Grundfarben ist weder bekannt, wie viele es sind, noch wie ihre Spektralkennlinien aussehen. Jedoch sind die Eckvektoren der aufgespannten Ebene die Spektralvektoren der Eckfarben. Somit ist die Anzahl dieser Eckvektoren die Anzahl der Eckfarben.It is not known how many of the basic colors there are, still look like their spectral characteristics. However, they are Corner vectors of the spanned plane are the spectral vectors of the Corner colors. Hence the number of these corner vectors is Number of corner colors.

Das Verfahren zur Bestimmung der Eckpunkte läuft derart ab, daß zunächst die konvexe Hülle der Spektralvektorenmenge berechnet wird. Diesen Schritt zeigt Fig. 16. Wird die Menge der Spektralvektoren mit der Clusteranalyse (s. o.) vorverarbeitet, so kann die Bestimmung der konvexen Hülle mittels des dort besprochenen Graphen unterstützt werden.The procedure for determining the corner points is such that the convex hull of the spectral vector set is first calculated. This step is shown in FIG. 16. If the set of spectral vectors is pre-processed with the cluster analysis (see above), the determination of the convex envelope can be supported by means of the graph discussed there.

Alle Vektoren, die nicht zur konvexen Hülle gehören, werden verworfen. Mit den verbleibenden Vektoren wird eine lineare Interpolation durchgeführt, wobei lediglich ein gewisser Approximationsfehler toleriert wird. Für diese Approximation werden zuerst zwei auf der konvexen Hülle benachbarte Spektralvektoren herausgenommen und eine Gerade durch diese beiden Punkte gelegt. Überschreitet der Approximationsfehler zu einem ihrer Nachbarpunkte eine festgelegte Schranke, so wurde eine Gerade gefunden. Andererseits wird die Interpolationsgerade durch diese drei Punkte bestimmt und das Verfahren iterativ fortgesetzt. Das Ergebnis dieser Glättungsoperation auf der konvexen Hülle zeigt Fig. 17.All vectors that do not belong to the convex hull are discarded. A linear interpolation is carried out with the remaining vectors, only a certain approximation error being tolerated. For this approximation, two spectral vectors neighboring on the convex hull are first taken out and a straight line is put through these two points. If the approximation error to one of its neighboring points exceeds a defined limit, a straight line was found. On the other hand, the interpolation line is determined by these three points and the process is continued iteratively. The result of this smoothing operation on the convex hull is shown in Fig. 17.

Die approximierte konvexe Hülle von Fig. 17 besteht nunmehr aus 6 Geraden. Im nächsten Schritt werden diejenigen Geraden eliminiert, deren Längen im Vergleich zu den größeren Geraden klein ist. Die verbleibenden Geraden werden miteinander geschnitten. Diese Geraden begrenzen die berechnete, von den Spektralvektoren aufgespannte Ebene und ihre Schnittpunkte werden als die Spektralvektoren der Eckfarben angenommen. The approximate convex hull of Fig. 17 now consists of 6 straight lines. In the next step, those lines are eliminated whose lengths are small compared to the larger lines. The remaining straight lines are cut together. These lines limit the calculated plane spanned by the spectral vectors and their intersections are assumed to be the spectral vectors of the corner colors.

Im Beispiel von Fig. 15 sind nur drei Meßwellenlängen vorhanden. Es sollte jedoch so viele Meßwellenlängen verwendet werden, um die Spektralkennlinien der Abtastpunkte mit geringem Informationsverlust wiederzugeben (Abtasttheorem). Damit erhöht sich der Rechenaufwand. Insbesondere sind bei mehr als drei Eckfarben keine Geraden, sondern Ebenen bzw. Hyperebenen zu approximieren. Die diskretisierten Spektralkennlinien der Eckfarben können dann nicht exakt berechnet werden, wenn keine oder nur ungenügend Spektralvektoren am Rand der tatsächlichen Hyperebene liegen.In the example of FIG. 15 there are only three measuring wavelengths. However, so many measuring wavelengths should be used to reproduce the spectral characteristics of the sampling points with little information loss (sampling theorem). This increases the computing effort. In particular, if there are more than three corner colors, it is not straight lines, but planes or hyperplanes that should be approximated. The discretized spectral characteristics of the corner colors cannot be calculated exactly if there are no or only insufficient spectral vectors at the edge of the actual hyperplane.

Darüber hinaus kann der Stift auch in Farben lackiert sein, die Mischfarben aus den oben berechneten Eckfarben sind. Somit ergibt sich die Spektralkennlinie solcher Grundfarben als Superposition von Spektralkennlinien der Eckfarben. Daher lassen sich diese Grundfarben nicht von den Pseudofarben unterscheiden, die entstehen, weil mehr Gebiete von Grundfarben in einer Meßfläche liegen.In addition, the pen can also be painted in colors, are the mixed colors from the corner colors calculated above. This results in the spectral characteristic of such primary colors as the superposition of spectral characteristics of the corner colors. Therefore, these primary colors cannot be derived from the pseudo colors distinguish that arise because more areas of primary colors lie in a measuring surface.

Einen Hinweis auf solche "inneren" Grundfarben erhält man mit einer Häufigkeitsanalyse (s. o.). Wird ein eng beieinanderliegender Punkthaufen nachgewiesen, so kann angenommen werden, daß die Vektoren dieses Häufungsgebietes eine Grundfarbe repräsentieren. Dies setzt voraus, daß diese Spektralvektoren nicht zu Transitionsregionen gehören. Derartige Spektralvektoren sollten ohnehin von der Häufigkeitsanalyse ausgeschlossen werden. Außerdem wird es kaum nötig sein, das hier ausgesprochene Verfahren auf Minenstifte anzuwenden, die nur aus homogenen Regionen bestehen. Es ist vielmehr für Texturregionen zu verwenden. Gemäß obriger Überlegungen wird der Punkthaufen von Fig. 15 einer Grundfarbe zugeordnet.A reference to such "inner" primary colors can be obtained with a frequency analysis (see above). If a closely spaced cluster of points is detected, it can be assumed that the vectors of this cluster represent a basic color. This presupposes that these spectral vectors do not belong to transition regions. Such spectral vectors should be excluded from the frequency analysis anyway. In addition, it will hardly be necessary to apply the method mentioned here to mine pencils that only consist of homogeneous regions. Rather, it is to be used for texture regions. According to the above considerations, the dot cluster from FIG. 15 is assigned to a basic color.

Als weitere Alternative wird nachfolgend die Lösung eines Gleichungssystems gezeigt.As a further alternative, the solution to a System of equations shown.

Die Bestimmungsgleichung (2) für die wi (i :=1, . . . ,M) stellt ein Gleichungssystem mit M Gleichungen dar. Da die W i Vektoren der Länge K sind, besteht jede Gleichung aus K Einzelgleichungen. Somit liegen insgesamt KM Gleichungen vor. Die N Vektoren W i (i :=1, . . . ,M) sowie tj i sind unbekannt. Wegen der Bedingungen Σ tj i=1 sind dies (N-1)M Unbekannte. Somit enthält das Gleichungssystem insgesamt NK +(N-1)M Unbekannte bei KM Gleichungen. Ist die Bedingung KM <NK+(N-1)K erfüllt, so ist das Gleichungssystem überbestimmt, sofern nicht linear abhängige Gleichungen vorkommen.The determination equation (2) for the w i (i: = 1,..., M) represents a system of equations with M equations. Since the W i are vectors of length K, each equation consists of K individual equations. Thus there are a total of KM equations. The N vectors W i (i: = 1, ... , M) and t j i are unknown. Because of the conditions Σ t j i = 1 these are (N-1) M unknowns. The system of equations thus contains a total of NK + (N-1) M unknowns in KM equations. If the condition KM <NK + (N-1) K is fulfilled, the system of equations is overdetermined, unless linearly dependent equations occur.

Da alle unbekannten Variablen auf einer Seite des Gleichungssystems liegen, ist dieses nicht explizit lösbar. Durch geschickte Umformungen kann es in eine Form gebracht werden, so daß das lineare Approximationsproblem eine iterative Lösung gestattet.Because all unknown variables on one side of the system of equations are not explicitly solvable. By skillful reshaping it can be brought into a shape so that the linear approximation problem is an iterative Solution allowed.

Das Gleichungssystem ist praktisch nicht zu lösen, wenn nicht die Spektralvektormenge vorher mit Hilfe der Clusteranalyse entscheidend reduziert wurde.The system of equations is practically impossible to solve, though not the spectral vector set beforehand using cluster analysis was significantly reduced.

