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Dokumentenidentifikation DE10317078A1 21.10.2004
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Analyse reflektierender Oberflächen
Anmelder Universität Karlsruhe (TH) Institut für Mess- und Regelungstechnik, 76131 Karlsruhe, DE
Erfinder Kammel, Sören, 76139 Karlsruhe, DE;
Puente-León, Fernando, 81539 München, DE
Vertreter Richter, Werdermann, Gerbaulet & Hofmann, 20354 Hamburg
DE-Anmeldedatum 11.04.2003
DE-Aktenzeichen 10317078
Offenlegungstag 21.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.10.2004
IPC-Hauptklasse G01N 21/88
Zusammenfassung Um auf dem technischen Gebiet des Analysierens, insbesondere des Inspizierens und/oder Überprüfens, von reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberflächen (10; 10') ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (100; 100') bereitzustellen, die einfach aufgebaut sowie präzise beherrschbar sind und bei denen im Zusammenhang mit der Beleuchtung auftretende Probleme überwunden werden, werden folgende Schritte vorgeschlagen:
(a) Bewegen und/oder Verändern mindestens eines in der Umgebung der Oberfläche (10; 10') erzeugten und/oder existierenden Musters (20; 20'), wobei zu verschiedenen Zeitpunkten, zum Beispiel vor, ein- oder mehrmals während und nach dem Bewegen und/oder Verändern des Musters (20; 20'), jeweils mindestens ein an der Oberfläche (10; 10') reflektiertes Bild des Musters (20; 20') aufgenommen wird; und
(b) Verknüpfen, insbesondere mathematisches Verknüpfen, der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder zu mindestens einem Ergebnisbild (30; 30'), derart, daß im Ergebnisbild (30; 30') defektbehaftete Bereiche und defektfreie Bereiche rechnerisch und/oder visuell unterschieden werden können.

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Analysierens, insbesondere des Inspizierens und/oder Überprüfens, von reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberflächen.

Stand der Technik

Generell gilt, daß die Untersuchung von Oberflächen, die ein partiell oder vollständig spiegelndes Verhalten aufweisen, eine häufige Aufgabe von Systemen zur automatisierten Sichtprüfung darstellt. Beispiele hierfür sind Formwerkzeuge, Karosserieteile, Linsen, lackierte Oberflächen, Parfümflakons, Preßwerkzeuge, spanend bearbeitete Teile und natürlich Spiegel.

In der Druckschrift DE 44 10 603 C1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern bei der Inspektion strukturierter Oberflächen offenbart. Um eine unabhängig von der Anzahl der Strukturierungsebenen wirkende Fehlererkennung unter Einbeziehen von Strukturmerkmalen im Echtzeitbetrieb zum Trennen der Fehler von den Gutstrukturen zu gewährleisten, wird durch Bildpunktklassifikation, bei der ein Zusammenfassen von Gebieten eines aufgenommenen Bildes mit ähnlichen Bildpunktmerkmalen erfolgt, vom Bild ein grauwertiges, Kanten- und Eckenstrukturen enthaltendes Zwischenbild erzeugt, in dem das Verhalten der Bildpunktmerkmale eines jeden Bildpunkts zu denen benachbarter Bildpunkte untersucht wird.

Der Einsatz des Verfahrens gemäß der Druckschrift DE 44 10 603 C1 erfolgt vorwiegend in der statistischen Prozeßkontrolle im Herstellungsprozeß von Halbleiterscheiben, Leiterplatten, L[iquid]C[rystal]D[isplay]s und Masken.

Aus der Druckschrift DE 196 43 018 A1 ist ein Verfahren zum Messen des Verlaufs einer reflektierenden Oberfläche eines Gegenstands bekannt, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

  • – Projizieren eines definierten Musters aus wenigstens zwei verschiedenen Lichtintensitäten auf die zu messende Oberfläche;
  • – Beobachten wenigstens eines Ausschnitts der Oberfläche mittels mindestens einer Kamera; und
  • – Auswerten der Abweichungen des beobachteten Ausschnitts ausgehend von den Kameradaten.

Das Muster erzeugt in der reflektierenden Oberfläche ein Spiegelbild, wobei der beobachtete Ausschnitt einen Ausschnitt des Spiegelbildes des Musters umfaßt.

Gemäß der Druckschrift DE 196 43 018 A1 weist die Vorrichtung zum Bestimmen des Verlaufs der reflektierenden Oberfläche eines Gegenstands Mittel zum Erzeugen eines Lichtmusters sowie mindestens eine Kamera zum Beobachten zumindest eines Ausschnitts der Oberfläche auf, wobei die Kamera auf ein Spiegelbild des Lichtmusters schart eingestellt ist.

In der Druckschrift DE 198 21 059 A1 ist ein Verfahren zum Erfassen von Formabweichungen an Objekten mit diffus reflektierenden Oberflächen offenbart. Bei diesem Verfahren wird eine Serie von versetzten, in der Grauwertverteilung sinusförmigen Streifenmustern auf einen Schirm projiziert, die zu untersuchende Objektoberfläche derart ausgerichtet, daß die Objektoberflächennormale zumindest näherungsweise auf der Winkelhalbierenden zwischen einer Verbindungsgeraden zwischen Objekt und Schirm einerseits sowie einer Verbindungsgeraden zwischen dem Objekt und einer Kamera andererseits liegt, und mit der Kamera die auf der Objektoberfläche auftretenden Intensitätsverteilungen der Bildserie aufgenommen und zur Weiterverarbeitung einer Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt, mittels derer unter Verwendung des aus der Interterometrie bekannten Verfahrens der Phasenrekonstruktion ein Bild der Oberflächenkrümmung oder Oberflächenneigung erzeugt wird.

Aus der Druckschrift DE 199 44 354 A1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bekannt, mittels derer die Abbildungseigenschaften oder die Form von spiegelnden oder transparenten Prüflingen bestimmt werden können. Das Verfahren gemäß der Druckschrift DE 199 44 354 A1 beruht darauf, daß ein im wesentlichen sinusförmiges Muster, das in einem Abstand vom Prüfling erzeugt wird, nach Spiegelung oder in Durchsicht durch den Prüfling von einer Hilfsoptik abgebildet und die lokale Phase dieses Musters in der Bildebene bestimmt wird.

In der Druckschrift DE 199 56 192 A1 ist ein Verfahren zum Verringern von systematischen, räumlich hochfrequenten Meßwertabweichungen offenbart, die in optischen Koordinatenmeßgeräten nach dem Prinzip der Streifenprojektion mit einem Streifenprojektor, mit mindestens einer Kamera und mit einem zum Auswerten der von der Kamera herrührenden Bilder angeschlossenen Decoder auftreten.

Das Verfahren gemäß der Druckschrift DE 199 56 192 A1 umfaßt folgende Schritte:

  • – Bestimmung einer relativen Fehlerfunktion des Decoders anhand der realen Abbildung eines idealen Referenzobjekts im Decoder in einem Bereich der Abbildung, der in etwa einer Periode des Phasenschiebemusters des Streifenprojektors entspricht;
  • – Skalierung der relativen Fehlerfunktion in bezug auf die Phasenachse der relativen Fehlerfunktion zum Erhalt einer Fehlerfunktion;
  • – Bestimmung einer meßsystemspezifischen Kennlinie durch Beseitigen der hochfrequenten Anteile der Fehlerfunktion; und
  • – Substitution der realen Abbildung eines beliebigen Meßobjekts durch eine tatsächliche Decoderabbildung des beliebigen Meßobjekts mittels der meßsystemspezifischen Kennlinie.

Aus der Druckschrift DE 101 10 994 A1 ist eine Vorrichtung zur Bildabtastung eines Objekts, insbesondere einer frisch lackierten Karosse, mit einer Beleuchtung/Kamera-Einheit oberhalb des Objekts bekannt, die eine Anzahl von parallel zueinander angeordneten Leuchtstoffröhren zum Erzeugen abwechselnder symmetrischer streifenförmiger Hell-Dunkel-Felder quer auf dem Objekt sowie eine Reihe nebeneinander liegender und parallel zu den Leuchtstoffröhren angeordneter C[harge]C[oupled]D[evice]-Kameras zum Betrachten der Hell-Dunkel-Felder aufweist.

Gemäß der Druckschrift DE 101 10 994 A1 ist die Beleuchtungs-/Kamera-Einheit mittels eines Portal aufweisenden Bewegungssystems in einer oder mehreren, vorzugsweise drei, Dimensionen kontinuierlich in äquidistantem Abstand über der Oberfläche des Objekts bewegbar, wobei eine kontinuierliche Bildaufnahme und digitale Bildverarbeitung durchführbar ist, so daß jeder Bildaufnahme ein relativer Positionswert des Objekts zuordenbar ist und damit eindeutige Koordinaten feststellbarer topologischer Fehler bestimmbar sind. Des weiteren sind Mittel zum Feststellen dunkler Punkte im Hellfeld, das heißt im Bereich direkter Reflexion, heller Punkte im Dunkelfeld, das heißt im Bereich indirekter Reflexion, und/oder Deformation der Übergänge zwischen Hellfeld und Dunkelfeld, zum Beispiel durch Berechnung lokaler Kontrastsprünge und gegebenenfalls Segmentierung vorgesehen.

