RU2812804C1 - Method and testing device for optical surface testing - Google Patents
Method and testing device for optical surface testing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812804C1 RU2812804C1 RU2022126049A RU2022126049A RU2812804C1 RU 2812804 C1 RU2812804 C1 RU 2812804C1 RU 2022126049 A RU2022126049 A RU 2022126049A RU 2022126049 A RU2022126049 A RU 2022126049A RU 2812804 C1 RU2812804 C1 RU 2812804C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- image
- lighting
- circuit
- sequence
- images
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 41
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims description 8
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 9
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 5
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу и контрольному устройству для оптического контроля поверхности объекта, а также к преимущественному использованию способа и контрольного устройства. При использовании данного способа периодическую по времени схему с разными схемами освещения генерируют на поверхности во время последовательности регистрации изображений при помощи осветительного устройства контрольного устройства. В/во время последовательности регистрации изображений несколько изображений схемы на поверхности регистрируют посредством устройства регистрации изображений контрольного устройства.The present invention relates to a method and inspection device for optically inspecting the surface of an object, as well as an advantageous use of the method and inspection device. In this method, a time-periodic pattern with different illumination patterns is generated on the surface during an image recording sequence using the illumination device of the control device. During/during the image recording sequence, several images of the circuit on the surface are recorded by the image recording device of the control device.
Во время этого процесса генерирование одной из разных схем освещения синхронизируется соответственно с регистрацией изображения в отношении одного из изображений схемы таким образом, что каждое изображение из последовательности регистрации изображений соответственно регистрируют с известной схемой освещения из разных схем освещения. Другими словами, это означает, что точно одна схема освещения видна на каждом изображении, выданном камерой. Путем синхронизации регистрации изображений и генерирования схем достигают, в частности, отсутствия изменения схемы освещения в течение времени воздействия при регистрации изображений. Из непрерывного ряда зарегистрированных известных схем освещения определяют фазу в по меньшей мере одной точке изображения. Поскольку схема/периодически отличающиеся схемы освещения, относящиеся к схеме, известны, точку изображения можно связать с точкой известной схемы. Дефекты на поверхности обнаруживают по отклонениям схемы освещения, зарегистрированной в по меньшей мере одном изображении из сгенерированной известной схемы освещения. Дефекты на поверхности приводят к искажениям известной схемы/одной известной схемы освещения, зарегистрированной в одном изображении. Это позволяет идентифицировать и выводить дефекты посредством оценки изображения, в основном известной специалистам, с помощью подходящих алгоритмов, например с помощью соответствующим образом подходящего вычислительного устройства. Путем сканирования нескольких участков поверхности один за другим, т.е. путем многократного применения к разным участкам поверхностей можно произвести контроль всей поверхности или выбранных частей поверхности.During this process, the generation of one of the different lighting patterns is respectively synchronized with image registration with respect to one of the circuit images such that each image in the image registration sequence is respectively registered with a known lighting pattern from the different lighting patterns. In other words, this means that exactly one lighting pattern is visible in every image produced by the camera. By synchronizing image registration and pattern generation, it is achieved, in particular, that the illumination pattern does not change during the exposure time during image registration. From a continuous series of recorded known lighting patterns, the phase at at least one point in the image is determined. Since the pattern/periodically different lighting patterns associated with the pattern are known, an image point can be associated with a point in the known pattern. Defects on the surface are detected by deviations in the lighting pattern recorded in at least one image from the generated known lighting pattern. Defects on the surface cause distortions in the known pattern/one known lighting pattern recorded in a single image. This allows defects to be identified and inferred by image evaluation, generally known to those skilled in the art, using suitable algorithms, for example using a suitably suitable computing device. By scanning several surface areas one after another, i.e. By repeated application to different areas of surfaces, it is possible to control the entire surface or selected parts of the surface.
Во время контроля поверхности одна из важнейших задач заключается в обнаружении и классификации дефектов, которые благодаря своим топографическим характеристикам вызывают отражения света. Часто эти дефекты совсем не воспринимаются глазом как топографические дефекты, а лишь как изменения яркости или оттенков на поверхности. Часто контроль во время движения является необходимым или по меньшей мере преимущественным. Особенно предпочтительные применения для таких поверхностей в контексте настоящего изобретения будут описаны позже.During surface inspection, one of the most important tasks is to detect and classify defects that, due to their topographic characteristics, cause light reflections. Often these defects are not perceived by the eye as topographic defects at all, but only as changes in brightness or shades on the surface. Control while driving is often necessary or at least advantageous. Particularly preferred applications for such surfaces in the context of the present invention will be described later.
В принципе, способ согласно настоящему изобретению подходит для оптического контроля отражающих поверхностей. Отражающие поверхности в контексте настоящего изобретения включают как идеально отражающие (т.е. зеркальные) поверхности, так и поверхности, которые помимо отражающих свойств также проявляют определенный рассеивающий эффект. В этом случае критерием является то, что поверхность, освещенная схемой (также включая схему, проецируемую на поверхность), является оптически регистрируемой в изображении.In principle, the method according to the present invention is suitable for optical inspection of reflective surfaces. Reflective surfaces in the context of the present invention include both perfectly reflective (ie specular) surfaces and surfaces that, in addition to reflective properties, also exhibit a certain scattering effect. In this case, the criterion is that the surface illuminated by the circuit (also including the circuit projected onto the surface) is optically registered in the image.
Давно принятым способом контроля поверхностей является дефлектометрия. Она включает регистрацию изображения отражения известной схемы на поверхности посредством камеры и его оценку в компьютере. Дефекты поверхности приводят к искажениям схемы на поверхности, которые обнаруживаются. Если известны геометрия регистрации и геометрия схемы, это также можно использовать для определения трехмерной топографии поверхности. Специалистам известны различные способы того, как это выполняется. Они считаются известными в контексте настоящего изобретения и не будут подробно описаны.A long-established method for surface inspection is deflectometry. It involves recording the reflection image of a known pattern on a surface using a camera and evaluating it in a computer. Surface defects result in circuit distortions on the surface that are detected. If the registration geometry and pattern geometry are known, this can also be used to determine the 3D topography of the surface. Various methods are known to those skilled in the art on how this is accomplished. They are considered known in the context of the present invention and will not be described in detail.
Основной принцип дефлектометрии заключается в определении отражения луча света, падающего на поверхность, то есть в идентификации точки схемы, на которую падает визуальный луч, выходящий из камеры (устройства регистрации) и отображаемый на поверхности. Другими словами, отклонение визуального луча на поверхности определяется в отражении, которое зависит от направления нормали к поверхности (прямой, расположенной вертикально на поверхности в точке отражения) в соответствующем месте (точке отражения). Из определенного таким образом нормального поля затем можно определить топографию поверхности, например путем интеграции.The basic principle of deflectometry is to determine the reflection of a beam of light incident on a surface, that is, to identify the point in the pattern at which the visual beam coming out of the camera (recording device) and displayed on the surface falls. In other words, the deflection of the visual ray on a surface is determined in the reflection, which depends on the direction of the surface normal (a straight line located vertically on the surface at the point of reflection) at the corresponding location (the point of reflection). From the normal field thus determined, the surface topography can then be determined, for example by integration.
Распространенными способами установления местоположения точки являются так называемые способы фазовых сдвигов, в которых используемая схема является периодической схемой и определяют, в каком положении фазы схемы расположена определяемая точка.Common methods for determining the location of a point are the so-called phase shift methods, in which the circuit used is a periodic circuit and determines at what phase position of the circuit the point being determined is located.
Это в принципе отличается от способов, для которых достаточно одного изображения схемы или которые требуют нескольких изображений.This is in principle different from methods that require a single image of the circuit or which require multiple images.
Преимущество способов, для которых достаточно одного изображения, заключается в том, что они также могут быть использованы на движущейся поверхности и, таким образом, кажутся изначально более подходящими для контроля, например, продукта в виде полотна или в производственных процессах. Однако их недостаток заключается в том, что они более восприимчивы к дефектам или требуют физического присутствия второй схемы на траектории пучка. В документе WO 98/17971 А1, например, описан способ обнаружения и определения наименьших отклонений пучка. По сути, в этом случае камера отслеживает схему в виде полосы. Для описанного способа достаточно одного изображения, так как пиксельная сетка камеры используется в качестве второй схемы. Однако в этом случае недостаток заключается в том, что камера и схема требуют очень точной настройки. В промышленной среде, например в производственных процессах, этого очень сложно достичь или можно достичь только с неоправданными затратами.The advantage of methods for which a single image is sufficient is that they can also be used on a moving surface and thus seem inherently more suitable for inspection of, for example, a web product or in manufacturing processes. However, their disadvantage is that they are more susceptible to defects or require the physical presence of a second circuit in the beam path. WO 98/17971 A1, for example, describes a method for detecting and determining the smallest beam deviations. Essentially, in this case, the camera tracks a stripe pattern. For the described method, one image is sufficient, since the camera's pixel grid is used as a second circuit. However, the disadvantage in this case is that the camera and circuit require very precise adjustments. In an industrial environment, such as manufacturing processes, this is very difficult to achieve or can only be achieved at unreasonable expense.
Способы, которые используют несколько изображений, существенно более устойчивы к дефектам и не требуют настройки, занимающей много времени. Схему отображают и регистрируют последовательно в нескольких положениях фазы, сдвинутых относительно друг друга. Особенно простой оценки достигают при использовании схемы в виде полосы с синусоидальной кривой яркости, который регистрируют четыре раза со сдвигом, соответственно равным четверти длины периода. Но возможны также другие схемы и непрерывные ряды схем. В таком случае из непрерывного ряда значений серого цвета в каждом пикселе получают положение фазы в схеме. Этот способ подробно описан в соответствующих учебниках и статьях (например, в Gorthi и Rastogi, «Fringe Projection Techniques: Whither we are?», Proc. Optics and Lasers in Engineering, том 48, №2, стр. 133-140, 2010 г.). Однако недостаток заключается в том, что необходимы несколько изображений одного и того же места поверхности. Однако при контроле пленок и другого продукта в виде полотна в производственном процессе/в основном поверхностей, движущихся относительно контрольного устройства, на практике невозможно сделать несколько снимков точно одного и того же места поверхности, так как поверхность постоянно движется. Например, полотна, которые движутся с большой скоростью, невозможно остановить во время производства. Эту задачу можно решить путем использования контрольного устройства, движущегося синхронно с полотном. Следует признать, что такое решение является технически сложным и, следовательно, дорогостоящим, а также требует много места, что часто невозможно обеспечить, особенно в производственной среде.Methods that use multiple images are significantly more resistant to defects and do not require time-consuming setup. The circuit is displayed and recorded sequentially at several phase positions shifted relative to each other. A particularly simple estimate is achieved by using a strip design with a sinusoidal brightness curve, which is recorded four times with a shift corresponding to a quarter of the period length. But other schemes and continuous series of schemes are also possible. In this case, the phase position in the circuit is obtained from a continuous series of gray values in each pixel. This method is described in detail in relevant textbooks and articles (for example, Gorthi and Rastogi, “Fringe Projection Techniques: Whither we are?”, Proc. Optics and Lasers in Engineering, vol. 48, no. 2, pp. 133-140, 2010 .). However, the disadvantage is that multiple images of the same surface location are required. However, when inspecting films and other web-like products in a manufacturing process/mostly surfaces moving relative to the inspection device, it is practically impossible to take multiple pictures of exactly the same location on the surface because the surface is constantly moving. For example, webs that move at high speed cannot be stopped during production. This problem can be solved by using a control device that moves synchronously with the belt. It must be recognized that such a solution is technically complex and therefore expensive, and also requires a lot of space, which is often impossible to provide, especially in a production environment.