Es sit jedoch zu erwarten, daß die Matrix dieses Gleichungssystems schlecht konditioniert ist, so daß nicht immer eine Lösung existiert. Als Beispiel betrachtet man den Fall für zwei Grundfarben. Für K=2 Stützstellen und vier Spektralvektoren sollte dies lösbar sein. Tatsächlich ist dieses Gleichungssystem stets unlösbar.However, it is expected that the matrix of this system of equations is poorly conditioned, so not always one Solution exists. Consider the case for two basic colors. For K = 2 nodes and four spectral vectors this should be solvable. In fact, this system of equations always unsolvable.

Hingegen würde das vorgeschlagene geometrische Verfahren auch hier eine Lösung finden. Wegen der Bildung der konvexen Hülle werden die Spektralvektoren ausgewählt, die den größten Abstand zueinander besitzen. Das geometrische Verfahren hat den Vorteil, daß sein Ergebnis durch Kombination des theoretischen Ansatzes mit heurischen Überlegungen entscheidend verbessert und stabilisiert werden kann. Es ist zu erwarten, daß die Lösung des Gleichungssystems - falls dies überhaupt lösbar ist - aus den Spektralvektoren besteht, die den Rand der konvexen Hülle bilden. Diese werden im geometrischen Verfahren im ersten Schritt mit vermutlich weniger Aufwand berechnet.In contrast, the proposed geometric method would find a solution here too. Because of the formation of the convex The spectral vectors that are the largest are selected Distance from each other. The geometric process has the advantage that its result by combining the theoretical approach with heuric considerations crucial can be improved and stabilized. It's closed expect the solution to the system of equations - if so is at all solvable - consists of the spectral vectors that form the edge of the convex hull. These are geometric First step procedure with probably less  Effort calculated.

Weiterhin lassen sich, wie nachfolgend erläutert, die Spektralvektoren der Eckfarben mit Hilfe einer linear unabhängige Grundmatrix beschreiben.Furthermore, as explained below, the spectral vectors can be of the corner colors using a linear independent Describe the basic matrix.

Wie bereits erwähnt, so sind alle Spektralvektoren als Linearkombination der Spektralvektoren der Grundfarben (d. h. der Eckfarben) darstellbar. Die Spektralkennlinie einer Eckfarbe ergibt sich jedoch nicht durch Superposition der Spektralkennlinien der restlichen Grundfarben.As already mentioned, all spectral vectors are as Linear combination of the spectral vectors of the primary colors (i.e. of the corner colors). The spectral characteristic of a However, corner color does not result from the superposition of the Spectral characteristics of the remaining primary colors.

Damit reduziert sich das Auffinden von Spektralvektoren von Eckfarben auf die Bestimmung einer linear unbahängigen Grundmatrix. Alle Vektoren dieser Matrix sind die Spektralvektoren der gesuchten Eckfarben.This reduces the finding of spectral vectors from Corner colors on determining a linear independent Basic matrix. All vectors of this matrix are the spectral vectors the desired corner colors.

Das Verfahren könnte derart ablaufen, daß zunächst aus der mit Hilfe der Clusteranalyse reduzierten Menge von Spektralvektoren zwei Vektoren ausgewählt werden, die den größten Abstand zueinander aufweisen. Nun wird aus dieser Menge ein weiterer Spektralvektor ausgewählt und überprüft, ob alle drei Vektoren linear unabhängig sind. Ist dies der Fall, so wird dieser in die Menge der Spektralvektoren der potentiellen Eckfarben aufgenommen. Lineare Abhängigkeit läßt sich mit der Determinante nachweisen, die dann Null - oder zumindest fast Null - ist. Sei bereits eine Menge von solchen linear unabhängigen Vektoren vorhanden. Ein neu hinzukommender Vektor, der linear unabhängig von allen anderen Vektoren dieser Menge ist, wird der Menge hinzugefügt. Ist dieser Vektor jedoch linear abhängig, so werden diejenigen Vektoren bestimmt, deren Linearkombination diesen Vektor ergibt. Es besteht die Möglichkeit, daß dieser Vektor sich besser als Vektor einer Eckfarbe eignet als ein anderer, der bereits als Vektor einer potentiellen Eckfarbe erkannt wurde. In diesem Fall ist ein Austauschschritt erforderlich. Ein Vektor ist dann besser geeignet, wenn dieser näher an einer Ecke der tatsächlich aufgespannten und bislang unbekannten Ebene liegt als alle anderen. Dies bedeutet dann auch, daß dieser Vektor außerhalb der konvexen Hülle der Vektoren der ausgewählten Menge liegt. Damit müssen einer oder auch mehrere Koeffizienten der Linearkombinationen negativ sein. Der neue Vektor wird mit dem Vektor ausgetauscht, dessen Koeffizient den negativen Wert aufweist. Alle Vektoren, die zu diesem neuen Vektor linear unabhängig sind, besitzen eine Koeffizienten, der nahezu Null ist.The procedure could be such that initially from the with the help of cluster analysis reduced amount of spectral vectors two vectors are selected, the largest Distance from each other. Now this crowd becomes selected another spectral vector and checked whether all three vectors are linearly independent. Is this the Case, this is included in the set of spectral vectors potential corner colors added. Linear dependency can be demonstrated with the determinant, which is then zero - or at least almost zero - is. Already be a lot of such linearly independent vectors. A new one added vector that is linear independent of all other vectors of this set is added to the set. However, if this vector is linearly dependent, then determines those vectors whose linear combination this Vector results. There is a possibility that this vector works better as a vector of one corner color than another, which is already a vector of a potential corner color was recognized. In this case there is an exchange step required. A vector is more appropriate if  this closer to a corner of the actually stretched and hitherto unknown level lies than any other. This then also means that this vector is outside the convex Envelope of the vectors of the selected set lies. In order to must have one or more coefficients of the linear combinations be negative. The new vector becomes the vector exchanged, the coefficient of which has the negative value. All vectors related to this new vector are linear are independent, have a coefficient that is almost Is zero.

Dieses Verfahren ist besonders dann geeignet, wenn davon ausgegangen werden kann, daß die Spektralvektoren der Eckfarben in der Menge der Spektralvektoren der Meßpunkte enthalten sind.This method is particularly suitable if of them it can be assumed that the spectral vectors of the corner colors in the set of spectral vectors of the measuring points are included.

Basierend auf den Spektralkennlinien der auf einem Stift vorkommenden Grundfarben müssen die Wellenlängen bestimmt werden, die ausreichen, um alle Spektralkennlinien sicher und zuverlässig voneinander unterscheiden zu können. Am einfachsten wäre es, die kompletten, d. h. die diskretisierten, Spektralkennlinien zum Vergleich heranzuziehen. Allerdings resultiert dies in einem unzumutbaren Zeitaufwand beim Ausmessen der Kennlinien der einzelnen Meßpunkte sowie bei der Klassifikation. Eine Einschränkung auf bestimmte Wellenlängen ist deshalb möglich, weil manche Stützstellen der Kennlinien sehr wenig zu einer Unterscheidung der Kennlinien voneinander beitragen. Andere Stützstellen wiederum haben wesentlichen Anteil an ihrer Unterscheidung.Based on the spectral characteristics of a pen occurring basic colors must determine the wavelengths that are sufficient to ensure all spectral characteristics and to be able to reliably differentiate from one another. At the the simplest would be to complete the H. the discretized, Use spectral characteristics for comparison. Indeed this results in an unreasonable expenditure of time when measuring the characteristics of the individual measuring points as well in the classification. A restriction to certain Wavelengths are possible because some support points of the characteristics very little to differentiate the characteristics contribute from each other. Other support points in turn have a significant part in their distinction.

Die Auswahl der Meßwellenlängen ist von entscheidender Bedeutung. So beeinflußt die Anzahl der Meßwellenlängen die Rechenzeit. Weiterhin hat die Lage der Meßwellenlängen maßgebliche Auswirkung auf die Zuverlässigkeit der Klassifikation und damit auf die Fehlerwahrscheinlichkeit des Systems. The selection of the measuring wavelengths is of crucial importance Importance. So the number of measuring wavelengths influences the Computing time. Furthermore, the position of the measuring wavelengths significant impact on the reliability of the classification and thus on the probability of failure of the system.  

Es ist also eine Optimierungsaufgabe zu lösen, wobei ein Gütekriterium - die Zuverlässigkeit - in Abhängigkeit von der Anzahl der Meßwellenlängen und ihrer Lage optimiert wird. Gegebenenfalls wird die Zuverlässigkeit für eine feste Anzahl von Meßwellenlängen als Funktion der Lage optimiert und - basierend auf dem Gütekriterium bzw. einer Kostenfunktion - eine noch erträgliche Anzahl von Meßwellenlängen ausgewählt. Es ist weiterhin zu untersuchen, inwieweit es nötig ist, eine Menge von Meßwellenlängen anzugeben, die jede Spektralkennlinie von allen anderen zu unterscheiden hilft, oder ob für jede Kombination von Spektralkennlinien eine eigene Menge von Meßwellenlängen zu bestimmen ist.So there is an optimization problem to solve, with a Quality criterion - the reliability - depending on optimized the number of measuring wavelengths and their location becomes. If necessary, the reliability for a fixed Number of measuring wavelengths optimized as a function of the position and - based on the quality criterion or a cost function - a tolerable number of measuring wavelengths selected. It remains to be examined to what extent it is necessary to specify a set of measuring wavelengths that distinguish each spectral characteristic from all others helps, or whether for any combination of spectral characteristics a separate set of measuring wavelengths is to be determined.

