【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于捕获待检查表面的表面缺陷的表面检查系统，其包括相机系统和照明系统，其中照明系统生成待检查表面的亮度分布以及反射和散射特性，在该亮度分布中，表面缺陷作为亮度的局部偏差而变得可见，所述分布由相机系统检测。
技术介绍
1、工业质量控制经常面临检查产品或中间产品的表面的表面缺陷的任务。这里，在本专利技术的含义内，表面缺陷是与测量对象的表面的期望形状的偏差。这种表面缺陷包括例如与期望的表面形状的局部小尺度偏差，例如冲压金属板产品中的划痕、压痕或凹痕，或者表面上的污染物，比如粘合剂残留物或焊珠。特别地，这种表面缺陷可以是部件区域中的局部小尺度形状偏差，否则该部件基本上是平坦的或者没有轮廓元素。
2、表面检查的目的是检测这些缺陷。检查结果可以是定性的，例如缺陷的存在，与期望表面的偏差的范围或程度的类别；或者，检查结果可包含定量信息，比如压痕的深度。为了进行检测，表面缺陷必须以某种形式从表面的其余部分中凸显出来，也就是说必须有对比度。
3、对于光学表面检查，通常例如可以利用表面缺陷的下列特性来产生可检测的对比度：表面法线的局部严重偏差(表面的任意点p的表面法线由垂直于点p处的切平面的单位矢量给出)，或者，表面的反射特性和散射特性的变化。然后，该对比度可以是可检测的，例如，作为表面检查期间的亮度差而被检测。
4、然而，根据本专利技术的一个方面，表面缺陷即为与期望的表面形状的局部偏差，其旨在与表面的反射特性和散射特性的局部偏差(例如，由于微观表面结构的局部变化而产生的局部偏差)相区别，并且只
5、在下文中参考待测试的表面，即：一个或多个物体的表面或这些表面的子区域，其旨在被表面检查系统捕获。检验场是表面检查系统的光学视场中的空间区域，在该空间区域中，表面检查系统可以捕获待检查表面并检测表面缺陷。根据待检查表面的尺寸，检验场可以完全或部分地捕获待检查表面。在后一种情况下，表面检查系统的位移和进一步的记录是必要的，以便捕获整个表面。
6、光学表面检查系统借助于光(即电磁辐射)、在不接触的情况下检测缺陷。在大多数情况下，在此使用照明系统和检测系统。照明系统包含一个或多个用于发光的光源，而检测系统包含一个或多个光检测器。如果检测系统由一个或多个相机构成，则称之为相机系统。
7、这里的光可以包括一个或多个波长，或者可以包括一个或多个波长范围。不同的波长或波长范围被称为颜色。光学表面检查系统工作的波长范围通常由所使用的光检测器的灵敏度范围决定。通常用作光检测器的是光电二极管或光电二极管阵列。后者用于例如单色相机或彩色相机。这里的单个光电检测器被称为像素。彩色相机通常具有三种不同类型的像素，它们对不同的波长范围具有灵敏度；一般来说，这些波长范围是可见光谱的蓝色、绿色和红色光谱范围。这些灵敏度范围被称为相机的颜色通道。
8、举例来说，发光二极管(led)、有机发光二极管(oleds)、激光器或气体放电灯被用作照明系统的光源。基于发光区域的空间范围和布置，光源或照明系统可以被区分为点型、线形、棒状和环状。点光源是例如具有非常小的发射表面的激光器或led。棒状光源例如是气体放电管。线性的、环状的、棒状的光源例如也可以通过相应的led布置来实现。此外，光源或照明系统可以通过发射特性来区分。举例来说，激光器通常在较窄的角度范围内定向地发射，而气体放电灯或led在较宽的角度范围内非定向地发射。光源的发射特性可能在照明系统中受到反射器、透镜、菲涅耳透镜、漫射板和波导的影响。
9、首先，表面的散射和反射特性对于光学表面检测非常重要。根据散射和反射特性区分不同类型的表面：
10、光学光滑表面是表面粗糙度小于观察波长的表面。例如抛光的金属或玻璃表面、涂漆表面。根据反射定律，相对于表面法线成一定角度照射到表面上的光被完全或部分地反射。根据反射定律，光只向一个离散的方向反射。在这种情况下，相对于表面法线的入射角和反射角的绝对值相等，并且入射方向、反射方向和表面法线位于一个平面内。
11、光学粗糙表面的表面粗糙度大于观察波长。它们表现出漫散射行为(例如白垩等)。理想情况是朗伯(lambertian)散射体。这里，散射强度不依赖于观察方向，而是仅依赖于入射方向和表面法线之间角度的余弦
12、光学光泽表面：从具有漫反射行为的光学粗糙表面到光学光滑的镜面反射表面的过渡区域遇到。表面粗糙度在观察光的波长范围内。光优选在“反射方向”上反射或散射。然而，与在光学光滑表面上反射的情况不同，散射波瓣具有有限的宽度。然而，散射仍然是高度定向的，并且散射强度朝着更大和更小的角度相对快速地减小。
13、出现了所谓的定向反射。光泽表面是许多材料加工和成型方法的产物，例如压制、磨削、机加工成型。
14、偏转测量法、光度立体测量法和彩色偏转测量法是用于表面缺陷光学检测的方法：基本上正常的测量方法有利于表面检查。这些方法定性或定量地直接确定表面法线的取向或相对于周围环境的偏差。表面中的局部形状偏差在此变得直接可见，而不存在测量误差和误差传播的影响，例如在通过数学梯度形成法从表面数据确定表面法线的过程中发生的那些。上述测量方法解释如下：
