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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion von Oberflächenfehlstellen,
mit dem eine Vermessung der dreidimensionalen Struktur eines Objekts
erreicht werden kann, um bei hoher Geschwindigkeit hochpräzise mikrofeine,
wellenförmige Fehlstellen
und jegliche Fehlstelle zu detektieren, die als Information veränderlicher
Helligkeit auf einem laminierten Substrat und dergleichen erscheint.
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Als
mögliche
Maßnahme
zum Bestimmen oder Vermessen der dreidimensionalen Struktur eines
Objekts durch die Verarbeitung von Bildern, die mit einer Fernsehkamera
(TV) aufgenommen wurden, wurde in der
japanischen
Patent- veröffentlichung
Nr. 63-83873 (Ogata et al.) ein Verfahren zum Vermessen
der dreidimensionalen Struktur eines Objekts auf Basis des Reflexionsvermögens anhand mehrerer
Bilder vorgeschlagen, die durch aufeinanderfolgendes Erleuchten
mehrerer Lichtquellen aufgenommen wurden (ein Beleuchtungsstärkendiffe renzraumbild).
Bei diesem Verfahren erhält
man eine Information über
die reflektierte Lichtintensität
(Karte des Reflexionsvermögens),
die die planare Richtung der Oberfläche des Objekts, die anhand
der Bilder bestimmt wurde, die bei Beleuchtung eines Referenzobjekts
mit jeweiligen leuchtenden Körpern
aufgenommen wurden, mit der Helligkeit oder der Leuchtdichte in
Beziehung setzt, die durch die TV-Kamera gemessen wurde. Gradienten der
Oberflächenelemente
eines aktuellen Objekts der Vermessung werden dabei durch Vergleichen
der Leuchtdichte, die von der TV-Kamera bei gleicher Beleuchtung
des aktuellen Objekts mit den jeweiligen leuchtenden Körpern gemessen
wurde, mit der oben beschriebenen Karte des Reflexionsvermögens bestimmt.
Die dreidimensionale Struktur des aktuellen Objekts wird mit den
verwendeten Gradienten erneut aufgebaut.
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Als
Verfahren zum Detektieren einer auf einem glänzenden Objekt vorhandenen
Fehlstelle wurde in der
japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 3-296408 (Yamatake et al.) ein Verfahren vorgeschlagen,
das die Interferenz eines Laserstrahls verwendet. Während eines
Verfahrens zur Herstellung von kupferplattiertem Laminat werden
die Kupferschichten, deren Dicke mehrere 10 μm auf beiden Oberflächen eines
jeweiligen isolierenden Substrats beträgt, geätzt. Mehrere solcher kupferplattierten Substrate
werden zu Endprodukten laminiert. Kratzer, Einbeulungen, Korrosion,
Flecken oder ähnliche Fehlstellen
treten auf den Oberflächen
der Substrate vor der Laminierung auf und müssen vorher detektiert werden.
Die Oberflächen
der Substrate werden darüber
hinaus aufgrund sehr kleiner Unebenheiten von mehreren Mikrometern,
die beim Überfahren
mit Walzen auftreten, matt, und der Aufbau des isolierenden Substrates
aus mit Harz imprägniertem
Gewebe führt
dazu, daß die
Struktur des Gewebes sichtbar wird. Bei dem bekannten Verfahren
zum Detektieren von Fehlstellen wird die Detektierung der regelmäßig auf
allen Oberflächen
vorhandenen Unebenheiten und die Detektierung sehr kleiner Oberflächenfehlstellen
auf den weniger glänzenden
Ebenen durch Beleuchten mit einem Laser strahl unter sehr flachem Winkel
bezüglich
der Ebenen durchgeführt,
und die Fehlstelle wird durch Beobachten eines Interferenzbandes
detektiert, das aufgrund der mikrofeinen Struktur auf der Oberfläche bei
der Reflexion des Strahls auftritt. Genauer ausgedrückt wird
der von einer Laserquelle projizierte Strahl durch eine Linse so aufgefächert, daß er die
Form eines Spalts aufweist, und der spaltförmige Strahl trifft durch eine
Projektionslinse auf eine Zone des Substrats mit vorbestimmter Breite
auf und wird von dieser in einem flachen Winkel reflektiert. Auf
diese Weise wird reflektiertes Licht als Interferenzmuster auf den
Schirm projiziert, der gegenüberliegend
der Laserstrahlquelle angeordnet ist. Wenn das Substrat Kratzer
aufweist, muß das
Interferenzband beobachtet werden, indem das Band durch die TV-Kamera
aufgenommen wird. Die Fehlstelle kann dann durch eine Einrichtung zur
Bildverarbeitung erkannt werden.