Das Auswahlverfahren dürfte grundsätzlich aus zwei Stufen bestehen. Im ersten Schritt wird eine Menge von in Frage kommenden Meßwellenlängen ausgewählt, die im zweiten Schritt aufgrund eines Gütekriteriums reduziert wird.The selection process should basically consist of two stages consist. The first step is a lot of out of the question upcoming measuring wavelengths selected in the second step is reduced based on a quality criterion.

Am einfachsten gestaltet sich die Auswahl in der ersten Stufe, wenn alle Extremata der Spektralvektoren der Grundfarben bestimmt werden. Die potentiellen Meßwellenlängen sind dann alle Wellenlängen, bei denen mindestens eine Spektralkennlinie ein lokales Minimum bzw. ein lokales oder globales Maximum besitzt.The easiest choice is the first Level when all extrema of the spectral vectors of the primary colors be determined. The potential measuring wavelengths are then all wavelengths at which at least one Spectral characteristic a local minimum or a local or global maximum.

Ein besseres Ergebnis wird vermutlich dann geliefert, wenn man statt dessen für alle Paare von Spektralkennlinien die Differenzfunktion bestimmt und als potentielle Meßwellenlängen diejenigen auswählt, bei denen mindestens eine Differenzfunktion ein Extremum besitzt. Die hierbei entstehende Menge von Wellenlängen dürfte größer als die des oben angesprochenen Verfahrens sein.A better result will probably be delivered if instead, the for all pairs of spectral characteristics Difference function determined and as potential measuring wavelengths selects those with at least one difference function has an extremum. The resulting one The amount of wavelengths should be larger than that mentioned above Procedure.

Zur Verringerung der Anzahl der Wellenlängen in der zweiten Stufe ist zunächst ein Zuverlässigkeits- oder Wirksamkeitsmaß anzugeben. So könnte für jede Wellenlänge eine zweidimensionale Matrix, bestehend aus G×G Elementen, belegt werden. G ist die Anzahl der Grundfarben. Das ÿ-te Feldelement nimmt die Differenz auf, die i-te und j-te Spektralkennlinie oder auch Spektralvektor an der Stelle dieser Wellenlänge besitzt. Sind K Wellenlängen vorhanden, so gibt es K solcher Matrizen. Die Wirksamkeit einer Wellenlänge wird danach beurteilt, wie viele ihrer Matrixelemente einen oberen Grenzwert überschreiten und nach der Anzahl der Wellenlängen, die zur Unterscheidung einer Spektralkennlinie von allen anderen beitragen. Es ist nicht sinnvoll, die Wellenlängen auszuwählen, die zwar eine bestimmte Spektralkennlinie sehr wirksam von allen anderen unterscheiden lassen, dafür andere Spektralkennlinien mit ihrer Hilfe überhaupt nicht voneinander unterschieden werden können. Sinn und Zweck der Bewertung ist eine Minimierung der Fehlerwahrscheinlichkeit. Es kann daher auch zweckmäßig sein, in das Gütekriterium die Auftretenswahrscheinlichkeit der Grundfarben mit aufzunehmen.To reduce the number of wavelengths in the second Level is initially a measure of reliability or effectiveness specify. This could be a two-dimensional one for each wavelength Matrix, consisting of G × G elements, occupied  will. G is the number of primary colors. The ÿth field element records the difference, the i-th and j-th spectral characteristics or spectral vector at the point of this Has wavelength. If there are K wavelengths, then there are there K such matrices. The effectiveness of a wavelength is judged by how many of its matrix elements one exceed the upper limit and according to the number of Wavelengths used to distinguish a spectral characteristic from everyone else. It doesn't make sense that Select wavelengths that have a specific spectral characteristic differentiate very effectively from all others let other spectral characteristics with their help cannot be distinguished from each other at all. The purpose of the evaluation is to minimize the probability of errors. It can therefore also be useful in the quality criterion the probability of occurrence of the Include primary colors.

Neben heuristischen Verfahren läßt sich das Problem formal beschreiben und lösen. Insbesondere kann auch ein wahrscheinlichkeitstheoretischer Ansatz zum Ziel führen.In addition to heuristic procedures, the problem can be solved formally describe and solve. In particular, a lead probabilistic approach to the goal.

Die Wissensanpassung erstreckt sich auf die ständige Verbesserung der Klassifikationsparameter während der Klassifikationsphase. So können die statistischen Parameter der Meßwellenlängen laufend angepaßt werden. Hierfür eignet sich die gleitende Mittelwertberechnung. Dabei muß aus Stabilitätsgründen natürlich der neue Wert schwächer gewichtet werden als der bisherige Wert.Knowledge adjustment extends to continuous improvement the classification parameters during the classification phase. So the statistical parameters of the measuring wavelengths be continuously adjusted. It is suitable for this the moving average calculation. For stability reasons of course the new value is weighted less are considered the previous value.

Die Verbesserung könnte nach Klassifikation eines jeden Stiftes erfolgen. Jedoch soll sich der mit der Wissensanpassung verbundene Zeitaufwand nur gering auf die Durchlaufzeit des Systems auswirken. Es sollte ausreichend sein, nach einigen Klassifikationen immer nur einige Parameter anzugleichen. The improvement could be classified by everyone Pen. However, the one with the knowledge adjustment associated time expenditure only slightly on the lead time of the system. It should be enough after to only match some parameters in some classifications.  

Problematisch gestaltet sich die Verbesserung der Merkmale, also der Meßwellenlängen. Dies ist dann nötig, wenn davon ausgegangen werden muß, daß sich der Ton der Grundfarben oder auch beispielsweise die Intensität der Prägung (z. B. die Eindrucktiefe) im Laufe der Zeit verändern. Zu diesem Zweck müssen die Meßwellenlängen mit der Beleuchtungseinheit neu eingestellt werden. Es müssen weiterhin Algorithmen der Lernphase - oder zumindest komplexe Rechungen - aufgerufen werden. Damit wird es nötig sein, die Klassifikationsphase zu unterbrechen und eine Lernphase einzuschalten.Improving the features is problematic, thus the measuring wavelengths. This is necessary if of them it must be assumed that the tone of the basic colors or for example the intensity of the embossing (e.g. the depth of impression) change over time. To this The purpose of the measuring wavelengths with the lighting unit be reset. Algorithms of the Learning phase - or at least complex calculations - called will. So it will be necessary to complete the classification phase to interrupt and switch on a learning phase.

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Aufgrund der Forderung nach möglichst kurzer Durchlaufzeit der Minenstifte kann - außer für die Lernphase - keine herkömmliche Datenverarbeitungsanlage eingesetzt werden. Vielmehr ist paralleles Arbeiten erforderlich, das auf entsprechende Hardware basiert. Dabei liefert der sogenannte Pipeline-Mechanismus ein Mittel zur Effizienzsteigerung. Beim Pipelining sind die Verarbeitungseinheiten, die eigentlich nacheinander aufgerufen werden, zur gleichen Zeit aktiv. Sie bearbeiten Daten von mehreren Stiften, wobei sich die Daten in unterschiedlichen Verarbeitungsphasen befinden. So kann z. B. ein Stift abgetastet werden, während die Abtastwerte des Vorgängerstiftes noch in der Vorverarbeitung sind und dessen Vorgänger eben erst klassifiziert wird. Auf diese Weise sind drei oder mehr Stifte gleichzeitig in Bearbeitung. Zur Realiesierung des Pipeline-Prinzips erhalten die einzelnen Verarbeitungsstufen einige lokale Speicher.Due to the requirement for the shortest possible lead time the mine pencils - except for the learning phase - cannot be a conventional one Data processing system can be used. Much more parallel work is required, the corresponding Hardware based. The so-called pipeline mechanism delivers a means of increasing efficiency. At the Pipelining are the processing units that actually be called up sequentially, active at the same time. they edit data from multiple pens, changing the data are in different processing phases. So can e.g. B. a pen can be scanned while the samples of the previous pen are still in preprocessing and whose predecessor is just being classified. To this Three or more pens are being processed simultaneously. To implement the pipeline principle, the individual receives Processing levels some local storage.

Die Hardwarestruktur ist eng verknüpft mit der funktionalen Gliederung des Systems. Diese zeigt Fig. 18.The hardware structure is closely linked to the functional structure of the system. This Fig. 18 shows.