В документе ЕР 2390656 В1 раскрыт способ, в котором поверхность движущегося полотна отслеживают предпочтительно камерой с однострочной разверткой. Освещение состоит из освещения с быстро переключаемыми схемами (предпочтительно светодиодного освещения), установленного поперек полотна. Это освещение состоит из управляемых по отдельности светодиодов или светодиодных модулей, с помощью которых можно очень быстро динамически генерировать разные схемы освещения. Переключение и регистрация изображений синхронизированы, так что изображения поверхности с разными схемами освещения можно регистрировать в виде быстрого непрерывного ряда. В частности, сканирование и переключение можно выполнять так быстро, что расстояние между регистрациями изображений в направлении подачи намного меньше протяженности пикселя в направлении подачи. Таким образом, изображения можно регистрировать почти в одном и том же месте. Однако этот способ не обеспечивает регистраций точно в одном и том же месте.EP 2390656 B1 discloses a method in which the surface of a moving web is monitored, preferably by a single line scan camera. Lighting consists of fast-switching lighting (preferably LED lighting) mounted across the canvas. This lighting consists of individually controllable LEDs or LED modules, with which different lighting patterns can be dynamically generated very quickly. Switching and image registration are synchronized so that images of a surface with different lighting patterns can be recorded in a fast, continuous series. In particular, scanning and switching can be performed so quickly that the distance between image registrations in the feed direction is much smaller than the extent of the pixel in the feed direction. In this way, images can be recorded in almost the same location. However, this method does not ensure registrations in exactly the same place.
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении надежного варианта контроля движущихся поверхностей, который, в частности, может быть реализован простым образом даже в промышленной среде, например в производственных процессах.The aim of the present invention is to provide a reliable option for monitoring moving surfaces, which in particular can be implemented in a simple manner even in an industrial environment, for example in manufacturing processes.
Согласно настоящему изобретению этой цели достигают с помощью способа согласно пункту 1 формулы изобретения и контрольного устройства согласно пункту 12 формулы изобретения.According to the present invention, this goal is achieved using a method according to claim 1 and a control device according to claim 12.
В способе, описанном в начале, предусматривается, что осветительное устройство и устройство регистрации изображений расположены под углом отражения (соответственно относительно нормали к поверхности, вертикально выровненной на поверхности в зоне отражения). Выражение «под углом отражения» означает, что краевые лучи точки изображения (т.е. визуальные лучи, исходящие от края точки изображения) отражаются в точках отражения на поверхности и отмечают видимый участок схемы освещения (участок схемы) в точке изображения. Другими словами, отражение схемы освещения схемы на поверхности отображается точно в точках изображения устройства регистрации изображений. Камера (в качестве устройства регистрации), таким образом, направлена точно на схему (т.е. осветительное устройство, которое может быть выполнено, например, в виде осветительной линии).In the method described at the beginning, it is provided that the lighting device and the image recording device are located at a reflection angle (respectively with respect to a surface normal vertically aligned on the surface in the reflection zone). The expression "reflection angle" means that the edge rays of an image point (i.e., visual rays emanating from the edge of an image point) are reflected at reflection points on the surface and mark the visible portion of the lighting pattern (pattern region) at the image point. In other words, the reflection of the circuit's illumination pattern on the surface is displayed precisely at the image points of the image recording device. The camera (as a recording device) is thus aimed precisely at the circuit (ie the lighting device, which can be embodied, for example, in the form of a lighting line).
На подвижном объекте угол отражения не изменяется при условии, что форма поверхности и ее расположение относительно неподвижного контрольного устройства не изменяется. Это верно для плоской поверхности или слегка искривленной поверхности, если кривизна в среднем является постоянной и направление нормали к поверхности (по меньшей мере относительно направления визуальных лучей) изменяется лишь незначительно. Например, это может иметь место в случае волнистой структуры поверхности, где изменение направления нормали к поверхности является небольшим. Выражение «небольшое» означает, что изменение лишь таково, что участок схемы остается видимым в точке изображения. Следовательно, участок схемы должен быть соответствующим образом широким в направлении подачи. Как только это становится невозможным, способ согласно настоящему изобретению не может применяться с неподвижным контрольным устройством. Однако в этом случае контрольное устройство согласно предложенному в настоящем изобретении способу может быть соответственно перемещено в отражающей компоновке по искривленной поверхности.On a moving object, the angle of reflection does not change, provided that the shape of the surface and its location relative to the stationary control device do not change. This is true for a flat surface or a slightly curved surface if the curvature is on average constant and the direction of the normal to the surface (at least relative to the direction of the visual rays) changes only slightly. For example, this may be the case in the case of a wavy surface structure, where the change in direction of the surface normal is small. The expression "small" means that the change is only such that a portion of the circuit remains visible at the image point. Therefore, the circuit portion must be suitably wide in the feed direction. Once this is no longer possible, the method according to the present invention cannot be used with a fixed control device. However, in this case, the control device according to the method proposed in the present invention can be suitably moved in a reflective arrangement along a curved surface.
Поскольку из-за известной периодичности изменения направления нормали к поверхности возможно осуществлять механическое отслеживание контрольного устройства таким образом, что условия отражения соблюдаются или угол отражения находится в пределах области регистрации благодаря использованию планарного осветительного устройства и устройства регистрации, и точки изображения выбирают согласно периодически появляющемуся углу отражения, данный способ также можно применять для криволинейных поверхностей.Since, due to the known periodicity of the change in the direction of the normal to the surface, it is possible to mechanically track the monitoring device such that the reflection conditions are met or the reflection angle is within the detection area by using the planar illumination device and the recording device, and the image points are selected according to the periodically occurring reflection angle , this method can also be used for curved surfaces.
Независимо от этого настоящий способ можно применять для определения топологии дефектов при условии, что изменения схемы могут быть однозначно обнаружены контрольным устройством.Regardless, the present method can be used to determine the topology of defects, provided that changes in the circuit can be clearly detected by the inspection device.
Для того, чтобы иметь возможность контроля больших участков поверхности или обеспечивать непрерывный контроль, например, во время производства согласно настоящему изобретению предусмотрено перемещение объекта и, таким образом, поверхности объекта во время контроля поверхности относительно контрольного устройства, предпочтительно в определенном/тщательно управляемом направлении движения.In order to be able to inspect large areas of a surface or provide continuous inspection, for example, during production according to the present invention, the object, and thus the surface of the object, is moved during surface inspection relative to the inspection device, preferably in a defined/carefully controlled direction of movement.
Для способов фазовых сдвигов, описанных в начале, действительно необходимо, чтобы изображения, относящиеся к последовательности изображений, всегда регистрировали одно и то же место поверхности. Поскольку в этом случае производят контроль подвижной поверхности, такой как полотно материала, движущееся относительно устройства регистрации, это невозможно. Тем не менее, для того, чтобы иметь возможность применять данный способ и обнаруживать фазу схемы, длительность последовательности регистрации изображений выбирают достаточно короткой для того, чтобы зона отражения последовательности считалась постоянной. Зона отражения последовательности определяется как суммарный участок поверхности, охватываемый зонами отражения/зарегистрированный в соответствующих изображениях из последовательности регистрации изображений. Проще говоря, изображения последовательности регистрации изображений регистрируют один за другим с такой скоростью, что перемещение от первого до последнего изображения этой последовательности регистрации изображений настолько мало, что захваченный участок поверхности (зона отражения) по-прежнему может считаться практически одним и тем же местом поверхности.For the phase shift techniques described at the beginning, it is indeed necessary that the images belonging to a sequence of images always record the same location on the surface. Since in this case a moving surface, such as a web of material moving relative to the recording device, is monitored, this is not possible. However, in order to be able to apply this method and detect the phase of the circuit, the duration of the image recording sequence is chosen to be short enough so that the reflection area of the sequence is considered constant. The reflection zone of a sequence is defined as the total surface area covered by the reflection zones/registered in the corresponding images from the image registration sequence. Simply put, the images of an image acquisition sequence are acquired one after the other at such a rate that the movement from the first to the last image of the image acquisition sequence is so small that the captured surface area (reflection zone) can still be considered essentially the same surface location.
Участок поверхности, охватываемый в совокупности зонами отражения в соответствующих изображениях из последовательности регистрации изображений, получают путем объединения всех зон отражения всех отдельных изображений, которые были зарегистрированы во время последовательности регистрации изображений, на общем участке, который в этом случае называется зоной отражения последовательности. В этом случае этот участок поверхности можно считать по меньшей мере приблизительно постоянным, если зоны отражения всех изображений из регистрации изображений перекрываются по меньшей мере на 40% или больше, предпочтительно по меньшей мере на 60%. Однако эти величины не следует понимать как фиксированные величины, а как обычные нормативные величины, которые специалист может адаптировать, возможно экспериментальным путем, к соответствующим условиям. В принципе, способы показывают хорошие результаты при условии, что благодаря оптическим условиям явно меньше одной длины периода схемы отображается на одну точку изображения. Вогнутая кривизна поверхности, которая из-за эффекта вогнутого зеркала отображает большие участки схемы на точку изображения, является особенно критичной. Для обнаружения дефектов площадь перекрытия от 40% до 70% должна быть достаточной, а при оценке нормали к поверхности (т.е. оценке топологии поверхности) достаточно площади перекрытия от 60% до 80%. В зависимости от формы поверхности и типа встречающихся дефектов также могут появляться другие участки, которые эксперт при настройке соответствующего контрольного устройства может определить и/или заранее определить на основании идеи настоящего изобретения, возможно эмпирическим путем с помощью экспериментальных измерений. Другими словами, согласно настоящему изобретению предложено выбирать длительность последовательности регистрации изображений таким образом, чтобы регистрировать изображения, зарегистрированные в пределах последовательности регистрации изображений в хронологическом порядке, так быстро один за другим, что траектория сдвига поверхности из-за перемещения объекта от первого изображения к последнему изображению последовательности регистрации изображений настолько мала, что зоны отражения первого изображения и последнего изображения могут считаться одним и тем же участком на поверхности. По сравнению с измерением, выполненным при остановке объекта, возникает погрешность измерения, которая тем меньше, чем лучше выполняется вышеуказанное условие.The surface area collectively covered by the reflection zones in the corresponding images from the image acquisition sequence is obtained by combining all the reflection zones of all individual images that were recorded during the image acquisition sequence into a common area, which is then called the sequence reflection zone. In this case, this surface area can be considered at least approximately constant if the reflection zones of all images from the image registration overlap by at least 40% or more, preferably by at least 60%. However, these values should not be understood as fixed values, but as usual standard values which the skilled person can adapt, possibly experimentally, to the relevant conditions. In principle, the methods show good results provided that, due to the optical conditions, clearly less than one length of the circuit period is mapped onto one image point. Concave surface curvature, which, due to the concave mirror effect, maps large areas of the circuit onto an image point, is particularly critical. To detect defects, an overlap area of 40% to 70% should be sufficient, and when assessing the normal to the surface (i.e. assessing surface topology), an overlap area of 60% to 80% is sufficient. Depending on the shape of the surface and the type of defects encountered, other areas may also appear, which an expert, when setting up an appropriate inspection device, can identify and/or predetermine based on the teaching of the present invention, possibly empirically through experimental measurements. In other words, according to the present invention, it is proposed to select the duration of the image registration sequence so as to register the images registered within the image registration sequence in chronological order so quickly one after another that the path of the surface shift due to the movement of the object from the first image to the last image The sequence of image registration is so small that the reflection zones of the first image and the last image can be considered the same area on the surface. Compared to the measurement made when the object is stopped, a measurement error arises, which is smaller the better the above condition is met.