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Bei
dem zuvor beschriebenen Verfahren zum Detektieren der dreidimensionalen
Struktur tritt jedoch, da die Karte des Reflexionsvermögens ausgehend
von der Annahme erstellt wird, daß die Oberflächeneigenschaften
des Objekts über
alle Oberflächen
des Objekts identisch sind, das Problem auf, daß dieses Verfahren nicht auf
ein Objekt angewendet werden kann, das Schwankungen des Oberflächenreflexionsvermögens aufweist.
Da weiterhin eine unregelmäßige Reflexionskomponente
verwendet wird, ist das Verfahren auch nicht auf ein glänzendes
Objekt anwendbar, von dem man keine unregelmäßige Reflexionskomponente erhält. Da die
dreidimensionale Struktur anhand der Leuchtdichte beim Beleuchten
mit dem Leuchtkörper
als Referenz bestimmt wird, ist die Detektierung deutlich durch
sekundäres
Zurückstrahlen
der Beleuchtung beeinflußt.
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Bei
dem oben beschriebenen Verfahren der Detektierung von Fehlstellen
treten weiterhin Probleme dahingehend auf, daß jeder Fremdkörper auf dem
Substrat eine deutliche Änderung
des Interferenzbandes verursacht, so daß das Substrat fälschlich
als Ausschuß erkannt
wird. Wenn das Substrat verwunden ist, liegt das Interferenzband
außerdem außerhalb
des Meßbereichs,
so daß es
normalerweise nicht gemessen werden kann.
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Wenn
die dreidimensionale Struktur nicht bestimmt werden kann, können die
Fehlstelle mit einigen Einbeulungen und die Fehlstelle ohne Einbeulungen
nicht voneinander unterschieden werden. Da weiterhin die Interferenzerscheinung
eines Laserstrahls verwendet wird, wird die Detektierung sehr kleiner
Strukturen auf der Oberfläche
des Substrates hiervon deutlich beeinflußt.
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Aus
der
DE 41 23 916 A1 ist
ferner ein Verfahren zum beleuchtungsdynamischen Erkennen und Klassifizieren
von Oberflächenmerkmalen
und Oberflächendefekten
eines Objekts bekannt. Bei diesem Verfahren werden sequentiell Bilder
des Objekten mit einer Kamera aufgenommen und zwischengespeichert.
Bei jedem aufgenommenen Bild wird der Einfallswinkel durch selektive
Ansteuerung von Lichtquellen eines kuppelförmigen Beleuchtungshimmels
geändert.
Die zwischengespeicherten Bilder werden einer Merkmalsanalyse unterzogen,
insbesondere mittels Fouriertransformation.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Detektion von
Oberflächenfehlstellen,
das auch bei mit Farbschattierungen versehenen oder glänzenden
Objektoberflächen
Anwendung finden kann und keine aufwendigen Merkmalsanalyseverfahren
erfordert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist im Patentanspruch 1, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen
angegeben.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es möglich,
den Oberflächengradient
an allen Punkten auf der Oberfläche
des zu detektierenden Objekts mit einer einfachen Anordnung zu messen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben, die
folgendes darstellen:
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1 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung
des Konzepts einer Einrichtung, die eine Ausführungsform des Verfahrens zur
Bildverarbeitung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung
der theoretischen Funktionsweise der Anordnung der 1;
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3 zeigt
eine schematische Ansicht des Objekts, wie es von der TV-Kamera in der Anordnung der 2 aufgenommen
wurde;
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4 zeigt
eine weitere schematische Ansicht des Objekts, wie es von der TV-Kamera
in der 2 aufgenommen wurde;
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5 zeigt
ein Schaubild zur Erläuterung der
Veränderung
der Leuchtdichte auf Oberflächen mit
verschiedenen Gradienten;
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6 stellt
ein Ablaufdiagramm der Ausführungsform
der 1 dar;
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7 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung
der Einrichtung der Ausführungsform
der 1;
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8 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung
der Bilder, die man mit der Einrichtung der 7 erhält;
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9 zeigt
eine Ansicht eines Winkelverteilungsbildes, das mit der Ausführungsform
der 1 aufgenommen wurde;
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10 zeigt
eine Darstellung eines Leuchtdichtenverteilungsbildes, das mit der
Ausführungsform
der 1 aufgenommen wurde;
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11 ist
eine Ansicht eines Bildes der Oberflächengradientenverteilung, das
durch Umwandeln des in der 9 gezeigten
Winkelverteilungsbildes bestimmt wurde;
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12 zeigt
eine Ansicht eines dreidimensionalen Bildes, das durch Verarbeitung
des in der 11 gezeigten Bildes der Gradientenverteilung bestimmt
wurde;
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13 ist
ein Schaubild zur Erläuterung
eines ergänzenden
Verfahrens zur Verbesserung der Genauigkeit in bezug auf die Ausführungsform
der 1;
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14 zeigt
eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Durchführung einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Bildverarbeitung;