Das System besteht aus vier Verarbeitungseinheiten, der Vorverarbeitungseinheit, der Einheit zur Merkmalsgewinnung, der Klassifizierungseinheit sowie der Einheit zur Verbesserung der Parameter. Die Merkmalsgewinnung ist teilweise nicht von der Klassifikation zu trennen. So werden bei homogenen Regionen sehr einfache Merkmale, nämlich die Abtastwerte selbst, verwendet. Dabei wird der Aufwand zur Merkmalsgewinnung auf Kosten der Hardware auf ein Mindestmaß reduziert. Eine Steuerung übernimmt die Überwachung des Gesamtablaufes. Sie hat weiterhin entscheidenden Anteil an der Lernphase. Dort werden Algorithmen verwendet, die nicht unbedingt der Unterstützung durch Hardware bedürfen, da in der Lernphase genügend Zeit zur Verfügung steht. Alle Verarbeitungsschritte bedienen sich der Methoden. Dies können Algorithmen oder auch spezielle Schaltungen sein. Ferner muß auf die in einem Speicher abgelegte Datenstruktur zugegriffen werden. Darüber hinaus können auch die Datenstrukturen von bereits untersuchten Stiften in einer Wissensdatenbank verwaltet werden. Damit ließe sich der Aufwand in der Lernphase reduzieren.The system consists of four processing units, the Preprocessing unit, the unit for feature extraction, the classification unit and the unit for improvement  the parameter. The feature extraction is partial cannot be separated from the classification. So at homogeneous regions very simple characteristics, namely the Samples themselves. The effort becomes Feature extraction at the expense of hardware to a minimum reduced. A controller takes over the monitoring of the Overall process. It continues to have a decisive share in the learning phase. There algorithms are used that are not absolutely need the support of hardware, because in sufficient time is available for the learning phase. All processing steps make use of the methods. You can Algorithms or special circuits. Furthermore, must accessed the data structure stored in a memory will. In addition, the data structures of pens already examined in a knowledge base to get managed. This would reduce the effort in the learning phase to reduce.

Gegebenenfalls muß auf die Verarbeitungsfolge "Vorverarbeitung - Klassifikation" verzichtet werden, wenn nämlich die Klassifikation z. B. von Texturen nur nach einer erneuten Abtastung mit Feinjustierung durchführbar ist.If necessary, the processing sequence "preprocessing - Classification "if the Classification z. B. of textures only after a new one Scanning with fine adjustment is feasible.

Fig. 19 zeigt beispielhaft den Aufbau der Vorverarbeitungseinheit. In diese Einheit werden die Signale der Abtasteinheit eingespeist. Diese werden mit Hilfe von Analog-Digital- Wandlern 44 digitalisiert und in Pufferspeicher 45 gepuffert. Die Abtastwerte werden in einem Zwischenspeicher 46 abgelegt, der alle Abtastwerte, d. h. Vektoren, eines Stiftes aufnehmen kann. Es ist gleichgültig, ob der Stift zeilenweise oder in einem einzigen Schritt abgetastet wird. Eine Einheit zur Lagedetektion 49 bestimmt die Drehlage des Stiftes. Fig. 19 shows an example of the structure of the preprocessing unit. The signals of the scanning unit are fed into this unit. These are digitized with the aid of analog-digital converters 44 and buffered in buffer memory 45 . The sample values are stored in a buffer memory 46 , which can hold all sample values, ie vectors, of a pen. It doesn't matter whether the pen is scanned line by line or in a single step. A unit for position detection 49 determines the rotational position of the pin.

Gegebenenfalls kann mit der Steuereinheit zur Feinjustierung 48 eine Feinjustierung des Meßobjektes vorgenommen werden. Daraufhin werden die Abtastwerte nach einer Lagenormierung in den Musterspeicher 47 kopiert. Der Zwischenspeicher 46 kann mit dem Musterspeicher 47 identisch sein, da die Lagenormierung lediglich die Offsetadresse ändert, sofern der Musterspeicher zyklisch adressiert werden kann. Gegebenenfalls werden die Abtastwerte noch kalibriert. Fig. 19 soll die Kalibrierung der Abtastzelle bei sechskantförmigen Stiften mit Hilfe eines Kalibrierspeichers 50 zeigen. Hier kann jede Maßzelle nur sechs verschiedene Punkte am Stifte messen, da dieser lediglich sechs stabile Lagen besitzt. Somit ist für jede Lage der Kalibrierfaktor jeder Meßzelle abgespeichert. Eine derartige Kalibrierung kann erst nach der Lagedetektion erfolgen. Der Kalibrierspeicher wird in der Lernphase belegt.If necessary, the control unit for fine adjustment 48 can be used for fine adjustment of the measurement object. The samples are then copied into the pattern memory 47 after a position normalization. The buffer memory 46 can be identical to the pattern memory 47 , since the position standardization only changes the offset address, provided that the pattern memory can be addressed cyclically. If necessary, the samples are still calibrated. Fig. 19 is intended to show the calibration of the sensing cell at hex-shaped pins with the aid of a Kalibrierspeichers 50th Here, each measuring cell can only measure six different points on the pin because it only has six stable layers. The calibration factor of each measuring cell is thus stored for each position. Such a calibration can only take place after the position detection. The calibration memory is occupied in the learning phase.

Fig. 20 zeigt den prinzpiellen Aufbau der Klassifikationseinheit. Die Parallelarbeit wird mit Hilfe von zahlreichen, selbstständig arbeitenden Prozessoren durchgeführt, die jede eine kleine Teilaufgabe lösen. Zur Bewältigung der vielfältigen Aufgaben ist die Hardware des gesamten Systems entsprechend flexibel zu gestalten. Die Klassifikationseinheit wird gemäß Fig. 20 in die fünf Aufgabenbereiche Steuerung, Analyse von homogenen Regionen, Transitionsregionen, Texturen und Prägungen untergliedert. Die Steuerung übernimmt die Koordination der vier Analyseeinheiten, die alle gleichzeitig und völlig unabhängig voneinander arbeiten und faßt ihre Ergebnisse zu einem Gesamtklassifikationsergebnis zusammen. Die zu untersuchenden Gebiete, d. h. die Regionen, werden in der Lernphase ermittelt und in der Datenstruktur abgespeichert. Fig. 20 shows the structure of the classification unit prinzpiellen. The parallel work is carried out with the help of numerous, independently working processors, each of which solves a small subtask. The hardware of the entire system must be designed to be flexible in order to cope with the diverse tasks. The classification unit according to Fig. 20 divided areas of responsibility in the five control and analysis of homogeneous regions, the transition regions, textures and embossed. The control takes over the coordination of the four analysis units, which all work simultaneously and completely independently of one another and combines their results into an overall classification result. The areas to be examined, ie the regions, are determined in the learning phase and stored in the data structure.

Fig. 21 zeigt den Aufbau der Verarbeitungseinheit zur Klassifikation von homogenen Regionen. Zentrale Einheit ist erneut eine Steuereinheit 56, die einen eigenen Prozessor besitzt. Ferner besitzt diese Einheit, wie oben angesprochen, einen eigenen Musterspeicher 51. Das Belegen dieses Speichers 51 ist Aufgabe der Vorverarbeitungseinheit. Dabei braucht nur diesen Speicherworten Werte zugewiesen zu werden, deren zugeordnete Abtastpunkte zu homogenen Regionen gehören. Die in Fig. 21 dargestellte Verarbeitungseinheit geht davon aus, daß auf die Daten im lokalen Musterspeicher 51 zeilenweise zugegriffen werden kann. Die Balken des Musterspeichers 51 von Fig. 21 repräsentieren also Speicherworte von Abtastzeilen. Die Verarbeitungseinheit enthält weiterhin einen Referenzspeicher 55. Dieser wird in der Lernphase auf der Basis der besprochenen Datenstruktur initialisiert. Er kann prinzipiell wie der Musterspeicher aufgebaut sein, enthält jedoch mehr Information pro Speicherwort. Für jede Abtastzelle ist ein Intervall von Abtastwerten abgespeichert, sowie ein Indikator, der angibt, ob diese Zelle zu irgend einer homogenen Region gehört oder nicht. Aus Speicherplatzgründen könnte die Zugehörigkeit zu einer homogenen Region dadurch angezeigt werden, daß das zulässige Werteintervall verschieden von Null ist. Fig. 21 shows the structure of the processing unit for classification of homogeneous regions. The central unit is again a control unit 56 , which has its own processor. Furthermore, as mentioned above, this unit has its own pattern memory 51 . It is the task of the preprocessing unit to occupy this memory 51 . In this case, only those memory words need to be assigned values whose assigned sampling points belong to homogeneous regions. The processing unit shown in Fig. 21 assumes that the data in the local pattern memory 51 can be accessed line by line. The bars of the pattern memory 51 in FIG. 21 thus represent memory words of scan lines. The processing unit also contains a reference memory 55 . This is initialized in the learning phase on the basis of the data structure discussed. In principle, it can be structured like the sample memory, but contains more information per memory word. An interval of sample values is stored for each sample cell, as well as an indicator which indicates whether this cell belongs to any homogeneous region or not. For reasons of storage space, membership in a homogeneous region could be indicated by the fact that the permissible value interval is different from zero.

