DE102006036586B4 - Lötnahtprüfung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum berührungslosen optischen Prüfen dreidimensionaler Konturen eines Objektes (1) langer Erstreckung auf Fehlstellen mittels Lichtschnitt-Triangulation, bei dem – ein Lichtschnitt-Prüfkopf (6) in Verlaufsrichtung der langen Erstreckung des Objektes (1) relativ zu diesem bewegt wird und dabei an einer Mehrzahl von Längspositionen (2') Aufnahmen anfertigt, – die in der jeweiligen Längsposition quer zur langen Erstreckung des Objekts (1) auf das Objekt (1) projizierte Lichtschnittlinie aus zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) zur Projektionsrichtung aufgenommen wird, wobei in jeder Längsposition aus jedem der unterschiedlichen Betrachtungswinkel (α1, α2) zwei Abbilder (4, 4') mit unterschiedlicher Lichtmenge angefertigt werden, – je zwei einander entsprechende Abbilder (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) auf Anomalien untersucht werden und bei Auftreten einer Anomalie in beiden einander entsprechenden Abbildern (4, 4') automatisch Plausibilitätskontrollen durchgeführt werden, um festzustellen, ob es sich bei der Anomalie tatsächlich um eine Fehlstelle handelt, – bei Auftreten einer Anomalie in...Method for non-contact optical inspection of three-dimensional contours of an object (1) with a long extension for imperfections by means of light section triangulation, in which - a light section test head (6) is moved in the direction of the long extension of the object (1) relative to it and thereby on one Takes a plurality of longitudinal positions (2 '), - the light section line projected onto the object (1) in the respective longitudinal position transversely to the long extent of the object (1) from two different viewing angles (α1, α2) to the projection direction, being taken in each Longitudinal position from each of the different viewing angles (α1, α2) two images (4, 4 ') are made with different amounts of light, - two corresponding images (4, 4') are examined for anomalies from different viewing angles (α1, α2) and if an anomaly occurs in both corresponding images (4, 4 ') aut omatically plausibility checks are carried out to determine whether the anomaly is actually a defect - if an anomaly occurs in ...

Description

I. AnwendungsgebietI. Field of application

Die Erfindung betrifft das optimale Prüfen dreidimensionaler Konturen.The invention relates to the optimal testing of three-dimensional contours.

II. Technischer HintergrundII. Technical background

Die Bestimmung der Daten 3-dimensionaler Konturen wird in der Industrie häufig benötigt, um definiert angebrachte Konturen einer Qualitätskontrolle zu unterziehen.The determination of 3-dimensional contour data is often needed in industry to quality control defined defined contours.

Die Ermittlung der Form oder anderer, mit der Oberflächenform zusammenhängender Ergebnisdaten, z. B. des Volumens, der Erhebung wird dabei häufig mittels des Lichtschnittverfahrens durchgeführt.The determination of the shape or other result data related to the surface shape, e.g. As the volume, the survey is often carried out by means of the light section method.

Dabei wird ein fächerförmiger, also in nur einer Ebene aufgespreizter, Lichtstrahl auf die zu untersuchende Oberfläche gegeben und unter einem Winkel, meist einem spitzen Winkel, zur Bestrahlungsrichtung beobachtet, so dass der Verlauf des Abbildes des fächerförmigen Strahles auf der Oberfläche dort vorhandene Erhebungen erkennen lässt, indem auch das beobachtete Abbild dann eine Erhöhung zeigt, wenn der linienförmig auftreffende Lichtstrahl-Fächer über diese Erhebung hinweg verläuft, (sofern die Verlaufsrichtung der Lichtlinie nicht parallel zur Verlaufsrichtung der Erhebung liegt.) In this case, a fan-shaped, so spread in only one plane, light beam is applied to the surface to be examined and observed at an angle, usually an acute angle to the irradiation direction, so that the course of the image of the fan-shaped beam on the surface there can recognize existing elevations in that the observed image also shows an increase when the line-shaped light beam fan passes over this elevation (unless the course of the light line is parallel to the direction of the elevation).

Derartige einzelne Bilder der Lichtlinie auf dem Objekt können – während sich das Objekt relativ und in Querrichtung zur Lichtlinie bewegt – in kurzen zeitlichen Abständen vielfach angefertigt werden, so dass durch Hintereinanderstellung dieser einzelnen Höhenschnitte, also Scans, die 3-dimensionale Oberflächengestaltung ermittelt werden kann, und/oder damit zusammenhängende Parameter wie Höhe, Volumen, Breite, Lage der Erhebungen usw.Such individual images of the line of light on the object can be made many times at short time intervals while the object is moving relatively and transversely to the light line, so that the three-dimensional surface design can be determined by placing these individual height sections, ie scans, in succession. and / or related parameters such as height, volume, width, location of the surveys, etc.

Auch Lötnähte zwischen aneinander angrenzenden Blechteilen im Automobilbau werden auf diese Art und Weise auf ihre Form und damit Qualität untersucht, indem vor allem unzulässige Vertiefungen in der Lötnaht vor dem Lackieren aufgefunden werden sollen.Also, solder seams between adjacent sheet metal parts in the automotive industry are examined in this way on their shape and thus quality, especially inadmissible recesses in the solder seam to be found before painting.

Wenn die Überprüfung der Lötnaht jedoch nur unter einem einzigen Beobachtungswinkel durchgeführt wird, kann es sein, dass Vertiefungen dabei nicht erkannt oder im Gegenzug einwandfreie Stellen als Vertiefung gemeldet werden, da man in erster Linie eine Vertiefung daran zu erkennen versucht, dass die von der Vertiefung reflektierte Lichtmenge zumindest geringer ist, als die von der Umgebung reflektierte Lichtmenge und im Extremfall gar kein Licht mehr reflektiert wird.However, if the solder seam inspection is performed only at a single viewing angle, it may be that pits are not detected or, in turn, flawless areas are reported as pits, as one primarily seeks to detect a pit from that of the pit reflected amount of light is at least less than the reflected light from the environment and in extreme cases no light is reflected.

Wenn in Blickrichtung der Kamera die Vertiefung jedoch abgeschattet wird durch einen vorgelagerten Wulst, eine Erhebung in Form eines Staubpartikels etc., wird dies nicht erkannt.However, if in the direction of the camera, the depression is shadowed by an upstream bead, a collection in the form of a dust particle, etc., this is not recognized.

Dagegen kann die Absenkung hinter einer Staubpartikel-Erhebung oder auch nur das schlechtere Reflexionsverhalten einer ebenen, nicht vertieften Stelle der Oberfläche in Form eines Farbpunktes etc., zur Anzeige als Fehlstelle führen.In contrast, the reduction behind a dust particle survey or even the worse reflection behavior of a flat, non-recessed point of the surface in the form of a color point, etc., lead to the display as a defect.

In diesem Zusammenhang ist es aus der WO 94/15173 A1 bereits bekannt, für das komplette dreidimensionale Erfassen einer Oberfläche eines Prüfobjektes den Prüfkopf relativ zur Prüfkontur zu bewegen und durch einzelne nacheinander aufzunehmende Aufnahmen abzutasten, wobei die Oberfläche des Prüfobjektes aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln abgetastet wird, jedoch erfolgt dabei die Abtastung mit unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln und Betrachtungswinkeln nicht für jede einzelne Prüfposition entlang der Oberfläche des zu prüfenden Objektes. Des Weiteren handelt es sich dabei nicht nur um die Überprüfung auf unzulässige Unregelmäßigkeiten.In this context, it is from the WO 94/15173 A1 It is already known to move the test head relative to the test contour for the complete three-dimensional detection of a surface of a test object and to scan it by individual recordings to be taken successively, the surface of the test object being scanned from different viewing angles, but the scanning with different illumination angles and viewing angles is not performed each individual test position along the surface of the object to be tested. Furthermore, this is not just a check for impermissible irregularities.

Des Weiteren handelt es sich bei dem Prüfobjekt nicht um eine längsverlaufende Prüfkontur, jedoch ist die Abtastung von längsverlaufenden Prüfkonturen mittels des Lichtschnitt-Triangulationsverfahrens bereits aus DE 10 2004 039 410 A1 bekannt.Furthermore, the test object is not a longitudinal test contour, but the scanning of longitudinal test contours by means of the light-section triangulation method is already lacking DE 10 2004 039 410 A1 known.

Weiterhin ist es auch aus der US 5 671 056 A dort insbesondere den 1 und 13, bekannt, ein Objekt mit einer Lichtlinie zu beleuchten und den beleuchteten Abschnitt mit zwei Sensoren aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufzunehmen. Dabei ist auch eine Relativbewegung zwischen Prüfkopf und Objekt vorgesehen.Furthermore, it is also from the US 5 671 056 A there in particular the 1 and 13 It is known to illuminate an object with a light line and to record the illuminated section with two sensors from different viewing angles. In this case, a relative movement between the probe and object is provided.

III. Darstellung der ErfindungIII. Presentation of the invention

a) Technische Aufgabea) Technical task

Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch kleine Fehlstellen ab ca. 100 μm Durchmesser zuverlässig ermittelt werden können.It is therefore the object of the invention to provide a method and a device with which even small imperfections from about 100 microns in diameter can be reliably determined.

b) Lösung der Aufgabeb) Solution of the task

Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 20 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is solved by the claims 1 and 20. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Durch eine Doppelbetrachtung unter verschiedenen Betrachtungswinkeln und auch unter verschiedenen Lichtmengen, die das unterschiedliche Reflexionsverhalten der verschiedenen Stellen der Oberfläche der Prüfkontur kompensiert und auch die tatsächliche Absolutbestimmung der Höhenkontur erlaubt, werden Zweifel beseitigt und nur die wirklichen Fehlstellen, z. B. in Form unzulässiger Vertiefungen, erkannt:
Zu diesem Zweck wird die Prüfkontur, die ja in Form einzelner, in Verlaufsrichtung der Prüfkontur hintereinander liegender Prüfpositionen geprüft wird, für jede Prüfposition aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgenommen. Die unterschiedlichen Betrachtungswinkel sind dabei insbesondere unterschiedliche Schrägstellungswinkel der Blickrichtung der beiden optischen Sensoren entweder relativ zur Bestrahlungsrichtung oder auch relativ zur Prüfkontur, insbesondere betrachtet in der Seitenansicht auf die längs verlaufende Prüfkontur.By a double consideration under different viewing angles and also under different amounts of light, which compensates the different reflection behavior of the different points of the surface of the test contour and also the actual absolute determination of the contour of the contour allowed, doubts are eliminated and only the real imperfections, z. B. in the form of impermissible recesses, recognized:
For this purpose, the test contour, which is indeed checked in the form of individual, in the direction of the test contour consecutive test positions, recorded for each test position from different viewing angles. The different viewing angles are, in particular, different skew angles of the viewing direction of the two optical sensors, either relative to the irradiation direction or also relative to the test contour, in particular viewed in the side view on the longitudinal test contour.

Zum einen müssen die einzelnen Prüfpositionen in Längsrichtung so eng beisammen liegen, dass ihr Abstand geringer ist als die Erstreckung einer einzelnen Prüfposition in Längsrichtung, so dass sich die hintereinander gereihten Prüfpositionen entweder geringfügig überlappen, oder ihr Abstand zumindest kleiner ist als die Mindestgröße der zu detektierenden Fehlstellen bzw. Anomalien.On the one hand, the individual test positions must be so close to each other in the longitudinal direction that their spacing is less than the extent of a single test position in the longitudinal direction, so that the successively lined test positions either overlap slightly, or their distance is at least smaller than the minimum size to be detected Defects or anomalies.