Зона отражения на поверхности, которая захвачена в точке изображения (в минимальном разрешении, определенном пикселем камеры или, возможно, комбинацией нескольких пикселей камеры), предопределена геометрией регистрации (расстоянием, углом регистрации) и регистрирующей оптикой. Из-за размещения устройства регистрации и осветительного устройства под углом отражения относительно нормали к поверхности изменение угла одного из двух устройств соответственно необходимо воспроизвести также и для другого устройства. Это делает изменения угла отражения сравнительно затратными. То же самое касается соответственно изменений регистрирующей оптики. Размер зоны отражения и/или участка схемы, отображенной в зоне отражения, согласно настоящему изобретению можно изменять или регулировать сравнительно простым образом посредством расстояния до устройства регистрации и/или осветительного устройства. Следует признать, что это также требует изменения конструкции контрольного устройства.The area of reflection on a surface that is captured at an image point (at the minimum resolution defined by a camera pixel or perhaps a combination of multiple camera pixels) is predetermined by the acquisition geometry (distance, acquisition angle) and the acquisition optics. Due to the placement of the recording device and the lighting device at a reflection angle relative to the surface normal, a change in the angle of one of the two devices must therefore be reproduced for the other device as well. This makes changes to the reflection angle relatively expensive. The same applies to corresponding changes in the recording optics. The size of the reflection zone and/or the portion of the circuit displayed in the reflection zone according to the present invention can be changed or adjusted in a relatively simple manner by the distance to the recording device and/or the lighting device. It should be recognized that this also requires a change in the design of the control device.
Согласно настоящему изобретению на другие параметры легче влиять при выполнении способа, предложенного в настоящем изобретении. Далее будут описаны подходящие параметры при выполнении способа. Для того, чтобы адаптировать длительность последовательности регистрации изображений в зависимости от предварительно определенной скорости и направления движения объекта таким образом, чтобы зону отражения последовательности можно было считать постоянной, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения можно предпринимать одну или в совокупности больше мер, перечисленных ниже.According to the present invention, other parameters are easier to influence when performing the method proposed in the present invention. Next, suitable parameters when performing the method will be described. In order to adapt the duration of the image recording sequence depending on the predetermined speed and direction of motion of the object so that the reflection area of the sequence can be considered constant, according to a preferred embodiment of the present invention, one or more of the measures listed below can be taken.
Таким образом, при выполнении способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения можно предусмотреть установку размера точки изображения.Thus, when performing the method according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide for setting the image point size.
В простейшем случае размер точки изображения может соответствовать пиксельному разрешению камеры (используемой в качестве устройства регистрации изображений). Это представляет для заданного расстояния до камеры и предварительно определенного фокусного расстояния камеры наибольшее возможное разрешение. Чем выше разрешение камеры, тем меньше зона отражения, связанная с точкой изображения на поверхности и тем меньше дефекты, обнаруживаемые на поверхности. Один вариант изменения размера точки изображения заключается в изменении пиксельного разрешения камеры. Пиксельное разрешение камеры для цифровой регистрации изображений, предпочтительной согласно настоящему изобретению, предварительно определено микросхемой фотосъемки, используемой в качестве регистрирующего датчика камеры, на которой в течение времени воздействия отдельные пиксели (пиксели датчика) захватывают (интегрируют) свет, падающий на этот пиксель. Путем уменьшения разрешения размер точки изображения также можно получить путем объединения нескольких пикселей датчика камеры с образованием одной точки изображения. Также одна точка изображения может называться пикселем. Но пиксель изображения и пиксель датчика отличаются, если несколько пикселей датчика объединены с образованием одного пикселя изображения.In the simplest case, the size of the image point can correspond to the pixel resolution of the camera (used as an image recording device). This represents, for a given camera distance and predetermined camera focal length, the highest possible resolution. The higher the camera resolution, the smaller the reflection area associated with the image point on the surface and the smaller the defects detected on the surface. One option for changing the image point size is to change the camera's pixel resolution. The pixel resolution of the digital image recording camera preferred according to the present invention is predetermined by the photographic chip used as the recording sensor of the camera, on which, during the exposure time, individual pixels (sensor pixels) capture (integrate) light incident on that pixel. By reducing the resolution, the image point size can also be obtained by combining multiple camera sensor pixels to form a single image point. Also, one point in an image can be called a pixel. But an image pixel and a sensor pixel are different if multiple sensor pixels are combined to form a single image pixel.
Согласно одному варианту осуществления установка размера точки изображения может быть выполнена путем объединения нескольких пикселей регистрирующего датчика (пикселей датчика) устройства регистрации с образованием одного пикселя изображения. В одном варианте количество объединяемых пикселей в направлении движения объекта и поперек направления движения объекта может быть выбрана различными путями согласно настоящему изобретению. Может быть целесообразно путем выбора меньшего разрешения увеличить размер зоны отражения в направлении движения объекта, чтобы получить большее покрытие зон отражения отдельных изображений соответственно в одной последовательности регистрации изображений. В результате зона отражения последовательности в направлении движения объекта увеличивается. В поперечном направлении к нему может поддерживаться более высокое разрешение. Разрешение поперек направления движения объекта и его поверхности определяется исключительно геометрией регистрации, т.е. по сути размером точек изображения (ограниченным размером пикселя регистрирующего датчика устройства регистрации изображений применительно к наименьшей возможной протяженности), фокусным расстоянием линзы и расстоянием обзора. Движение не влияет на разрешение поперек направления движения.In one embodiment, setting the image point size can be accomplished by combining multiple acquisition sensor pixel(s) of the acquisition device to form a single image pixel. In one embodiment, the number of pixels to be merged in the direction of movement of the object and across the direction of movement of the object can be selected in different ways according to the present invention. It may be advisable, by selecting a lower resolution, to increase the size of the reflection zone in the direction of movement of the object in order to obtain greater coverage of the reflection zones of the individual images respectively in one image acquisition sequence. As a result, the reflection zone of the sequence in the direction of movement of the object increases. In the transverse direction to it, higher resolution can be maintained. The resolution across the direction of motion of the object and its surface is determined solely by the registration geometry, i.e. essentially the size of the image dots (limited by the pixel size of the recording sensor of the image recording device applied to the smallest possible extent), the focal length of the lens and the viewing distance. Movement does not affect resolution across the direction of movement.
Размытость из-за движения возникает в продольном направлении движения. Из-за того, что камера во время регистрации изображений интегрирует весь свет в одной точке изображения (пикселе изображения, который не обязательно совпадает с пикселем регистрирующего датчика), который падает на эту точку изображения во время экспозиции, отслеживаемая поверхность, отображаемая на одну точку изображения, увеличивается в направлении движения. По отношению к движущейся поверхности (также называемой зоной отражения, связанной с точкой изображения) точка изображения кажется, так сказать, растянутой в длину. Выражения «продольный» и «поперек» относятся в данном контексте к направлению движения и не обязательно должны совпадать с направлением строк и столбцов камер. Для непрямого угла обзора каждый пиксель кажется наклонно растянутым соответствующим образом относительно направления строк и столбцов камеры.Motion blur occurs in the longitudinal direction of motion. Because the camera, during image acquisition, integrates all the light at one image point (an image pixel that is not necessarily the same as the recording sensor pixel) that falls on that image point during exposure, the tracked surface imaged per image point , increases in the direction of movement. In relation to the moving surface (also called the reflection zone associated with the image point), the image point appears to be stretched out in length, so to speak. The expressions “longitudinal” and “transverse” in this context refer to the direction of movement and do not necessarily coincide with the direction of the rows and columns of the cameras. For an oblique viewing angle, each pixel appears obliquely stretched accordingly relative to the direction of the camera's rows and columns.
В непрерывном ряду изображений (во время последовательности регистрации изображений), которая зарегистрирована для способа фазовых сдвигов нескольких изображений, одно и то же место на поверхности действительно должно быть отображено в каждой точке изображения (пикселе изображения) во всех изображениях. Однако при регистрации нескольких изображений один за другим они по отношению к движущейся поверхности сдвигаются относительно друг друга. Следовательно, чтобы компенсировать это, согласно настоящему изобретению принимаются меры, которые могут привести к отслеживанию зоны отражения разных изображений в качестве приблизительно одного и того же места на поверхности. Изменение размера точки изображения может способствовать этому вышеописанным образом.In a continuous series of images (during an image registration sequence) that is registered for the multi-image phase shift method, the same location on the surface must actually be imaged at each image point (image pixel) in all images. However, when several images are recorded one after another, they shift relative to each other with respect to the moving surface. Therefore, to compensate for this, the present invention takes measures that can cause the reflection area of different images to be tracked as approximately the same location on the surface. Changing the image point size can facilitate this in the manner described above.