Die Klassifikation erfolgt zeilenweise parallel und innerhalb jeder Zeile sequentiell. Dazu adressiert ein Zähler 54 alle Worte jeder Speicherzelle einschließlich des zugehörigen Referenzwortes. Eine Vergleichseinheit 53 überprüft, ob die Abtastwerte innerhalb des zulässigen Werteintervalles liegen. Ist dies für mindestens einen Wert nicht der Fall, so kann der Stift bereits als fehlerhaft klassifiziert werden. Zur Qualitätskontrolle werden die Adressen der Abtastzellen, die fehlerhafte Werte besitzten, einschließlich dieser Werte, in einen Protokollspeicher 52 geschrieben. Dies könnte z. B. ein Schieberegisterspeicher sein. Während für jede Speicherzeile eine Vergleichseinheit bereitgestellt werden muß, so können der Zähler 54 und der Fehlerprotokollspeicher 52 nur einmal vorhanden sein. Die Werte des Referenzspeichers 55 können gegebenenfalls während der Klassifikationsphase angepaßt werden. Die Anpassung mittels gleitender Mittelwertbildung könnte von der Vergleichseinheit 53 vorgenommen werden. Ein Wert darf nur dann angepaßt werden, wenn der betreffende Abtastwert des Stiftes fehlerfrei ist. Der in Fig. 21 vorgestellte Referenzspeicher 55 ist auch dann anwendbar, wenn für alle Abtastwerte einer homogenen Region das gleiche Werteintervall gilt, wenngleich in diesem Fall die Speicherstruktur vereinfacht werden könnte.The classification is done line by line in parallel and sequentially within each line. For this purpose, a counter 54 addresses all words of each memory cell including the associated reference word. A comparison unit 53 checks whether the samples lie within the permissible value interval. If this is not the case for at least one value, the pen can already be classified as faulty. For quality control, the addresses of the scan cells that have incorrect values, including these values, are written to a log memory 52 . This could e.g. B. be a shift register memory. While a comparison unit must be provided for each memory line, the counter 54 and the error log memory 52 can only be present once. The values of the reference memory 55 can, if necessary, be adapted during the classification phase. The comparison unit 53 could make the adjustment by means of moving averaging. A value may only be adjusted if the relevant sample value of the pen is free of errors. The reference memory 55 presented in FIG. 21 can also be used if the same value interval applies to all samples of a homogeneous region, although in this case the memory structure could be simplified.

Analog zur Klassifikation von homogenen Regionen besitzen die Verarbeitungseinheiten zur Behandlung der verbleibenden Regionen Untereinheiten. Gegebenenfalls sind diese Untereinheiten mehrfach vorhanden. Dabei könnte jede Untereinheit die Analyse einer Region übernehmen. Die Zuteilung der Untereinheiten zu den einzelnen Regionen erfolgt aufgrund der Datenstruktur im Verlaufe - bzw. am Ende - der Lernphase.Similar to the classification of homogeneous regions the processing units for treating the remaining Regions subunits. If necessary, these are subunits multiple present. Each subunit could do the analysis of a region. Allocation of the Subunits for the individual regions are based on the data structure in the course - or at the end - of the learning phase.

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Nachfolgend werden die wichtigsten Teilprobleme aufgegriffen und im Gesamtzusammenhang erläutert.The most important sub-problems are dealt with below and explained in the overall context.

Es wird ein vollautomatisch arbeitendes System vorgeschlagen, das die Oberfläche von Minenstiften aller Art untersucht und fehlerhafte Minenstifte selbsttätig aussortiert. Das System soll mehrere Stifte/Sekunde verarbeiten können. Zur Unterstützung der Qualitätskontrolle können statistische Auswertungen vorgenommen und Meßprotokolle ausgegeben werden. Die Stiftevielfalt ist sehr groß (über 1000). Das System ist in der Lage, sich von selbst auf neue Stifte einzustellen und Stifttypen wiederzuerkennen, die einmal überprüft wurden. Zu diesem Zweck wird die Systemtätigkeit in zwei Phasen untergliedert. In der Klassifikationsphase wird jeder Stift untersucht und bei erkanntem Fehler als Ausschuß verworfen. In der Lernphase, die der Klassifikationsphase vorangeht, bestimmt das System anhand einiger fehlerfreier Stifte (z. B. 20 Stifte) alle für eine "gut-schlecht"-Klassifikation notwendigen Parameter. Die Klassifikationsparamter sind wegen dieser kleinen Stichprobe recht unzuverlässig und können nur grob abgeschätzt werden. Deshalb besitzt das System die Fähigkeit, diese während der Klassifikationsphase zu verbessern und somit zu stabilisieren. Das zusätzliche Lernen in der Klassifikationsphase ist auch deshalb wichtig, weil sich die Umgebungsparameter im Laufe der Zeit verändern. So altern die elektronischen Bauelemente, Temperaturschwankungen verändern ihre Kennwerte und die Farbtöne können gewissen Schwankungen unterworfen sein.A fully automatic system is proposed that examines the surface of all types of pencils and automatically sort out defective pencils. The system should be able to process several pens / second. To support quality control, statistical Evaluations are made and measurement reports are issued. The variety of pens is very large (over 1000). The system is able to adjust itself to new pens and recognize pen types that have been checked once. To this end, system activity is divided into two phases subdivided. In the classification phase, every pen examined and discarded as a committee if an error was detected. In the learning phase that precedes the classification phase, the system determines using a few faultless pens (e.g. 20 pens) all for a "good-bad" classification necessary parameters. The classification parameters are quite unreliable and because of this small sample  can only be roughly estimated. That’s why System's ability to do this during the classification phase to improve and thus stabilize. The additional Learning in the classification phase is also important because the environmental parameters change over time. So the electronic components age, temperature fluctuations change their characteristics and color tones can be subject to certain fluctuations.

Das System besteht gemäß Fig. 1 aus einer Abtasteinheit 2, die auch gleichzeitig die homogene Ausleuchtung der Stiftoberfläche übernimmt. Die Abtasteinheit ist aus einer Vielzahl von Meßzellen aufgebaut, die rasterförmig angeordnet sind. Das zur Beleuchtung notwendige Licht wird von einer Beleuchtungseinheit 4 geliefert und mit Hilfe eines Lichtwellenleiters 5 in die Abtasteinheit eingespeist. Die Abtastzellen sollen sich möglichst nahe am abzutastenden Stift befinden. Weiterhin gibt es eine Postioniereinheit 3, die jeden Stift in einer bestimmten Postion in der Abtasteinheit festhält und gegebenenfals die Stifte drehen und um die Größe des Abtastrasters in Längsrichtung verschieben kann. Den geregelten Transport der Stifte übernimmt eine Transporteinheit 1. Fehlerhafte Stifte werden mittels einer Auswurfeinheit 6 aussortiert. Die Steuerung des gesamten Ablaufes übernimmt eine Datenverarbeitungseinheit 7. Das System soll entweder direkt an die Fertigungsmaschinen angekoppelt sein oder aber die Stifte aus einem separaten Stiftespeicher übernehmen können. Die Stifte müssen geordnet aufgenommen werden können, d. h. die Spitze eines jeden Stiftes muß in die gleiche Richtung zeigen.According to FIG. 1, the system consists of a scanning unit 2 , which also takes over the homogeneous illumination of the pen surface. The scanning unit is made up of a large number of measuring cells which are arranged in a grid. The light required for illumination is supplied by an illumination unit 4 and fed into the scanning unit with the aid of an optical waveguide 5 . The scanning cells should be as close as possible to the pin to be scanned. There is also a positioner unit 3 , which holds each pin in a specific position in the scanning unit and, if necessary, can rotate the pins and shift them longitudinally by the size of the scanning grid. The transport of the pins is controlled by a transport unit 1 . Faulty pens are sorted out by means of an ejection unit 6 . The entire process is controlled by a data processing unit 7 . The system is said to either be coupled directly to the production machines or to be able to take over the pens from a separate pen memory. The pins must be able to be picked up in an orderly manner, ie the tip of each pin must point in the same direction.