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15 zeigt
eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Durchführung einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Bildverarbeitung;
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Die 16(a) und 16(b) sind
Ansichten, die zeigen, wie eine Veränderung der Lage der TV-Kamera
und des zu detektierenden Objekts zueinander in der Ausführungsform
der 15 erscheint;
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17 ist
eine Ansicht einer Einrichtung zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform,
die zur Beschleunigung des Verfahrens zur Bildverarbeitung der vorliegenden
Erfindung vorgesehen ist;
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18 ist
eine Ansicht einer Einrichtung, die bei einer weiteren Ausführungsform
zur Beschleunigung des Verfahrens zur Bildverarbeitung der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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19 zeigt
eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Eigenschaft des
Winkelverteilungsbildes in dem Verfahren zur Bildverarbeitung der
vorliegenden Erfindung;
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Die 20 bis 22 sind
schematische Schaubilder, die sich auf Gesichtspunkte des Arbeitsablaufs
beim Durchführen
einer Gradientenkorrektur in dem Verfahren zur Bildverarbeitung
der vorliegenden Erfindung, einschließlich einer Anordnung zum Detektieren
von Oberflächen-Fehlstellen,
beziehen;
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23(a) ist eine schematische Ansicht eines Standardbildes,
das bezüglich
eines Gesichtpunktes des Arbeitsablaufs zum Detektieren einer Fehlstelle
in dem Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung,
einschließlich
der Anordnung zum Detektieren einer Oberflächen-Fehlstelle, verwendet
wird;
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23(b) ist eine Ansicht des Prüfbildes entsprechend der 23(a);
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24(a) ist ein Schaubild, das die Veränderung
des Beleuchtungswinkels zeigt, die in einer Richtung senkrecht zu
der Lichtquelle auftritt, wenn die Fehlstelle eine Einbeulung ist;
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24(b) ist ein Schaubild, das die Veränderung
des Beleuchtungswinkels zeigt, die in der Richtung senkrecht zu
der Lichtquelle auftritt, wenn die Fehlstelle eine Blase ist;
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25 ist
eine Ansicht, die den Gesichtspunkt der Fehlstellendetektierung
von Kratzern in dem Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung,
einschließlich
der Anordnung zum Detektieren von Oberflächen-Fehlstellen, erläutert;
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26 ist
eine Ansicht, die den Gesichtspunkt der Fehlstellendetektierung
von Korrosion in dem Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung,
einschließlich
der Anordnung zum Detektieren von Oberflächen-Fehlstellen, erläutert;
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27 ist
ein Ablaufdiagramm, um den Gesichtspunkt der Fehlstellendetektierung
von Korrosion in dem Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden
Erfindung, einschließlich
der Anordnung zum Detektieren von Oberflächen-Fehlstellen zu erläutern;
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28 ist
eine Ansicht, die einen Gesichtspunkt der Fehlstellendetektierung
erläutert,
wobei ein Gebiet dunkler Flecken in dem Verfahren zur Bildverarbeitung
der vorliegenden Erfindung, einschließlich der Anordnung zum Detektieren
von Oberflächen-Fehlstellen,
als Referenz dient;
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29 ist
eine Ansicht, die einen Gesichtspunkt der Detektierung von Fehlstellen
erläutert,
wobei in dem Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung,
einschließlich
der Anordnung zum Detektieren von Oberflächen-Fehlstellen, ebenfalls ein
Gebiet dunkler Flecken als Referenz verwendet wird;
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30 zeigt
eine Ansicht zur theoretischen Erläuterung des Gesichtspunktes
der Detektierung eines Fremdkörpers
in dem Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung,
einschließlich der
Anordnung zum Detektieren von Oberflächen-Fehlstellen;
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31 ist
eine Ansicht, die den Gesichtspunkt der Detektierung des Fremdkörpers in
dem Verfahren zur Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der
Anordnung zum Detektieren von Oberflächen-Fehlstellen, erläutert; und
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32 ist
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
des Gesichtspunkts der Detektierung des Fremdkörpers in dem Verfahren zur
Bildverarbeitung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der
Anordnung zum Detektieren von Oberflächen-Fehlstellen.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung nun in bezug auf die speziellen Ausführungsformen,
die in der Zeichnung gezeigt sind, beschrieben wird, sollte einzusehen
sein, daß nicht
beabsichtigt ist, die Erfindung nur auf diese speziellen Ausführungsformen
zu beschränken,
sondern vielmehr alle Veränderungen, Modifikationen
und gleichwertige Anordnungen mit einzuschließen, die innerhalb des Rahmens
der angefügten
Ansprüche
möglich
sind.