Dabei wird überprüft, ob die durch die einzelnen Prüfpositionen erzeugten linienförmigen Abbilder keine Anomalien in Form einer Lücke in dem linienförmigen Abbild oder einem Bereich mit zu stark von den restlichen Bereichen des Abbildes abweichenden Helligkeitswerten aufweist.In this case, it is checked whether the line-shaped images generated by the individual test positions have no anomalies in the form of a gap in the linear image or a region with brightness values that deviate too much from the remaining regions of the image.

Denn eine unzulässige Vertiefung in der Lötnaht bewirkt, dass an der Stelle der Vertiefung ein Teil des in die Vertiefung eingestrahlten Lichtes oder das gesamte eingestrahlte Licht nicht mehr von der vertieft liegenden Oberfläche in Richtung zu einem der Sensoren reflektiert werden kann und dadurch auf dem optischen Sensor an dieser Stelle eine Lücke im linienförmigen Abbild entsteht.Because an impermissible recess in the solder seam causes that at the location of the depression, a portion of the light radiated into the recess or the entire incident light can no longer be reflected by the recessed surface toward one of the sensors and thereby on the optical sensor At this point, a gap is created in the linear image.

Bei anderen unzulässigen Anomalien tritt unter Umständen an der entsprechenden Stelle des Abbildes nicht eine vollständige Lücke auf, Bereiche des Abbildes werden jedoch einem zu stark von den angrenzenden Bereichen abweichenden Helligkeitswert aufweisen, also zu hell oder zu dunkel sein, was ebenfalls auf eine Anomalie hinweist.For other impermissible anomalies, a complete gap may not appear at the corresponding location of the image, but areas of the image will be too bright or too dark, which is also indicative of an anomaly.

Dabei wird weiterhin untersucht, ob nur in dem Abbild eines Sensors oder beider Sensoren, d. h. betrachtet bei beiden verschiedenen Betrachtungswinkeln, an gleicher Stelle im Abbild eine Lücke oder ein Bereich mit stark abweichendem Helligkeitswert vorhanden ist.It is further investigated whether only in the image of a sensor or both sensors, d. H. considered at both different viewing angles, at the same place in the image, a gap or an area with greatly differing brightness value is present.

Denn falls dies nur bei der Betrachtung unter dem einen Betrachtungswinkel der Fall ist, das Abbild beim anderen Betrachtungswinkel jedoch normal durchgehend ist, so ist das fehlerhafte Abbild auf eine spezifische Konstellation bei diesem Betrachtungswinkel zurückzuführen, beispielsweise eine nur bei diesem Betrachtungswinkel wirksame Abschattung durch eine vorgelagerte Erhebung etc.For if this is only the case when viewed from one viewing angle, but the image at the other viewing angle is normally continuous, then the erroneous image is due to a specific constellation at that viewing angle, for example, shading by an upstream only at that viewing angle Collection etc.

Als erstes Indiz für eine Fehlstelle werden daher nur diejenigen Positionen gewertet, die unter beiden Betrachtungswinkeln an gleicher Stelle eine Anomalie im Abbild zeigen.As a first indication of a defect, therefore, only those positions are evaluated which show an anomaly in the image at both viewing angles at the same location.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird jede Stelle von der Bestrahlungsrichtung von einerseits voreilenden und andererseits nacheilenden optischen Pfaden, insbesondere separaten optischen Sensoren, aufgenommen, wobei die Bestrahlungsrichtung vorzugsweise lotrecht auf die Verlaufsrichtung der Prüfkontur gerichtet ist. Dadurch unterscheiden sich die Triangulationswinkel der beiden optischen Sensoren, indem sie im einen Fall einen positiven und im anderen Fall einen negativen Betrag aufweisen.In a preferred embodiment, each point of the irradiation direction of on the one hand leading and trailing optical paths, in particular separate optical sensors, taken, wherein the irradiation direction is preferably directed perpendicular to the direction of the test contour. As a result, the triangulation angles of the two optical sensors differ, in one case having a positive and in the other case a negative amount.

Möglich wäre auch eine Betrachtung mit jeweils gleichen Triangulationswinkeln, jedoch unter unterschiedlichen Winkeln der Blickrichtungen der Sensoren bezüglich der Prüfkontur, was dann aber zwei Lichtquellen oder zumindest ein Lichtquelle und Umlenkeinheiten für einen zweiten Lichtpfad erfordern würde.It would also be possible to observe each with the same triangulation angles, but at different angles of the viewing directions of the sensors with respect to the test contour, which would then require two light sources or at least one light source and deflection units for a second light path.

Um den Auswerteaufwand gering und damit die Prüfgeschwindigkeit, insbesondere eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Prüfkopf und Prüfkontur, hoch zu halten, wird mehrstufig geprüft:
Zum einen werden Plausibilitätskontrollen durchgeführt um festzustellen, ob die in dem Abbild festgestellte Anomalie tatsächlich auch auf eine Unregelmäßigkeit der Prüfkontur zurückzuführen ist:

  • – zunächst wird überprüft, ob die in den beiden Abbildern festgestellten Anomalien an der exakt gleichen Position liegen. Zu diesem Zweck werden die zugehörigen Erstreckungsvierecke bestimmt, nämlich die exakte Erstreckung in X- und Y-Richtung, in der das Abbild maximal diese Anomalie aufweist. Die Abweichung der Positionen der beiden Erstreckungs-Vierecke wird berechnet, insbesondere in Welt-Koordinaten, und wenn die Abweichung unter einem vorgegebenem Grenzwert liegt, wird von einer übereinstimmenden Position ausgegangen und damit von einer echten Anomalie.
  • – Wenn das Abbild eine Lücke aufweist, wird der Höhenversatz von Beginn und Ende des linienförmigen Abbildes auf beiden Seiten der Lücke ermittelt und bei einem zu starken Höhenversatz oberhalb eines Grenzwertes daraus geschlossen, dass es sich um keine echte Unregelmäßigkeit handelt.
  • – Es werden ferner der durchschnittliche Helligkeitswert des linienförmigen Abbildes, in dem die Anomalie festgestellt wurde mit den durchschnittlichen Helligkeitswerten der vom gleichen Sensor aufgenommenen, wenigstens einem vorangehenden und wenigstens einem nachfolgenden Abbild verglichen, oder mit mehreren vorangehenden/nachfolgenden Abbildern und bei Abweichung des Helligkeitswertes oberhalb eines Grenzwertes die Anomalie nicht als Unregelmäßigkeit der Prüfkontur gewertet.
In order to keep the evaluation effort low and thus the test speed, in particular a continuous relative movement between test head and test contour, high, is tested in several stages:
On the one hand, plausibility checks are carried out to determine whether the anomaly observed in the image is actually due to an irregularity of the test contour:
  • - First, it checks whether the anomalies found in the two images are in exactly the same position. For this purpose, the associated quadrilaterals are determined, namely the exact extension in the X and Y directions, in which the image has at most this anomaly. The deviation of the positions of the two extension squares is calculated, in particular in world coordinates, and if the deviation is below a predetermined limit value, a corresponding position is assumed, and thus a genuine anomaly.
  • - If the image has a gap, the height offset of the beginning and end of the line-shaped image is determined on both sides of the gap and if the height offset is too high above a limit, it is concluded that this is not a true irregularity.
  • The average brightness value of the linear image in which the Anomaly was found with the average brightness values of the recorded by the same sensor, at least one preceding and at least one subsequent image compared, or with multiple preceding / following images and deviation of the brightness value above a threshold, the anomaly is not considered an irregularity of the test contour.

Zusätzlich und/oder stattdessen die Original-Scans beider optischer Sensoren, oder jeweils eine Mittelung dieser beiden Scans als fortlaufendes Originalbild gespeichert werden können, welches später dem Bearbeiter, der vor allem die Nachbearbeitung der Fehlstellen durchführen soll, die Arbeit erleichtert, indem dadurch vor allem das Auffinden der Fehlstellen erleichtert wird, die ja beispielsweise nur einen Durchmesser von 50 μm besitzen und damit für das menschliche Auge kaum mehr sichtbar sind. Falls beim ersten oder auch beim zweiten Prüfschritt ein Vergleich mit vorgegebenen absoluten Grenzwerten durchgeführt wird, müssen diese Grenzwerte zuerst praxisnah ermittelt werden.Additionally and / or instead, the original scans of both optical sensors, or an averaging of these two scans can be saved as a continuous original image, which later makes the work easier for the person performing the post-processing of the defects Finding the defects is facilitated, yes, for example, only have a diameter of 50 microns and thus are hardly visible to the human eye. If a comparison with predetermined absolute limit values is carried out during the first or second test step, these limit values must first be determined in a practical manner.

Zu diesem Zweck wird eine manuell positiv geprüfte Referenzkontur auf der ganzen Länge gescannt und deren Bilddaten als Referenzwerte hinterlegt, gegebenenfalls unterteilt in einzelne Referenz-Längenabschnitte, über welche sich die Referenzwerte nicht oder nur sehr geringfügig ändern.For this purpose, a manually positively tested reference contour is scanned along its entire length and its image data is stored as reference values, optionally subdivided into individual reference lengths, over which the reference values do not or only very slightly change.

Weiterhin werden Maßnahmen getroffen, um den Auswertungsaufwand zu minimieren und damit eine schnelle Auswertung, nämlich in Echtzeit, durchführen zu können, was bei manchen Anwendungen eine Geschwindigkeit von 250 mm Prüfkontur pro Sekunde bedeutet:

  • – Eine Maßnahme besteht darin, von den linienförmigen Abbildern nur den Bereich zu untersuchen, der der eigentlichen Prüfkontur in Querrichtung entspricht, was durch einen Vergleich mit den zuvor gescannten Referenzkonturen und deren Prüfdaten ermittelt wird.
  • – Zu diesem Zweck wird ferner eine Nachführung des Prüfkopfes in Querrichtung durchgeführt, sobald der höchste bzw. tiefste Punkt des Abbildes der Prüfkontur seitlich aus dem vorgegebenen Zielbereich innerhalb des Sensors herausläuft.
  • – Der Prüfkopf wird hinsichtlich der Höhe über der Prüfkontur auf eine Nennhöhe eingestellt und automatisch nachgeführt, wenn die höchsten bzw. tiefsten Punkte der Abbilder auf den Sensoren bzw. dem einzigen Sensor aus dem vorgegebenen Zielbereich herauslaufen.
  • – Des Weiteren kann die Betrachtung jeder Prüfposition und unter jedem der beiden Beobachtungswinkel zweimal und zwar mit unterschiedlicher Lichtmenge durchgeführt werden, wobei die Lichtmenge entweder durch die Belichtungszeit oder die Beaufschlagte Lichtmenge pro Zeiteinheit variiert werden kann. Wenn in den Abbildern eine Lücke oder andere Anomalie vorhanden ist, muss diese Anomalie in den Abbildern in den mit den verschiedenen Lichtmengen angefertigten Abbildern jeweils vorhanden sein, wenn die Ursache eine Anomalie in der echten Prüfkontur darstellt. Ist dies nicht der Fall, wird nicht auf eine echte Fehlstelle geschlossen. Des Weiteren dienen die beiden Abbildern mit unterschiedlichen Lichtmengen dazu, daraus eine qualitativ hochwertiges Abbild zu erzeugen, beispielsweise dann, wenn bei dem Abbild mit niedrigerer Lichtmenge nur ein Teil des linienförmigen Abbildes gut sichtbar ist, die fehlenden Bereiche dagegen in dem Abbild mit der anderen Lichtmenge gut sichtbar sind. Die jeweils gut sichtbaren Bereiche können dann zusammen zu einem Abbild kombiniert werden.
  • – Ferner kann eine Kalibrierung der Prüfdaten durchgeführt werden, insbesondere hinsichtlich der Höhenlage der ermittelten Kontur, d. h. mit Hilfe des Nennabstandes zwischen Prüfkopf und Prüfkontur bzw. des vom Nennabstand definiert abweichend veränderten Ist-Abstandes. Da dieser bekannt ist, kann eine Verrechnung der Prüfdaten in Absolutwerte erfolgen, spätestens dann, wenn eine Kalibrierkontur mit exakt bekannter Form in unter einem exakt bekannten Abstand des Prüfkopfes abgetastet und als Umrechnungs-Referenz verwendet wird. Dadurch ist also eine Umsetzung der Kamera-Koordinaten in Welt-Koordinaten möglich.
Furthermore, measures are taken to minimize the evaluation effort and thus to be able to carry out a rapid evaluation, namely in real time, which in some applications means a speed of 250 mm test contour per second:
  • One measure consists in examining only the region corresponding to the actual test contour in the transverse direction of the linear images, which is determined by a comparison with the previously scanned reference contours and their test data.
  • - For this purpose, a tracking of the probe is further carried out in the transverse direction as soon as the highest or lowest point of the image of the test contour runs out laterally from the predetermined target area within the sensor.
  • - The test head is set to a nominal height with respect to the height above the test contour and automatically tracked when the highest or lowest points of the images on the sensors or the single sensor run out of the specified target area.
  • - Furthermore, the observation of each test position and under each of the two observation angles can be performed twice and with different amounts of light, the amount of light can be varied either by the exposure time or the amount of applied light per unit time. If a gap or other anomaly exists in the images, this anomaly must be present in the images in each of the images produced with the various amounts of light, if the cause is an anomaly in the true test contour. If this is not the case, it is not concluded that there is a real defect. Furthermore, the two images with different amounts of light serve to produce a high-quality image from it, for example, if only a part of the linear image is clearly visible in the image with lower light quantity, the missing regions in the image with the other amount of light are clearly visible. The clearly visible areas can then be combined together to form an image.
  • - Furthermore, a calibration of the test data can be carried out, in particular with regard to the altitude of the determined contour, ie with the aid of the nominal distance between the test head and test contour or defined by the nominal distance deviating changed actual distance. Since this is known, the test data can be billed in absolute values, at the latest when a calibration contour with exactly known shape is scanned at an exactly known distance of the test head and used as a conversion reference. Thus, an implementation of the camera coordinates in world coordinates is possible.

Um eine lückenlose Überprüfung der Prüfkontur, etwa einer Lötnaht, über deren Verlaufsrichtung zu erreichen, muss der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen bei einem sich kontinuierlich relativ entlang der Prüfkontur bewegenden Prüfkopf so gewählt werden, dass der Längsabstand zwischen zwei Aufnahmen geringer ist als die Mindestgröße der zu detektierenden Unregelmäßigkeiten.In order to achieve an uninterrupted check of the test contour, for example a soldered seam, over its direction of progression, the time interval between the individual recordings must be selected in a continuously relative to the test contour moving probe so that the longitudinal distance between two shots is less than the minimum size the irregularities to be detected.

Um das Ergebnis sicherer zu gestalten, wird sogar empfohlen, den Längsabstand kleiner als die Hälfte der Mindestgröße der zu detektierenden Unregelmäßigkeiten zu wählen.In order to make the result more secure, it is even recommended to choose the longitudinal distance less than half the minimum size of the irregularities to be detected.

Mindestens diejenigen Prüfstellen, an denen sich auf diese Art und Weise ein negatives Ergebnis ergab, werden hinsichtlich der Position dieser Prüfstellen gespeichert, und zwar sowohl hinsichtlich der original Bilddaten als auch eventuell erzeugter Querschnittsprofile.At least those test sites that gave a negative result in this way are stored in terms of the location of these test sites, both in terms of the original image data and any cross-sectional profiles generated.

Auch nach Ende der Prüfung eines Objekts bleiben diese Daten für das Objekt gespeichert, damit sie bei der späteren manuellen Nachbearbeitung des Objekts dem Nachbearbeiter zur Verfügung stehen und dessen Nacharbeit erleichtern, insbesondere was das Auffinden der Fehlstelle betrifft.Even after the end of the examination of an object, this data remains stored for the object, so that it can be used during later manual post-processing of the object are available to the post-processor and facilitate its rework, in particular as regards finding the flaw.

Durchgeführt wird dieses Verfahren einschließlich beider Prüfschritte und aller Belichtungsstufen in Echtzeit während der fortlaufenden Abtastung der Prüfkontur und innerhalb des Prüfkopfes.This procedure is carried out in real time during the continuous scanning of the test contour and within the test head, including both test steps and all exposure steps.

Zu diesem Zweck enthält der Prüfkopf nicht nur die beiden (oder vorzugsweise nur eine) Lichtquelle, sondern auch den einen oder die beiden benötigten optischen Sensoren, den Bilddatenspeicher und die elektronische Verarbeitungseinheit.For this purpose, the test head contains not only the two (or preferably only one) light source, but also the one or the two required optical sensors, the image data memory and the electronic processing unit.

Vorzugsweise tritt dabei der Lichtstrahl der Lichtquelle im rechten Winkel aus einer Seitenfläche des Prüfkopfes aus, während sich die beiden optischen Sensoren in Bewegungsrichtung des Prüfkopfes vor und hinter der Position des austretenden Strahles befinden, somit also zu diesem Strahl in einem Fall einen positiven, im anderen Fall einen negativen Triangulationswinkel einnehmen.Preferably, the light beam of the light source at a right angle from a side surface of the probe, while the two optical sensors are in the direction of movement of the probe before and behind the position of the exiting beam, thus thus to this beam in one case a positive, in the other Fall a negative triangulation angle.

Vorzugsweise wird durch die aus den beiden Beobachtungsrichtungen aufgespannte Ebene genau diejenige Ebene definiert, in welcher auch die momentane Bewegungsrichtung des Prüfkopfes liegt.Preferably, the level spanned by the two observation directions defines precisely that plane in which the instantaneous direction of movement of the test head lies.

Des Weiteren ist das Verfahren insoweit selbstregelend, als eine mögliche Schrägstellung der Bestrahlungsrichtung, also abweichend von der genau lotrechten Bestrahlung zur Ebene der Prüfkontur, von dem Prüfkopf bzw. dessen Steuereinheit selbsttätig anhand der dann nicht analogen Verlagerung der höchsten bzw. tiefsten Punkte der einander entsprechenden Abbilder der beiden Sensoren bzw. Betrachtungswinkel erkannt wird.Furthermore, the method is insofar self-regulating, as a possible inclination of the irradiation direction, that is deviating from the exactly vertical irradiation to the test contour level of the probe or its control unit automatically based on the then non-analogous displacement of the highest and lowest points of the corresponding one Images of the two sensors or viewing angle is detected.

In diesem Fall wird aus der Größe der Ungleichmäßigkeit der Verlagerung auf die Schrägstellung der Bestrahlungsrichtung geschlossen und diese bei der Auswertung rechnerisch mitberücksichtigt oder automatisch in eine genau lotrechte Lage korrigiert wird.In this case, it is concluded from the magnitude of the unevenness of the displacement on the inclination of the irradiation direction and this is taken into account mathematically in the evaluation or automatically corrected in an exactly vertical position.

Weiterhin kann der Prüfkopf nicht nur Fehlstellen detektieren und gegebenenfalls markieren, sondern zusätzlich zu deren Behebung beitragen, beispielsweise indem – vorzugsweise ebenfalls im Prüfkopf oder in einer nacheilenden Einheit – ein flüssiger Füller, insbesondere PVC, z. B. in Form eines kleinen Tropfens auf die Fehlstelle aufgebracht wird, die dann vom Bearbeiter nur noch glatt gewischt werden muss, bevor sie zum Aushärten in einen Härteofen gegeben wird.Furthermore, the probe can not only detect defects and optionally mark, but also contribute to their elimination, for example by - preferably also in the test head or in a lagging unit - a liquid filler, in particular PVC, z. B. is applied in the form of a small drop on the flaw, which then has to be wiped smoothly by the operator before being placed in a curing oven for curing.

Der Füller wird vorzugsweise mittels einer gesteuerten Düse ausgebracht, die auch das Volumen des Tropfens in Abhängigkeit der Größe der festgestellten Fehlstelle steuern kann, die bei der Detektion mitbestimmt werden kann, beispielsweise anhand der Flächenausdehnung der Fehlstelle.The filler is preferably applied by means of a controlled nozzle, which can also control the volume of the droplet in dependence on the size of the detected defect, which can be determined in the detection, for example based on the areal extent of the defect.

Vorzugsweise enthält der Prüfkopf nicht nur die Düse und die Steuerungsverbindung zur Auswerteeinheit, sondern auch einen kleinen Vorratsbehälter mit dem Füller.Preferably, the test head contains not only the nozzle and the control connection to the evaluation unit, but also a small reservoir with the filler.

c) Ausführungsbeispielec) embodiments

Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments according to the invention are described in more detail below by way of example. Show it:

1: eine Prüfeinkopf gemäß der Erfindung in der Seitenansicht, 1 : a Prüfeinkopf according to the invention in side view,

2: die Detektoreinheit der 1 in der Frontansicht, jeweils im Einsatz, 2 : the detector unit of 1 in front view, always in use,

3: ein Schaubild zu ersten Reduzierungsmethoden der Bilddatenverringerung, 3 : a diagram of first reduction methods of image data reduction,

4: ein Schaubild zu weiteren Reduzierungsmethoden der Bilddatenverringerung, 4 : a diagram of further reduction methods of image data reduction,

5: ein Schaubild zu weiteren Reduzierungsmethoden der Bilddatenverringerung, 5 : a diagram of further reduction methods of image data reduction,

6: die Situation des Prüfobjektes, 6 : the situation of the test object,

7: die Nachführung des Prüfkopfes, 7 : the tracking of the test head,

8: eine erste Plausibilitätsprüfung, 8th : a first plausibility check,

9: eine zweite Plausibilitätsprüfung 9 : a second plausibility check

1 zeigt einen Prüfkopf in der Seitenansicht, die auch erkennen lässt, wie das bekannte Lichtschnitt-Triangulationsverfahren prinzipiell funktioniert:
Dabei wird ein Lichtstrahl 3 auf die Lötnaht 2 eines Objektes 1 gerichtet und erzeugt dort ein Abbild 4, welches aufgrund der Fächerform des Lichtstrahles 3 – wie in 2 ersichtlich – streifenförmig ausgebildet ist. 1 shows a test head in the side view, which also shows how the known light-section triangulation method works in principle:
This is a light beam 3 on the soldered seam 2 an object 1 directed and produces an image there 4 , which due to the fan shape of the light beam 3 - as in 2 visible - is formed strip-shaped.