Die einzige physikalisch meßbare Größe ist die Intensität der reflektierten Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen an den Meßpunkten. Diese Information, d. h. die Spektralkennlinie, die für möglichst viele Punkte des Stiftes ermittelt wird, muß zur Durchführung der "gut-schlecht"-Klassifikation der Stifte ausreichen. Da die vollständige Bestimmung der Spektralkennlinien an allen Meßpunkten sowie die anschließende Auswertung sehr zeitintensiv ist, beschränkt sich das System auf die Auswahl von Meßwellenlängen. Üblicherweise repräsentieren die Meßwellenlängen Spektralbereiche, die unterschiedliche Breiten besitzen können. Die Spetralkennline aller Meßpunkte jedes zu untersuchenden Stiftes wird also nur für diese Meßwellenlängen gemessen. Die Meßwellenlängen sind für jeden Schrifttyp und gegebenenfalls auch für unterschiedliche Regionen des gleichen Stiftes verschieden. Die Menge der Meßwellenlängen wird in der Lernphase bestimmt. Hierin verbirgt sich eine Optimierungsaufgabe. Die Lage der Meßwellenlängen muß bei möglichst kleiner Anzahl so berechnet werden, daß eine zuverlässige Unterscheidung von einer Fehlstelle möglich ist. Die korrekte Auswahl dieser Wellenlängen hat entscheidenden Einfluß auf die Fehlerwahrscheinlichkeit des Systems.The only physically measurable quantity is the intensity of the reflected radiation at different wavelengths or wavelength ranges at the measuring points. This information, d. H. the spectral characteristic for as many as possible Points of the pen must be determined to carry out the "Good-bad" classification of the pins is sufficient. Since the  complete determination of the spectral characteristics on all Measuring points and the subsequent evaluation are very time-consuming the system is limited to the selection of Measuring wavelengths. Usually represent the measuring wavelengths Spectral ranges that have different widths can. The spectral characteristic of all measuring points each Examining pen is therefore only for these measuring wavelengths measured. The measuring wavelengths are for each font and possibly also for different regions of the same pen different. The amount of measurement wavelengths is determined in the learning phase. There is one in there Optimization task. The position of the measuring wavelength must be the smallest possible number can be calculated so that a reliable differentiation from a defect possible is. The correct choice of these wavelengths is crucial Influence on the probability of errors in the system.

Da sich die Meßwellenlängen von Stifttyp zu Stifttyp unterscheiden, ist eine vielkanalige Abtastvorrichtung erforderlich, wobei die Wellenlängen ihrer Kanäle veränderbar sein sollten. Die herkömmliche Farbfernsehkamera mit ihren drei Spektralkanälen rot, grün und blau scheidet also aus. Die Vielkanaligkeit wird mit Hilfe der Beleuchtungseinheit 4 erreicht. Dabei wird mit optischen Filterscheiben nur das Licht der gewünschten Wellenlängen ausgewählt. Die Wellenlänge des erzeugten Lichts läßt sich dadurch verändern, daß ein anderer Filter in den Strahlengang geschaltet wird. In Fig. 4 ist eine Beleuchtungseinheit mit zwei physikalischen Kanälen dargestellt. Sie besteht aus einer Lichtquelle 15. Das Licht wird im Kondensor 16 vorverarbeitet und in einen Lichtwellenleiter 17 geleitet, der sich in zwei Kanäle aufspaltet. Die erwähnten Filterscheiben sitzen in den Filterträgern 18 und 19, die mit je einem Schrittmotor 20 und 21 positioniert werden. Das Licht der beiden Kanäle wird in der Verschmelzungseinheit 26 in einen Lichtwellenleiter 27 geleitet, der zur Abtasteinheit führt. Zum trägheitslosen Umschalten zwischen den beiden Kanälen ist eine Blende 23 vorgesehen.Since the measuring wavelengths differ from pen type to pen type, a multi-channel scanning device is required, and the wavelengths of their channels should be changeable. The conventional color television camera with its three spectral channels red, green and blue is therefore out of the question. The multi-channel system is achieved with the aid of the lighting unit 4 . With optical filter disks, only the light of the desired wavelengths is selected. The wavelength of the light generated can be changed by switching another filter into the beam path. In FIG. 4, a lighting unit is shown with two physical channels. It consists of a light source 15 . The light is preprocessed in the condenser 16 and passed into an optical waveguide 17 which splits into two channels. The filter disks mentioned sit in the filter supports 18 and 19 , which are each positioned with a stepper motor 20 and 21 . The light from the two channels is conducted in the fusion unit 26 into an optical waveguide 27 , which leads to the scanning unit. An aperture 23 is provided for switching between the two channels without inertia.

Mit dieser Einheit können beliebige Meßwellenlängen bzw. die durch sie repräsentierten Spektralbereiche eingestellt werden. Sie ist deshalb von zentraler Bedeutung für das System. Sind z. B. 6 Meßwellenlängen erforderlich, so empfiehlt sich die Verwendung einer Beleuchtungseinheit mit mindestens 6 pyhsikalischen Kanälen. Dann werden die Filterträger nur noch in der Lernphase eingestellt und brauchen in der Klassifikationsphase nicht mehr umgeschaltet zu werden.With this unit, any measuring wavelengths or spectral ranges represented by them are set will. It is therefore of central importance for that System. Are z. B. 6 measuring wavelengths required, recommended the use of a lighting unit at least 6 physical channels. Then the filter holder only set and need in the learning phase no longer switched to in the classification phase will.

Ein Stift wird in verschiedene Regionen aufgeteilt. Homogene Regionen sind einfarbig. Transistionsregionen sind Regionen, die Übergänge von zwei oder mehreren homogenen Regionen enthalten. Texturregionen bestehen aus mehrfarbigen Aufdrucken. Ein Sonderfall einer Texturregion ist die Prägungsregion. Dies ist ein einfarbiger Aufdruck. Prägungsregionen sind aus diesem Grunde einfacher zu analysieren als die allgemeinen Texturregionen. Für jede Region werden in der Lernphase Merkmale bestimmt und in einer Datenstruktur abgespeichert. Diese Merkmale sollen die betreffenden Regionen so genau charakterisieren, daß mit ihrer Hilfe eventuell vorhandene Fehlstellen erkannt werden.A pen is divided into different regions. Homogeneous Regions are solid. Transition regions are regions the transitions of two or more homogeneous regions contain. Texture regions consist of multi-colored prints. A special case of a texture region is the embossing region. This is a single color print. Marking regions are therefore easier to analyze than that general texture regions. For each region in the Learning phase features determined and in a data structure saved. These characteristics are said to affect the regions concerned characterize so precisely that with their help, possibly existing defects can be recognized.

Für jede Regionenart sind in der Lernphase spezielle Merkmale zu bestimmen. Basis aller Merkmale sind die Meßwellenlängen. Diese Meßwellenlängen werden ermittelt, indem für jedes Spektralkennlinienpaar von vorkommenden Farben die Differenzfunktion bestimmt wird. Die Wellenlängen, bei denen Extremata auftreten, sind potentielle Meßwellenlängen. Diese Menge wird mit Hilfe eines Wirksamkeitskriteriums auf eine minimale Anzahl reduziert.There are special features for each region type in the learning phase to determine. The measurement wavelengths are the basis of all characteristics. These measuring wavelengths are determined by for each Spectral characteristic pair of occurring colors the difference function is determined. The wavelengths at which Extremata occur are potential measuring wavelengths. These The quantity is reduced to one with the help of an effectiveness criterion minimal number reduced.

Ein wesentliches Problem ist das begrenzte Auflösungsvermögen der Abtastmatrix. Dies erzwingt unter anderem die Einführung von Transitionsregionen. Durch die nicht punktförmige Abtastung entstehen Spektralkennlinien, die keine tatsächlich vorhandene Farbe repräsentieren, sondern lediglich eine Pseudomischfarbe, die deswegen auftritt, weil die Meßfläche mehrere Teilbereiche von verschiedenen Grundfarben enthält. Zur Bestimmung der Meßwellenlängen ist es jedoch erforderlich, die Spektralkennlinien dieser Grundfarben zu kennen. Bei homogenen Regionen mit Prägungsregionen ist dies einfach. Im Falle von allgemeinen Texturregionen bietet sich ein Verfahren an, daß zunächst mit Hilfe einer Clusteranalyse die Menge der gemessenen Spektralvektoren reduziert, indem Spektralvektoren zu Häufungsgebieten zusammengefaßt werden. Danach wird die konvexe Hülle dieser reduzierten Vektorenmenge gebildet und diese linear interpoliert. Die Eckvektoren dieser geglätteten konvexen Hülle sind die Spektralvektoren der gesuchten Grundfarben. Diese Analyse wird ausschließlich in der Lernphase durchgeführt.One of the main problems is the limited resolution the scanning matrix. Among other things, this enforces the  Introduction of transition regions. Because of the non-punctiform Scanning spectral characteristics arise that none actually represent existing color, but only a pseudo mixed color that occurs because the measuring surface several sub-areas of different primary colors contains. It is for determining the measuring wavelengths however, the spectral characteristics of these primary colors are required to know. For homogeneous regions with embossed regions this is easy. In the case of general texture regions offers a procedure that first with help the amount of spectral vectors measured in a cluster analysis reduced by spectral vectors to cluster areas be summarized. After that, the convex hull becomes this reduced vector set and linearly interpolated them. The corner vectors of this smoothed convex hull are the spectral vectors of the primary colors sought. These Analysis is only carried out in the learning phase.