Согласно настоящему изобретению дополнительная мера может заключаться в установке длительности последовательности регистрации изображений во время выполнения способа. Длительность последовательности регистрации изображений, т.е., другими словами, время, необходимое для регистрации всех изображений одной последовательности регистрации изображений, определяет для предварительно определенной скорости движения объекта/поверхности то, насколько далеко участок поверхности, соответствующий зоне отражения первого изображения, сдвигается вплоть до регистрации последнего изображения. Из этого следует размер зоны отражения последовательности и перекрытие, которое должно быть установлено согласно настоящему изобретению, зон отражения отдельных изображений. В основном можно сказать, что чем больше перекрытие, тем меньше длительность последовательности регистрации изображений.According to the present invention, an additional measure may be to set the duration of the image recording sequence during execution of the method. The duration of the image acquisition sequence, i.e., in other words, the time required to acquire all images of one image acquisition sequence, determines, for a predetermined object/surface speed, how far the surface area corresponding to the reflection zone of the first image moves up to registering the last image. From this follows the size of the reflection zone of the sequence and the overlap, which must be established according to the present invention, of the reflection zones of the individual images. In general, it can be said that the greater the overlap, the shorter the duration of the image registration sequence.
Помимо ограничений максимальной частоты сканирования регистрирующего датчика и наименьшего возможного времени воздействия устройства регистрации, можно адаптировать частоту сканирования (определенную как частота последовательных регистраций изображений) и/или время воздействия. Чем меньше время воздействия, тем больше резкость регистрируемого изображения (снижение размытости из-за движения) и тем быстрее изображения могут быть последовательно зарегистрированы (скорость сканирования). Сокращения времени воздействия можно достичь путем увеличения яркости схемы, генерируемой на поверхности, и/или открытия диафрагмы регистрирующей оптики. Путем увеличения яркости/увеличения открытия диафрагмы (обычно определенного меньшими числовыми значениями диафрагмы в оптике) можно сократить время воздействия. Следовательно, имеет смысл использовать осветительное устройство с высокой, но регулируемой интенсивностью света.In addition to restrictions on the maximum scanning frequency of the recording sensor and the shortest possible exposure time of the recording device, it is possible to adapt the scanning frequency (defined as the frequency of sequential image acquisitions) and/or exposure time. The shorter the exposure time, the sharper the recorded image (reduced motion blur) and the faster images can be sequentially recorded (scanning speed). Reducing the exposure time can be achieved by increasing the brightness of the pattern generated on the surface and/or opening the aperture of the recording optics. By increasing the brightness/increasing the aperture opening (usually determined by smaller aperture numbers in the optics), exposure time can be reduced. Therefore, it makes sense to use a lighting device with high but adjustable light intensity.
Подходящие осветительные устройства могут быть выполнены из светодиодов с индивидуально регулируемой яркостью, которые при индивидуальной регулировке яркости позволяют создавать схему, а при совместной регулировке яркости позволяют регулировать общую интенсивность света. В основном может быть предпочтительно эксплуатировать осветительное устройство с максимальной интенсивностью света и уменьшать время воздействия, пока не будут зарегистрированы изображения, подвергаемые воздействию подходящим образом.Suitable lighting devices can be made from individually dimmable LEDs which, when dimmed individually, allow a pattern to be created, and when dimmed together, allow the overall light intensity to be adjusted. In general, it may be preferable to operate the lighting device at maximum light intensity and reduce exposure time until suitably exposed images are recorded.
Следовательно, согласно настоящему изобретению при регулировке длительности последовательности регистрации изображений может быть адаптирована по меньшей мере одна из переменных, перечисленных ниже: время воздействия изображения, яркость схемы, генерируемой на поверхности, частота сканирования регистрирующего датчика и/или количество изображений на последовательность регистрации изображений. Также можно адаптировать все или несколько переменных.Therefore, according to the present invention, when adjusting the duration of an image acquisition sequence, at least one of the following variables can be adapted: image exposure time, brightness of the pattern generated on the surface, scanning frequency of the acquisition sensor, and/or the number of images per image acquisition sequence. It is also possible to adapt all or several variables.
Разумеется, как таковую длительность последовательности регистрации изображений также можно изменять согласно настоящему изобретению путем изменения количества изображений на последовательность регистрации изображений, при этом уменьшение последовательности регистрации изображений может быть достигнуто путем уменьшения количества изображений, и наоборот.Of course, as such, the duration of the image registration sequence can also be changed according to the present invention by changing the number of images per image registration sequence, and reducing the image registration sequence can be achieved by reducing the number of images, and vice versa.
Кроме того, согласно настоящему изобретению на чувствительность измерения можно влиять путем выбора расстояния освещения (одновременно также рассматривая расстояние между устройством регистрации и схемой) и угла обзора. Большие расстояния, как и более плоские углы обзора (т.е. более плоские относительно поверхности; вертикально к поверхности будет максимально крутым) приводят к более высокой чувствительности. В частности, при частично отражающих поверхностях как зеркальным, так и отражающим образом, может быть особенно предпочтительно выбрать более плоский угол обзора и освещения (например <30°) и/или максимальное расстояние освещения. Согласно настоящему изобретению максимальное расстояние освещения может означать, что доступное пространство используют для размещения осветительного устройства. Расстояние освещения (расстояние между осветительным устройством и поверхностью) может быть, например, выбрано большим, чем расстояние между устройством регистрации и поверхностью, при этом обычные значения могут находиться в диапазоне от однократной величины до, например, десятикратной величины. Специалист выбирает значения, возможно, экспериментально адаптированные к соответствующему случаю применения, при этом согласно основной идее настоящего изобретения чувствительность во многих случаях увеличивается за счет меньших углов освещения и углов обзора и/или большего расстояния освещения (между устройством регистрации и осветительным устройством).Moreover, according to the present invention, the measurement sensitivity can be influenced by selecting the illumination distance (while also considering the distance between the recording device and the circuit) and viewing angle. Longer distances, as well as flatter viewing angles (i.e. flatter relative to the surface; vertical to the surface will be steepest) result in higher sensitivity. In particular, with partially reflective surfaces in both a specular and reflective manner, it may be particularly preferable to select a flatter viewing and illumination angle (eg <30°) and/or a maximum illumination distance. According to the present invention, the maximum lighting distance may mean that the available space is used to accommodate the lighting device. The illumination distance (distance between the illumination device and the surface) may, for example, be selected to be greater than the distance between the recording device and the surface, with typical values ranging from one to, for example, ten times. The person skilled in the art selects values, possibly experimentally adapted to the respective application, whereby according to the basic idea of the present invention, the sensitivity is in many cases increased by smaller illumination angles and viewing angles and/or a greater illumination distance (between the recording device and the lighting device).
Цель регистрации нескольких изображений заключается в определении фазы схемы, чтобы по ней идентифицировать положение известной схемы освещения в зарегистрированной точке изображения. Это позволит обнаруживать дефекты в поверхности по искажениям схемы на поверхности. Согласно одному варианту осуществления может быть зарегистрировано, например, три изображения. Например, можно периодически придавать генерируемой схеме асимметричную форму, так что фазу схемы можно однозначно определять по трем изображениям. В качестве альтернативы, схеме также можно периодически придавать симметричную форму, при этом регистрируя изображения асимметрично, например путем изменения частоты сканирования/регистрации изображений между разными изображениями в пределах одной и той же последовательности регистрации изображений.The purpose of recording multiple images is to determine the phase of the pattern in order to identify the position of a known lighting pattern at a registered point in the image. This will allow surface defects to be detected by circuit distortions on the surface. According to one embodiment, for example, three images may be registered. For example, the generated circuit can be periodically shaped asymmetrically, so that the phase of the circuit can be uniquely determined from the three images. Alternatively, the circuit can also be periodically shaped into a symmetrical shape while acquiring images asymmetrically, for example by varying the scanning/image acquisition frequency between different images within the same image acquisition sequence.
Однако одно применение, предпочтительное согласно настоящему изобретению, предусматривает сканирование с по меньшей мере или ровно четырьмя изображениями в пределах одной и той же последовательности регистрации изображений. Собственно схема может представлять собой, например, синусоидальное распределение яркости, которое регистрируют в идентичной последовательности сканирования в четырех разных положениях фазы. Из этого можно простым и точным образом определить фазу схемы в каждом из изображений. Например, фазовый сдвиг между положениями фазы в последовательности регистрации последовательных изображений может составлять всего лишь Уа длины периода схемы. Но также возможны другие фазовые сдвиги между изображениями последовательности регистрации изображений.However, one application preferred by the present invention involves scanning with at least or exactly four images within the same image acquisition sequence. The actual pattern may be, for example, a sinusoidal luminance distribution that is recorded in an identical scanning sequence at four different phase positions. From this, the phase of the circuit in each of the images can be determined in a simple and accurate manner. For example, the phase shift between phase positions in a recording sequence of successive images may be as little as VA of the length of the circuit period. But other phase shifts between images of the image acquisition sequence are also possible.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения схема освещения может генерироваться осветительным устройством таким образом, чтобы видимый участок схемы освещения, регистрируемый в точках изображения, относящихся к изображениям, регистрируемым во время соответственно одной последовательности регистрации изображений, можно было считать постоянным.According to a further aspect of the present invention, the illumination pattern may be generated by the illumination device such that the visible portion of the illumination pattern recorded at image points related to images recorded during each respective image acquisition sequence can be considered constant.
Участок схемы освещения (участок схемы), видимый в точках изображения во время последовательности регистрации изображений, можно считать постоянным при условии, что этот участок схемы остается все еще видимым в точке изображения и регистрируемая интенсивность участка схемы не изменяется значительно. Это можно предположить, например, если регистрируемая интенсивность во время последовательности регистрации изображений изменяется не более чем на 10%, предпочтительно не более чем на 8% и особенно предпочтительно не более чем на 4%, или поддерживается другой определенный критерий. В этом случае также применимы в основном критерии, уже рассмотренные выше.An illumination pattern region (pattern region) visible at image points during an image acquisition sequence can be considered constant provided that the pattern region remains still visible at the image point and the recorded intensity of the pattern region does not change significantly. This may be assumed, for example, if the recorded intensity during the image recording sequence changes by no more than 10%, preferably by no more than 8%, and especially preferably by no more than 4%, or other specified criterion is maintained. In this case, the criteria already discussed above are also generally applicable.
В связи с этим, согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения длина периода схемы в схеме освещения может быть выбрана таким образом, чтобы в зависимости от топологии поверхности в направлении хода схемы изменение интенсивности можно было считать в достаточной мере постоянным, другими словами, это означает, что изменение интенсивности не превышает критерий, подходящий для соответствующих обстоятельств. Выбор критерия может быть определен специалистом, возможно, экспериментальным путем при установке системы и конкретных схем.In this regard, according to a preferred aspect of the present invention, the length of the circuit period in the lighting circuit can be chosen in such a way that, depending on the surface topology in the direction of the stroke of the circuit, the change in intensity can be considered to be fairly constant, in other words, this means that the change intensity does not exceed the criterion appropriate for the relevant circumstances. The choice of criterion can be determined by a specialist, possibly experimentally when installing the system and specific circuits.