Aus der Druckschrift DE 101 27 304 A1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen der dreidimensionalen Kontur einer spiegelnden Oberfläche eines Objekts bekannt, wobei eine Reflexion eines bekannten Rasters an der spiegelnden Oberfläche des Objekts mittels eines abbildenden optischen Systems auf einen Empfänger abgebildet und das entstehende Bild ausgewertet wird.

Gemäß der Druckschrift DE 101 27 304 A1 werden Raster in mindestens zwei unterschiedlichen Abständen von der spiegelnden Oberfläche des Objekts eingesetzt, wobei die relative Lage der Raster und des Empfängers im Raum zueinander und die Abbildungseigenschaften des optischen Systems bekannt sind.

Die Druckschrift EP 0 769 674 A2 schließlich behandelt eine elektronische Streifenanalyse zum Bestimmen von Oberflächenkonturen.

Bei den vorstehend dargelegten Verfahren und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik sowie insbesondere im Kontext der Bilderfassung spiegelnder Oberflächen treten nicht selten Probleme im Zusammenhang mit der Beleuchtung insofern auf, als vollständig spiegelnde Oberflächen das Licht nur in einer bestimmten Richtung reflektieren, so daß der Winkel des einfallenden Lichts dem Winkel des reflektierten Lichtes gleich ist.

Wenn die Aufnahmeeinrichtung (im Regelfall die Kamera) also kein leuchtendes Objekt (im Regelfall die Lichtquelle) in der Oberfläche widergespiegelt sehen kann, erscheint das entsprechende Bild dunkel, so daß bei einer solchen Messung nur wenige Informationen gewonnen werden können.

Um derartige Beleuchtungsprobleme zu überwinden, bietet sich ein Aufzeichnen mehrerer Bilder bei unterschiedlicher Beleuchtung an. In der Regel werden die interessierenden Informationen aus jedem Einzelbild separat extrahiert und dann auf einem Entscheidungsniveau miteinander kombiniert.

Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile

Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Analysieren, insbesondere zum Inspizieren und/oder zum Überprüfen, von reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberflächen bereitzustellen, die einfach aufgebaut sowie präzise beherrschbar sind und bei denen im Zusammenhang mit der Beleuchtung auftretende Probleme überwunden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 22 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mithin liegt der Kern der vorliegenden Erfindung in einer neuen Fusionsstrategie für die Analyse, insbesondere für die Inspektion bzw. Prüfung, reflektierender, insbesondere glänzender und/oder spiegelnder, Oberflächen.

Hierbei stellt die gleichzeitige Verarbeitung sämtlicher Bilder mittels eines zentralisierten Fusionsverfahrens auf der Grundlage der Bayesschen Fusionstheorie eine gegenüber dem Stand der Technik (Aufzeichnen mehrerer Bilder bei unterschiedlicher Beleuchtung, Extrahieren der interessanten Informationen aus jedem einzelnen Bild und Kombinieren der interessanten Informationen auf einem Entscheidungsniveau) wesentlich effektivere Lösung dar.

In diesem Zusammenhang handelt es sich bei einer "Oberfläche" im Sinne der vorliegenden Erfindung im Regelfall

  • – um eine glatte Oberfläche mindestens eines Gegenstands, insbesondere mindestens eines Prüflings, und/oder
  • – um eine strukturierte Oberfläche zum Beispiel mindestens eines Gegenstands, insbesondere mindestens eines Prüflings.

Unabhängig davon, ob bei diesen Oberflächen eine vollständig spiegelnde Reflektanz oder nur eine teilweise spiegelnde Reflektanz vorliegt, wird durch die vorliegende Erfindung ein geeignetes Verfahren für die Prüfung beider Arten von Oberflächen, das heißt für die Prüfung strukturierter Oberflächen und für die Prüfung glatter Oberflächen, bereitgestellt: Zunächst wird mindestens ein Muster in der Umgebung der zu analysierenden Oberfläche zum Beispiel auf mindestens einem Schirm erzeugt; alternativ oder in Ergänzung hierzu kann auch mindestens ein bereits bestehendes Muster verwendet werden.

Mindestens eine Aufnahmeeinrichtung, insbesondere mindestens eine Kamera dient nun dazu, Bilder des Musters aufzunehmen, wobei die Aufnahmeeinrichtung zur zu analysierenden, insbesondere zu inspizierenden bzw. zu untersuchenden, Oberfläche ausgerichtet ist und das Spiegelbild des Musters auf der Oberfläche aufgenommen wird.

Erfindungsgemäß wird das Muster nun bewegt und/oder verändert, und zu unterschiedlichen Zeitpunkten werden an der Oberfläche gespiegelte Bilder des Musters aufgenommen; in diesem Zusammenhang kann ein Satz von Bildern unterschiedlicher Muster, die mit der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden, als "Bildserie" bezeichnet werden.

Die aufgenommenen unterschiedlichen Bilder werden direkt oder nach einer Bildvorverarbeitung insbesondere mathematisch, zum Beispiel mithilfe mindestens eines Digitalrechners, zu mindestens einem neuen Bild verknüpft, so daß im entstehenden Ergebnisbild defektbehaftete und defektfreie Bereiche visuell oder rechnerisch unterschieden werden können.

Bei mathematischer Verknüpfung der Bilder erfolgt dieses Verknüpfen zumindest punktweise, das heißt die Intensitätswerte des Ergebnisbildes ergeben sich aus einer Verknüpfung der Intensitätswerte der unterschiedlichen Bilder der Bildserie zumindest für denselben Punkt der Oberfläche.

Bei Bedarf erfolgt eine Weiterverarbeitung des Ergebnisbildes, etwa um eine Klassifikation der ermittelten Defekte, wie etwa der ermittelten Beulen, Blasen, Dellen, Einschlüsse, Kratzer, Orangenhaut, nachzubearbeitenden Stellen, Welligkeiten oder dergleichen, durchzuführen.

Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung werden sämtliche von der Aufnahmeeinrichtung zu unterschiedlichen Zeitpunkten, das heißt in unterschiedlichen Phasen der Bewegung bzw. Veränderung des Musters, das heißt mit unterschiedlichen Beleuchtungsmustern aufgenommenen Bilder gleichzeitig mithilfe mindestens einer zentralisierten Bildfusion verarbeitet, und zwar unabhängig davon, ob die gewünschten Ergebnisse Bilder, Merkmale, Symbole oder dergleichen sind. Da die fusionierten oder verschmolzenen Informationen der Quelle näher sind, wird auf diese Weise in zweckmäßiger Form eine bessere Ausnutzung der Rohdaten erreicht.

Die im Rahmen des vorliegenden Verfahrens sowie bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangenden Sensoren können virtuell sein in dem Sinne, daß die Verwendung einer einzigen Aufnahmeeinrichtung, insbesondere einer einzigen Kamera, genügen kann, um sämtliche Bilder mit unterschiedlichen Beleuchtungsmustern aufzuzeichnen.

Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens wie auch der vorliegenden Vorrichtung ist das Fusionsproblem mithilfe mindestens einer Energiefunktion formulierbar. Durch Minimieren dieser Energiefunktion werden die gewünschten Fusionsergebnisse erzielt, welche die Defekte und Fehler an der zu analysierenden Oberfläche beschreiben.

Die Effektivität sowie die Leistungsfähigkeit sowohl des vorliegenden Verfahrens als auch der vorliegenden Vorrichtung ist mithilfe anspruchvoller Fallstudien belegbar, so etwa mithilfe der Analyse spanend bearbeiteter Oberflächen oder mithilfe der Prüfung lackierter Freiform-Oberflächen.

In beiden Fallstudien belegen Ergebnisse, daß eine zuverlässige und trotzdem kostengünstige, mithin den Bedürfnissen der Industrie gerecht werdende Analyse, insbesondere Inspektion und/oder Prüfung, von reflektierenden, insbesondere von glänzenden und/oder spiegelnden, Oberflächen erzielt wird. Der erhöhte Aufwand für die Erzeugung der Bilddaten wird durch die vereinfachte Signalverarbeitung mehr als kompensiert.