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1 zeigt
schematisch eine Einrichtung zur Bildverarbeitung, die bei der Verwirklichung
einer Ausführungsform
des Verfahrens zur Bildverarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird. Die Einrichtung weist eine TV-Kamera 1, eine Lichtquelle 2 und
einen Bildverarbeitungsabschnitt 4 auf, wobei eine Oberfläche eines
zu detektierenden Objekts 3 durch ein Substrat eines kupferplattierten Laminats
gebildet wird. Die beleuchtete Oberfläche wird von der TV-Kamera 1 aufgenommen,
und das von der TV-Kamera aufgenommene Bild wird in dem Bildverarbeitungsabschnitt 4 verarbeitet.
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Die
Oberfläche
der Kupferschicht auf dem Substrat weist eine Unebenheit von mehreren
Mikrometern auf, die beim Walzen der Schicht als Streifen entstehen,
die in Walzrichtung liegen und über
die gesamte Oberfläche
verteilt sind, so daß von der Lichtquelle 2 ausgehendes
Licht von einer solchen feinen Unebenheit auf der Oberfläche gestreut
wird, aber auch eine starke Komponente direkter Reflexion vorhanden
ist, wobei der Reflexionswinkel in Richtung der Walzrichtung liegt.
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Bei
der hier gezeigten Einrichtung ist daher die TV-Kamera 1 in
einer Richtung angeordnet, die im wesentlichen mit der Walzrichtung übereinstimmt, um
die direkte Komponente der Reflexion zu beobachten, während die
Position der Lichtquelle 2, der TV-Kamera 1 und
des zu detektierenden Objekts 3 zueinander verändert wird,
wie durch die jeweiligen Pfeile angedeutet ist. Die Bilder, die
bei dieser Beobachtung unter verschiedenen Winkeln des einfallenden
Beleuchtungslichts erhalten werden, sind beispielsweise in den 3 und 4 gezeigt.
Wenn die Lichtquelle 2 sich nun in einer Position L1, die
in 2 gezeigt ist, befindet, ist ein beleuchteter
Abschnitt an einer Position A auf der Oberfläche des Objekts 3 fast
eben, und die direkte Reflexionskomponente des von der Quelle 2 einfallenden
Lichts erscheint in der Form eines Bandes A, das sich seitlich erstreckt
und in der 3 dargestellt ist. Liegt ein fehlerhafter
Abschnitt in Form einer Einbeulung B vor, wie in der 2 gezeigt
ist, erscheint eine lokale direkte Reflexionskomponente B1, wie
sie in der 3 dargestellt ist. Wenn die
Lichtquelle 2 sich in der 2 in einer
anderen Position L2 befindet, kann die direkte Reflexionskomponente
im Abschnitt A2 in 4, der der Position A in der 2 entspricht, nicht
beobachtet werden, und statt dessen wird eine bandförmige direkte
Reflexionskomponente im Abschnitt B2 in 4 beobachtet,
die dem an die Position B in 2 angrenzenden
Abschnitt entspricht. Im Fall des fehlerhaften Abschnitts mit lokal
unterschiedlicher Oberflächenrichtung
(B in 2) erhält man
jedoch keine direkte Reflexionskomponente. Die Leuchtdichte an den
Positionen A und B in der 4 ändert sich
wie in der 5 dargestellt, wenn der Winkel
des einfallenden Beleuchtungslichts verändert wird. Hierbei hat sich
gezeigt, daß der
Winkel des einfallenden Beleuchtungslichts, der die größte Leuchtdichte
ergibt (entsprechend den Positionen Pa und Pb der Kurven), zwischen
dem ebenen Abschnitt A, dargestellt durch eine Kurve weißer Punkte,
und dem fehlerhaften Abschnitt B, dargestellt durch eine Kurve schwarzer
Punkte, der einen anderen Gradient als der Abschnitt A aufweist,
verschieden ist. Durch sequentielles Messen der Leuchtdichte bei
Veränderung
des Winkels des einfallenden Beleuchtungslichts kann daher ein Beleuchtungswinkel
bestimmt werden, bei dem die Leuchtdichte am größten wird, indem der Winkel
des einfallenden direkt reflektierten Lichts an den jeweiligen Meßpunkten
des Objekts bestimmt wird. Durch Bestimmen dieses Winkels des einfallenden
direkt reflektierten Lichts an zahlreichen vorbestimmten Punkten
des Objekts kann ein Bild bestimmt werden, das eine Winkelverteilung
des einfallenden direkt reflektierten Lichts enthält (Winkelverteilungsbild).