Das von der Oberfläche 2 des Objektes 1 reflektierte Abbild 4 des Lichtstrahles 3 wird von einem Prüfkopf 6 aufgenommen, die aus z. B. zwei flächigen, optischen Sensoren 12, 12' sowie einer damit verbundenen elektronischen Verarbeitungseinheit 11 zum Verarbeiten der von den Sensoren 12, 12' aufgenommenen Bilddaten und berechnen der Ergebnisdaten.That from the surface 2 of the object 1 reflected image 4 of the light beam 3 is from a test head 6 recorded, the z. B. two-dimensional optical sensors 12 . 12 ' and an associated electronic processing unit 11 to process the from the sensors 12 . 12 ' recorded image data and calculate the result data.

Damit sich auf dem optischen Sensor 12, 12' ein Abbild 4 abzeichnet, welches Rückschlüsse auf die tatsächliche Kontur der Oberfläche 2 an dieser Prüfstelle 2' zulässt, dürfen die Abstrahlrichtung 17 des Lichtstrahls 3 und die Blickrichtung 5, 5' der Detektoreinheiten 6a, b nicht zusammenfallen, sondern müssen sich durch einen Triangulationswinkel α1, α2 unterscheiden. Vorliegend sind diese beiden Richtungen α1, α2 so gewählt, dass sie symmetrisch beidseits der Abstrahlvorrichtung 17, der Lotrechten 21 auf die Oberfläche 2, liegen, also von dieser jeweils einen Zwischenwinkel α1 ≠ α2 einnehmen.So that on the optical sensor 12 . 12 ' an image 4 signs, which conclusions on the actual contour of the surface 2 at this test center 2 ' allows, allow the direction of radiation 17 of the light beam 3 and the line of sight 5 . 5 ' the detector units 6a , b do not coincide, but must differ by a triangulation angle α 1 , α 2 . In the present case, these two directions α 1 , α 2 are chosen such that they are symmetrical on both sides of the emitting device 17 , the lot 21 on the surface 2 , lie, so occupy each of these an intermediate angle α 1 ≠ α 2 .

Eine Unebenheit, beispielsweise eine Erhebung 2a, auf der Lötnahtfläche 2 im Auftreffbereich des Lichtstrahles 3, wird als Abbild 4 auf der Oberfläche 2 und damit auch auf dem Sensor 12, 12' keine gerade Linie, sondern eine Linie mit einer Aufwölbung 4a darin ergeben, wobei diese Aufwölbung des Abbildes 4, also der Lichtlinie, abhängig von dem Triangulationswinkel α und dem Betrachtungswinkel β sich von der tatsächlichen Form der Aufwölbung 2a, geschnitten entlang der Lotrechten 21, unterscheit. Wegen der bekannten Winkel α1, α2 , β1, β2 sowie der Fokussierung auf die Oberfläche und/oder der Bekanntheit des Abstandes 22 der Detektoreinheit 6a, b von der Oberfläche 2 kann aus den Abmessungen des Abbildes 4 auf die tatsächlichen Abmessungen der Aufwölbung 2a auf der Oberfläche 2 rechnerisch geschlossen werden.A bump, for example a bump 2a , on the solder seam surface 2 in the impact area of the light beam 3 , becomes as an image 4 on the surface 2 and therefore also on the sensor 12 . 12 ' not a straight line, but a line with a bulge 4a therein, with this bulge of the image 4 , ie the line of light, depending on the triangulation angle α and the viewing angle β from the actual shape of the bulge 2a , cut along the verticals 21 , underscored. Because of the known angle α 1 , α 2 , β 1 , β 2 and the focus on the surface and / or the awareness of the distance 22 the detector unit 6a , b from the surface 2 can from the dimensions of the image 4 on the actual dimensions of the bulge 2a on the surface 2 be closed mathematically.

Wie 1 zeigt, sind nicht nur die erwähnten Komponenten des Prüfkopfes 6, sondern auch die Lichtquelle 14 zur Erzeugung des ausgesandten Lichtstrahles 3 gemeinsam innerhalb des Gehäuses 16 des Prüfkopfes untergebracht, wobei dieses Gehäuse plattenförmig flach ist mit einer Hauptebene parallel zu der durch Abstrahlrichtung 17 und Blickrichtung 5 aufgespannte Arbeitsebene und einer Breite B quer zu dieser Hauptebene 20, die nicht größer ist als die Beobachtungsbreite 18 des fächerförmigen Lichtstrahles 3, mit der dieser auf der Oberfläche 2 auftrifft.As 1 are not only the mentioned components of the test head 6 but also the light source 14 for generating the emitted light beam 3 together within the housing 16 accommodated in the test head, said housing is plate-shaped flat with a main plane parallel to the radiation direction 17 and viewing direction 5 spanned working plane and a width B transverse to this main plane 20 which is not larger than the observation width 18 the fan-shaped light beam 3 with this on the surface 2 incident.

Wie 1 zeigt, ist der Prüfkopf auch von den Abmessungen in der Hauptebene 20 sehr kompakt aufgebaut, was dadurch erreicht wird, dass die Lichtquelle 14, in der Regel eine Laserpatrone, nahe des für den Lichtstrahl vorgesehenen Durchlasses 23a im Gehäuse 16 angeordnet ist und der optische Sensor 12 nahe der anderen Durchlässe 23b, die sich beide in einer der Schmalseiten des Gehäuses 16 befinden, wobei zwischen diesem Durchlass 23b und dem optischen Sensor 12, 12' eine Umlenkung des eintreffenden Lichtstrahls, also der Blickrichtung 5, über einen Spiegel 19 in eine Richtung etwa parallel zu der Außenkante, in der sich die Durchlässe 23a, b befinden, erfolgt.As 1 shows, the probe is also of the dimensions in the main plane 20 very compact, which is achieved by the fact that the light source 14 , usually a laser cartridge, near the passageway provided for the light beam 23a in the case 16 is arranged and the optical sensor 12 near the other passages 23b , which are both in one of the narrow sides of the case 16 being between this passage 23b and the optical sensor 12 . 12 ' a deflection of the incoming light beam, so the direction of view 5 , over a mirror 19 in a direction approximately parallel to the outer edge, in which the passages 23a takes place.

Sowohl der Sensor 12, 12' als auch der Spiegel 19 sind dabei an einem Detektor-Basiskörper befestigt, der seinerseits am Gehäuse 16 der Einheit fixiert ist.Both the sensor 12 . 12 ' as well as the mirror 19 are attached to a detector base body, in turn, on the housing 16 the unit is fixed.

Dadurch verbleibt auf der von der Außenseite mit den Durchlässen 23a, b abgewandten Hälfte des Gehäuses 16 ausreichend viel Platz, um dort eine in der Hauptrichtung 20 des Gehäuses liegende Platine 24 anzuordnen, die die gesamte elektronische Verarbeitungseinheit 11 enthält und mit den Sensoren 12, 12' über elektrische Leitungen ebenso in Verbindung steht wie mit der Lichtquelle 14. Die von der Verarbeitungseinheit 11 ermittelten Ergebnisdaten werden über einen Stecker 26 ausgegeben.This leaves on the outside with the passages 23a , B remote half of the housing 16 enough space to get there in the main direction 20 the housing lying board 24 to arrange the whole electronic processing unit 11 contains and with the sensors 12 . 12 ' via electrical lines as well as with the light source 14 , The from the processing unit 11 determined result data are via a plug 26 output.

Die nach dem Lichtschnittverfahren hergestellten Einzelaufnahmen werden in zeitlich schneller Abfolge wiederholt, um die sich in Bewegungsrichtung 7 relativ zur Prüfkopf 6 bewegenden Lötnaht 2 des Objektes 1 ständig zu beobachten. Da dies z. B. nach einer Produktionsmaschine für das Objekt 1 durchgängig geschehen soll, ist es notwendig, dass die Berechnung der Ergebnisdaten zeitaktuell geschieht, also von der Verarbeitungseinheit 11 die Ergebnisdaten genauso schnell, also im gleichen Rhythmus, geliefert werden müssen, wie die einzelnen Aufnahmen von den Sensoren 12, 12' angefertigt werden.The individual recordings produced by the light-slit method are repeated in rapid time sequence in order to move in the direction of movement 7 relative to the test head 6 moving solder seam 2 of the object 1 constantly watching. Since this z. B. for a production machine for the object 1 is to be done continuously, it is necessary that the calculation of the result data is timed, ie by the processing unit 11 the result data must be delivered just as fast, in the same rhythm, as the individual pictures taken by the sensors 12 . 12 ' be made.

Das Objekt 1 ist beispielsweise ein aus zwei gefalzten Blechen bestehendes Teil einer Automobilkarosserie, z. B. am Übergang zwischen Seitenteil und Dach, wie in 6a dargestellt.The object 1 For example, is a consisting of two folded sheets part of an automobile body, z. B. at the transition between side panel and roof, as in 6a shown.

Untersucht wird dabei die Lötnaht 2 zwischen den beiden Blechteilen, die – wie in den Vergrößerungen der 6b und 6c dargestellt, eine leichte Hohlkehle bildet, in ihrem Längsverlauf aber manchmal Fehlstellen in Form sehr kleiner, mit dem bloßen Auge kaum zu erkennender, z. B. Vertiefungen 2a aufweist, die nach dem Lackieren allerdings relativ gut sichtbar sind und auch ein Risiko hinsichtlich späterer Korrosion darstellen.The solder seam is examined 2 between the two sheet metal parts, which - as in the enlargements of the 6b and 6c represented, a slight groove forms, in their longitudinal course but sometimes flaws in the form of very small, barely recognizable to the naked eye, z. B. depressions 2a However, which are relatively well visible after painting and also pose a risk of subsequent corrosion.

Dementsprechend weisen die Abbilder 4 der quer über die Lötnaht 2 gelegten Aufnahmen eine Aufwölbung 4a bzw. eine Vertiefung 4b auf, in der sich die Hohlkehlen-Form der Lötnaht 2 wiedergibt.Accordingly, the images have 4 the across the soldering seam 2 taken pictures a bulge 4a or a depression 4b on, in which the fillet shape of the solder seam 2 reproduces.

Um dies zu erreichen, wird versucht, die für das gewünschte Ergebnis, nämlich eine schnelle Signalverarbeitung bestimmter geometrischer Parameter, wie etwa Höhe, Querschnittsvolumen etc., der Erhebung 2a relevante Datenmenge so früh wie möglich zu reduzieren und damit den für die Berechnung der Ergebnisdaten notwendigen Rechenaufwand zu minimieren. Hierfür werden mehrere Methoden vorgeschlagen, die auch ergänzend zueinander eingesetzt werden:
Anhand der 3 werden erste Reduzierungsmethoden erläutert.In order to achieve this, an attempt is made to obtain the desired result, namely a rapid signal processing of certain geometric parameters, such as height, cross-sectional volume, etc., of the survey 2a Reduce the relevant amount of data as early as possible and thus minimize the amount of computation required to calculate the result data. For this purpose, several methods are proposed, which are also used in addition to each other:
Based on 3 First reduction methods are explained.

Viele Reduzierungsmethoden beruhen darauf, dass nicht zufällige Konturgestaltungen untersucht werden, sondern dabei bestimmte Konturen erwartet werden, wie im Beispielsfall der 3a eine Aufwölbung 4a in einem ansonsten im wesentlichen linienförmig geraden Abbild 4 in Form einer Lichtlinie bzw. eines Lichtbandes, beim Sensor 12a und einer Vertiefung 4b beim Sensor 12b gemäß 3b. Many reduction methods are based on examining non-random contours, but expecting certain contours, as in the example of 3a a bulge 4a in an otherwise essentially linear straight image 4 in the form of a light line or a light band, the sensor 12a and a depression 4b at the sensor 12b according to 3b ,

Dabei müssen die Abmessungen dieser Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b ermittelt werden und daraus die tatsächlichen Abmessungen der Vertiefung 2a aus der Basisfläche 22 berechnet werden.The dimensions of this bulge must 4a /Deepening 4b be determined and from this the actual dimensions of the recess 2a from the base area 22 be calculated.