Die Erfindung betrifft schließlich die Verwendung eines Verfahrens gemäß der vorstehend dargelegten Art und/oder mindestens einer Vorrichtung gemäß der vorstehend dargelegten Art zum Detektieren und/oder zum Ermitteln von Defekten, wie etwa von Beulen, von Blasen, von Dellen, von Einschlüssen, von Kratzern, von Orangenhaut, von nachzubearbeitenden Stellen, von Welligkeiten oder von dergleichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Wie bereits vorstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die den Ansprüchen 1 und 22 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend anhand zweier durch die 1 bis 9C veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt:

1 in perspektivischer Prinzipdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die für die Abbildung strukturierter Oberflächen ausgelegt ist;

2A in Aufsichtdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine strukturierte Oberfläche aus 1, die in Form einer spanend bearbeiteten Oberfläche eines Drucksensors in Form einer defektfreien oder fehlerlosen Membran ausgebildet ist;

2B in Aufsichtdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine strukturierte Oberfläche aus 1, die in Form einer spanend bearbeiteten Oberfläche eines Drucksensors in Form einer fehlerbehafteten Membran ausgebildet ist;

2C in Aufsichtdarstellung eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts der fehlerhaften Membran aus 2B;

3A bis 3D eine auf das erste Ausführungsbeispiel bezogene, vier Bilder aufweisende Bildserie einer Membran eines Drucksensors sowie das jeweils zugehörige Muster;

4A in perspektivischer Ausschnittdarstellung einen Teil der Vorrichtung aus 1 in Form eines Ausführungsbeispiels für ein kommerzielles Bilderzeugungssystem;

4B in perspektivischer Prinzipdarstellung ein Detail des Systems aus 4A, das eine strukturierte, zu analysierende Oberfläche und ein mittels L[ight]E[mitting]D[iode]s erzeugtes Muster zeigt;

5A in Aufsichtdarstellung ein Ausführungsbeispiel für ein Merkmalsbild oder Oberflächenbild der Fusionsergebnisse für die defektfreie oder fehlerlose Membran aus 2A;

5B in Aufsichtdarstellung ein Ausführungsbeispiel für ein Merkmalsbild oder Oberflächenbild der Fusionsergebnisse für die fehlerbehaftete Membran aus 2B;

5C in Aufsichtdarstellung eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts mit den zugehörigen Detektionsergebnissen für die fehlerbehaftete Membran aus 5B;

6 in perspektivischer Prinzipdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die für die Abbildung glatter Oberflächen ausgelegt ist;

7A in schematischer Prinzipdarstellung das bei einem deflektometrischen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangende, auf das zweite Ausführungsbeispiel bezogene Meßprinzip für eine glatte flache Oberfläche aus 6;

7B in schematischer Prinzipdarstellung das bei einem deflektometrischen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangende, auf das zweite Ausführungsbeispiel bezogene Meßprinzip für eine glatte geneigte Oberfläche aus 6;

8 in perspektivischer Ausschnittdarstellung einen Teil der Vorrichtung aus 6 in Form eines Ausführungsbeispiels für einen Meßaufbau für die Prüfung von Karosserieteilen;

9A in Aufsichtdarstellung ein Ausführungsbeispiel für ein bei diffuser Beleuchtung aufgenommenes, auf das zweite Ausführungsbeispiel bezogenes Bild eines Bereichs einer analysierten lackierten Autotür;

9B in Aufsichtdarstellung das Bild aus 9A mit einem ersten Fusionsergebnis, nachdem das Fusionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf Bilder angewendet wurde, die durch Fokussieren der Kamera auf den Schirm aufgenommen wurden;

9C in Aufsichtdarstellung das Bild aus 9A und 9B mit einem zweiten Fusionsergebnis, nachdem das Fusionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf Bilder angewendet wurde, die durch Fokussieren der Kamera direkt auf die Autotür aufgenommen wurden (bei dieser Einstellung wird die Auflösung auf Kosten der Empfindlichkeit maximiert), und

10 in perspektivischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die für die Abbildung strukturierter Oberflächen ausgelegt ist; Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in den 1 bis 10 mit identischen Bezugszeichen versehen.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Effektivität sowie die Leistungsfähigkeit sowohl des vorliegenden Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung als auch der vorliegenden Vorrichtung 100 (= erstes Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 5C) bzw. 100' (= zweites Ausführungsbeispiel gemäß den 6 bis 9C) zum Durchführen des vorliegenden Verfahrens wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele illustriert, wobei sich das erste Ausführungsbeispiel auf die Analyse spanend bearbeiteter Oberflächen 10 bezieht, während das zweite Ausführungsbeispiel auf die Prüfung lackierter Freiformflächen 10' gerichtet ist.

Wie nachstehend dargelegt werden wird, zeigen die experimentellen Ergebnisse bei beiden Ausführungsbeispielen, daß durch die Erzeugung komplementärer Bildaufnahmesituationen und durch den Einsatz von Bildfusionsverfahren eine kostengünstige und zuverlässige, den Anforderungen der Industrie gerecht werdende Analyse der zu inspizierenden bzw. zu überprüfenden Oberfläche 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 10' (= zweites Ausführungsbeispiel) erreicht wird.

In beiden Ausführungsbeispielen kommen programmierbare Lichtquellen, nämlich Beleuchtungseinrichtungen jeweils auf L[ight]E[mitting]D[iode]-Basis und/oder auf D[igital]L[ight]P[rocessing]- bzw. D[igital]M[icromirror]D[evice]-Basis zum Einsatz. Bei D[igital]L[ight]P[rocessing] handelt es sich um ein ursprünglich von der Firma Texas Instruments entwickeltes digitales Projektionsverfahren, bei dem Millionen beweglicher Mikrospiegel auf einem Chip die Bildpunkte repräsentieren. Ist ein Punkt dunkel, wird der entsprechende Spiegel verkippt, so daß das Licht nicht das Objektiv trifft. Es gibt Ein-Chip-Projektoren, bei denen in rascher Folge von dem einen Chip die drei Bilder in den Grundfarben nacheinander produziert werden, und es gibt Drei-Chip-Projektoren, bei denen pro Grundfarbe ein Chip zur Verfügung steht. D[igital]L[ight]P[rocessing] zeichnet sich durch gute Ausleuchtung sowie durch gute Farbwiedergabe aus; D[igital]M[icromirror]D[evice] bezeichnet den eigentlichen Chip.

Als Grundlage wird davon ausgegangen, daß die durch eine Funktion s(&xgr;) zu prüfende spiegelnde Oberfläche 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 10' (= zweites Ausführungsbeispiel) aus zwei räumlich variierenden Komponenten besteht, die auf unterschiedliche Weise zu den gemessenen Intensitäten im Bild beitragen, die von einer Aufnahmeeinrichtung (= Kamera 50 mit integrierter Recheneinheit beim ersten Ausführungsbeispiel bzw. Kamera 50' mit integrierter Recheneinheit beim zweiten Ausführungsbeispiel) der automatisierten Vorrichtung 100 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 100' (= zweites Ausführungsbeispiel) gemessen werden; vgl. J. Beyerer und F. Puente León, "Suppression of inhomogenities in images of textured surfaces", Optical Engineering 36 (1), Seiten 85 bis 93, 1997:

wobei &xgr; ≔ (&xgr;,n)T die lateralen Weltkoordinaten bezeichnet. Die erste Komponente der die Oberfläche 10 bzw. 10' beschreibenden Funktion
ist die bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion (= sogenannte "bidirectional reflectance distribution function" oder BRDF; vgl. F. E. Nicodemus, J. C. Richmond, J. J. Hsia, I. W. Ginsberg und T. Limperis, "Geometrical Considerations and Nomenclature for Reflectance", NBS Monograph 160, National Bureau of Standards, U.S. Department of Commerce, Washington DC, 1977), in der die Indices "i" und "o" entsprechend für "incident", das heißt einfallend und für "observed", das heißt beobachtet stehen.

Die bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion BRDF beschreibt die örtlichen optischen Eigenschaften des Materials der zu analysierenden Oberfläche 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 10' (= zweites Ausführungsbeispiel); dies bedeutet, daß die bidirektionale Reflektanzvereilungsfunktion BRDF aussagt, wie hell ein Element der zu analysierenden Oberfläche 10 bzw. 10' aus der Richtung &thgr;o,&phgr;o erscheint, wenn das Element aus der Richtung &thgr;i,&phgr;i beleuchtet wird.

Mathematisch ist die bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion BRDF als das Verhältnis der Intensität dLo, die in Richtung &thgr;o,&phgr;o beobachtet und durch Ei erzeugt wird, zur Intensität dEi, die durch einen einfallenden Fluß in Richtung &thgr;i,&phgr;i hervorgerufen wird, definiert. Der Elevationswinkel &thgr; und das Azimut &phgr; gehören zu einem lokalen Kugelkoordinatensystem mit einer Polachse parallel zum Normalenvektor ns(&xgr;) der Oberfläche.

Infolge der reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Eigenschaft der Oberfläche 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 10' (= zweites Ausführungsbeispiel) stehen zu dieser Komponente zusätzliche Informationen zur Verfügung. Unter der Voraussetzung, daß die Oberfläche 10 bzw. 10' keinerlei Fehler aufweist, wird davon ausgegangen, daß diese Komponente räumlich konstant ist; demzufolge ist davon auszugehen, daß sämtliche Abweichungen von diesem Verhalten auf das Vorhandensein von aufzufindenden Defekten und Fehlern zurückzuführen sind.

Die zweite Komponente der die Oberfläche 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 10' (= zweites Ausführungsbeispiel) beschreibenden Funktion s(&xgr;) wird als der Teil des Reliefs der Oberfläche 10 bzw. 10' definiert, der durch das Bilderfassungssystem 50 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 50' (= zweites Ausführungsbeispiel) aufgelöst werden kann, das heißt die Makrostruktur. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die dreidimensionale Mikrostruktur, die nicht räumlich aufgelöst werden kann, zur bidirektionalen Reflektanzverteilungsfunktion BRDF beiträgt. Hier stellt &zgr;(&xgr;) die Höhe der Makrostruktur der Oberfläche an der lateralen Position &xgr; dar.

Die Größe s(&xgr;) liefert eine umfassende Beschreibung der optisch relevanten Eigenschaften der Oberfläche 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 10' (= zweites Ausführungsbeispiel); allerdings ist es in der Praxis in der Regel unmöglich, die beiden Komponenten von s(&xgr;) ausreichend schnell und zu vertretbaren Kosten zu bestimmen, um die Prüfung durchzuführen. Anstelle dessen werden in der Regel Bilder der Oberfläche 10 bzw. 10' verwendet, obwohl einige der Informationen, die in s(&xgr;) enthalten sind, bei der Erzeugung der Bilder verloren gehen.