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Als
nächstes
wird die Verarbeitungsoperation innerhalb des Bildverarbeitungsabschnitts 4 in dem
Verfahren der vorliegenden Ausführungsform
in bezug auf das Ablaufdiagramm der 6 beschrieben.
Zunächst
wird als Beispiel der einfachsten Verwirklichung ein Fall beschrieben,
bei dem die Lichtquelle 2 bewegt wird. In der 7 ist
der Betrieb der Einrichtung, die die vorliegende Ausführungsform verwirklicht,
gezeigt, und die bei diesem Betrieb mit der TV-Kamera 1 erhältlichen
Bilder sind in der 8 dargestellt.
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Zunächst nehmen
die TV-Kamera 1, die Lichtquelle 2 und das zu
detektierende Objekt 3 eine anfängliche Stellung (i 0) ein,
so daß die
direkte Reflexionskomponente dann, wenn das zu detektierende Objekt 3 durch
die Lichtquelle 2 beleuchtet wird, am Rand des Sichtbereichs
der TV-Kamera 1 einfällt. Dann
wird die Lichtquelle 2 bewegt und nach jeder Bewegung der
Quelle 2 um einen festen Betrag (i i+1) werden Bildsignale
mit unterschiedlicher Helligkeit in 256 Helligkeitsgradationen von
der TV-Kamera 1 in den Bildverarbeitungsabschnitt 4 eingegeben.
Bis das Licht von der Lichtquelle 2, das direkt auf dem Objekt 3 reflektiert
wird, an dem gegenüberliegenden Rand
des Sichtbereichs erscheint, wird die Lichtquelle 2 von
der Position p0 bis zur Position pn bewegt, und die Bilder S0 bis
Sn, wie in der 8 dargestellt, werden aufgenommen.
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Als
nächstes
werden die Leuchtdichten I0 bis In der jeweiligen Bildelemente der
aufgenommenen Bilder bei denselben Koordinaten (x, y) wie in den
Bildern S0 bis Sn verglichen, und eine Bildnummer "i", die den größten Wert ergibt, und die Leuchtdichte
Ii zum Zeitpunkt "i" werden bestimmt.
Weiterhin wird die Bildnummer "i" als numerischer
Wert angesehen, der den Beleuchtungswinkel bezeichnet, und wird
als Bildelementwert an den Koordinaten (x, y) des Winkelverteilungsbildes
RP abgespeichert. Darüber
hinaus wird die größte Leuchtdichte
Ii als Bildelementwert an den Koordinaten (x, y) des Leuchtdichtenverteilungsbildes
RI abgespeichert.
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Durch
die oben beschriebene Verarbeitung erhält man schließlich ein
Winkelverteilungsbild RP, wie es in der 9 gezeigt
ist, und ein Leuchtdichtenverteilungsbild RI, wie es in der 10 gezeigt
ist. Die in dem Winkelverteilungsbild RP gespeicherten Daten sind
die Bildnummern, bei denen die Leuchtdichte an den jeweiligen Koordinaten
am größten ist, und
da die Lage der TV-Kamera 1, der Lichtquelle 2 und
des zu detektierenden Objekts 3 zueinander für diese
Bildnummer über
die Anordnung der Einrichtung bekannt ist, kann das Winkelverteilungsbild
RP in ein Bild umgewandelt werden, das den der Oberfläche eigenen
Gradienten darstellt und in der 11 gezeigt
ist. Durch Integrieren dieses Gradientenbildes in der Richtung "y" der 11 ist
es auch möglich,
die vollständige
dreidimensionale Struktur wiederherzustellen, wie sie in der 12 gezeigt
ist.
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Da
bei dem Verfahren der vorstehenden Ausführungsform die aufgenommene
Bildnummer als Index verwendet wurde, der bei der Erzeugung des
Winkelverteilungsbildes RP den Winkel des einfallenden Beleuchtungslichts
zeigt, ist eine sich ergebende Auflösung nur durch die Auflösung bei
der Veränderung
des Winkels des einfallenden Beleuchtungslichts begrenzt, die durch
eine relative Bewegungsgeschwindigkeit der Kamera 1, der
Lichtquelle 2 und des Objektes 3 und durch die
Aufnahmeintervalle der Bilder bestimmt ist.