15、在偏转测量法中，通过相机来观察结构光源在待检查表面上的镜像。如果待检查表面的表面法线局部偏离，则出现结构光源的图像表示的失真。这种方法仅适用于根据反射定律反射光的光学平滑表面。如果表面上还发生了散射，则从结构光源的一个点发出的光可能会通过表面的不同点照射到不同的相机像素上(结构光源的图像表示会变得模糊)。结构光源的点和相机像素的唯一分配不再可能，因此只有表面缺陷的不准确检测或无法检测是可能的。
16、在彩色偏转测量法中，面光源或线光源的不同点不是或者不仅仅是通过亮度差来编码的，而是还通过不同的颜色或颜色分布来编码。在de 102010001715a1(“用于表面检查的方法和装置”，bosch)中，具有光滑表面的旋转对称部件通过具有定义的颜色分布的线光源来照明。彩色线性阵列相机捕获彩色编码的图像数据。根据相机线性阵列上的颜色分布，可以在物体表面的窄条中重构表面法线的取向。捕获整个表面需要旋转物体的渐进记录。通过在两个方向上的颜色调制或者亮度和颜色调制的组合，这种方法还使得可以用一次记录来捕获和检查待检查表面的相对大的区域。
17、光度立体测量法用于检查光学粗糙表面。这里，从至少三个不同的线性独立方向来照明物体表面的每个点，并且使用相机观察该表面。在此，待测量表面的散射特性必须使得散射强度仅取决于光相对于表面法线的入射角，而不取决于观察方向。这对于朗伯散射体来说是理想的。然后，根据至少三个照明方向的散射强度的比率，可以确定待检查表面的每个点处的表面法线的方向。该方法还可以用于纹理表面的检查，其中反射率或散射振幅对于表面的不同点是不同的。缺点在于，表面检查总是需要多次记录。因此，该方法仅在静态条件下适用，此时表面检查系统和待检查表面没有发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于检测待检查表面的表面缺陷的表面检查系统，包括相机系统、照明系统和评估系统，其中，所述评估系统评估由所述相机系统捕获的至少一个图像中的待检查表面的亮度和/或颜色分布，并将所述待检查表面的表面缺陷确定为亮度和/或颜色的局部偏差，其中，
2.一种用于检测待检查表面的表面缺陷的表面检查系统，特别是根据权利要求1所述的表面检查系统，包括相机系统、包含一个或多个光源的照明系统以及评估系统，其中，所述评估系统评估由所述相机系统捕获的至少一个图像中的待检查表面的亮度和/或颜色分布，并且将待检查表面的表面缺陷确定为亮度和/或颜色的局部偏差，其中，
3.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述相机系统和所述照明系统相对于彼此被布置为使得：在所述检验场的出现所述照明系统的光源的定向反射的至少一个第一区域旁边，不出现所述光源的定向反射的至少一个第二区域保留在所述相机的记录中，其中，所述评估系统评估所述第二区域中的记录。
4.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，对于所述相机系统中的每个相机，在所述检验场的出现光源的定向反射的第一区
5.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述评估系统评估所述待检查表面的多个记录，所述多个记录在用于记录它们的相机相对于所述待检查表面的位置方面不同，其中，如果至少一个记录中亮度和/或颜色的局部偏差在至少一个第一子区域中显得比围绕所述局部偏差的表面区域更亮并且在至少一个第二子区域中显得比所述表面区域更暗，和/或，如果具有不同的子区域并且不同的颜色在不同的子区域中占优势，则所述评估系统优选地将包含在所述多个记录中的亮度和/或颜色的局部偏差评估为表面缺陷。
6.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述照明系统包括至少两个空间上分离的区域，其中，这两个区域优选地具有不同的颜色和/或布置在所述表面检查系统的相对侧边上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述照明系统或其空间上分离的区域以棒状或环状方式实现，和/或，包含一个或多个面发射光源，所述面发射光源在大角度范围内非定向地发射。
8.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述照明系统具有至少两个空间上分离且不同颜色的区域，并且所述相机系统包含至少一个具有至少两个颜色通道的彩色相机，其中优选地，由所述照明装置的空间上分离且不同颜色的区域生成的亮度分布在所述相机的不同颜色通道上被同时且彼此独立地记录和/或由所述评估系统评估，和/或，其中优选地，如果亮度的局部偏差在第一颜色通道中的至少一个第一子区域中并且在第二颜色通道中的至少一个第二子区域中显得比围绕所述局部偏差的表面区域更亮或更暗，则所述评估系统将所述局部偏差评估为表面缺陷。