Топология поверхности определяется, в частности, ее кривизной, что влечет изменение направления нормали к поверхности. Направление нормали к поверхности соотносится с углом отражения. Поэтому посредством топологии поверхностей, которые необходимо исследовать с помощью способа согласно настоящему изобретению, возможно определить по итоговому углу отражения для известного расположения контрольного устройства, какой участок схемы освещения отображен в точке изображения в течение определенной длительности последовательности регистрации изображений. Путем предварительного определения длины периода можно уточнить схему освещения таким образом, чтобы соответствовать вышеупомянутым критериям. Следовательно, способ можно гибко применять для определенных задач контроля.The topology of a surface is determined, in particular, by its curvature, which entails a change in the direction of the normal to the surface. The direction of the normal to the surface is related to the angle of reflection. It is therefore possible, by means of the topology of the surfaces to be examined by the method of the present invention, to determine from the resulting reflection angle for a known location of the inspection device which portion of the illumination pattern is imaged at an image point during a certain duration of the image acquisition sequence. By first determining the period length, the lighting design can be refined to meet the above criteria. Therefore, the method can be flexibly applied to specific control tasks.
Согласно дополнительному аспекту способа, предложенного согласно настоящему изобретению, может быть предусмотрено генерирование периодической схемы вдоль направления движения объекта, поперек направления движения объекта или поочередно вдоль и поперек направления движения объекта.According to a further aspect of the method of the present invention, provision may be made for generating a periodic pattern along the direction of motion of the object, across the direction of motion of the object, or alternately along and across the direction of motion of the object.
Когда схема находится вдоль направления движения объекта, уже рассмотренные размытость из-за движения и сдвиг зоны отражения для подвергаемой контролю изогнутой поверхности будут перекрываться со сдвигом участка схемы, рассматриваемом через точку изображения, из-за изменения угла отражения и с изменением интенсивности по этой же причине, так как интенсивность схемы изменяется в этом направлении.When the pattern is located along the direction of the object's movement, the motion blur and shift of the reflection zone already discussed for the curved surface being monitored will overlap with the shift of the pattern section viewed through the image point due to the change in the reflection angle and with the change in intensity for the same reason , since the intensity of the circuit changes in this direction.
Для схемы поперек направления движения зона отражения также изменяется. Однако так как схема вдоль направления сдвига объекта имеет такую же интенсивность, изменение угла отражения не обязательно приводит к изменению интенсивности. Интенсивность, измеренная в точке изображения, остается одинаковой при условии, что точка изображения захватывает один и тот же участок схемы и кривизна поверхности не приводит к сдвигу участка схемы, захваченного в точке изображения, поперек направления движения.For a pattern across the direction of motion, the reflection zone also changes. However, since the pattern along the direction of the object's shift has the same intensity, changing the reflection angle does not necessarily result in a change in intensity. The intensity measured at an image point remains the same provided that the image point captures the same area of the circuit and the curvature of the surface does not lead to a shift of the section of the circuit captured at the image point across the direction of motion.
Согласно настоящему изобретению эту разницу можно учитывать во время вышеописанной адаптации длины периода схем в зависимости от выравнивания схемы вдоль или поперек направления движения объекта. Длина периода схемы, в частности для схем, расположенных вдоль и поперек направления движения, согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно может быть разной.According to the present invention, this difference can be taken into account during the above-described adaptation of the period length of the circuits depending on the alignment of the circuit along or across the direction of movement of the object. The length of the circuit period, in particular for circuits located along and transverse to the direction of movement, according to the present invention can particularly preferably be different.
Кроме того, известную кривизну поверхности объекта на определенном участке поверхности, который необходимо подвергнуть контролю, также можно использовать согласно настоящему изобретению для уточнения подходящих критериев, чтобы отличать поверхность без дефектов от поверхности с дефектами и/или чтобы исправлять отклонение, вызванное известной (ожидаемой) формой поверхности в оценке регистрируемых изображений как часть обнаружения дефектов.In addition, the known curvature of the surface of an object at a specific surface area to be inspected can also be used according to the present invention to refine suitable criteria to distinguish a surface without defects from a surface with defects and/or to correct the deviation caused by the known (expected) shape surfaces in the evaluation of recorded images as part of defect detection.
Из-за генерирования схем поочередно вдоль и поперек направления движения разные дефекты, в частности направленные дефекты в поверхности, можно систематически захватывать более надежным образом.By generating patterns alternately along and across the direction of motion, different defects, in particular directional defects in a surface, can be systematically captured in a more reliable manner.
В одном варианте осуществления способа, предложенного согласно настоящему изобретению, устройство регистрации может быть сфокусировано таким образом, чтобы схема освещения, регистрируемая в изображении, была размытой.In one embodiment of the method of the present invention, the recording device may be focused such that the lighting pattern recorded in the image is blurred.
Этого можно достигнуть, например, путем фокусировки устройства регистрации не на схеме, а на поверхности или другой определенной точке. Путем предварительного определения конкретных настроек диафрагмы и фокуса глубину фокуса/глубину поля также можно выбирать выборочно согласно настоящему изобретению, чтобы отображать схему освещения в изображении таким образом, чтобы он был размытым, но поверхность была в фокусе. В результате этого резкое распределение яркости выглядит размытым. Таким образом, например, резкую схему, состоящую просто из чередующихся разделяемых светлых/темных участков, можно отобразить как приблизительно синусоидальную кривую яркости. В этом случае можно использовать особенно простое осветительное устройство без необходимости в дополнительных оптических элементах для генерирования желаемой кривой яркости. Помимо этого, распределение яркости становится менее резким, что, в частности, может иметь положительный эффект на изогнутых поверхностях, а также связанные с этим эффекты, когда сдвинутые участки схемы отображаются на изображения, регистрируемые в последовательности регистрации изображений.This can be achieved, for example, by focusing the recording device not on the circuit, but on a surface or other specific point. By predetermining specific aperture and focus settings, the depth of focus/depth of field can also be selectively selected according to the present invention to display the lighting pattern in the image so that it is blurry but the surface is in focus. As a result, the sharp distribution of brightness appears washed out. Thus, for example, a sharp pattern consisting simply of alternating separated light/dark regions can be displayed as an approximately sinusoidal luminance curve. In this case, a particularly simple lighting device can be used without the need for additional optical elements to generate the desired brightness curve. In addition, the brightness distribution becomes less sharp, which in particular can have a positive effect on curved surfaces, as well as related effects when shifted areas of the circuit are mapped onto images recorded in the image acquisition sequence.
Во многих случаях поверхность, которая должна быть подвергнута контролю, не является идеально зеркальной, а отражает полудиффузно. Хотя отражение является направленным, оно рассеивается под относительно большим пространственным углом, что означает, что двумерная функция распределения отражательной способности (BRDF) обладает группой рассеивания средней ширины. Это также приводит к довольно полезному размытию распределения яркости схемы в изображениях при условии, что группа рассеивания остается настолько узкой, чтобы приводить к достаточной модуляции зеркально отраженной схемы в изображении, полученном камерой, и, возможно, работать с помощью отражающей, хотя и не идеально зеркальной, поверхности. Такое свойство поверхности также можно использовать для достижения эффекта, подобного эффекту, достигаемому посредством описанной несфокусированной установки камеры на схеме. Однако такой (дополнительный) эффект необходимо учитывать по время несфокусированной установки, так как часть размытия (желательного в этом случае) в любом случае создается самой поверхностью.In many cases, the surface to be tested is not perfectly specular, but reflects semi-diffusely. Although the reflection is directional, it scatters at a relatively large spatial angle, which means that the two-dimensional reflectance distribution function (BRDF) has a scattering group of medium width. This also results in a fairly useful blurring of the circuit brightness distribution in images, provided the diffusion group remains narrow enough to result in sufficient modulation of the specular pattern in the image captured by the camera, and possibly work with a reflective, although not perfectly specular, , surfaces. This surface property can also be used to achieve an effect similar to that achieved by the described unfocused camera setup in the diagram. However, this (additional) effect must be taken into account during an unfocused installation, since part of the blur (desirable in this case) is in any case created by the surface itself.
С другой стороны, поверхность должна быть достаточно зеркальной, чтобы все еще позволять наблюдать за схемой. Следовательно, для поверхностей с относительно небольшим зеркальным отражением преимущественно выбирать угол обзора и освещения, который является как можно более плоским, и увеличивать расстояние освещения.On the other hand, the surface must be specular enough to still allow the circuit to be observed. Therefore, for surfaces with relatively little specular reflection, it is preferable to select a viewing and illumination angle that is as flat as possible and increase the illumination distance.
Может быть особенно преимущественным, если во время контроля поверхности, выполняемого согласно настоящему изобретению с помощью процессов дефлектометрии, определяют трехмерную топографию поверхности объекта. Если известны геометрия регистрации и геометрия схемы, как в способе, предложенном согласно настоящему изобретению, то также можно определить 3D-топографию поверхности. Известно несколько вариантов выполнения этой задачи. В дефлектометрии определяют отклонение луча света, падающего на поверхность, посредством определения точки схемы, на которую падает визуальный луч, излучаемый камерой (устройством регистрации) и зеркально отображаемый (отражаемый) на поверхности. Следовательно, определяют отклонение визуального луча, которое зависит от нормали к поверхности в соответствующем месте. Из созданного таким образом нормального поля поверхности можно определить топографию поверхности, например путем интеграции.It may be particularly advantageous if, during the surface inspection performed according to the present invention using deflectometry processes, the three-dimensional topography of the object's surface is determined. If the registration geometry and the circuit geometry are known, as in the method proposed according to the present invention, then the 3D topography of the surface can also be determined. There are several options for performing this task. In deflectometry, the deflection of a beam of light incident on a surface is determined by determining the point in the pattern at which the visual beam emitted by a camera (recording device) falls and is mirrored (reflected) on the surface. Therefore, the deflection of the visual ray is determined, which depends on the normal to the surface at the corresponding location. From the surface normal field thus created, the surface topography can be determined, for example by integration.
Особенно предпочтительное использование вышеописанного способа или его частей и/или контрольного устройства, описанного ниже в данном документе, является результатом контроля продукта в виде полотна, например, в производственном процессе или после его изготовления, или, в частности, обработанных, изогнутых или плоских поверхностей.A particularly preferred use of the above-described method or parts thereof and/or the control device described below in this document is the result of control of a product in the form of a web, for example, in the production process or after its manufacture, or, in particular, machined, curved or flat surfaces.