Während für die Lernphase genügend Zeit zur Verfügung steht (z. B. 30 Sekunden pro Stift), muß aufgrund der geforderten Durchlaufzeit die Klassifikation der Stifte in Parallelarbeit durchgeführt werden, was nur durch Einsatz spezieller Hardware verwirklicht werden kann. Das Pipeline-Prinzip stellt eine Methode bereit, mit der in verschiedenen Verarbeitungseinheiten mehrere Stifte gleichzeitig bearbeitet werden können, wobei sich die Daten dieser Stifte in verschiedenen Phasen befinden. Wesentliches Merkmal ist ein dezentralisierter Speicher.While there is enough time for the learning phase (e.g. 30 seconds per pen), must be due to the required Lead time the classification of the pens in parallel work be carried out, what only by using special Hardware can be realized. The pipeline principle provides a method by which in different processing units processed several pens simultaneously can be, the data of these pens in different Phases. An essential feature is a decentralized storage.

Insgesamt wird die Klassifikationsaufgabe in eine Vielzahl kleiner Teilaufgaben zerlegt. Jede Teilaufgabe wird von einer selbständig arbeitenden Recheneinheit mit eigenem Prozessor, die speziell auf diese Aufgabe zugeschnitten ist, bearbeitet. So gibt es z. B. für jede Regionenart eine eigene Verarbeitungseinheit. Die homogenen Regionen eines Stiftes lassen sich gleichzeitig untersuchen (s. Fig. 21). Gegebenenfalls wird für jede Transitionsregion und jede Prägungsregion eines Stiftes eine eigene Unterverarbeitungseinheit bereitgestellt. Die Zuweisung der einzelnen Unterverarbeitungseinheit zu den Regionen sowie deren Initialisierung erfolgt in der Lernphase. Die Ablaufkontrolle erfolgt mit einer dezentralen Steuerung.Overall, the classification task is broken down into a large number of small sub-tasks. Each subtask is processed by an independently operating computing unit with its own processor, which is specially tailored to this task. So there are z. B. a separate processing unit for each region type. The homogeneous regions of a pen can be examined simultaneously (see Fig. 21). If necessary, a separate sub-processing unit is provided for each transition region and each embossing region of a pen. The assignment of the individual sub-processing unit to the regions and their initialization takes place in the learning phase. The process control is carried out with a decentralized control.

Claims (25)