Nach dieser theoretischen Beschreibung der zu prüfenden spiegelnden Oberfläche s(&xgr;) wird nunmehr das Prüfprinzip gemäß der vorliegenden Erfindung dargelegt, das von einer Unterteilung der spiegelnden Oberflächen in strukturierte Oberflächen 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) und in glatte Oberflächen 10' (= zweites Ausführungsbeispiel) ausgeht.

In Abhängigkeit von der Geometrie der zu prüfenden Oberflächen sind die strukturierten Oberflächen 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) von den glatten Oberflächen 10' (= zweites Ausführungsbeispiel) zu unterscheiden, wobei jede Art der Oberfläche ein völlig unterschiedliches Herangehen an die Analyse, das heißt an die Inspektion bzw. Prüfung, erfordert.

In den Fällen, in denen es sich bei der Makrostruktur &zgr;(&xgr;) der zu analysierenden Oberfläche um ein sich räumlich langsam änderndes Signal mit Tiefpaßcharakteristik handelt, wird die Oberfläche 10' als glatt betrachtet (vgl. zweites Ausführungsbeispiel); ansonsten wird von einer strukturierten Oberfläche 10 ausgegangen (vgl. erstes Ausführungsbeispiel).

Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird von einer strukturierten reflektierenden Oberfläche 10 ausgegangen, die aus mehreren Facetten zusammengesetzt ist, so daß ein nicht zu vernachlässigender Teil des einfallenden Lichts dem Gesetz der Reflexion zufolge reflektiert wird, obwohl auch eine diffuse Streuung auftreten kann. Diese Annahme trifft auf einen großen Bereich technischer Oberflächen zu; vgl. P. Kierkegaard, "Reflection properties of machined metal surfaces", Optical Engineering 35 (3), Seiten 845 bis 857, 1996.

Für eine exakte Aufzeichnung der Struktur der Oberfläche 10 ist die Aufnahme eines scharfen Bildes erforderlich. Die Kamera 50 gewinnt ein Bild der Umgebung, die in den verschiedenen Facetten der Oberfläche 10 reflektiert wird. Allerdings erscheinen die die Umgebung bildenden Strukturen aufgrund der begrenzten Schärfentiefe der abbildenden Optik sowie aufgrund der optischen Eigenschaften der Oberfläche 10 häufig unscharf.

Diese Tatsache ermöglicht es, eine Erkennung von Defekten sowie Fehlern der Topographie der Oberfläche 10 durchzuführen, indem die von der Kamera 50 für jede Facette der Oberfläche 10 gemessene Lichtstärke analysiert wird. Defekte sowie Fehler in der Mikrostruktur der Oberfläche 10, das heißt in der bidirektionalen Reflektanzverteilungsfunktion BRDF, wie etwa unerwünschte Oberflächenrauheit, rufen Änderungen der Spiegelung hervor und führen in der Regel zu einer Verringerung des Kontrasts; vgl. F. Puente León, "Enhanced imaging by fusion of illumination series", in: "Sensors, Sensor Systems, and Sensor Data Processing", O. Loffeld (Hrsg.), Proc. SPIE 3100, Seiten 297 bis 308, 1997.

Für die Prüfung der zweiten Komponente der Oberfläche s(&xgr;), der Topographie &zgr;(&xgr;), sind Hellfeld-Verfahren geeignet. Um zu prüfen, ob die Neigung einer bestimmten Facette korrekt ist, wird ein helles Muster 20 in der Umgebung der Oberfläche 10 derart angebracht, daß das helle Muster 20 von einer intakten Facette reflektiert und von der Kamera 50 betrachtet werden kann. Voraussetzung einer umfassenden Prüfung auf dieser Grundlage ist, daß die zu betrachtenden Muster 20 verändert werden können; beispielsweise programmgesteuert durch einen Computer.

Eine mögliche Konfiguration für einen Meßaufbau zur Prüfung spiegelnder strukturierter Oberflächen wird in 1 gezeigt. Die Muster 20 werden auf einer gekrümmten Projektionsfläche 40 in Gestalt eines halbkugelförmigen Schirms dargestellt. Die zu analysierende Oberfläche 10 befindet sich im Zentrum der Halbkugel, wo die Oberfläche 10 von einer Kamera 50 durch eine Öffnung im halbkugelförmigen Schirm 40 hindurch betrachtet wird.

Der tatsächlich, das heißt in der Praxis eingesetzte Schirm 40 ist undurchsichtig, obwohl bei dem in 1 dargestellten Aufbau ein durchsichtiger Schirm verwendet wird, um den Blick auf das Innere der Halbkugel zu gestatten. Das binäre periodische Muster 20 dieses ersten Ausführungsbeispiels weist zwei Perioden in azimulater Richtung auf und ist in Elevationsrichtung konstant, wie im unteren Teil der korrespondierenden 3A für den Bildindex i = 0 dargestellt ist. Die Muster 20 selbst können mechanisch oder – wie im ersten Ausführungsbeispiel – optisch mittels Projektionsverfahren verändert werden.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 6 wird von einer glatten reflektierenden Oberfläche 10' ausgegangen. Aufgrund der Glattheit dieser Oberfläche 10' ist kein direkter Rückschluß anhand der visuellen Informationen über die Form der Oberfläche 10' möglich.

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 6 beruht auf dem deflektometrischen Meßprinzip und damit auf einer Alternative zu den üblichen Formprüfungsverfahren, wie zum Beispiel zum Streifenprojektionsverfahren. Bei der Deflektometrie wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Spiegelung des Lichtes an einer spiegelnden Oberfläche 10' dem Reflexionsgesetz folgt. Eine Kamera 50' betrachtet ein Muster 20', das auf einem Schirm 40' dargestellt wird und sich in der zu untersuchenden Oberfläche 10' widerspiegelt, wie in 6 dargestellt.

Bei dieser Meßanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche 10' Teil des optischen Systems und verzerrt demzufolge das betrachtete Muster 20'; vgl. D. Pérard: "Automated visual inspection of specular surfaces with structured-lighting reflection techniques", Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 8, Nr. 869, VDI-Verlag, Düsseldorf, 2001. Da die Oberfläche 10' nicht unmittelbar betrachtet wird, kommt es zu einem Kompromiß zwischen lateraler Auflösung und Empfindlichkeit des Meßsystems, der durch die Position der Fokusebene der Kamera 50' beeinflußt wird, wie aus 7A hervorgeht.

Eine Fokussierung auf die Oberfläche 10' würde die laterale Auflösung der zu prüfenden Oberfläche 10' verbessern, sich aber ungünstig auf die Empfindlichkeit des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auswirken. Umgekehrt würde durch eine Fokussierung auf den Schirm 40' ein Ausnutzen der höchstmöglichen Auflösung für das Muster 20' ermöglicht werden; jedoch würde dies auch dazu führen, daß die Oberfläche 10' unscharf aufgenommen wird.

Wenn sinusförmige Muster 20' auf dem Schirm 40' dargestellt werden, wird die Auflösung dieses Verfahrens lediglich durch die Empfindlichkeit des Bildsensors begrenzt, denn eine Unschärfe solcher Muster 20' verringert lediglich ihren Kontrast.

Wie anhand 7B veranschaulicht, weist das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine extrem hohe Empfindlichkeit bezüglich der lokalen Neigung der Oberfläche 10' auf. Selbst eine geringe Änderung der lokalen Neigung der Oberfläche 10' führt dazu, daß ein völlig anderer Bereich des Musters 20' auf dem Schirm 40' von der Kamera 50' erfasst wird.

Darüber hinaus kann die Empfindlichkeit dieses Verfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erhöht werden, indem der Abstand zwischen der Oberfläche 10' und dem Schirm 40' vergrößert wird. Durch dieses Verfahren wird es also ermöglicht, winzige Defekte und Fehler zu entdecken, die möglicherweise aus ästhetischer Sicht stören, obwohl sie nicht mit einer Funktionsminderung verbunden sind.

Sowohl beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 5C als auch beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 6 bis 9C kommt erfindungsgemäß ein neuartiges Fusionverfahren zum Einsatz; hierbei beschäftigt sich die Fusion mit der Kombination von 8 Bildern D ≔ {d(x, pi(&ohgr;)), i = 0, ..., B – 1} zum gewünschten Ergebnis r(x), wobei

  • – die Größe P = {pi(&ohgr;), i = 0, ..., B – 1} für die Menge an Mustern 20 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 20' (= zweites Ausführungsbeispiel) steht, die auf dem Schirm 40 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 40' (= zweites Ausführungsbeispiel) dargestellt wird, und
  • – die Größe pi(&ohgr;) die Helligkeit der Muster 20 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 20' (= zweites Ausführungsbeispiel) am durch den Vektor &ohgr; bezeichneten Punkt x bezeichnet.

Sowohl für strukturierte Oberflächen 10 (vgl. erstes Ausführungsbeispiel) als auch für glatte Oberflächen 10' (vgl. zweites Ausführungsbeispiel) hat sich herausgestellt, daß die Betrachtung zweidimensionaler Muster 20 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 20' (= zweites Ausführungsbeispiel) für die Durchführung der Analyse, das heißt der Inspektion und/oder Prüfung, ausreicht.