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Als
diesbezügliche
Ergänzungsmaßnahme kann
ein Verfahren vorgesehen sein, bei dem das Verhältnis des Winkels des einfallenden
Beleuchtungslichts zu der Leuchtdichte durch eine Gaußsche Funktion,
eine sekundäre
Funktion oder dergleichen approximiert ist und der Scheitelwert
der Leuchtdichte aus dem Scheitelwert solch einer Funktion mit einer
Auflösung
bestimmt wird, die die Bewegungsauflösung des Beleuchtungswinkels übersteigt
(Subpixel-Detektierungsverfahren). Das heißt, daß es möglich ist, den Winkel des einfallenden
Beleuchtungslichts, der die größte Leuchtdichte
ergibt, mit höherer Auflösung zu
bestimmen als in dem Fall (A), bei dem nur der größte Wert
bestimmt wird, indem im Fall (B) der Scheitelwert mit Hilfe der
Näherungsfunktion
FP bestimmt wird, wodurch die Auflösung der Messung verbessert
ist.
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Da
in der 7 die Positionen der TV-Kamera 1 und
des zu detektierenden Objekts 3 fest sind und in der verwendeten
Einrichtung lediglich die Lichtquelle 2 bewegt wird, kann
es vorkommen, daß die
vorstehende Anordnung, bei der der Bereich jeder Detektierung auf
die Größe des Sichtbereichs
der TV-Kamera 1 begrenzt ist, in einem Fall nicht geeignet
ist, bei dem das zu detektierende Objekt 3 eine große längliche
Oberfläche,
wie beispielsweise ein gewalztes Kupferblech, aufweist. In diesem
Fall kann wirkungsvoll eine Anordnung eingesetzt werden, bei der
die Lage der TV-Kamera 1 und der Lichtquelle 2 zueinander
in einer einstückigen
Einheit fest ist, und das zu detektierende Objekt 3 oder
die einstückige Einheit
relativ bewegt wird, um die Messung durchzuführen. Eine schematische Anordnung
einer Einrichtung, die dieses Verfahren verwendet, ist in der 14 gezeigt,
in der eine Förderanlage 5 für die Bewegung
des zu detektierenden Objekts 3 vorgesehen ist.
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Wenn
das Objekt 3 eine große
seitliche Breite aufweist, so daß ein großer Leuchtkörper als Lichtquelle 2 erforderlich
ist, können
die obigen Detektierungsmittel wirksam eingesetzt werden, indem
das Objekt 3 und die Lichtquelle 2 fixiert werden
und die TV-Kamera 1 bewegt wird. Eine schematische Anordnung
einer Einrichtung, die von dieser Maßnahme Gebrauch macht, ist
in der 15 gezeigt.
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Mit
Anordnungen, wie sie in den 14 und 15 gezeigt
sind, ist es notwendig, die Zuordnung ein und desselben Punktes
auf dem Objekt 3 zwischen jeweiligen Bildern zu erreichen,
da die Lage der TV-Kamera 1 zu dem Objekt 3 sich
im Gegensatz zu der Anordnung, bei der die Lichtquelle 2 bewegt wird,
verändert.
Da die 16(a) und 16(b) den identischen
fehlerhaften Abschnitt B auf der Oberfläche des Objekts 3 zeigen,
ist erkennen, daß der
Abschnitt B sich auf den Bildern aufgrund der relativen Bewegung
zwischen der Kamera 1 und dem Objekt 3 bewegt
zu haben scheint. Da das Ausmaß dieser
Bewegung ausgehend sowohl von der Geschwindigkeit der relativen
Bewegung zwischen der Kamera 1 und dem Objekt 3 als
auch der Anordnung des verwendeten optischen Systems abgeschätzt werden
kann, ist es möglich,
die Zuordnung ein und desselben Abschnitts des Objekts 3 zwischen
den jeweiligen Bildern zu erreichen.
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Wenn
das zu detektierende Objekt 3 bezogen auf die TV-Kamera 1 groß ist oder
eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung erforderlich ist, kann es vorkommen,
daß die
einzelne TV-Kamera 1 nicht ausreichend
ist. In einem solchen Fall kann dieses Problem durch Verwendung
mehrerer, parallel angeordneter TV-Kameras 1 gelöst werden,
wie in der 17 gezeigt ist.
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Weiterhin
ist es möglich,
die Bildaufnahmefrequenz zu verringern und die Messung in kürzerer Zeit
auszuführen,
indem die direkte Reflexionskomponente in mehreren Farben innerhalb
eines Sichtbereichs der TV-Kamera 1 erfaßt wird.
Hierzu enthält die
Lichtquelle 2 mehrere, verschiedenfarbiges Licht aussendende
lichtemittierende Dioden, Neonröhren oder
dergleichen, und diese verschiedenfarbigen Komponenten werden durch
eine Farbbildverarbeitung getrennt verarbeitet. Eine diesbezügliche Anordnung
ist in der 18 gezeigt, bei welcher die Lichtquellen
eine rote Farbe 2R, eine grüne Farbe 2G und eine
blaue Farbe 2B aufweisen.