In 3a, b sind zwei solcher Abbilder 4a, b auf der Oberfläche des optischen jeweiligen Sensors 12, 12' dargestellt.In 3a , b are two such images 4a , b on the surface of the respective optical sensor 12 . 12 ' shown.

Das Abbild 4 besteht darin, dass dort, wo die Lichtlinie auf der Fläche des Sensors 12, 12' auftrifft, die entsprechenden rasterartig in Reihen R1, R2... und Zeilen Z1, Z2... angeordneten Pixel P1.1, P1.2... P2.1. P2.2... des Sensors 12, 12' stärker beleuchtet sind, also einen höheren Helligkeitswert aufweisen, als diejenigen Pixel, auf denen das Abbild, also der vom Objekt 1 reflektierte Lichtstrahl 3, nicht auftrifft. In der zeichnerischen Schwarz-weiß Darstellung ist dies invers dargestellt, nämlich das Abbild 4 in Form der Lichtlinie dunkel dargestellt.The image 4 is that where the line of light on the surface of the sensor 12 . 12 ' incident, the corresponding grid-like in rows R1, R2 ... and rows Z1, Z2 ... arranged pixels P1.1, P1.2 ... P2.1. P2.2 ... of the sensor 12 . 12 ' are more illuminated, so have a higher brightness value than those pixels on which the image, that of the object 1 reflected light beam 3 , does not hit. In the graphic black-and-white representation, this is shown inversely, namely the image 4 dark in the form of the light line.

Die Pixel innerhalb des Abbildes 4 weisen dabei auch unterschiedliche Helligkeitswerte auf, in der Regel am Rand des bandförmigen Abbildes mit einem geringeren und in der Mitte mit einem höheren Helligkeitswert, was jedoch nicht immer der Fall ist und vom Reflexionsverhalten der Oberflächenkontur 2' abhängt.The pixels within the image 4 in this case also have different brightness values, usually at the edge of the band-shaped image with a lower and in the middle with a higher brightness value, which is not always the case and the reflection behavior of the surface contour 2 ' depends.

Eine erste Reduzierungsmethode besteht darin, dass – da nur die Erhebung 4a/Vertiefung 4b interessiert – bereits beim Auslesen der Bilddaten 10 aus dem Bilddatenspeicher 9 des Sensors 12 nur die Datensätze derjenigen Pixel ausgelesen und weiterverarbeitet werden, die in dem interessierenden, meist rechteckigen, Bereich 30, welcher die Aufwölbung 4a zeigt, liegen. Dieser interessierende Bereich 30 wird ermittelt, indem beim ersten Scan S1 die Bilddaten sämtlicher Pixel des Sensors 12 ausgelesen werden und dann aufgrund des festgestellten Verlaufs des Abbildes 4 die Lage der Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b nach Breite und Höhe ermittelt wird.A first reduction method is that - because only the survey 4a /Deepening 4b interested - already when reading the image data 10 from the image data memory 9 of the sensor 12 only the records of those pixels are read out and processed further, in the interesting, mostly rectangular, area 30 which the bulge 4a shows, lie. This area of interest 30 is determined by the image data of all pixels of the sensor at the first scan S1 12 be read out and then on the basis of the determined course of the image 4 the location of the bulge 4a /Deepening 4b is determined according to width and height.

Bei dem nächsten Scan wird lediglich dieser interessierende Bereich 30 zuzüglich eines umgebenden, hinsichtlich seiner Größe festgelegten, Sicherheitsbereiches 29 als neuer interessierender Bereich 30 ausgelesen.The next scan becomes just this area of interest 30 plus a surrounding security area determined by its size 29 as a new area of interest 30 read.

Auch im weiteren wird entweder bei jedem Scan oder nach einer jeweils festgelegten Anzahl von Scans überprüft, wie der in diesem Scan durch die Lage der Aufwölbung 4a/Vertiefung 4b festgelegte interessierende Bereich 30 liegt, und im nächsten oder den nächsten Scans wiederum der neu festgelegte interessierende Bereich 30 einschließlich eines umgebenden Sicherheitsbereiches 29 betrachtet, also ausgelesen wird.Also, the scan is checked either at each scan or after a specified number of scans, as in this scan by the location of the bulge 4a /Deepening 4b defined area of interest 30 and in the next or next scans, the redefined area of interest will again be 30 including a surrounding security area 29 considered, that is read out.

Eine zweite Reduzierungsmethode liegt in der Datenreduzierung durch rechnerisches Reduzieren des an sich über mehrere Pixel breiten Lichtbandes des Abbildes 4', z. B. wiederum nur im interessierenden Bereich, auf die Breite nur eines Pixels.A second reduction method lies in the data reduction by computationally reducing the light band of the image, which in itself is over several pixels wide 4 ' , z. B. again only in the region of interest, to the width of only one pixel.

So besitzt das Abbild 4 in Form einer Lichtlinie beispielsweise in Reihe 17 eine Breite von fünf Pixeln, indem in dieser Reihe die Pixel P30.17 bis einschließlich P34.17 einen erhöhten Helligkeitswert aufweisen.So has the image 4 in the form of a line of light, for example in series 17 a width of five pixels, in which the pixels P30.17 to P34.17 have an increased brightness value in this row.

Da primär der Verlauf des bandförmigen Abbildes 4 und nicht deren Breite interessiert, ist es ausreichend, den Verlauf des Abbildes 4 auf eine in Erstreckungsrichtung 8 des Bandes hintereinander liegende Abfolge von einzelnen Pixeln, also auf eine Linie mit einer Breite von einem Pixel, zu reduzieren.Since primarily the course of the band-shaped image 4 and not interested in their breadth, it is sufficient the course of the image 4 in an extension direction 8th of the tape successive sequence of individual pixels, that is to reduce to a line with a width of one pixel.

Dies kann auf mehrere Arten geschehen, z. B. indem an jeder Längsposition entlang der Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes, also in diesem Fall in jeder Reihe, von den Pixeln mit erhöhtem Helligkeitswert dasjenige mit dem höchsten Helligkeitswert als relevantes Pixel gewählt wird, oder dasjenige Pixel in der Mitte der beleuchteten Pixel, in diesem Fall P32.17 aus P30.17 bis P34.17.This can be done in several ways, eg. B. by at each longitudinal position along the extension direction 8th of the image, in this case in each row, of the pixels with the increased brightness value, the one with the highest brightness value is selected as the relevant pixel, or the pixel in the middle of the illuminated pixels, in this case P32.17 from P30.17 to P34 .17.

Da die Helligkeitsverteilung quer über das bandförmige Abbild 4 nicht immer gleichmäßig, z. B. nicht unbedingt gaußförmig, sein muss, soll eine Gewichtung hinsichtlich des Helligkeitswertes erfolgen und deshalb der Schwerpunkt der über der Breite b des Abbildes 4 aufgetragenen Helligkeitswerte bestimmt werden, was wie folgt geschieht:
Dadurch wird das bandförmige Abbild reduziert auf eine Abfolge einzelner Profilpunkte in Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes hintereinander.Because the brightness distribution across the band-shaped image 4 not always even, z. B. not necessarily gaussian, must be, a weighting in terms of brightness value and therefore the focus of the width b of the image 4 applied brightness values are determined, which is done as follows:
As a result, the band-shaped image is reduced to a sequence of individual profile points in the direction of extent 8th of the picture in a row.

Eine dritte Reduzierungsmethode besteht darin, die neben der Erhebung 4a gerade verlaufenden Bereiche des Abbildes 4 parallel zur Zeilen- oder Reihenorientierung des Sensors 12 zu bringen und damit eine Lage des Abbildes wie bei Abbild 4 zu erreichen während in der Praxis die Kurve schräg steht. Dies wird ohne entsprechende körperliche Ausrichtung des Sensors 12 zur Basisfläche 22 rein rechnerisch durch „Geradeziehen”, also eine Normierung des schräg in der Sensorfläche liegenden Abbildes 4 zu einem gerade liegenden Abbild 4, durchgeführt.A third reduction method is the addition of the survey 4a straight running areas of the image 4 parallel to the row or row orientation of the sensor 12 to bring and thus a position of the image as in the image 4 to achieve while in practice, the curve is at an angle. This will be without proper physical alignment of the sensor 12 to the base area 22 purely mathematically by "straightening", ie a normalization of the lying obliquely in the sensor surface image 4 to a straight lying image 4 , carried out.

Zu diesem Zweck wird der Höhenversatz des Anfangs und Endes des schräg liegenden Abbildes 4 auf der Sensorfläche 12 – am besten erst nach einer Reduzierung des Abbildes 4 auf eine Abfolge einzelner Profilpunkte – anteilig von den jeweiligen Profilpunkten abgezogen:
Während der z. B. tief liegende linke Endpunkt unverändert bleibt, werden alle weiter rechts liegenden Profilpunkte um einen solchen Anteil des Höhenversatzes gerechnet, der dem Abstand des jeweiligen Profilpunktes vom nicht veränderten Endpunkt in Relation zum gesamten Abstand vom linken zum rechten Endpunkt, also der Breite der Sensorfläche 12, entspricht. For this purpose, the height offset of the beginning and end of the slanted image 4 on the sensor surface 12 - Preferably after a reduction of the image 4 on a sequence of individual profile points - proportionately deducted from the respective profile points:
While the z. B. low-lying left end point remains unchanged, all further right profile points are calculated by such a proportion of the height offset, the distance of the respective profile point of the unaltered endpoint in relation to the total distance from the left to the right endpoint, so the width of the sensor surface 12 , corresponds.

Je besser die Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes 4 mit der Richtung der Linien oder Spalten übereinstimmt, um so eher kann auf dieses rechnerische Geradeziehen verzichtet werden, wenn es lediglich auf die Bestimmung von geometrischen Eigenschaften der Erhöhung 4a ankommt.The better the extension direction 8th of the image 4 coincides with the direction of the lines or columns, the more so can be dispensed with this arithmetical straightening, if it is only on the determination of geometric properties of the increase 4a arrives.

Eine weitere Reduzierung des Berechnungsaufwandes kann erreicht werden, indem von Anfang an entschieden wird, ob es sinnvoller ist, die Erstreckungsrichtung 8 des Abbildes 4 parallel zur Zeilenorientierung oder parallel zur Reihenorientierung des Sensors 12 zu legen:
Dabei spielt es eine Rolle, dass vom inneren Aufbau her die meisten optischen Sensoren 12 so gestaltet sind, dass die Daten immer nur in Form einer kompletten Zeile von Pixeln ausgelesen werden können und nicht nur ausgewählte Pixel aus einer Zeile. Ein unmittelbar spaltenweises, also reihenweises Auslesen der Daten ist bei den meisten Sensoren gar nicht möglich, sondern dies erfolgt indirekt, indem beim zeilenweisen Auslesen die entsprechenden Pixel derselben Reihe turnusmäßig nacheinander ausgelesen werden.A further reduction of the computational effort can be achieved by deciding from the beginning whether it makes more sense, the extension direction 8th of the image 4 parallel to the row orientation or parallel to the row orientation of the sensor 12 to lay:
It plays a role that the internal structure of most optical sensors 12 are designed so that the data can be read out only in the form of a complete row of pixels and not just selected pixels from a line. An immediate column-by-column, ie row-by-row reading of the data is not possible with most of the sensors, but this is done indirectly by reading the corresponding pixels of the same row one after the other during line-by-line reading.