Demzufolge kann der Parametervektor &ohgr; in Polarkoordinaten mittels des Azimuts &phgr; und des Elevationswinkels &thgr; ausgedrückt werden: pi(&ohgr;) = pi(ϕ, &thgr;) mit &ohgr; = (ϕ, &thgr;)T.

Falls die Position eines Punkts auf dem in 1 dargestellten halbkugelförmigen Schirm 40 in Kugelkoordinaten (mit konstantem Radius) ausgedrückt wird, wird diese Darstellung sofort klar. Obwohl bei den nachstehend dargestellten Beispielen das Ergebnis r(x) ein skalares Merkmalsbild oder skalares Oberflächenbild ist, kann es bei anderen Anwendungen interessant sein, anstelle dessen Bilder, symbolische Bilddeskriptoren oder sogar einen mehrere Ergebnisse enthaltenden Vektor zu erhalten; vgl. F. Puente León, "Complementary image fusion for inspection of technical surfaces" (auf Deutsch), Technisches Messen 69 (4), Seiten 161 bis 168, 2002.

In erfindungswesentlicher Weise findet die Fusion der sensierten, das heißt von der Kamera 50 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 50' (= zweites Ausführungsbeispiel) aufgenommenen Daten komplementär statt. Obwohl die interessierenden Informationen über sämtliche Bilder der zu verschiedenen Zeitpunkten, zum Beispiel vor, ein- oder mehrmals während und nach dem Bewegen oder Verändern des Musters 20 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 20' (= zweites Ausführungsbeispiel) aufgenommenen Serie verteilt sind, bleiben diese interessierenden Informationen für eine bestimmte Position auf wenige Bilder konzentriert.

Bezüglich des anzuwendenden Fusionsverfahrens stellt ein zentralisierter Ansatz die zuverlässigste Lösung dar. Da die verschmolzenen Informationen der Quelle näher sind, wird eine bessere Ausnutzung der Rohdaten erreicht; vgl. D. L. Hall, "Mathematical Techniques in Multisensor Data Fusion", Artech House Inc., Norwood Ma, 1992 Allerdings ist im Hinblick auf dieses zentralisierte Fusionsverfahren zu bedenken, daß die daraus resultierenden konkreten Algorithmen, mit denen die zentralisierte Fusion der Rohbilder durchgeführt wird, häufig adhoc-Lösungen sind, die außerdem häufig einen hohen Rechenaufwand erfordern. Infolge der Homogenität der Sensordaten ist jedoch im vorliegenden Falle eine (grundsätzlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegende) Vorverarbeitung nicht erforderlich; damit kann die Rechenzeit innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden.

Ein verhältnismäßig allgemeiner Ansatz zu diesem zentralisierten Datenfusionsverfahren im Rahmen eines Fusionsansatzes besteht darin, das gesamte verfügbare a-priori-Wissen, wünschenswerte Eigenschaften und sinnvolle Einschränkungen bezüglich

  • – der Rohdaten D,
  • – der Zwischengrößen N (sogenannte "Nuisance"-Parameter; vgl. J. Beyerer, "Is it useful to know a nuisance parameter?", Signal Processing 68 (1), Seiten 107 bis 111, 1998) und
  • – der Fusionsergebnisse R
sowie deren wechselseitige Beziehungen in Form von verallgemeinerten Energietermen Ek(D,R,N) auszudrücken; vgl. J. J. Clark und A. L. Yuille, "Data Fusion for Sensory Information Processing Systems", Kluwer Academic Publishers, Boston 1990.

Diese "Energien" Ek sind derart zu wählen, daß das vorhandene Wissen und die ausgedrückten Forderungen monoton widergespiegelt werden in dem Sinne, daß das Ergebnis umso wünschenswerter ist, je niedriger die Energie Ek ist. Die Energieterme werden dann mittels einer gewichteten Addition zu einer Energiefunktion E kombiniert:

E stellt einen impliziten Ansatz der Fusionsaufgabe dar. Aufgrund der Monotonie der Energiefunktion E kann die Fusion durchgeführt werden, indem die Energiefunktion E bezüglich der Fusionsergebnisse R und der Zwischengrößen N minimiert wird:

wobei R* und N* die Ergebnisse der Optimierung darstellen.

Die Vorteile des vorstehend erläuterten Fusionsansatzes liegen in seiner Allgemeingültigkeit sowie in der Möglichkeit, zusätzliche Informationen und Einschränkungen dadurch einzubeziehen, daß weitere Energieterme hinzugefügt werden; allerdings kann es schwierig sein, komplizierte Energiefunktionen zu optimieren; vgl. F. Puente León, "Complementary image fusion for inspection of technical surfaces" (auf Deutsch), Technisches Messen 69 (4), Seiten 161 bis 168, 2002.

Wie bereits vorstehend angedeutet, befaßt sich das erste Ausführungsbeispiel mit der Fehlersuche auf spanend bearbeiteten Oberflächen, die als Membran von Drucksensoren eingesetzt werden.

2A zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine defektfreie oder fehlerlose Oberfläche, die mit diffusem Licht beleuchtet wird, während die fehlerhafte Membran in 2B mehrere Defekte aufweist, wie die vergrößerte Detailaufnahme gemäß 2C zeigt. Bei diesen Bildern ist es offensichtlich schwierig, die fehlerhaften von den intakten Bereichen zu unterscheiden.

Für die Durchführung einer zuverlässigen Analyse, das heißt Inspektion bzw. Prüfung wird eine Bildserie D der Oberfläche unter Verwendung binärer Muster aufgezeichnet, die nach der folgenden Gleichung erzeugt werden:

Die 3A, 3B, 3C, 3D zeigen im Rahmen einer derartigen Bildserie einer Membran eines Drucksensors exemplarisch vier von sechzehn Bildern einer Sensormembran sowie die entsprechend zugehörigen, für die Aufzeichnung der Bilder verwendeten Helligkeitsmuster. Für die Erläuterung des Fusionsprinzips wird ein bestimmter fester Punkt x der Oberfläche betrachtet.

Bei einer Analyse des Verlaufs der Bildintensitäten am Punkt x in Abhängigkeit vom Bildindex i wird in den fehlerlosen Bereichen ein typisches Signalmuster erkennbar. Jede der Rillen funktioniert wie ein Spiegel, der die Musterintensitäten reflektiert, die beidseitig senkrecht zur Rillenrichtung angeordnet sind.

Dementsprechend müßten bei einer intakten Textur dunkle Flächen auftreten, wenn die senkrecht zum Verlauf der Textur auftreffenden Muster dunkel sind. Dies bedeutet, daß die örtliche Helligkeit der idealen Rillentextur zeigt, ob die Muster zu beiden Seiten der Rille hell sind oder nicht. Helle Bereiche, die innerhalb einer dunklen Rillentextur erscheinen, weisen auf lokale Defekte hin, wie in 3A für den Bildindex i = 0 und in 3D für den Bildindex i = 3B/4 gezeigt wird (3B entspricht dem Bildindex i = B/4, 3C entspricht dem Bildindex i = B/2).

Obwohl diese Tatsache schon ausreichen würde, um einige Algorithmen zur Fehlererkennung auf der Grundlage der Analyse der Nachbarschaft jedes Bildpunkts zu erstellen, liefern die Fusionsverfahren eine bessere Möglichkeit, selbst winzige Oberflächenfehler zuverlässig festzustellen. Dabei werden keine Informationen bezüglich der räumlichen Nachbarschaft verwendet, sondern es werden "Nachbarschaften" im Musterraum untersucht.

Mittels harmonischer Analyse der Signale d(x,pi) kann ein geeignetes Merkmal bestimmt werden, das eine zuverlässige Messung der Defekte der Oberfläche zuläßt:

die eindimensionale diskrete Fourier-Transformation (sogenannte D[iscrete]F[ourier]T[ransform]) der Bildserie bezüglich der Musterdimension, das heißt bezüglich des Index i darstellt.

Mit vorstehender Gleichung für m(x) wird ein auf der Grundschwingung sowie auf dem Gleichanteil der Bildintensitäten am Punkt x beruhendes Merkmal berechnet. Die resultierenden Werte liegen im Intervall [0,1].

Die Unterteilung des Bildes in intakte Bereiche und in fehlerhafte Bereiche erfolgt, indem eine Schwelle von t = 0,5 gewählt wird (trotz der Einfachheit dieses Klassifikationsansatzes wird nachstehend noch die Anwendung einer zuverlässigeren Alternative dargelegt). Ist ein Wert größer als t, bedeutet dies, daß die Grundschwingung dominiert, das heißt die Textur weist an diesem Punkt keinen Fehler auf; ansonsten wird x der Menge der fehlerhaften Bereiche zugeordnet.

Die sich ergebende Energiefunktion E ist trivial und weist nur einen Summanden auf:

Da für die optimale Lösung r*(x) = m(x) gilt, ist beim ersten Ausführungsbeispiel eine Minimierung nicht erforderlich.