Важным конкретным типичным примером является контроль пленки FCCL во время или после производства. Пленки FCCL (гибкий слоистый пластик с медной фольгой) являются ключевым материалом для изготовления гибких печатных плат. Пленки FCCL обычно имеют толщину приблизительно 100 150⋅μм и содержат, например, полиамидную сердцевину (обычно пластиковую пленку), которая ламинирована на одной или обеих сторонах поверхности медной пленкой. Во время ламинирования могут быть образованы складки, которые необходимо обнаружить с помощью способа, предложенного согласно настоящему изобретению. Во время контроля поверхности также может быть желательно обнаруживать дефекты ламинирования, в частности так называемые складки 4 ламинирования (как схематически изображено на фиг. 1) или внутренние складки 5 (как схематически изображено на фиг. 2). В случае складок ламинирования на материале образовались небольшие складки, которые затем были снова спрессованы в процессе ламинирования. Внутренние складки образуются из складок во внутренней пластиковой пленке, которые были ламинированы.An important specific typical example is the inspection of FCCL film during or after production. FCCL (Flexible Copper Foil Laminate) films are a key material for flexible printed circuit boards. FCCL films typically have a thickness of approximately 100-150⋅μm and contain, for example, a polyamide core (usually a plastic film) that is laminated on one or both sides of the surface with a copper film. During lamination, folds may be formed which need to be detected using the method of the present invention. During surface inspection it may also be desirable to detect lamination defects, in particular so-called lamination folds 4 (as schematically shown in FIG. 1) or internal folds 5 (as schematically shown in FIG. 2). In the case of lamination folds, small folds were created in the material, which were then pressed back together during the lamination process. Inner pleats are formed from folds in the inner plastic film that have been laminated.
Оба вида дефектов очень трудно обнаружить невооруженным глазом, так как пленки являются очень тонкими и, следовательно, складки не оказывают большого влияния на поверхность. Дефекты обнаруживают только при наблюдении за непосредственным отражением света на поверхности пленок. Это усугубляется тем, что медная пленка отражает полудиффузно. В случае других ламинированных пленок важен внешний вид, на который негативно влияют такие дефекты, несмотря на небольшую топографическую характеристику.Both types of defects are very difficult to detect with the naked eye, since the films are very thin and, therefore, the folds do not have much effect on the surface. Defects are detected only by observing the direct reflection of light on the surface of the films. This is compounded by the fact that copper film reflects semi-diffusely. In the case of other laminated films, the appearance is important and is negatively affected by such defects, despite the small topographical characteristic.
При контроле изогнутых поверхностей, например таких как окрашенные контейнеры или кузовы автомобилей, контрольное устройство программируют согласно предпочтительному варианту осуществления, например, посредством соответствующего блока обработки, и направляют по изогнутой поверхности таким образом, что и осветительное устройство, и устройство регистрации удерживаются под углом отражения к поверхности. В этом случае контрольное устройство перемещают таким образом относительно в основном неподвижного объекта. Это создает движение объекта/поверхности объекта относительно контрольного устройства. Как и ранее в этом описании, на этот тип относительного движения ссылаются при упоминании объекта, движущегося относительно контрольного устройства. Важнее всего как можно чаще находить наименьшие плоские топографические дефекты на поверхностях, изогнутых таким образом, которые могут негативно влиять на внешний вид или функцию поверхности. Часто полезно также измерять такие дефекты трехмерным образом, т.е. определять 3D-топологию поверхности и дефекта.When inspecting curved surfaces, such as for example painted containers or car bodies, the inspection device is programmed according to a preferred embodiment, for example by means of a suitable processing unit, and guided along the curved surface such that both the lighting device and the recording device are held at a reflection angle to surfaces. In this case, the control device is moved in this way relative to a substantially stationary object. This creates movement of the object/object surface relative to the control device. As earlier in this description, this type of relative motion is referred to when referring to an object moving relative to the control device. The most important thing is to look for the smallest flat topographic imperfections as often as possible on surfaces that are curved in a way that may adversely affect the appearance or function of the surface. It is often useful to also measure such defects in three dimensions, i.e. determine the 3D topology of the surface and defect.
Настоящее изобретение также относится к контрольному устройству для оптического контроля поверхности объекта, а также к его использованию для вышеописанных применений. Контрольное устройство оснащено осветительным устройством и устройством регистрации, которые выровнены относительно друг друга таким образом, что визуальный луч, исходящий из устройства регистрации, падает на осветительное устройство как визуальный луч, отраженный от поверхности, тогда, когда нормаль к поверхности, расположенная вертикально на поверхности в месте падения визуального луча, делит пополам угол между выходящим визуальным лучом и отраженным визуальным лучом. Поэтому, другими словами, устройство регистрации и осветительное устройство контрольного устройства расположены под углом отражения относительно поверхности. Осветительное устройство выполнено с возможностью генерирования периодической по времени схемы с разными схемами освещения во время последовательности регистрации изображений, а устройство регистрации выполнено с возможностью регистрации изображений схем, отражаемых на поверхности, синхронно с генерированием схем освещения во время последовательности регистрации изображений. Контрольное устройство дополнительно содержит вычислительный блок для управления контрольным устройством и для оценки регистрируемого изображения, при этом процессор вычислительного блока выполнен с возможностью выполнения вышеупомянутого способа или его частей.The present invention also relates to an inspection device for optically inspecting the surface of an object, as well as its use for the above-described applications. The monitoring device is equipped with a lighting device and a recording device, which are aligned with respect to each other in such a way that a visual ray emanating from the recording device falls on the lighting device as a visual ray reflected from the surface when the normal to the surface, located vertically on the surface at where the visual ray hits, bisects the angle between the outgoing visual ray and the reflected visual ray. Therefore, in other words, the recording device and the lighting device of the monitoring device are located at a reflection angle relative to the surface. The lighting device is configured to generate a time-periodic pattern with different lighting patterns during an image recording sequence, and the recording device is configured to register images of the patterns reflected on the surface synchronously with generating lighting patterns during the image recording sequence. The control device further includes a computing unit for controlling the control device and for evaluating the recorded image, wherein the processor of the computing unit is configured to execute the above method or parts thereof.
Согласно предпочтительному варианту осуществления контрольного устройства, предложенного согласно настоящему изобретению, осветительное устройство содержит индивидуально управляемые световые элементы, расположенные рядами или в виде матрицы. Также предпочтительно устройство регистрации может содержать регистрирующий датчик для регистрации изображений, отображаемых на регистрирующем датчике посредством регистрирующей оптики, при этом регистрирующий датчик содержит отдельные пиксели датчика (пиксели камеры), расположенные рядами или в виде матрицы.According to a preferred embodiment of the control device proposed according to the present invention, the lighting device contains individually controllable light elements arranged in rows or in a matrix. Also preferably, the recording device may comprise a recording sensor for recording images displayed on the recording sensor via recording optics, wherein the recording sensor comprises individual sensor pixels (camera pixels) arranged in rows or in a matrix.
Осветительное устройство может быть выполнено, например, в виде осветительной линии, которая предпочтительно расположена поперек или вдоль направления подачи (направления движения объекта/поверхности относительно контрольного устройства). Осветительная линия, состоящая из индивидуально управляемых осветительных элементов, расположенных в линию, может состоять из нескольких светодиодов, расположенных рядом друг с другом, или из светодиодных модулей, которые можно индивидуально переключать синхронно с регистрацией изображений. Осветительное устройство используют для генерирования в виде быстрого непрерывного ряда периодических схем, необходимых для процесса фазового сдвига. Устройство регистрации также может быть выполнено, например, в виде камеры с однострочной разверткой, которая также может быть собрана при необходимости из нескольких модулей камеры с однострочной разверткой, расположенных рядом друг с другом. При таком расположении образованное поле изображения камеры с однострочной разверткой представляет собой линию на поверхности (так называемую линию сканирования). Эта линия сканирования может быть выровнена поперек направления относительного движения поверхности и имеет также в направлении движения некоторую очень малую ширину по сравнению с ее длиной (проходящей поперек направления движения), которая зависит от пиксельного разрешения камеры с однострочной разверткой.The lighting device can be made, for example, in the form of a lighting line, which is preferably located transversely or along the supply direction (the direction of movement of the object/surface relative to the control device). The lighting line, consisting of individually controllable lighting elements arranged in a line, can consist of several LEDs located next to each other, or of LED modules that can be individually switched in sync with image acquisition. The lighting device is used to generate a rapid continuous series of periodic patterns necessary for the phase shift process. The recording device can also be made, for example, in the form of a single-line scan camera, which can also be assembled, if necessary, from several single-line scan camera modules located next to each other. With this arrangement, the resulting image field of a single-line scan camera is a line on the surface (the so-called scanning line). This scanning line may be aligned transverse to the direction of relative motion of the surface and also has a certain very small width in the direction of motion compared to its length (transverse to the direction of motion), which depends on the pixel resolution of the single-line scan camera.
Осветительная линия может быть настолько длинной (поперек направления движения), чтобы охватывать всю ширину подвергаемого контролю полотна (или желаемого участка контроля на поверхности) под углом отражения. Когда камера и освещение расположены на одинаковом расстоянии от поверхности, осветительная линия с каждой стороны должна быть длиннее приблизительно на половину ширины линии сканирования отдельной камеры с однострочной разверткой, чем линия сканирования на поверхности, которая видна всем камерам, и для других расстояний это должно быть больше или меньше в зависимости от конкретного случая.The lighting line can be so long (across the direction of travel) as to cover the entire width of the surface being inspected (or the desired area of inspection on the surface) at the angle of reflection. When the camera and lighting are positioned the same distance from the surface, the lighting line on each side should be longer by approximately half the width of the scan line of an individual single-line camera than the scan line on the surface that is visible to all cameras, and for other distances it should be longer or less depending on the specific case.
Ширина осветительной линии (в направлении движения) может определять максимальный угол к поверхности, который все еще поддается измерению при таком расположении. Если угол к поверхности становится больше максимального угла к поверхности, визуальный луч камеры, отражаемый поверхностью, больше не падает на освещение и камера ничего не видит.The width of the lighting line (in the direction of travel) can determine the maximum angle to the surface that can still be measured in this arrangement. If the angle to the surface becomes greater than the maximum angle to the surface, the camera's visual beam reflected by the surface no longer falls on the lighting and the camera sees nothing.
Данный способ также подходит для использования с камерой со строчно-кадровой разверткой (матричным расположением). В этом случае линия сканирования становится полем изображения, так как ширина в направлении движения становится существенно больше. Ширина осветительной линии также может соответственно увеличиваться в направлении движения. В одном варианте вместо осветительной линии может быть использована осветительная матрица. Она состоит из нескольких отдельных светодиодов или светодиодных модулей, которые расположены в виде нескольких плавно соединенных осветительных линий, все из которых являются переключаемыми независимо друг от друга синхронно с регистрацией изображений. Таким образом, также можно простым образом изменять ширину осветительной линии, так что несколько осветительных линий переключаются одинаково.This method is also suitable for use with a line scan (matrix) camera. In this case, the scanning line becomes the image field, since the width in the direction of movement becomes significantly larger. The width of the lighting line can also increase accordingly in the direction of travel. In one embodiment, a lighting matrix may be used instead of a lighting line. It consists of several individual LEDs or LED modules that are arranged in multiple seamlessly connected lighting lines, all of which are independently switchable in sync with image acquisition. In this way, it is also possible to change the width of the lighting line in a simple manner, so that several lighting lines are switched in the same way.