Wenn die erwartete Kontur, also z. b. die Aufwölbung 4a relativ zur Fläche des Sensors voraussichtlich nur eine begrenzte Höhe von z. B. weniger als der Hälfte, insbesondere weniger als ein Drittel der Länge der Sensorfläche betragen wird, wird eine Orientierung der Erstreckungsrichtung 8, also der Richtung der geraden Anteile des Abbildes 4, parallel zur Zeilenrichtung gewählt werden, wie in 3a dargestellt. Erwartet man dagegen, dass die Aufwölbung 4a ohnehin einen größeren Teil der Länge des Sensors 12 einnehmen wird oder gar mehr als die Länge des meist in Breitformat, also mit Zeilenrichtung entlang der größeren Erstreckung vorliegenden Sensorfläche, so wird die Erstreckungsrichtung 8 – wie in 4 dargestellt – parallel zur Reihenrichtung und damit rechtwinklig zur Zeilenorientierung gewählt werden.If the expected contour, so for example the bulge 4a relative to the surface of the sensor is expected only a limited amount of z. B. is less than half, in particular less than a third of the length of the sensor surface will be an orientation of the extension direction 8th , ie the direction of the straight portions of the image 4 , are chosen parallel to the row direction, as in 3a shown. On the other hand, it is expected that the bulge 4a anyway a larger part of the length of the sensor 12 will take or even more than the length of the usually in wide format, so with the line direction along the larger extent present sensor surface, so is the extension direction 8th - as in 4 shown - parallel to the row direction and thus selected at right angles to the row orientation.

Im letzteren Fall wird dann die Datenreduzierung vorzugsweise auch durch folgende Methode erfolgen:
Es wird versucht, wiederum nur den interessierenden Bereich 30' des Abbildes 4 auszuwerten. In diesem Fall jedoch nicht – wie in 3 dargestellt – einen rechteckigen Bereich, in dem die gesamte Aufwölbung 4a Platz findet, sondern im diesem Fall jeweils nur die interessierenden Bereiche 30' an Pixeln, deren Datensätze aus jeder Zeile weiterverarbeitet werden.In the latter case, the data reduction is then preferably also carried out by the following method:
It tries to turn only the area of interest 30 ' of the image 4 evaluate. In this case, however, not - as in 3 shown - a rectangular area in which the entire bulge 4a Place finds, but in this case only the areas of interest 30 ' on pixels whose records are processed from each line.

Auch in diesem Fall werden beim ersten Scan alle Pixel aus dem Bilddatenspeicher des Sensors ausgelesen, um zumindest bei der ersten Zeile die interessierenden Bereiche 30' dieser Zeile zu ermitteln. Analog zur Vorgehensweise des zweidimensionalen interessierenden Bereiches, wie anhand der 3 erläutert, wird dann der neu interessierende Bereich 30' der nächsten Zeile übereinstimmend mit dem der vorherigen Zeile gewählt, zuzüglich eines daran anschließenden Sicherheitsbereiches 29' an beiden Enden, der wiederum vorzugsweise festgelegt ist durch eine Pixelanzahl.Also in this case, all pixels are read out of the image data memory of the sensor during the first scan, at least in the first line, the areas of interest 30 ' to determine this line. Analogous to the procedure of the two-dimensional region of interest, as based on the 3 then becomes the newly interesting area 30 ' the next line corresponding to that of the previous line, plus an adjoining security area 29 ' at both ends, which in turn is preferably fixed by a number of pixels.

Die Ermittlung des aktuell interessierenden Bereiches wird entweder in jeder Zeile neu durchgeführt oder in einer Abfolge von jeweils einigen Zeilen.The determination of the current area of interest is either carried out anew in each line or in a sequence of a few lines each.

Die Datensätze der interessierenden Bereiche aus dem Bilddatenspeicher 9, dessen Datensätze in Reihen und Spalten organisiert sind wie die Pixel des Sensors 12, werden bei der rechnerischen Weiterverarbeitung übertragen in einen Zwischenspeicher 25. Dies ist entweder zwingend erforderlich, weil aus dem Bilddatenspeicher 9 – wie vorstehend erwähnt – bei den meisten Sensorbauformen ohnehin nur ein Auslesen der Datensätze in ganzen Zeilen und nicht nur für einige Pixel einer Zeile möglich ist.The records of the areas of interest from the image data memory 9 whose records are organized in rows and columns like the pixels of the sensor 12 , are transferred in the computational further processing in a buffer 25 , This is either mandatory, because from the image data storage 9 - As mentioned above - in most sensor designs anyway only a readout of the data sets in whole lines and not only for some pixels of a line is possible.

Deshalb werden für alle Zeilen zwar die Datensätze der jeweils gesamten Zeile aus den Bilddatenspeichern 12 – wie in 4 dargestellt – ausgelesen, aber nur der jeweils interessierende Bereich 30' in einen Zwischenspeicher 25 übertragen.Therefore, for all lines, the data records of the respective entire line are saved from the image data 12 - as in 4 displayed - read, but only the area of interest 30 ' in a cache 25 transfer.

Falls es sich um einen Sensortyp handelt, der innerhalb einer Zeile das Auslesen vorgegebener Pixelpositionen ermöglicht, wie etwa ein CMOS-Sensor, rechtfertigt folgende Datenverringerung gemäß 5 dennoch die Übertragung in den Zwischenspeicher 25:
Der Datensatz für ein Pixel besteht aus mindestens drei Daten, nämlich einerseits der Pixelposition (x- und y-Wert im Sensor) und andererseits mindestens dem Helligkeitswert (Grauwert), den dieses Pixel auf dem Sensor 12 nach dem Belichten besaß. Da der in jeder Zeile interessierende Bereich 30' jeweils aus einer unmittelbar aufeinander nachfolgenden Abfolge von Pixeln innerhalb dieser Zeile besteht, genügt es für die Standortinformation, in einer ersten Zeile des Zwischenspeichers 25 jeweils diejenige Position festzuhalten, die das erste Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert innerhalb einer Zeile besaß. In den Feldern des Zwischenspeichers 25 unter dieser Positionsangabe sind dann lediglich noch die Helligkeitswerte dieses ersten und der nachfolgenden Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert innerhalb des jeweiligen interessierenden Bereiches, z. B. derselben Zeile, in den Zwischenspeicher 25 eingetragen.If it is a type of sensor that allows readout of given pixel positions within a line, such as a CMOS sensor, justify the following data reduction according to 5 nevertheless the transfer to the cache 25 :
The data set for a pixel consists of at least three data, namely on the one hand the pixel position (x and y value in the sensor) and on the other hand at least the brightness value (gray value), that pixel on the sensor 12 possessed after the exposure. As the area of interest in each line 30 ' each consists of an immediately successive sequence of pixels within this line is sufficient it for the location information, in a first line of the cache 25 each hold the position that had the first pixel with increased brightness value within a line. In the fields of the cache 25 Below this position specification, only the brightness values of this first and the following pixels with an increased brightness value within the respective region of interest are then still present, eg. B. the same line, in the cache 25 entered.

Im Gegensatz zur Pixelanzahl und damit der Anzahl der Datensätze des Bilddatenspeichers 9 ist somit der Datenumfang des Zwischenspeichers 25 zum einen dadurch geringer, dass die Anzahl der Datensätze drastisch verringert wurde (nämlich auf die Anzahl der Pixel mit erhöhtem Helligkeitswert) und andererseits die Datenmenge dadurch reduziert, dass jeder Datensatz zumindest um die um die Positionsangabe verringerte Datenmenge, beispielsweise nur ein Drittel der ursprünglichen Datenmenge, besitzt.In contrast to the number of pixels and thus the number of data records of the image data memory 9 is thus the data volume of the buffer 25 on the one hand by the fact that the number of data records has been drastically reduced (namely to the number of pixels with increased brightness value) and on the other hand the amount of data is reduced by the fact that each dataset is reduced at least by the amount of data reduced by the position specification, for example only one third of the original dataset , owns.

Aus den Informationen einer Reihe R1, R2... aus dem Zwischenspeicher 25, die aus der Positionsangabe und den nachfolgenden Helligkeitswerten besteht, lässt sich anschließend – beispielsweise nach der Methode der Schwerpunkts-Bestimmung – für den Querschnitt des Abbildes 4 in jeder Zeile ein einziger Profilpunkt berechnen, so dass diese Abfolge einzelner Profilpunkte das gesamte bandförmige Abbild 4 repräsentiert für die weitere Bestimmung der gewünschten geometrischen Daten betreffend die Aufwölbung 4a.From the information of a row R1, R2 ... from the cache 25 , which consists of the position information and the subsequent brightness values, can then be determined - for example, according to the method of determining the center of gravity - for the cross-section of the image 4 Calculate a single profile point in each line, so that this sequence of individual profile points the entire band-shaped image 4 represents for the further determination of the desired geometric data concerning the bulge 4a ,

7 zeigt in der linken Bildhälfte, wie eine Nachführung des Prüfkopfes 6 zur Lötnaht 2 durchgeführt wird:
Auf den Sensoren 12, 12' wird dabei der Top-Punkt 27, 27' der Erhebung 4a bzw. Vertiefung 4b hinsichtlich seiner Lage auf dem Sensor ermittelt. 7 shows in the left half of the picture, as a tracking of the probe 6 for soldering 2 is carried out:
On the sensors 12 . 12 ' will be the top spot 27 . 27 ' the survey 4a or recess 4b determined with regard to its position on the sensor.

Sobald dieser einen vorgegebenen Ziel-Bereich 28, 28' auf den Sensor bei einem der nächsten Scans verlässt, wird der Prüfkopf entsprechend nachgeführt, in Querrichtung oder auch in Höhenrichtung, je nachdem, in welche Richtung der Zielbereich verlassen wurde.Once this a given target area 28 . 28 ' When the sensor leaves the sensor on one of the next scans, the test head is tracked accordingly, in the transverse direction or in the height direction, depending on the direction in which the target area was left.

Des Weiteren wird dabei überprüft, ob sich die Abbilder 4a, b in ihrer Abfolge der hintereinander durchgeführten Scans Sx, Sx + 1 usw. in unzulässiger Weise nicht analog auf den beiden Sensoren 12, 12' verlagern:
Wenn sich beispielsweise die Abbilder 4b auf dem Sensor 12' stärker in Richtung unteren Rand des Sensors verlagern als die Abbilder 4a des anderen Sensors 12, so bedeutet dies, dass die Abstrahlrichtung 17 von der Lichtquelle 14 nicht mehr exakt lotrecht zur Oberfläche des Objektes 1 steht. Ist dies der Fall, so wird die unerwünschte Schrägstellung der Abstrahlrichtung 17 durch Verschwenken des Prüfkopfes 6 korrigiert, und vorzugsweise automatisch korrigiert, oder – solange das Abbild 4a bzw. 4b noch vollständig auf dem Sensor 12, 12' abgebildet wird – eine rechnerische Korrektur durchgeführt.Furthermore, it is checked whether the images 4a , b in their sequence of consecutively performed scans Sx, Sx + 1, etc. in an inadmissible manner not analogous on the two sensors 12 . 12 ' shift:
For example, if the images 4b on the sensor 12 ' move more towards the lower edge of the sensor than the images 4a of the other sensor 12 So it means that the radiation direction 17 from the light source 14 no longer exactly perpendicular to the surface of the object 1 stands. If this is the case, then the unwanted inclination of the emission direction 17 by pivoting the test head 6 corrected, and preferably automatically corrected, or - as long as the image 4a respectively. 4b still completely on the sensor 12 . 12 ' is imaged - carried out a mathematical correction.