Hinsichtlich einer konkreten technischen Realisierung beim ersten Ausführungsbeispiel, das heißt bei der Analyse strukturierter Oberflächen 10, wird für das Aufzeichnen der Bildserien der 3A, 3B, 3C, 3D ein kommerzielles Bilderzeugungssystem 70 (mit der Bezeichnung "GE/2"; vgl. M. Heizmann, "Automated comparison of striction marks with the system GE/2", in: "Investigative Image Processing II", Z. J. Geradts, L. I. Rudin (Hrsg.), Proc. SPIE 4709, Seiten 80 bis 91, 2002) eingesetzt (vgl. 4A; die Detaildarstellung gemäß 4B zeigt eine zu prüfende strukturierte Oberfläche 10 und ein mittels L[ight]E[mitting]D[iode]s erzeugtes Muster 20).

Dieses Bilderzeugungssystem 70 verfügt über 768 dimmbare L[ight]E[mitting]D[iode]s, die eine flexible computergesteuerte Erzeugung vieler unterschiedlicher Muster 20 gestatten, wie in 4B gezeigt ist.

Das Licht der L[ight]E[mitting]D[iode]s fällt auf einen Parabolschirm 40, in dessen Zentrum sich die zu prüfende Oberfläche 10 befindet. Eine Aufnahmeeinrichtung 50, die beim ersten Ausführungsbeispiel eine C[harge]C[oupled]D[evice]-Kamera sowie ein Mikroskop mit integrierter Recheneinheit aufweist, wird verwendet, um die Bilder durch eine Öffnung im Parabolschirm 40 aufzunehmen.

Die 5A bzw. 5B und 5C zeigen die Fusionsergebnisse 30, die für die beiden in 2A bzw. in 2B und 2C dargestellten Membranen eines Drucksensors mit dem im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels dargelegten Verfahren erzielt werden.

Das auf die defektfreie oder fehlerlose Membran gemäß 2A bezogene Merkmalsbild oder Oberflächenbild gemäß 5A zeigt keine wesentlichen Defekte oder Fehler; im Gegensatz dazu zeigt das auf die fehlerhafte Membran gemäß 2B bezogene Merkmalsbild oder Oberflächenbild gemäß 5B deutlich mehrere fehlerhafte Bereiche.

Die von 5B genommene vergrößerte Aufnahme gemäß 5C zeigt in Form der zugehörigen Detektionsergebnisse eine Überlagerung mit den Ergebnissen eines weiteren Schritts zur Fehlererkennung. Zu diesem Zweck wurde ein Verfahren zur Kantendetektion auf der Grundlage einer LoG-Filterung dieses Ergebnisbildes 30 durchgeführt; vgl. J. Beyerer und F. Puente León, "Detection of defects in groove textures of honed surfaces", International Journal of Machine Tools and Manufacture 37 (3), Seiten 371 bis 389, 1997.

Zusammenfassend ist im Hinblick auf das erste Ausführungsbeispiel festzustellen, daß das vorbeschriebene, die Analyse der Textur von strukturierten spiegelnden Oberflächen 10, wie etwa von Membranen von Drucksensoren, erlaubende Verfahren eine punktweise Klassifikation der diskreten Bilder und daher sehr genaue Ergebnisse liefert, selbst wenn die Defekte und Fehler lediglich eine sehr geringe Größe aufweisen.

Konventionelle Verfahren, wie etwa die eingangs diskutierten Verfahren aus dem Stand der Technik, liefern für derartige Oberflächen häufig nur unbefriedigende Ergebnisse; vgl. F. Puente León, "Model-based inspection of shot peened surfaces using fusion techniques", in: "Machine Vision and Three-Dimensional Imaging Systems for Inspection and Metrology", K. G. Harding, J. W. V. Miller und B. G. Batchelor (Hrsg.), Proc. SPIE 4189, Seiten 41 bis 52, 2001.

Wie bereits vorstehend angedeutet, befaßt sich das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 6 bis 9C mit der Prüfung von Freiformflächen 10' in Form lackierter Karosserieteile (Autotüren), wobei Defekte und Fehler auf den lackierten Autotüren zu finden sind. Ähnlich wie bei der Prüfung der Membranen von Drucksensoren (vgl. erstes Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 5C) wird eine Bildserie unter Verwendung eines Satzes zweidimensionaler binärer Muster 20' aufgezeichnet:

wobei

  • – umax den maximalen Koordinatenwert in u-Richtung angibt, der von der die Muster 20' erzeugenden Mustererzeugungs-/bereitstellungseinrichtung 70', zum Beispiel vom Projektor, dargestellt werden kann, und
  • – n die Anzahl der darzustellenden Perioden angibt.

Der Einfachheit halber wurde die sich ergebende Menge der Streifenmuster pi(u,v) in einem kartesischen Koordinatensystem (u,v) dargestellt, obwohl die Muster 20' eigentlich auf die Innenseite eines halbkugelförmigen Schirms 40' projiziert werden, um die Messungen durchzuführen.

In Übereinstimmung mit dem Reflexionsgesetz würde ein flacher Schirm das deflektometrische Meßsystem auf die Prüfung von Oberflächen 10' mit einer geringen Streuung von Normalenvektor ns(&xgr;) beschränken. Der halbkugelförmige Schirm 40' garantiert die Sichtbarkeit der Muster 20' auf dem Schirm 40' nach deren Spiegelung auf den meisten Freiform-Oberflächen 10'; vgl. J. Beyerer und D. Pérard, "Automatische Inspektion spiegelnder Freiformflächen anhand von Rasterreflexionen", Technisches Messen 64 (10), Seiten 394 bis 400, 1997.

Auch hier beschreibt der Verlauf der Bildhelligkeiten an einem bestimmten Punkt x ein typisches Signalmuster, das es ermöglicht, fehlerhafte Bereiche mittels entsprechender Analyseverfahren zu erkennen.

Zusätzlich zu Fehlern wie Kratzern, die örtliche Veränderungen der bidirektionalen Reflektanzverteilungsfunktion BRDF hervorrufen, sollen auch Blasen und Einschlüsse im Lack oder in der Beschichtung detektiert werden. Diese Fehler weisen eine wesentlich größere Krümmung als intakte Bereiche der Oberfläche 10' auf. Demzufolge erhält die Kamera 50' von Oberflächenbereichen mit solchen Fehlern eine komprimierte Darstellung eines großen Bereichs des Schirms 40'.

Details auf dem Schirm 40' können von Pixeln fehlerhafter Bereiche aufgrund des diskreten Charakters der Bilderzeugung und der unscharfen Darstellung nicht unterschieden werden. Die Fehler werden mit der mittleren Helligkeit der korrespondierenden gespiegelten Bereiche des Schirms 40' dargestellt.

Im Gegensatz dazu zeigen die Bereiche eines Bildes, das die Kamera 50' von defektfreien oder fehlerlosen Bereichen erhält, idealerweise eine scharte Darstellung des Musters 20' auf dem Schirm 40'. Um scharte Darstellungen mit hohem Kontrast von den defektfreien oder fehlerlosen Bereichen zu erhalten, kann es erforderlich sein, das projizierte Muster 20' an die Krümmung der zu prüfenden Oberfläche 10' anzupassen, soweit dies möglich ist; vgl. S. Kammel, "Automated optimization of measurement setups for the inspection of specular surfaces", in: "Machine Vision and Three-Dimensional Imaging Systems for Inspection and Metrology II", K. G. Harding und J. W. V. Miller (Hrsg.), Proc. SPIE 4567, Seiten 199 bis 206, 2002.

Die Projektion aufeinanderfolgender phasenverschobener Muster pi(u,v) ergibt ausgeprägte Helligkeitsänderungen innerhalb der Bereiche des von der Kamera 50' aufgenommenen Bildes, die defektfreien oder fehlerlosen Bereichen der Oberfläche 10' entsprechen.

Fehlerhafte Bereiche zeigen hingegen einen fast konstanten Grauwert; dies bedeutet, daß der Kontrast und damit auch die Intensitätsstreuung an einem Punkt x in der durch den Index i abgedeckten Dimension der Muster 20' für fehlerlose Bereiche der Oberfläche 10' hoch und für fehlerhafte Bereiche der Oberfläche 10' niedrig ist. Ein geeignetes Maß für den Kontrast kann folgendermaßen definiert werden:

Das Maß mc(x) erzeugt gute Ergebnisse, wenn die zu prüfende Oberfläche 10' einen hohen Anteil spiegelnder Reflektanz aufweist und wenn die verwendeten Muster 20' kontrastreich sind; andererseits ist das Maß mc(x) aufgrund seiner Abhängigkeit von den Extremintensitäten sehr anfällig gegenüber Rauschen.

Für Bilder mit hohem Rauschanteil ist es demzufolge günstiger, andere Maße zu verwenden, wie zum Beispiel die Varianz

Die sich daraus ergebende Energiefunktion E sowie deren optimale Lösung können wiederum gemäß folgender Gleichung berechnet werden:

Hinsichtlich einer konkreten technischen Realisierung beim zweiten Ausführungsbeispiel, das heißt bei der Analyse glatter Oberflächen 10', wird für das Aufzeichnen der Bildserien zur Prüfung der Teile von Autokarosserien der in 8 dargestellte Meßaufbau (bilderzeugendes System) verwendet.