Осветительная матрица может использоваться для переключения не только схем поперек направления полотна, но и схем вдоль направления полотна. Причина, по которой это является преимуществом, заключается в том, что процессы дефлектометрии в основном измеряют углы к поверхности/нормали к поверхности, а именно в направлении периодической схемы. Таким образом, при использовании осветительной линии можно измерить только углы поперек направления движения, в то время как при использовании осветительной матрицы можно измерить все направления, предпочтительно два направления: вдоль и поперек направления движения.The lighting matrix can be used to switch not only patterns across the web direction, but also patterns along the web direction. The reason this is an advantage is that deflectometry processes primarily measure angles to the surface/surface normal, namely in the direction of the periodic pattern. Thus, when using a lighting line, only angles transverse to the direction of motion can be measured, while when using a lighting matrix, all directions can be measured, preferably two directions: along and across the direction of motion.
На графических материалах:On graphic materials:
на фиг. 1 показано схематическое изображение в разрезе объекта с подвергаемой контролю поверхностью, содержащей первый типичный дефект;in fig. 1 shows a schematic cross-section of an object with an inspected surface containing a first typical defect;
на фиг. 2 показано схематическое изображение в разрезе объекта по фиг. 1 с подвергаемой контролю поверхностью, содержащей второй типичный дефект;in fig. 2 shows a schematic cross-section of the object shown in FIG. 1 with the surface being inspected containing a second typical defect;
на фиг. 3а показан вид сверху контрольного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения для контроля плоской поверхности;in fig. 3a is a top view of an inspection device according to an embodiment of the present invention for inspecting a flat surface;
на фиг. 3b показан вид сбоку контрольного устройства по фиг. 3a.in fig. 3b is a side view of the control device of FIG. 3a.
Объект 1, изображенный на фиг. 1 и 2, поверхность 10 которого подлежит контролю контрольным устройством согласно настоящему изобретению, представляет собой пленку FCCL, используемую в качестве сырья для печатных плат. Это ламинированная пленка 1, состоящая из трех слоев, причем средняя пластиковая пленка 3 служит средним слоем, на который ламинированы внешние медные пленки 2. Поверхность 10 объекта 1 обычно подвергают контролю на наличие дефектов поверхности.Object 1 shown in FIG. 1 and 2, the surface 10 of which is to be inspected by the inspection device according to the present invention is an FCCL film used as a raw material for printed circuit boards. It is a laminated film 1 composed of three layers, with the middle plastic film 3 serving as the middle layer onto which the outer copper films 2 are laminated. The surface 10 of the object 1 is generally inspected for surface defects.
Этот контроль поверхности также используется для обнаружения дефектов ламинирования, в частности так называемых складок 4 ламинирования (фиг. 1) и внутренних складок 5 (фиг. 2). В случае складок 4 ламинирования на материале образовались небольшие складки, которые затем были снова спрессованы в процессе ламинирования. Внутренние складки 5 образуются из-за складок, которые образовались во внутренней пластиковой пленке 3, которые были ламинированы.This surface inspection is also used to detect lamination defects, in particular so-called lamination folds 4 (FIG. 1) and internal folds 5 (FIG. 2). In the case of lamination folds 4, small folds were formed in the material, which were then compressed again during the lamination process. The inner folds 5 are formed due to folds that have formed in the inner plastic film 3, which have been laminated.
На фиг. 3b показан вид сбоку контрольного устройства 9 с осветительным устройством 8 и устройством 7 регистрации. На осветительном устройстве 8 изображена периодическая по времени схема 13 с разными схемами 130 освещения, которая освещает поверхность 10 объекта 1 (см. также вид сверху на фиг. 3а). Схема 130 освещения содержит распределение 14 яркости. Это также приводит к генерированию схемы 13 на поверхности 10. Устройство 7 регистрации регистрирует схему 13 на поверхности 10 в изображении.In fig. 3b shows a side view of the control device 9 with a lighting device 8 and a recording device 7. The lighting device 8 shows a time-periodic circuit 13 with different lighting patterns 130 that illuminates the surface 10 of the object 1 (see also the top view in FIG. 3a). The lighting circuit 130 contains a brightness distribution 14 . This also results in the generation of the pattern 13 on the surface 10. The registration device 7 registers the pattern 13 on the surface 10 in the image.
Устройство 7 регистрации также содержит регистрирующий датчик 11, который генерирует изображение с несколькими точками 12 изображения. Благодаря оптике устройства регистрации, которая не изображена, визуальные лучи 15, исходящие из (каждой) точки 12 изображения, отражаются на поверхности 10 и падают в виде отраженных визуальных лучей 19 на осветительное устройство 8 на схему 13, сгенерированную в нем. Краевые лучи этих визуальных лучей 15, 19 графически нанесены на фиг. 3b. Краевые лучи исходят из краев точки 12 изображения и ограничивают зону 17 отражения на поверхности 10. Все визуальные лучи 15, исходящие из точки 12 изображения под углом отражения а и падающие на поверхность, лежат в зоне 17 отражения на поверхности 10 и также отражаются под углом отражения а от поверхности в виде отраженных визуальных лучей 19. Они падают на осветительное устройство 8 на участке 17 схемы, поскольку согласно предложенному в настоящем изобретении расположению устройство 7 регистрации и осветительное устройство 8 расположены под углом отражения а относительно поверхности 10.The registration device 7 also contains a recording sensor 11, which generates an image with several image points 12. Thanks to the optics of the recording device, which is not shown, the visual rays 15 emanating from (each) image point 12 are reflected on the surface 10 and fall as reflected visual rays 19 onto the lighting device 8 onto the circuit 13 generated therein. The edge rays of these visual rays 15, 19 are graphically plotted in FIG. 3b. The edge rays emanate from the edges of the image point 12 and limit the reflection zone 17 on the surface 10. All visual rays 15 emanating from the image point 12 at the reflection angle a and incident on the surface lie in the reflection zone 17 on the surface 10 and are also reflected at the reflection angle a from the surface in the form of reflected visual rays 19. They fall on the lighting device 8 in section 17 of the circuit, since according to the arrangement proposed in the present invention, the registration device 7 and the lighting device 8 are located at a reflection angle a relative to the surface 10.
Угол отражения а определяется как угол между падающими визуальными лучами 15, 19 (исходящими из точки 12 изображения)/отходящими (отраженными от поверхности 10) и связанной нормалью 16 к поверхности. Нормаль 16 к поверхности, принадлежащая визуальному лучу 15, 19, проходит вертикально к поверхности в точке 170 отражения, в которой визуальные лучи 15,19 падают на поверхность 10.The reflection angle a is defined as the angle between the incident visual rays 15, 19 (emanating from the image point 12)/outgoing (reflected from the surface 10) and the associated normal 16 to the surface. The surface normal 16 belonging to the visual ray 15, 19 extends vertically to the surface at the reflection point 170 at which the visual rays 15, 19 are incident on the surface 10.
На фиг. 3а конкретно показана линия регистрирующего датчика 11 устройства 7 регистрации, которая проходит вдоль ширины поверхности 10, такой как продукт в виде полотна, движущийся в направлении движения в качестве объекта 1, такого как пленка FCCL. Устройство 7 регистрации может быть выполнено в виде камеры с однострочной разверткой, имеющей только одну сенсорную линию регистрирующих датчиков 11, или в виде камеры со строчно-кадровой разверткой с несколькими такими сенсорными линиями. Точка 12 изображения может быть образована из одного или нескольких пикселей датчика. Посредством оптики, которая не изображена, точка 12 изображения устройства регистрации (камеры) захватывает зону 17 отражения на поверхности 10. Визуальные лучи 15 отклоняются на поверхности 10 и захватывают участок 18 схемы, который образован площадью схемы 13/соответствующей схемы 130 освещения схемы 13 в момент регистрации изображений. В примере, изображенном на фиг. 3а и 3b, осветительное устройство выполнено в виде осветительной линии, выровненной поперек направления 6 движения поверхности 10.In fig. 3a specifically shows a line of the recording sensor 11 of the recording device 7 that runs along the width of a surface 10 such as a web product moving in the moving direction as an object 1 such as an FCCL film. The recording device 7 can be made in the form of a single-line scan camera having only one touch line of recording sensors 11, or in the form of a line-scan camera with several such touch lines. The image point 12 may be formed from one or more sensor pixels. By means of optics, which are not shown, the image point 12 of the recording device (camera) captures the reflection zone 17 on the surface 10. The visual rays 15 are deflected on the surface 10 and capture the circuit area 18, which is formed by the area of the circuit 13/the corresponding lighting circuit 130 of the circuit 13 at the moment registration of images. In the example shown in FIG. 3a and 3b, the lighting device is designed as a lighting line aligned transversely to the direction 6 of movement of the surface 10.
На фиг. 3b показан вид сбоку того же самого расположения, на котором четко различимо отражение визуальных лучей 15, 19 (графически нанесенных в виде краевых лучей, как на всех фигурах) с углом отражения а относительно нормали 16 к поверхности. Графически нанесенные краевые лучи визуальных лучей 15, 19 наглядно представляют размер/площадь зоны 17 отражения на поверхности 10 и участка 18 схемы в схеме 13.In fig. 3b shows a side view of the same arrangement, in which the reflection of the visual rays 15, 19 (graphically plotted as edge rays, as in all figures) with a reflection angle a relative to the normal 16 to the surface is clearly visible. The graphically plotted edge rays of the visual rays 15, 19 visually represent the size/area of the reflection zone 17 on the surface 10 and the pattern area 18 in the pattern 13.
На фиг. 3а и 3b показано состояние во время регистрации изображений, при этом предполагается, что движением поверхности 10, движущейся в направлении движения, можно пренебречь при коротком времени воздействия во время регистрации изображений. Если это не так, то зарегистрированные изображения демонстрируют некоторую размытость из-за движения, которой можно противодействовать путем сокращения времени воздействия (при условии, что освещение достаточно яркое).In fig. 3a and 3b show the state during image recording, and it is assumed that the motion of the surface 10 moving in the moving direction can be neglected if the exposure time is short during image recording. If this is not the case, then the recorded images exhibit some motion blur, which can be counteracted by reducing the exposure time (provided the lighting is bright enough).