9.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述相机系统的所有相机的同时图像记录足以完全检查所述检验场，和/或，其中，相对于所述表面检查系统在平行于所述检验场的平面中的基本面积，所述表面检查系统的范围不大于所述检验场范围的1.5倍。
10.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述照明系统的多个区域以相对于所述检验场彼此旋转一角度的方式布置，其中，优选地，所述照明系统的两个区域以相对于所述检验场彼此旋转90°的方式布置，其中，优选地，所述照明系统的区域以棒状方式沿着所述表面检查系统的边缘延伸。
11.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述相机系统的相机位于由所述照明系统的区域所包围的面积内，其中，所述照明系统的区域优选地以棒状方式沿着所述表面检查系统的边缘延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，包括允许所述表面检查系统相对于所述待检查表面可移动的运动单元，其中，所述运动单元优选地由控制器沿着限定路径控制。
13.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述检查是在所述表面检查系统相对于所述待检查表面的相对运动过程中实现的。
14.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述表面检查系统与3D测量系统、尤其是条纹投射系统形成结构单元，其中，优选地，所述3D测量系统的相机被所述相机系统的相机和/或所述表面检查系统的照明系统的区域包围。
15.一种用于通过表面检查系统、特别是通过...
【技术特征摘要】
1.一种用于检测待检查表面的表面缺陷的表面检查系统，包括相机系统、照明系统和评估系统，其中，所述评估系统评估由所述相机系统捕获的至少一个图像中的待检查表面的亮度和/或颜色分布，并将所述待检查表面的表面缺陷确定为亮度和/或颜色的局部偏差，其中，
2.一种用于检测待检查表面的表面缺陷的表面检查系统，特别是根据权利要求1所述的表面检查系统，包括相机系统、包含一个或多个光源的照明系统以及评估系统，其中，所述评估系统评估由所述相机系统捕获的至少一个图像中的待检查表面的亮度和/或颜色分布，并且将待检查表面的表面缺陷确定为亮度和/或颜色的局部偏差，其中，
3.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述相机系统和所述照明系统相对于彼此被布置为使得：在所述检验场的出现所述照明系统的光源的定向反射的至少一个第一区域旁边，不出现所述光源的定向反射的至少一个第二区域保留在所述相机的记录中，其中，所述评估系统评估所述第二区域中的记录。
4.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，对于所述相机系统中的每个相机，在所述检验场的出现光源的定向反射的第一区域旁边，保留所述检验场的不出现所述光源的定向反射的第二区域，其中，对于合在一起的所有相机，所述第二区域优选地针对每个颜色通道构成所述检验场的面积的至少40％，优选为至少60％，和/或，其中，所述第二区域优选地在所有颜色通道和相机之上覆盖整个检验场。
5.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述评估系统评估所述待检查表面的多个记录，所述多个记录在用于记录它们的相机相对于所述待检查表面的位置方面不同，其中，如果至少一个记录中亮度和/或颜色的局部偏差在至少一个第一子区域中显得比围绕所述局部偏差的表面区域更亮并且在至少一个第二子区域中显得比所述表面区域更暗，和/或，如果具有不同的子区域并且不同的颜色在不同的子区域中占优势，则所述评估系统优选地将包含在所述多个记录中的亮度和/或颜色的局部偏差评估为表面缺陷。
6.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述照明系统包括至少两个空间上分离的区域，其中，这两个区域优选地具有不同的颜色和/或布置在所述表面检查系统的相对侧边上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的表面检查系统，其中，所述照明系统或其空间上分离的区域以棒状或环状方式实现，和/或，包含一个或多个面发射光源，所述面发射光源在大角度范围内非定向地发射。
8.根据前述权利要求中...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·施莱思，S·迪耶巴尔，B·蓬泰，
申请(专利权)人：卡尔蔡司工业测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。