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Bei
der Anordnung der vorstehenden Ausführungsform der 7 können mehrere
Bilder, bei denen sich die direkte Reflexionskomponente an dem ebenen
Abschnitt allmählich
verschiebt, wie in der 8 gezeigt ist, durch Bewegen
der Lichtquelle 2 erhalten werden. Die Winkelverteilungsbilder
RP weisen einen Gradient in senkrechten Richtungen auf, wie in der 19 gezeigt
ist, da die Bildnummer, bei der die Leuchtdichte des jeweiligen
Bildelements unter den Bildern RP am größten ist, als der Bildelementwert
angesehen wird. Da die Detektierung des fehlerhaften Abschnittes
mit einer einfachen Verarbeitung über einen Schwellenwert oder
dergleichen unsicher ist, wenn der Gradient unverändert bleibt,
ist eine Korrektur des Gradienten notwendig. Zu diesem Zweck können zwei
Möglichkeiten
bei der Anordnung der Einrichtung vorgesehen sein.
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Bei
einer ersten Anordnung wird der auftretende Gradient nur in den
senkrechten Richtungen der Abbildung in den Winkelverteilungsbildern
RP verwendet, und der Gradient wird durch eine lineare Differenzierung
in den senkrechten Richtungen in der Abbildung der Bilder entfernt,
wobei diese Anordnung in der 20 gezeigt
ist. Mit dieser Anordnung wird der erzielbare Effekt nicht nur die
Korrektur des Gradienten sein, sondern auch daß eine große Welligkeit, Verwindung oder
dergleichen der Oberfläche des
zu detektierenden Objekts 3 entfernt werden kann und daß jegliche
sehr kleine fehlerhafte Abschnitte betont werden.
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Bei
einer zweiten Anordnung wird der in den Bildern auftretende Gradient
mit einem Betrag der Veränderung
des Winkels des einfallenden Beleuchtungslichts als Basis vorläufig abgeschätzt, und
der Gradient wird durch Bestimmen einer Differenz zwischen dem abgeschätzten Gradienten
und dem tatsächlichen
Gradienten in den Winkelverteilungsbildern RP korrigiert.
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Die
zweite Anordnung entspricht der in der 21 gezeigten
Anordnung, nach der ein Betrag des Gradienten 11, wie in
der 21 gezeigt, von dem ursprünglichen Bildelementwert subtrahiert
wird und das Bild dadurch, wie in der 22 gezeigt
ist, flach verläuft.
Bei dieser Anordnung kann die Welligkeit der Oberfläche oder
die Verwindung des Objekts 3 nicht entfernt werden, und
die Anordnung ist dann wirkungsvoll einzusetzen, wenn die Welligkeit
oder die Verwindung detektiert werden sollen.
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Als
nächstes
wird eine Verarbeitung zur Durchführung der Detektierung einer
tatsächlichen Fehlstelle
anhand der erhaltenen Winkelverteilungsbilder RP beschrieben. Bei
der einfachsten Fehlstellendetektierungsanordnung werden zunächst mit
der speziellen Anordnung an nicht fehlerhaften Gegenständen gemessene
Daten als Standardbild gespeichert, wie in der 23(a) gezeigt ist, um diese mit Prüfbilddaten
zu vergleichen, wie sie in der 23(b) gezeigt
sind, die in bezug auf das zu detektierende Objekt gemessen wurden.
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Durch
Verwendung der Oberflächengradientdaten,
die in den Winkelverteilungsbilder RP gespeichert sind, können feine
Einbeulungen, Blasen, Kratzer und dergleichen, die auf der Oberfläche des zu
detektierenden Objekts 3 vorhanden sind, detektiert werden.
Bezogen auf die Oberflächengradientdaten
entlang der Bewegungsrichtung der Lichtquelle wird eine Schwankung
des Gradienten zwischen der Einbeulungs-Fehlstelle und der Blasen-Fehlstelle genau
entgegengesetzt sein, und die Art der Fehlstelle kann mit den verwendeten
Daten unterschieden werden. Die Veränderung des Winkels des einfallenden
Beleuchtungslichts in Y-Richtung in der 7 in den
Fällen
der Einbeulungs-Fehlstelle und der Blasen-Fehlstelle ist in den 24(a) und 24(b) gezeigt.
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Weiterhin
wird nun eine Verarbeitung zur Durchführung der Detektierung einer
tatsächlichen Fehlstelle
anhand der erhaltenen Leuchtdichtenverteilungsbilder RI beschrieben
werden. In den Leuchtdichtenverteilungsbildern RI, die durch die
oben beschriebene Anordnung bestimmt wurden, sind die Oberflächenreflexionsdaten
des Objekts 3 gespeichert, und eine Analyse dieser Daten
ermöglicht
es, eine Fehlstelle, die eine Schwankung der Leuchtdichte mit sich
bringt, zu detektieren, d.h. die Kratzer-Fehlstelle oder die Korrosions-Fehlstelle.