Dieser Meßaufbau weist einen gewölbten Schirm 40' mit einem Durchmesser von etwa 1,5 Metern auf. Eine Mustererzeugungs-/bereitstellungseinrichtung in Form eines Projektors 70' mit spezieller Fischaugenlinse wird im Brennpunkt des Schirms 40' platziert, um beliebige Muster 20' zu erzeugen. Das Karosserieteil – in diesem Falle eine Autotür – wird über dem Projektor 70' angeordnet.

In den 9A, 9B, 9C ist ein Bereich der lackierten Autotür zusammen mit zwei Fusionsergebnissen 30' dargestellt.

9A zeigt ein Bild eines Bereichs der analysierten Autotür, der bei diffuser Beleuchtung aufgenommen ist. Bei dieser diffusen Beleuchtung ist es fast unmöglich, Defekte oder Fehler zu erkennen.

Für die Darstellung in 9B wird das im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels beschriebene Fusionsverfahren auf Bilder angewendet, die aufgenommen werden, indem die Kamera 50' auf den Schirm 40' fokussiert wird. Diese Fokussierung maximiert die Empfindlichkeit des Systems auf Kosten einer geringen örtlichen Auflösung.

Die hohe Empfindlichkeit gestattet die Detektion von Verformungen, die durch Fehleinstellungen der formgebenden Maschine hervorgerufen werden und die für das menschliche Auge fast unsichtbar sind. Im vorliegenden Falle liegt die Tiefe der festgestellten Defekte und Fehler in der Größenordnung von wenigen Mikrometern.

Im Gegensatz dazu zeigt 9C das Ergebnis 30' der Fusion von Bildern, die gewonnen werden, wenn die Kamera 50' direkt auf die Autotür fokussiert wird. Bei dieser Einstellung wird die Auflösung auf Kosten der Empfindlichkeit maximiert. Die höhere Auflösung gestattet eine zuverlässige Feststellung von Lackierfehlern, wie etwa von Blasen, von Einschlüssen oder von Kratzern, in einer Größenordnung, die durch andere Verfahren kaum meßbar ist.

Offensichtlich ergänzen sich die beiden Ergebnisse gemäß 9B (Fokussieren der Aufnahmeeinrichtung 50' mit integrierter Recheneinheit auf den Schirm 40') und gemäß 9C (Fokussieren der Aufnahmeeinrichtung 50' mit integrierter Recheneinheit unmittelbar auf die zu analysierende Oberfläche 10') gegenseitig, denn die unterschiedlichen Einstellungen der jeweiligen Brennweite gestatten es, Oberflächenkomponenten unterschiedlicher Ortsfrequenzen darzustellen. Gemeinsam liefern die beiden Ergebnisse gemäß 9B und gemäß 9C eine sehr viel genauere Darstellung von Defekten und Fehlern an der Oberfläche 10' als bei den eingangs diskutierten konventionellen Verfahren für die Prüfung reflektierender Oberflächen aus dem Stand der Technik.

Für die Analyse glatter Oberflächen 10' kombiniert ein weiterer alternativer oder ergänzender Ansatz die Zuverlässigkeit automatisierter Prüfsysteme mit der Akzeptanz und Flexibilität von Verfahren, die von Menschen ausgeführt werden. Das entwickelte Prüfsystem weist

  • – eine programmierbare Lichtquelle 70' auf D[igitai]M[icromirror]D[evice]-Basis,
  • – einen Schirm 40', auf den definierte Lichtmuster 20' projiziert werden, und
  • – ein mobiles Prüfgerät, das über eine Kopfanzeige (sogenannt H[ead]M[ounted]D[isplay]) und über eine Videokamera 50', verfügt,
auf.

Während des Betriebs nimmt die Videokamera 50' die verschiedenen, in der lackierten Oberfläche 10' reflektierten Muster 20' auf und ahmt so das Verhalten eines menschlichen Prüfers nach; allerdings werden die Bilder vor ihrer Anzeige auf dem H[ead]M[ounted]D[isplay] mittels der vorbeschriebenen Fusionsverfahren miteinander kombiniert, um eine Darstellung zu erzeugen, in der die Defekte und Fehler effektiv hervorgehoben sind.

Auf diese Weise werden die Informationen, die mittels unterschiedlicher Beleuchtungskonstellationen gewonnen werden, in einer einzigen Darstellung konzentriert. Darüber hinaus kann die Abbildung mit quantitativen Prüfungsergebnissen überlagert werden, um eine objektive Messung zu erreichen.

Zusammenfassend ist im Hinblick auf das zweite, die Analyse lackierter Oberflächen 10' betreffende Ausführungsbeispiel festzustellen, daß mit dem vorbeschriebenen Verfahren nicht nur Blasen, Einschlüsse oder Kratzer in zuverlässiger Weise detektiert, sondern mit derselben Anordnung 100' auch Beulen oder Dellen sichtbar gemacht werden können, indem einfach die Fokusebene der verwendeten Kamera 50' verschoben wird. (10)

In erfindungswesentlicher Weise kann der Anwendungsbereich der vorbeschriebenen Verfahren ohne weiteres auf diffus reflektierende Oberflächen, wie zum Beispiele auf unlackierte Autokarosserieteile, erweitert werden, indem Licht einer größeren Wellenlänge verwendet wird und die sich ergebenden Bilder mit einer Infrarotkamera aufgezeichnet werden.

Insgesamt ist zu konstatieren, daß das anhand zweier Ausführungsbeispiele erläuterte, sich der Vorrichtung 100 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 100' (= zweites Ausführungsbeispiel) bedienende Verfahren auf Bildfusionsverfahren beruht und sich sowohl für strukturierte Oberflächen 10 (= erstes Ausführungsbeispiel) als auch für glatte Oberflächen 10' (= zweites Ausführungsbeispiel) als äußerst zuverlässig erweist.

Für die Aufzeichnung der verschiedenen zu fusionierenden Bilder werden systematisch komplementäre Bildaufnahmebedingungen generiert, indem Lichtmuster 20 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 20' (= zweites Ausführungsbeispiel) auf einen Schirm 40 (= erstes Ausführungsbeispiel) bzw. 40' (= zweites Ausführungsbeispiel) projiziert werden. Für die Fusion wird ein leistungsfähiger zentralisierter Ansatz auf der Grundlage von Energieminimierungsverfahren gewählt.

100Vorrichtung (erstes Ausführungsbeispiel) 100'Vorrichtung (zweites Ausführungsbeispiel) 10Oberfläche, insbesondere strukturierte Oberfläche (erstes Ausführungsbeispiel) 10'Oberfläche, insbesondere glatte Oberfläche (zweites Ausführungsbeispiel) xPunkt der Oberfläche 10 (erstes Ausführungsbeispiel) bzw. Punkt der Oberfläche 10' (zweites Ausführungsbeispiel) 20Muster (erstes Ausführungsbeispiel) 20'Muster (zweites Ausführungsbeispiel) 30Ergebnisbild (erstes Ausführungsbeispiel) 30'Ergebnisbild (zweites Ausführungsbeispiel) 40Projektionsfläche, insbesondere Schirm (erstes Ausführungsbeispiel) 40'Projektionsfläche, insbesondere Schirm (zweites Ausführungsbeispiel) 50Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Kamera (erstes Ausführungsbeispiel) und/oder Mikroskop 50'Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Kamera (zweites Ausführungsbeispiel) und/oder Mikroskop 60Bildschirm oder Display (erstes Ausführungsbeispiel) 60'Bildschirm oder Display (zweites Ausführungsbeispiel) 70Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung, insbesondere Videoprojektor (erstes Ausführungsbeispiel) oder insbesondere Bilderzeugungssystem 70'Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung, insbesondere Videoprojektor (zweites Ausführungsbeispiel) oder insbesondere Bilderzeugungssystem

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Analyse, insbesondere zur Inspektion und/oder zur Überprüfung, mindestens einer reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberfläche (10; 10'), aufweisend folgende Schritte:

    [a] Bewegen und/oder Verändern mindestens eines in der Umgebung der Oberfläche (10; 10') erzeugten und/oder existierenden Musters (20; 20'), wobei zu verschiedenen Zeitpunkten, zum Beispiel vor, ein- oder mehrmals während und nach dem Bewegen und/oder Verändern des Musters (20; 20'), jeweils mindestens ein an der Oberfläche (10; 10') reflektiertes Bild des Musters (20; 20') aufgenommen wird; und

    [b] Verknüpfen, insbesondere mathematisches Verknüpfen, der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder zu mindestens einem Ergebnisbild (30; 30') derart, daß im Ergebnisbild (30; 30') defektbehaftete Bereiche und defektfreie Bereiche rechnerisch und/oder visuell unterschieden werden können.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muster (20; 20') in periodischer Form, insbesondere in Form sinusförmiger Intensitätsmuster oder in Form binärer Streifenmuster, erzeugt werden oder existieren.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (20; 20') auf mindestens einer ebenen oder gekrümmten Projektionsfläche (40; 40'), insbesondere auf mindestens einem Schirm, erzeugt wird.
  4. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Muster (20; 20') durch mechanisches Bewegen mindestens eines Musters (20; 20') verändert werden.
  5. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Oberfläche (10; 10') reflektierten Bilder des Musters (20; 20') mittels mindestens einer zur Oberfläche (10; 10') ausgerichteten Aufnahmeeinrichtung (50; 50'), insbesondere Kamera, aufgenommen werden.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