Die 8 und 9 zeigen die Durchführung von Plausibilitätskontrollen:
Die 8a und 8b zeigen in vergrößerter Darstellung die Wiedergabe einer Lücke bzw. eines Bereiches des Abbildes 4, 4' mit zu stark abweichenden, also zu hellen oder zu dunklen, Helligkeitswerten.The 8th and 9 show the implementation of plausibility checks:
The 8a and 8b show an enlarged representation of the reproduction of a gap or an area of the image 4 . 4 ' with too much deviating, ie too light or too dark, brightness values.

Für eine solche Anomalie im Abbild wird bei beiden Abbildern das sogenannte Erstreckungs-Viereck 31, 31' ermittelt, in dem im Verlauf des Abbildes 4, 4' alle diejenigen Pixel erfasst werden, deren Helligkeitswert zu stark vom Helligkeitswert der restlichen benachbarten Abbild-Pixel abweichen.For such an anomaly in the image, the so-called extension quadrilateral is used for both images 31 . 31 ' in which in the course of the image 4 . 4 ' all those pixels are detected whose brightness value deviates too much from the brightness value of the remaining neighboring image pixels.

Der gesamte Bereich in X- und Y-Richtung, in dem solche anormalen Pixel liegen, stellt ein Rechteck dar, das Erstreckungs-Rechteck 31, 31'.The entire region in the X and Y directions, in which such abnormal pixels lie, represents a rectangle, the extension rectangle 31 . 31 ' ,

Wenn eine tatsächliche Anomalie an der Prüfkontur, d. h. an der Lötnaht 2 die Ursache für diese Anomalien in den Abbildern 4, 4' ist, müssen sich die Erstreckungs-Rechtecke 31, 31' hinsichtlich Größe und Position in den beiden Abbildern 4a, b der beiden Sensoren 12, 12' beim selben Scan decken.If an actual anomaly on the test contour, ie at the solder seam 2 the cause of these anomalies in the images 4 . 4 ' is, must be the extension rectangles 31 . 31 ' in terms of size and position in the two images 4a , b of the two sensors 12 . 12 ' cover the same scan.

Wenn nicht, wird davon ausgegangen, dass es sich nicht um eine tatsächliche Anomalie der Lötnaht 2, sondern lediglich um einen Fehler bei der optischen Übertragung oder Auswertung einer der Scans handelt.If not, it is considered that this is not an actual solder seam anomaly 2 but merely an error in the optical transmission or evaluation of one of the scans.

9 zeigt, dass ferner beim Auftreten einer Anomalie in einem der Abbilder 4a oder 4b die Fluchtung der vorhandenen Enden des Abbildes neben der Anomalie überprüft wird:
Fluchten diese nicht zueinander, ist also der Versatz der Enden zueinander größer als ein zulässiger Richtwert, so wird von einem Fehler im Datenverarbeitungsweg und nicht von einer tatsächlichen Anomalie an der Lötnaht 2 ausgegangen. 9 shows that, further, when an anomaly occurs in one of the images 4a or 4b the alignment of the existing ends of the image next to the anomaly is checked:
If these are not aligned with one another, that is, if the offset of the ends from each other is greater than a permissible guide value, the result is an error in the data processing path and not an actual anomaly at the soldering seam 2 went out.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Objektobject
22
Lötnahtsoldered seam
2'2 '
Prüfstellecheckpoint
2a2a
Vertiefungdeepening
2b2 B
Erhebungsurvey
33
Lichtstrahl, BeleuchtungsrichtungBeam of light, direction of illumination
44
Abbildimage
4a4a
Aufwölbungupheaval
4b4b
Vertiefungdeepening
5, 5'5, 5 '
Blickrichtungline of sight
66
Prüfkopfprobe
6a, b6a, b
Detektoreinheitdetector unit
77
Bewegungsrichtungmovement direction
88th
Erstreckungsrichtungextension direction
99
BilddatenspeicherImage data storage
1010
Bilddatenimage data
1111
elektronische Verarbeitungseinheitelectronic processing unit
12, 12'12, 12 '
optischer Sensoroptical sensor
13a, b13a, b
paralleler Ausgangparallel output
1414
Lichtquellelight source
1515
Interner SpeicherInternal memory
1616
Gehäusecasing
1717
Abstrahlrichtungradiation direction
1818
Beobachtungsbreiteobservation width
1919
Spiegelmirror
2020
Betrachtungsebeneviewing plane
2121
Lotrechtevertical
2222
Nenn-AbstandNominal distance
2323
Durchlasspassage
2424
Platinecircuit board
2525
Zwischenspeichercache
2626
Steckerplug
2727
Top-PunktTop point
28, 28'28, 28 '
Ziel-BereichTarget area
2929
Sicherheitsbereichsecurity area
30, 30'30, 30 '
interessierender Bereichinteresting area
31, 31'31, 31 '
Erstreckungs-ViereckErstreckungs Quadrangle
α1, α2 α 1 , α 2
Triangulations-WinkelTriangulation angle
β1, β2 β 1 , β 2
Betrachtungswinkelviewing angle
P1.1P1.1
Pixelpixel
D1.1D1.1
Datensatzrecord
Z1Z1
Zeilerow
R1R1
Reiheline
S1S1
Scanscan
b, Bb, B
Breitewidth

Claims (22)