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Die
Kratzer-Fehlstelle tritt auf, wenn die Metalloberfläche durch
irgend ein anderes hartes Objekt zerkratzt wird. Ihr Oberflächenprofil
zeigt, daß die
Mikrostruktur der Oberfläche
gequetscht ist und so einer Spiegeloberfläche nahe kommt. Ihr Reflexionsvermögen ist
dadurch sehr hoch und erscheint in den erhaltenen Leuchtdichtenverteilungsbildern
RI in der Form einer hellen Fehlstelle, wie in der 25 gezeigt
ist. Da der Kratzer dadurch gekennzeichnet ist, daß er linienförmig auftritt
ist es möglich,
die kratzerförmige
Fehlstelle durch Extrahieren eines Abschnitts, zu detektieren, in
dem sich die Leuchtdichte in den Leuchtdichtenverteilungsbildern
linienförmig ändert.
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Im
Fall der Korrosions-Fehlstelle ist das Oberflächenreflexionsvermögen der
Metallschicht aufgrund einer Oxydation verringert, so daß in dem erhaltenen
Leuchtdichtenverteilungsbild eine dunkle Fehlstelle auftreten wird,
wie sie in der 26 gezeigt ist. Da die Korrosions-Fehlstelle
in bezug auf die Fläche
deutlich größer ist
als andere Fehlstellen, werden jegliche Abschnitte in dem Leuchtdichtenverteilungsbild,
die eine geringere Leuchtdichte als die Umgebung und eine große Fläche aufweisen,
in gewissem Grade als Korrosions-Fehlstelle erkannt.
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Das
Detektierungsverfahren für
die Korrosions-Fehlstelle wird unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm
beschrieben, das in der 27 gezeigt
ist. Zunächst
wird das Leuchtdichten-(Verteilungs)-Bild RI durch einen Schwellenwert
TH1 binär codiert.
Daraufhin werden mehrere aufeinanderfolgende Zonen extrahiert und,
wie in der 28 gezeigt ist, numeriert. Die
Oberflächengröße der jeweiligen
extrahierten Zonen wird bestimmt, und eine der Zonen, die eine Größe aufweist,
die den Schwellenwert IT1 überschreitet,
wird als die Korrosions-Fehlstelle angesehen. 29 zeigt
einen Zustand, in dem die mit 1 und 3 numerierten Zonen als Korrosions-Fehlstelle
erkannt sind.
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In
einem Fall, in dem ein Fremdkörper
auf der Oberfläche
des zu detektierenden Objekts 3 vorhanden ist, erscheint
der durch die TV-Kamera 1 beobachtete Fremdkörper 6 stets
als Schattenbild, da Lichtquelle 2 in bezug auf den Fremdkörper 6 immer auf
der gegenüberliegenden
Seite liegt, wie in der 30 gezeigt
ist. Folglich erscheint der dem Fremdkörper entsprechende Abschnitt
in dem Leuchtdichtenverteilungsbild als dunkler Fleck, wie in der 31 gezeigt
ist. Auf diese Weise ist es möglich, den
Fremdkörper 6 auf
der Oberfläche
des Objekts von einer Blasen-Fehlstelle zu unterscheiden, da der Fremdkörper 6 eine
größere Höhe als die
Blase aufweist und die oben beschriebenen Eigenschaften zeigt. Da
der Fremdkörper 6 als
dunkler Fleck kleiner Fläche
in dem Leuchtdichtenverteilungsbild erscheint, kann ein Abschnitt
mit geringerer Leuchtdichte, aber mit im Gegensatz zu der Korrosions-Fehlstelle
kleiner Fläche,
als Fremdkörper
bestimmt werden.
-
Das
Verfahren zur Detektierung des Fremdkörpers 6 wird unter
Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm erläutert, das in der 32 gezeigt
ist. Das Leuchtdichten-(Verteilungs)-Bild RI wird zunächst durch
einen Schwellenwert TH2 binär
codiert, und daraufhin werden aufeinanderfolgende Zonen extrahiert,
wie in der 28 gezeigt ist. Die Oberflächengrößen dieser Zonen
werden bestimmt, und jede Zone oder alle Zonen deren Flächengröße geringer ist
als der Schwellenwert IT2 können
als Fremdkörper
angesehen werden. In diesem Fall ist die in der 29 mit 2 bezeichnete
Zone als der Fremdkörper 6 bestimmt.