    – mittels mindestens einer bewegten Aufnahmeeinrichtung (50; 50') und/oder

    – mittels mindestens zweier Aufnahmeeinrichtungen (50; 50') stereoskopisch aufgenommen und/oder vermessen wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß von mindestens einer Position der Aufnahmeeinrichtung (50; 50') im Raum aus deflektometrisch aufgenommen und/oder vermessen wird.
  8. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verknüpfen der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder zu mindestens einem Ergebnisbild (30; 30') mindestens eine Vorverarbeitung der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder erfolgt.
  9. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mathematische Verknüpfen der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen und gegebenenfalls vorverarbeiteten Bilder zumindest punktweise (x) erfolgt.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Intensitätswerte des Ergebnisbildes (30; 30') aus mindestens einer Verknüpfung der jeweiligen Intensitätswerte der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen und gegebenenfalls vorverarbeiteten Bilder zumindest für denselben Punkt (x) der Oberfläche (10; 10') ergeben.
  11. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus den zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen und gegebenenfalls vorverarbeiteten Bildern zumindest punktweise (x) mindestens ein Maß für den Kontrast in mindestens einem Musterraum berechnet wird, wobei ein Musterraum als der Raum definiert wird, der von den unterschiedlichen Parametern aufgespannt wird, welche die in der Umgebung der Oberfläche (10; 10') erzeugten und/oder existierenden Muster (20; 20') beschreiben.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrast bestimmt wird, indem für jeden Punkt (x) der Oberfläche (10; 10') der Differenzbetrag zwischen dem Intensitätsmaximum und dem Intensitätsminimum bezüglich des Musterraums berechnet wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrast bestimmt wird, indem aus den sich für jeden Punkt (x) der Oberfläche (10; 10') ergebenden Intensitätswerten die Entropie, die Standardabweichung, die Varianz und/oder mindestens eine daraus abgeleitete Größe bezüglich des Musterraums berechnet wird.
  14. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfen der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen und gegebenenfalls vorverarbeiteten Bilder durch zumindest punktweises (x) Auswerten der Periodizitäten der Bildintensitäten bezüglich des Musterraums erfolgt, beispielsweise mittels harmonischer Analyse.
  15. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,

    [a] daß mehrere Bilder bei unterschiedlichen Beleuchtungen laufend in sehr schneller Abfolge aufgenommen werden,

    [b] daß die aufgenommenen Bilder mathematisch verknüpft werden und

    [c] daß das Ergebnis (30; 30') insbesondere auf mindestens einem Bildschirm oder insbesondere auf mindestens einem Display (60; 60') laufend angezeigt wird.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im gesamten Bildbereich oder an bestimmten Bildstellen, zum Beispiel in defektfreien Bereichen, mindestens ein unverarbeitetes Originalbild insbesondere auf mindestens einem Bildschirm oder insbesondere auf mindestens einem Display (60; 60') eingeblendet wird.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß detektierte Objekte, wie etwa Bohrungen, Defekte oder dergleichen, insbesondere auf mindestens einem Bildschirm oder insbesondere auf mindestens einem Display (60; 60') in das angezeigte Ergebnis eingeblendet werden.
  18. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnisbild (30; 30') auf mindestens einem Bildschirm oder auf mindestens einem Display (60; 60') visualisiert wird, insbesondere um als Ausgangspunkt für eine visuelle Prüfung zu dienen.
  19. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Ergebnisbild (30; 30') Defekte, wie etwa Beulen, Blasen, Dellen, Einschlüsse, Kratzer, Orangenhaut, nachzubearbeitende Stellen, Welligkeiten oder dergleichen, verstärkt erscheinen.
  20. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnisbild (30; 30') insbesondere rechnergestützt weiterverarbeitet wird, so daß die Oberfläche (10; 10'), insbesondere die Defekte im Ergebnisbild (30; 30'), automatisiert beurteilt und/oder klassifiziert werden kann/können.
  21. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Defekte auf dem Bildschirm bzw. Display (60; 60') und/oder direkt auf der Oberfläche (10; 10') markiert werden, so daß die Defektstellen nachgebessert werden können.
  22. Vorrichtung (100; 100') zur Analyse, insbesondere zur Inspektion und/oder zur Überprüfung, mindestens einer reflektierenden, insbesondere glänzenden und/oder spiegelnden, Oberfläche (10; 10'), insbesondere zum Durchführen des Verfahrens gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, aufweisend

    – mindestens eine Aufnahmeeinrichtung (50; 50'), insbesondere mindestens eine Kamera, zum Aufnehmen jeweils mindestens eines an der Oberfläche (10; 10') reflektierten Bildes mindestens eines bewegten und/oder veränderten Musters (20; 20') zu verschiedenen Zeitpunkten, zum Beispiel vor, ein- oder mehrmals während und nach dem Bewegen und/oder Verändern des Musters (20; 20'); und

    – mindestens eine Recheneinheit zum Verarbeiten der von der Aufnahmeeinrichtung (50; 50') zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen, übermittelten und gegebenenfalls vorverarbeiteten Bilder.
  23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, gekennzeichnet durch mindestens eine Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (70; 70') zum Erzeugen und/oder Bereitstellen des Musters (20; 20') in der Umgebung der Oberfläche (10; 10').
  24. Vorrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (70; 70') mindestens eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens zwei L[ight]E[mitting]D[iodes] zum Erzeugen des Musters (20; 20') aufweist.
  25. Vorrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (70; 70')

    – mindestens ein O[rganic]L[ight]E[mitting]D[iode]-Display oder Polymerdisplay oder

    – mindestens eine Kathodenstrahlröhre

    aufweist.
  26. Vorrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (70; 70') mindestens einen Videoprojektor, zum Beispiel mindestens einen L[iquid]C[rystal]D[isplay]- oder D[igital]M[icromirror]D[evice]-basierten Projektor, zum Erzeugen des Musters (20; 20') aufweist.
  27. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet,

    – daß die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (70; 70'), insbesondere der Videoprojektor, mindestens ein vorgebbares Muster (20; 20') auf mindestens eine ebene oder gekrümmte Projektionsfläche (40; 40'), insbesondere auf mindestens einen Schirm, projiziert und

    – daß dieses projizierte Muster (20; 20') von der Aufnahmeeinrichtung (50; 50') im Spiegelbild der Oberfläche (10; 10') beobachtbar ist.
  28. Vorrichtung gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (40; 40') die Form mindestens einer Kugelkappe, mindestens eines Rotationsparaboloids oder mindestens eines Tunnels aufweist.
  29. Vorrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (70; 70') so ausgelegt ist, daß das Muster (20; 20') eine elektromagnetische Strahlung ausstrahlt, deren Wellenlänge größer als die Wellenlänge von sichtbarem Licht ist.
  30. Vorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (20; 20') mittels Erhitzen von Komponenten unterschiedlicher Wärmekapazitäten erzeugbar ist.
  31. Vorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (70; 70') mindestens einen elektrisch heizbaren Draht zum Erzeugen des Musters (20; 20') aufweist.
  32. Vorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustererzeugungs-/-bereitstellungseinrichtung (70; 70') mindestens eine Wärmequelle aufweist, deren Wärmestrahlung durch mindestens eine das Muster (20; 20') verkörpernde Blende abgebildet wird.
  33. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustererzeugungs-/bereitstellungseinrichtung (70; 70') von der Recheneinheit aus steuerbar ist.
  34. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 33, gekennzeichnet durch mindestens zwei Aufnahmeeinrichtungen (50; 50'), insbesondere durch mindestens zwei Kameras, zum stereoskopischen Aufnehmen der Bilder.
  35. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (50; 50') im nichtsichtbaren Bereich, insbesondere im thermischen I[nfra]R[ot]-Bereich, empfindlich für elektromagnetische Strahlung ist.
  36. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 35, gekennzeichnet durch mindestens einen Bildschirm oder durch mindestens ein Display (60; 60') zum Anzeigen der verarbeiteten Bilder.
  37. Vorrichtung gemäß Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausgang der Recheneinheit mit mindestens einem Eingang des Bildschirms oder des Displays (60; 60') verbunden ist.
  38. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß

    – sowohl die mindestens eine Aufnahmeeinrichtung (50; 50')

    – als auch der mindestens eine Bildschirm oder das mindestens eine Display (60; 60')

    fest zueinander angeordnet sind.
  39. Vorrichtung gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus Aufnahmeeinrichtung (50; 50') und Bildschirm bzw. Display (60; 60') tragbar, insbesondere am Kopf, zum Beispiel am Helm, einer als menschlicher Prüfer fungierenden Person befestigbar ist.
  40. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausgang der Aufnahmeeinrichtung (50; 50') mit mindestens einem Eingang der Recheneinheit verbunden ist.
  41. Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit

    – Bestandteil der Aufnahmeeinrichtung (50; 50') ist und/oder

    – in die Aufnahmeeinrichtung (50; 50') integriert ist.
  42. Verwendung eines Verfahrens gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21 und/oder mindestens einer Vorrichtung (100; 100') gemäß mindestens einem der Ansprüche 22 bis 41 zum Detektieren und/oder zum Ermitteln von Defekten, wie etwa von Beulen, von Blasen, von Dellen, von Einschlüssen, von Kratzern, von Orangenhaut, von nachzubearbeitenden Stellen, von Welligkeiten oder von dergleichen.
Es folgen 11 Blatt Zeichnungen






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