1. Vorrichtung zur Überprüfung von Produkten auf Oberflächen- Fertigungsfehler bezüglich Farbe, Textur, Prägung o. ä., insbesondere zur Überprüfung von Oberflächen von Minenstiften, bestehend aus einer Transporteinheit, einer Beleuchtungseinheit, einer Positioniereinheit, einer Abtasteinheit, einer Steuereinheit und Auswerte- sowie einer Auswurfeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Transporteinheit (1) die Prüflinge lagegerecht in die Prüfzone transportiert,
  • b) die Beleuchtungseinheit (4) die zu prüfenden Oberflächen in zeitlicher Folge und/oder gleichzeitig mit Strahlung bestimmter fest vorgegebener unterschiedlicher Wellenlängenbereiche beaufschlagt,
  • c) die Abtasteinheit (2) für jeden Bildpunkt und jeden Wellenlängenbereich die Lichtintensität mißt und auf einem Speicherplatz ablegt,
  • d) die Auswerteeinheit (7) die erfaßten Werte mit Referenzwerten vergleicht und eine "Gut-Schlecht"-Entscheidung trifft, die in der Auswurfeinheit (6) umgesetzt wird.
1. Device for checking products for surface manufacturing defects with regard to color, texture, embossing or the like, in particular for checking surfaces of mine pencils, consisting of a transport unit, a lighting unit, a positioning unit, a scanning unit, a control unit and evaluation and an ejection unit, characterized in that
  • a) the transport unit ( 1 ) transports the test objects in the correct position in the test zone,
  • b) the illumination unit ( 4 ) acts on the surfaces to be tested in a temporal sequence and / or at the same time with radiation of certain fixed, predetermined different wavelength ranges,
  • c) the scanning unit ( 2 ) measures the light intensity for each pixel and each wavelength range and stores it in a memory location,
  • d) the evaluation unit ( 7 ) compares the detected values with reference values and makes a "good-bad" decision, which is implemented in the ejection unit ( 6 ).
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (2) die Prüfobjektoberfläche in zeitlicher Folge mit automatisch einstellbaren Prüfwellenlängen beaufschlagt.2. Device according to claim 1, characterized in that the lighting unit ( 2 ) acts on the test object surface in chronological order with automatically adjustable test wavelengths. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüflinge in der Abtasteinheit (2) derart gedreht werden, daß nacheinander die gesamte Prüfobjektoberfläche abgetastet werden kann.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the test specimens in the scanning unit ( 2 ) are rotated such that the entire test object surface can be scanned in succession. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerte-Einheit (7) ein Vergleich zwischen Meßwert und Referenzwert durchgeführt wird.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the evaluation unit ( 7 ) a comparison between the measured value and the reference value is carried out. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung vorgegebener Kriterien die Position des Prüflings ermittelt wird.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that using predetermined criteria the position of the test object is determined. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Abtastrasters in bezug auf das Referenzobjekt ermittelt wird.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the position of the scanning grid with respect is determined on the reference object. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch ständigen Soll-Ist-Vergleich eine Feinjustierung erfolgt.7. The device according to claim 6, characterized in that through constant comparison of target and actual values, a fine adjustment he follows. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf bestimmte Regionenarten (homogene Regionen, Transitionsregionen, Prägungsregionen, Texturregionen) spezialisierte Auswerte-Untereinheit vorhanden ist, in der mit den im Referenzspeicher abgelegten Daten dieser Region unter Berücksichtigung fest vorgegebener Kriterien eine "Gut-Schlecht"-Entscheidung getroffen wird.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized characterized that one on certain types of regions (homogeneous regions, transition regions, embossing regions, Texture regions) specialized evaluation subunit is available in the with in the reference memory stored data of this region taking into account a predefined criteria a "good-bad" decision is hit. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verknüpfung der Ergebnisse der Auswerte-Untereinheit ein entsprechend zeitverzögertes Signal an die Auswurfeinheit (6) gegeben wird.9. The device according to claim 8, characterized in that a corresponding time-delayed signal is given to the ejection unit ( 6 ) by linking the results of the evaluation subunit. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer "Gut"-Entscheidung die Referenzwerte mit Hilfe von gleitenden, mittelwertbildenden Operationen aktualisiert werden.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that in the case of a "good" decision  the reference values with the help of moving, averaging Operations are updated. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (4) mechanisch umschaltbare Filterträger (8) aufweist und die Strahlung mit Hilfe von Lichtwellenleitern bzw. -bündeln (5) transportiert wird.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the lighting unit ( 4 ) has mechanically switchable filter carrier ( 8 ) and the radiation is transported with the aid of optical fibers or bundles ( 5 ). 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Strahlenquelle (15) kommende Strahlengang (17) in mehrere, parallel verlaufende Strahlengänge aufgespalten ist, daß in jeden der parallel verlaufenden Strahlengänge ein beweglich gelagerter Filterträger (18, 19) eingebracht ist, der elektromechanisch positionierbar ist und so einen selektierbaren Anteil der Strahlung der Strahlungsquelle passieren läßt und daß die parallel verlaufenden Strahlengänge (24, 25) mit Hilfe einer optischen Weiche (26) zu einem einzigen Strahlengang (27) vereinigbar sind.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the beam path ( 17 ) coming from the radiation source ( 15 ) is split into a plurality of parallel beam paths, that in each of the parallel beam paths a movably mounted filter carrier ( 18, 19 ) is introduced which can be positioned electromechanically and thus allows a selectable portion of the radiation from the radiation source to pass through and that the parallel beam paths ( 24, 25 ) can be combined into a single beam path ( 27 ) with the aid of an optical switch ( 26 ). 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den parallel verlaufenden Strahlengängen (24, 25) ein elektromechanischer oder elektro-optischer Umschalter (25) vorhanden ist, der als Lichtsperre dient und einen oder mehrere Strahlengänge freigibt und den Lichtdurchfluß in allen anderen Strahlengängen sperrt.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that in the parallel beam paths ( 24, 25 ) there is an electromechanical or electro-optical switch ( 25 ) which serves as a light barrier and releases one or more beam paths and the light flow in all others Beam paths blocked. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (2) zur parallelen Abtastung im wesentlichen die Form der Prüfobjekte (32) aufweist.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the scanning unit ( 2 ) for parallel scanning essentially has the shape of the test objects ( 32 ). 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Abtast- als auch Beleuchtungselemente (30) in der Abtasteinheit (2) integriert sind.15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that both scanning and lighting elements ( 30 ) are integrated in the scanning unit ( 2 ). 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung ladungsgekoppelte Halbleitermatrizen vorgesehen sind, wobei die vom Prüfobjekt reflektierte Strahlung mit Hilfe je einer Linsenoptik auf die Halbleitermatrix fokussiert wird.16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized characterized in that charge-coupled for sampling Semiconductor matrices are provided, the from Test object reflected radiation with the help of lens optics is focused on the semiconductor matrix. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheiten (42) von Lichtwellenleitern (41) der Beleuchtungseinheit zur homogenen Ausleuchtung der Meßobjektoberfläche umgeben sind.17. The device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the scanning units ( 42 ) are surrounded by optical fibers ( 41 ) of the lighting unit for homogeneous illumination of the surface of the measurement object. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, daß die Abtasteinheit (42) aus mehreren Untereinheiten besteht, die in Reihe angeordnet sind.18. Device according to one of claims 1 to 17, that the scanning unit ( 42 ) consists of several sub-units which are arranged in series. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorverarbeitungseinheit vorhanden ist, die der Korrektur der Abtastwerte dient und die Meßwerte der gesamten Abtasteinheit so verarbeitet und korrigiert, daß durch das Abtasten eine gleichmäßige Rasterung der Prüfobjektfläche erfolgt und aus sich überlappenden Meßpunkten benachbarter Abtasteinheiten jeweils ein Meßpunkt gebildet und abgespeichert wird.19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized characterized in that a preprocessing unit is present, which serves to correct the samples and processed the measured values of the entire scanning unit and corrected that by scanning a uniform Screening of the test object area is carried out and off overlapping measuring points of adjacent scanning units one measuring point each is formed and stored becomes. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer Steuereinheit (56), einem Zählwerk (54), einer Vielzahl von Vergleichseinheiten (53), einem Musterspeicher (51), einem Referenzspeicher (55) sowie einem Protokollspeicher (52) bestehende Verarbeitungseinheit zur Analyse homogener Regionen vorhanden ist, wobei das Zählwerk (54) alle Speicherzellen des Musterspeichers (51) der Reihe nach anspricht, jeweils gleichzeitig eine Speicherzeile des Referenzspeichers (55) und die zugehörige Speicherzeile des Musterspeichers (51) aktiviert werden, eine für jede Speicherspalte vorhandene Vergleichseinheit (53) den Wert der angesprochenen Speicherzelle des Musterspeichers (51) daraufhin überprüft, ob dieser in einem durch die betreffende Speicherzelle des Referenzspeichers (55) vorgegebenem Intervall liegt, wobei im Protokollspeicher (52) Information zu den Werten des Musterspeichers (51) abgelegt wird, die nicht im vorgegebenen Intervall liegen und daß schließlich die Steuereinheit nur dann eine "Gut"-Meldung an die aufzurufende Einheit liefert, wenn alle zu überprüfenden Speicherzellen des Musterspeichers (51) im vorgegebenen Werte-Intervall liegen.20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that one of a control unit ( 56 ), a counter ( 54 ), a plurality of comparison units ( 53 ), a pattern memory ( 51 ), a reference memory ( 55 ) and one Protocol memory ( 52 ) existing processing unit for the analysis of homogeneous regions is present, the counter ( 54 ) addressing all memory cells of the sample memory ( 51 ) in sequence, activating a memory line of the reference memory ( 55 ) and the associated memory line of the sample memory ( 51 ) at the same time If a comparison unit ( 53 ) for each memory column checks the value of the addressed memory cell of the sample memory ( 51 ) to determine whether it lies within an interval specified by the relevant memory cell of the reference memory ( 55 ), information in the log memory ( 52 ) relating to the Values of the sample memory ( 51 ) that are not in the vo Given interval and that finally the control unit only delivers a "good" message to the unit to be called when all the memory cells of the sample memory ( 51 ) to be checked are within the predetermined value interval. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Steuereinheit, Recheneinheit, Zählwerk, Musterspeicher, Zwischenspeicher und Protokollspeicher bestehende Auswerteeinheit zur Analyse von Transitionsregionen vorhanden ist, wobei das Zählwerk die Zeilen des Musterspeichers der Reihe nach anspricht und die Musterzeilen in Richtung des Transitionsüberganges verlaufen, wobei die Recheneinheiten, die jeweils einer Spalte des Musterspeichers zugeordnet sind, aus dem Wert der zuletzt angesprochenen Speicherzelle und dem Wert der aktuell angesprochenen Speicherzelle Kennwerte bestimmen und aktualisieren sowie im Zwischenspeicher festhalten, wobei diese Kennwerte Auskunft geben über die Intensitäten der Meßwerte am Anfang der Transitionsregion sowie an deren Ende sowie über die Geschwindigkeit des Transitionswechsels sowie die Lage des Transitionszentrums, wobei der Zwischenspeicher nach Hochzählen des Zählwerks gelesen wird und dabei die Kennwerte jeder Spalte mit denen der Vorgängerspalte sowie mit Referenzwerten nach vorgegebenen Kriterien verglichen werden und bei jedem Überschreiten der durch einen Grenzwert festgelegten Abweichung die Position der Meßzeile im Abtastraster vermerkt wird und wobei schließlich nur dann von der Steuereinheit ein "Gut"-Signal geliefert wird, wenn jede Musterspalte als gut erkannt wird und mit den Kennwerten der als gut erkannten Musterspalten sogleich eine Korrektur der Referenzwerte berechnet wird.21. Device according to one of claims 1 to 20, characterized characterized in that a control unit, arithmetic unit, Counter, sample memory, buffer and Existing evaluation unit for analysis of transition regions is present, the counter addresses the lines of the pattern memory in order and the sample lines in the direction of the transition transition run, the computing units, each are assigned to a column of the sample memory, from the value of the last addressed memory cell and the value of the currently addressed memory cell Determine and update characteristic values as well as in the buffer record, these parameters provide information give about the intensities of the measured values at the beginning of the Transition region and at its end as well as over the Transition change speed and location of the transition center, with the buffer after Counting up the counter is read and the characteristic values  each column with those of the previous column as well compared with reference values according to specified criteria become and every time one is exceeded Limit specified deviation the position of the measuring line is noted in the scanning grid and finally only then delivered a "good" signal from the control unit is recognized when each pattern column is good and with the characteristic values of the sample columns recognized as good immediately a correction of the reference values is calculated becomes. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinheit zur Analyse von Transitionsregionen dreier homogener Regionen vorhanden ist, wobei die Meßdaten der potentiellen Transitionsregion einschließlich der Referenzwerte der ersten Transaktion einer Untereinheit zugeführt werden, die Meßdaten der potentiellen Transitionsregion einschließlich der Referenzwerte der zweiten Transaktion einer weiteren Untereinheit zugeführt werden und wobei schließlich durch Auswertung der Protokollspeicher der beiden Untereinheiten eine Gesamt-"Gut/Schlecht"-Aussage gebildet wird, wobei die Transaktionsregion dann fehlerfrei ist, wenn die Schnittmenge der in jeder Untereinheit als fehlerhaft erkannten Teilregionen die leere Menge liefert.22. The device according to one of claims 1 to 22, characterized characterized that an evaluation unit for analysis transition regions of three homogeneous regions is, the measurement data of the potential transition region including the reference values of the first Transaction a subunit are supplied, the measurement data the potential transition region including the reference values of the second transaction of another Subunit to be fed and finally by evaluating the log memory of the two subunits formed an overall "good / bad" statement the transaction region is then error-free, if the intersection of those in each subunit is considered faulty recognized sub-regions delivers the empty quantity. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positioniereinheit für die Prüflinge vorhanden ist, deren Aufnahmebett der Gestalt der Prüflinge angepaßt ist und in der die Prüflinge mittels Saugluft gehalten und mittels Preßluft ausgeworfen werden.23. The device according to one of claims 1 to 22, characterized characterized in that a positioning unit for the test specimen is present, their receiving bed of the shape the test specimen is adapted and in which the test specimen held by suction air and ejected by compressed air will. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß jede Recheneinheit der ersten Verarbeitungsstufe einer Elementarregion zugeordnet ist und jede Recheneinheit auf die Speicherzelle des Musterspeichers zugreifen kann.24. The device according to one of claims 1 to 23, characterized characterized in that each computing unit of the first  Processing level is assigned to an elementary region and each arithmetic unit on the memory cell of the sample memory can access. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit eine Parallelverarbeitung der Abtastwerte von Spalten des Musterspeichers durchführt und den Vorgang bei Erkennen einer fehlerhaften Elementarregion abbricht.25. Device according to one of claims 1 to 24, characterized characterized in that the processing unit is a parallel processing the samples of columns of the sample memory carries out and the process when a faulty elementary region.
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