Verfahren zum berührungslosen optischen Prüfen dreidimensionaler Konturen eines Objektes (1) langer Erstreckung auf Fehlstellen mittels Lichtschnitt-Triangulation, bei dem – ein Lichtschnitt-Prüfkopf (6) in Verlaufsrichtung der langen Erstreckung des Objektes (1) relativ zu diesem bewegt wird und dabei an einer Mehrzahl von Längspositionen (2') Aufnahmen anfertigt, – die in der jeweiligen Längsposition quer zur langen Erstreckung des Objekts (1) auf das Objekt (1) projizierte Lichtschnittlinie aus zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) zur Projektionsrichtung aufgenommen wird, wobei in jeder Längsposition aus jedem der unterschiedlichen Betrachtungswinkel (α1, α2) zwei Abbilder (4, 4') mit unterschiedlicher Lichtmenge angefertigt werden, – je zwei einander entsprechende Abbilder (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) auf Anomalien untersucht werden und bei Auftreten einer Anomalie in beiden einander entsprechenden Abbildern (4, 4') automatisch Plausibilitätskontrollen durchgeführt werden, um festzustellen, ob es sich bei der Anomalie tatsächlich um eine Fehlstelle handelt, – bei Auftreten einer Anomalie in einander entsprechenden Abbildern (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen, die mit einander entsprechenden Lichtmengen angefertigt wurden, überprüft wird, ob an der gleichen Längsposition eine Anomalie auch bei der entsprechenden Aufnahme mit der anderen Lichtmenge vorhanden ist und nur bei übereinstimmender Anomalie in beiden Fällen auf eine Fehlstelle geschlossen wird, und – festgestellte Fehlstellen bildmäßig und/oder koordinatenmäßig angezeigt werden.Method for contactless optical testing of three-dimensional contours of an object ( 1 ) long extension to imperfections by means of light-section triangulation, in which - a light-section probe ( 6 ) in the direction of the long extension of the object ( 1 ) is moved relative to this and at a plurality of longitudinal positions ( 2 ' ) Takes pictures, - in the respective longitudinal position transversely to the long extent of the object ( 1 ) on the object ( 1 ) projected light-slit line from two different viewing angles (α1, α2) to the projection direction, wherein in each longitudinal position from each of the different viewing angles (α1, α2) two images ( 4 . 4 ' ) are made with different amounts of light, - two corresponding images ( 4 . 4 ' ) are examined for anomalies from different viewing angles (α1, α2) and when an anomaly occurs in both corresponding images ( 4 . 4 ' ) plausibility checks are carried out automatically in order to determine whether the anomaly is actually a defect, - if an anomaly occurs in corresponding images ( 4 . 4 ' ) is checked from different viewing directions, which were made with corresponding amounts of light, whether at the same longitudinal position an anomaly is also present in the corresponding recording with the other amount of light and is closed only in case of coincidental anomaly in both cases to a defect, and - identified defects are displayed visually and / or in coordinates. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung durchgeführt wird, indem die von der Kontur reflektierten linienförmigen Abbilder (4, 4') von zwei verschiedenen, insbesondere in Bewegungsrichtung (7) der Bestrahlungsrichtung (3) vor- und nacheilenden, optischen Sensoren (12, 12') aufgenommen werden.A method according to claim 1, characterized in that the test is carried out by the line-shaped images reflected from the contour ( 4 . 4 ' ) of two different, especially in the direction of movement ( 7 ) of the irradiation direction ( 3 ) leading and trailing optical sensors ( 12 . 12 ' ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Plausibilitätskontrolle in der Positionsbestimmung der Anomalie besteht, und dabei insbesondere bei den Anomalien in beiden Abbildern (4, 4') das Erstreckungs-Viereck (27) bestimmt wird, bestehend aus den Abschnitten aus Pixeln des Abbildes (4, 4') in X- sowie Y-Richtung, in denen die Pixel nicht beleuchtet wurden oder einen zu stark abweichenden Helligkeitswert gegenüber dem Rest des Abbildes (4, 4') aufwiesen, und die Abweichung der Position dieser Erstreckungsvierecke (27) in Welt-Koordinaten bestimmt wird, und die Anomalien als Unregelmäßigkeiten interpretiert werden, wenn die Abweichung unter einem vorgegeben Grenzwert liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that there is a first plausibility check in the position determination of the anomaly, and in particular in the case of the anomalies in both images ( 4 . 4 ' ) the extension quadrilateral ( 27 ), consisting of the sections of pixels of the image ( 4 . 4 ' ) in the X and Y direction in which the pixels were not illuminated or an excessively high brightness value compared to the rest of the image ( 4 . 4 ' ), and the deviation of the position of these quadrilaterals ( 27 ) is determined in world coordinates, and the anomalies are interpreted as irregularities when the deviation is below a predetermined limit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Lücke (28) in einem Abbild (4, 4) der Höhenversatz von Beginn (28a) und Ende (28b) des linienförmigen Abbildes (4, 4') auf beiden Seiten der Lücke (28) festgestellt und bei zu starker Abweichung die Lücke (28) nicht als Unregelmäßigkeit interpretiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of a gap ( 28 ) in an image ( 4 . 4 ) the height offset from beginning ( 28a ) and end ( 28b ) of the linear image ( 4 . 4 ' ) on both sides of the gap ( 28 ) and if the deviation is too large, the gap ( 28 ) is not interpreted as an irregularity. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durchschnittliche Helligkeitswert des linienförmigen Abbildes (4, 4'), in dem die Anomalie festgestellt wurde, mit den durchschnittlichen Helligkeitswerten der vom gleichen Sensor (12, 12') aufgenommenen, wenigstens einem vorangehenden und wenigstens einem nachfolgenden Abbild, insbesondere je drei vorangehenden und drei nachfolgenden Abbildern, verglichen wird und bei Abweichung oberhalb eines Grenzwerts die Anomalie nicht als Unregelmäßigkeit der Prüfkontur (2) interpretiert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the average brightness value of the linear image ( 4 . 4 ' ), in which the anomaly was detected, with the average brightness values of the same sensor ( 12 . 12 ' ), at least one preceding and at least one subsequent image, in particular three preceding and three subsequent images, is compared and, in case of deviation above a limit value, the anomaly is not described as an irregularity of the test contour ( 2 ) is interpreted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuell positiv geprüfte Kontur gescannt und deren Bilddaten (10) als Referenzwerte hinterlegt werden, insbesondere unterteilt in einzelne Referenzlängen-Abschnitte.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a manually positively tested contour is scanned and its image data ( 10 ) are stored as reference values, in particular subdivided into individual reference-length sections. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den linienförmigen Abbildern (4, 4') nur der Bereich (2a), der der eigentlichen Kontur entspricht, untersucht wird und der Bereich ermittelt wird durch Vergleich mit den insbesondere zuvor gescannten Referenzkonturen und deren Prüf-Daten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that of the linear images ( 4 . 4 ' ) only the area ( 2a ), which corresponds to the actual contour, is examined and the area is determined by comparison with the particular previously scanned reference contours and their test data. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachführung des Prüfkopfes (6) in Querrichtung (11) erfolgt, sobald der höchste (33) bzw. tiefste (34) Punkt des Abbildes der Kontur seitlich aus einem vorgegebenen Zielbereich (32) des Sensors (12a, b) herausläuft.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a tracking of the test head ( 6 ) in the transverse direction ( 11 ) takes place as soon as the highest ( 33 ) or lowest ( 34 ) Point of the image of the contour laterally from a predetermined target area ( 32 ) of the sensor ( 12a , b) runs out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Prüfkopfes über der Kontur auf Nennhöhe (22) automatisch nachgeführt wird, wenn die höchsten bzw. tiefsten Punkte (33, 34) der einander entsprechenden Abbilder (4, 4') auf den Sensoren (12a, b) oder dem einzigen Sensor (12) aus einem vorgegebenen Zielbereich (32) herauslaufen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the height of the test head over the contour at nominal height ( 22 ) is tracked automatically when the highest or lowest points ( 33 . 34 ) of the corresponding images ( 4 . 4 ' ) on the sensors ( 12a , b) or the single sensor ( 12 ) from a given target area ( 32 ) Run out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfdaten in Form einer Aneinanderreihung der Original-Prüfaufnahmen, jeweils gemittelt aus den beiden Einzelaufnahmen, als fortlaufendes Originalbild gespeichert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the test data in the form of a juxtaposition of the original test recordings, each averaged from the two individual recordings, are stored as a continuous original image. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen in Relation zur Relativgeschwindigkeit zwischen Prüfkopf (6) und Kontur so festgelegt wird, dass der Längsabstand zwischen zwei Aufnahmen geringer ist als die Mindestgröße der zu detektierenden Unregelmäßigkeiten, insbesondere kleiner als die Hälfte dieser Mindestgröße.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the time interval between the individual recordings in relation to the relative speed between test head ( 6 ) and contour is determined so that the longitudinal distance between two shots is less than the minimum size of the irregularities to be detected, in particular less than half of this minimum size. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nicht normale Bereiche des einen Abbildes z. B. (4), das mit z. B. der kleineren Lichtmenge aufgenommen wurde, ersetzt werden durch die entsprechenden Abschnitte des analogen linienförmigen Abbildes z. B. (4'), das mit der anderen, beispielsweise höheren Lichtmenge, aufgenommen wurde.Method according to one of the preceding claims, characterized in that non-normal areas of the one image z. B. ( 4 ), which with z. B. the smaller amount of light was recorded, to be replaced by the corresponding sections of the analog line-shaped image z. B. ( 4 ' ) recorded with the other, for example, higher amount of light. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfdaten jedem Objekt (1) zugeordnet gespeichert bleiben und bei der Nachbearbeitung des Objektes (1) zur Verfügung stehen, insbesondere für das Auffinden der Position der Fehlstellen (2a) und für die nachfolgende erneute Prüfung der ausgebesserten Prüfstelle.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the test data each object ( 1 ) remain assigned and during the post-processing of the object ( 1 ), in particular for locating the position of the defects ( 2a ) and for the subsequent re-examination of the repaired test center. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung der Messdaten, insbesondere der Höhenkonturen, erfolgt mit Hilfe des Nenn-Abstandes (22) zwischen Prüfkopf (6) und Kontur sowie das Abtasten einer Kalibrierkontur (31) mit exakt bekannter Kontur, so dass die Umrechnung der ermittelten Kontur-Werte in Absolutwerte möglich wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a calibration of the measured data, in particular the height contours, takes place with the aid of the nominal distance ( 22 ) between test head ( 6 ) and contour as well as the scanning of a calibration contour ( 31 ) with exactly known contour, so that the conversion of the determined contour values into absolute values becomes possible. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Bilddaten (10) einschließlich insbesondere aller Belichtungsstufen innerhalb des Prüfkopfes (6) in Echtzeit während der fortlaufenden Abtastung der Prüfkontur (3), insbesondere mit wenigstens 250 mm/s, erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation of the image data ( 10 ) including in particular all exposure levels within the test head ( 6 ) in real time during the continuous scanning of the test contour ( 3 ), in particular with at least 250 mm / s, takes place. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalibrierung die Umsetzung der Kamerakoordinaten in Welt-Koordinaten erfolgt, in dem in Verlaufsrichtung als auch quer hierzu markante Punkte der Kalibierkontur (31) und deren beide Abbilder korreliert werden unter Verwendung der Betrachtungswinkel (α1, α2) und des Nenn-Abstands (22).A method according to claim 15, characterized in that the calibration of the implementation of the camera coordinates in world coordinates takes place in which in the course direction as well as across this prominent points of the calibration contour ( 31 ) and their two images are correlated using the viewing angles (α1, α2) and the nominal distance (FIG. 22 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht analoger Verlagerung der höchsten bzw. tiefste Punkte (33, 34) der einander entsprechenden Abbilder (4, 4') der beiden Betrachtungswinkel (α1, α2) auf eine nicht lotrechte Bestrahlungsrichtung geschlossen und diese Schrägstellung des Prüfkopfes (6) rechnerisch berücksichtigt oder automatisch korrigiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in non-analogous displacement of the highest or lowest points ( 33 . 34 ) of the corresponding images ( 4 . 4 ' ) of the two viewing angles (α1, α2) is closed in a non-perpendicular direction of irradiation and this inclination of the test head ( 6 ) is mathematically taken into account or automatically corrected. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nacheilend zum Prüfen der Kontur auf die unregelmäßige Stelle der Kontur automatisch ein Tropfen eines flüssigen Füllers (35), insbesondere PVC, aufgebracht wird, insbesondere vom gleichen Prüfkopf (6).A method according to claim 17, characterized in that nacheilend for checking the contour on the irregular point of the contour automatically a drop of a liquid filler ( 35 ), in particular PVC, is applied, in particular by the same test head ( 6 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Füllers (35) durch eine gesteuerte Düse (36) variiert wird in Abhängigkeit der Größe der festgestellten Unregelmäßigkeit.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume of the filler ( 35 ) by a controlled nozzle ( 36 ) varies depending on the size of the detected irregularity. Anordnung zum berührungslosen optischen Prüfen dreidimensionaler Konturen eines Objekts (1) langer Erstreckung auf Fehlstellen mittels Lichtschnitt-Triangulation, mit einem Lichtschnitt-Prüfkopf (6), – der in Richtung der langen Erstreckung des Objektes (1) relativ zu diesem bewegbar ist, so dass Aufnahmen an einer Mehrzahl von Längspositionen angefertigt werden können, – der eine Lichtquelle (14), die eine Lichtschnittlinie projiziert, aufweist sowie zwei optische Sensoren (12, 12') mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) ihrer Blickrichtungen (5, 5') gegenüber der Beleuchtungsrichtung (3), so dass die quer zur langen Erstreckung des Objekts (1) auf das Objekt (1) projizierte Lichtschnittlinie aus zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) aufgenommen werden kann, – der an jeder Längsposition aus jedem der unterschiedlichen Betrachtungswinkel (α1, α2) zwei Abbilder (4, 4') mit unterschiedlicher Lichtmenge anfertigt, – der einen Bilddatenspeicher (9) und eine elektronische Verarbeitungseinheit (11) aufweist, – die je zwei einander entsprechende Abbilder (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln (α1, α2) auf Anomalien untersucht und bei Auftreten einer Anomalie in beiden einander entsprechenden Abbildern (4, 4') automatisch Plausibilitätskontrollen durchführt, um festzustellen, ob es sich bei der Anomalie tatsächlich um eine Fehlstelle handelt, – die bei Auftreten einer Anomalie in einander entsprechenden Abbildern (4, 4') aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen (5, 5'), die mit einander entsprechenden Lichtmengen angefertigt wurden, überprüft, ob an der gleichen Längsposition eine Anomalie auch bei der entsprechenden Aufnahme mit der anderen Lichtmenge vorhanden ist und nur bei übereinstimmender Anomalie in beiden Fällen auf eine Fehlstelle schließt, und – die festgestellten Fehlstellen zur bildmäßigen und/oder koordinatenmäßigen Anzeige aufbereitet.Arrangement for non-contact optical testing of three-dimensional contours of an object ( 1 ) long extension to defects by means Light-section triangulation, with a light-section probe ( 6 ), - in the direction of the long extension of the object ( 1 ) is movable relative to this, so that recordings can be made at a plurality of longitudinal positions, - the one light source ( 14 ), which projects a light-slit line, and two optical sensors ( 12 . 12 ' ) with different viewing angles (α1, α2) of their viewing directions ( 5 . 5 ' ) with respect to the illumination direction ( 3 ), so that the transverse to the long extension of the object ( 1 ) on the object ( 1 ) projected light cut line from two different viewing angles (α1, α2) can be recorded, - at each longitudinal position from each of the different viewing angles (α1, α2) two images ( 4 . 4 ' ) with different amount of light, - the one image data memory ( 9 ) and an electronic processing unit ( 11 ), - the two corresponding images ( 4 . 4 ' ) are examined for anomalies from different viewing angles (α1, α2) and when an anomaly occurs in both corresponding images ( 4 . 4 ' ) automatically performs plausibility checks to determine whether the anomaly is actually a defect, - the images that occur when an anomaly occurs in corresponding images ( 4 . 4 ' ) from different viewing directions ( 5 . 5 ' ), which were made with corresponding amounts of light, checks whether at the same longitudinal position an anomaly is also present in the corresponding recording with the other amount of light and closes only in case of coincidental anomaly in both cases to a defect, and - the defects identified for imagewise and / or coordinate display. Prüfkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (7) des Prüfkopfes (6) in der durch die beiden Blickrichtungen (5, 5') der Sensoren (12, 12') festgelegten Betrachtungsebene liegt.Test head according to claim 20, characterized in that the direction of movement ( 7 ) of the test head ( 6 ) in the through the two directions of view ( 5 . 5 ' ) of the sensors ( 12 . 12 ' ). Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Prüfkopf (6) ein Vorratsbehälter (37) mit Füller (35) sowie eine hinsichtlich des Öffnungszeitpunktes und der Öffnungszeit exakt ansteuerbare Austrittsdüse (36) angeordnet ist, die mit der elektronischen Verarbeitungseinheit (11) in Verbindung steht.Test head according to one of the preceding claims, characterized in that in the test head ( 6 ) a storage container ( 37 ) with filler ( 35 ) and with respect to the opening time and the opening time exactly controllable outlet nozzle ( 36 ) arranged with the electronic processing unit ( 11 ).
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