Как уже было описано, несколько изображений регистрируют в хронологическом порядке с помощью способа согласно настоящему изобретению во время последовательности регистрации изображений. Так как поверхность движется во время последовательности регистрации изображений в направлении 6 движения, точка 12 изображения больше не видит один и тот же участок поверхности в соответствующей зоне 17 отражения последовательно регистрируемых изображений. Вместо этого зоны 17 отражения на поверхности 10 сдвигаются относительно друг друга в последовательно регистрируемых изображениях.As already described, multiple images are registered in chronological order using the method according to the present invention during the image registration sequence. Since the surface moves during the image recording sequence in the motion direction 6, the image point 12 no longer sees the same surface area in the corresponding reflection zone 17 of the sequentially recorded images. Instead, the reflection zones 17 on the surface 10 are shifted relative to each other in sequentially recorded images.
Это изображено на фиг. 4а и 4b, на которых графически нанесен сдвиг 61 поверхности 10 между первой и последней регистрацией изображений в последовательности регистрации изображений. Зона 17а отражения графически нанесена в качестве зоны отражения первой регистрации изображений, и зона 17b отражения графически нанесена в качестве зоны отражения последней регистрации изображений из последовательности регистрации изображений, каждая из которых изображена в виде штриховки, повернутой на 90°. На перекрывающемся участке две штриховки накладываются друг на друга. Вся зона 17 отражения во всех изображениях последовательности регистрации соответствующим образом увеличена (относительно общей покрытой поверхности 10 относительно зон отражения отдельных регистраций). Этот эффект в основном подобен уже рассмотренной размытости из-за движения, при этом разница заключается в том, что вся зона отражения интегрирована в одно изображение. Это придает изображению размытый вид в той мере, в какой вообще необходимо распознать размытость из-за движения.This is shown in FIG. 4a and 4b, on which the shift 61 of the surface 10 between the first and last image registration in the image registration sequence is graphically plotted. The reflection zone 17a is graphically plotted as the reflection zone of the first image registration, and the reflection zone 17b is graphically plotted as the reflection zone of the last image registration of the image registration sequence, each of which is depicted as a hatch rotated by 90°. In an overlapping area, two hatches overlap each other. The entire reflection zone 17 in all images of the registration sequence is enlarged accordingly (relative to the total covered surface 10 relative to the reflection zones of the individual registrations). This effect is basically similar to the motion blur already discussed, with the difference being that the entire reflection area is integrated into one image. This gives the image a blurry appearance to the extent that motion blur needs to be recognized at all.
Поскольку геометрия регистрации не изменяется для плоской поверхности, сдвиг поверхности 10 не оказывает какого-либо влияния на участок 18 схемы; это остается неизменным на протяжении последовательности регистрации, причем, как было описано ранее, генерирование освещений схемы, разумеется, осуществляется с фазовым сдвигом. Однако это не показано на фиг. 4а в целях ясности.Since the registration geometry does not change for a flat surface, the shift of the surface 10 does not have any effect on the circuit region 18; this remains unchanged throughout the acquisition sequence, with, as previously described, the generation of circuit lights being, of course, phase-shifted. However, this is not shown in FIG. 4a for the sake of clarity.
На фиг. 4b показана та же ситуация, что и на фиг. 4а на виде сбоку. Нормали 16а к поверхности во время регистрации изображения а находились в то время в том же положении, что и нормали 16b к поверхности во время регистрации изображения b, которая показана здесь в качестве мгновенной регистрации расположения. Благодаря плоской поверхности 10 выравнивание нормалей 16а и 16b к поверхности одинаково, из-за чего участок 18 схемы также не изменяется.In fig. 4b shows the same situation as in FIG. 4a in side view. The surface normals 16a during image registration a were at the same time in the same position as the surface normals 16b during image registration b, which is shown here as instantaneous position registration. Due to the flat surface 10, the alignment of the surface normals 16a and 16b is the same, causing the circuit area 18 to also remain unchanged.
На фиг. 3с и 4с показано расположение контрольного устройства 9, где осветительное устройство 8 содержит осветительную линию, выровненную вдоль направления 6 движения поверхности 10. Этого можно достичь с помощью линейного осветительного устройства (с соответствующим образом выровненной линией) или с помощью матричного осветительного устройства, которым управляют соответствующим образом. Из-за плоской поверхности при таком расположении также возникает ситуация, сравнимая с той, что показана на фиг. 3а, 3b и 4а, 4b. Подробное описание следует смотреть в приведенном выше описании.In fig. 3c and 4c show the arrangement of the control device 9, where the lighting device 8 contains a lighting line aligned along the direction 6 of movement of the surface 10. This can be achieved using a linear lighting device (with a suitably aligned line) or using a matrix lighting device controlled by an appropriate way. Due to the flat surface, this arrangement also produces a situation comparable to that shown in FIG. 3a, 3b and 4a, 4b. Please refer to the description above for details.
На фиг. 3d и 4d показано расположение контрольного устройства 9, подобное расположению, показанному на фиг. 3с и 4с, где не только осветительная линия осветительного устройства 8, но и сенсорная линия регистрирующего датчика 11 выровнены вдоль направления 6 движения поверхности 10. Устройство регистрации может быть соответственно выполнено в виде камеры с однострочной разверткой (только с одной сенсорной линией) или в виде матричной камеры (с несколькими сенсорными линиями, расположенными рядом друг с другом). Из-за плоской поверхности при таком расположении также возникает ситуация, сравнимая с расположением, показанным на фиг. 3а, 3b, 3 и 4а, 4b, 4с. Подробное описание следует смотреть в приведенном выше описании.In fig. 3d and 4d show an arrangement of the control device 9 similar to that shown in FIG. 3c and 4c, where not only the lighting line of the lighting device 8, but also the touch line of the recording sensor 11 are aligned along the direction 6 of movement of the surface 10. The recording device can suitably be made in the form of a single-line camera (with only one touch line) or in the form matrix camera (with several sensor lines located next to each other). Due to the flat surface, this arrangement also produces a situation comparable to the arrangement shown in FIG. 3a, 3b, 3 and 4a, 4b, 4c. Please refer to the description above for details.
Ситуация является иной, когда поверхность действительно не является плоской. Это изображено на фиг. 5а, 5b, 5с и 5d/6a, 6b, 6с и 6d. Виды и расположения соответствуют видам и расположениям, рассмотренным со ссылкой на виды и расположения, относящиеся к фиг. 3а, 3b, 3c и 3d/4a, 4b, 4с и 4d. Поэтому принимая во внимание общее описание, следует сделать ссылку на вышеуказанное. Из-за кривизны поверхности 10, которая влияет на выравнивания нормалей 16, 16' к поверхности и влияет на отражения визуальных лучей 15, 19, получают разные участки 18а, 18b схемы как следствие разных изображений последовательности регистрации изображений.The situation is different when the surface is not actually flat. This is shown in FIG. 5a, 5b, 5c and 5d/6a, 6b, 6c and 6d. The views and arrangements correspond to the views and arrangements discussed with reference to the views and arrangements related to FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d/4a, 4b, 4c and 4d. Therefore, taking into account the general description, reference should be made to the above. Due to the curvature of the surface 10, which affects the alignment of the surface normals 16, 16' and affects the reflections of the visual rays 15, 19, different circuit regions 18a, 18b are obtained as a consequence of different images of the image acquisition sequence.
На фиг. 5а, 5b, 5с и 5d показана ситуация для одного изображения соответственно, например первого изображения последовательностей изображений. Фиг. 5а по сути соответствует фиг. 3а, при этом стороны поверхности 10, изображенной изогнутым образом, обозначают кривизну поверхности 10 как проходящую поперек направления 6 движения. Из-за кривизны поверхности 10 визуальные лучи на виде сверху не отражаются в виде прямой линии, а отклоняются в точке 170, 170' отражения. Соответственно, отраженные визуальные лучи 19 падают на схему 13 на участке 18 схемы, который лежит в другом месте, чем участок 18 схемы согласно фиг. 3а. На фиг. 5b соответственно показано, что нормали 16 и 16' к поверхности по-разному выровнены в точках 170, 170' отражения (и, следовательно, отмечены разными условными обозначениями). Следовательно, углы отражения α, α' также отличаются.In fig. 5a, 5b, 5c and 5d show the situation for one image, respectively, eg the first image of a sequence of images. Fig. 5a essentially corresponds to Fig. 3a, with the sides of the surface 10 depicted in a curved manner designating the curvature of the surface 10 as running transverse to the direction 6 of motion. Due to the curvature of the surface 10, the visual rays in the top view are not reflected as a straight line, but are deflected at the reflection point 170, 170'. Accordingly, the reflected visual rays 19 are incident on the circuit 13 at a circuit portion 18 that lies at a different location than the circuit region 18 of FIG. 3a. In fig. 5b accordingly shows that the surface normals 16 and 16' are differently aligned at reflection points 170, 170' (and therefore labeled differently). Consequently, the reflection angles α, α' are also different.
На фиг. 6а и 6b показана зона 17а отражения (для визуальных лучей 15, 19, воспроизведенных на фиг. 5а, 5b во время регистрации) и зона 17b отражения (для визуальных лучей 15, 19, воспроизведенных на фиг. 6а, 6b), вместе с перекрывающимся участком 171. Участки 18а и 18b схемы и их перекрывающийся участок 181 показаны соответствующим образом.In fig. 6a and 6b show a reflection zone 17a (for visual rays 15, 19 reproduced in FIGS. 5a, 5b during recording) and a reflection zone 17b (for visual rays 15, 19 reproduced in FIGS. 6a, 6b), together with an overlapping portion 171. Circuit portions 18a and 18b and their overlapping portion 181 are shown accordingly.
Точка 12 изображения освещена в регистрирующем датчике 11 участком 18, 18а, 18b схемы, ограниченной краевыми визуальными лучами 15 (перед зеркальным отражением на поверхности 10)/19 (после зеркального отражения на поверхности 10), причем этот участок 18, 18а, 18b отображается на схему 13 в зонах 17, 17а, 17b отражения поверхности 10 в устройстве 7 регистрации. Однако каждый из визуальных лучей 15 отклоняется в соответствии с нормалями 16, 16', 16а, 16a'/16b, 16b' к поверхности, присутствующими в этом месте.The image point 12 is illuminated in the recording sensor 11 by a section 18, 18a, 18b of the circuit limited by the edge visual rays 15 (before the specular reflection on the surface 10)/19 (after the specular reflection on the surface 10), and this section 18, 18a, 18b is displayed on circuit 13 in zones 17, 17a, 17b of reflection of surface 10 in registration device 7. However, each of the visual rays 15 is deflected in accordance with the surface normals 16, 16', 16a, 16a'/16b, 16b' present at that location.
На фиг. 5а, 5b, 5с и 5d изображена ситуация в первом изображении последовательности. Кроме того, пиксель 12 камеры в датчике 11 изображений освещается участком 18 схемы, ограниченной краевыми лучами 15 (перед зеркальным отражением на поверхности)/19а (после зеркального отражения на поверхности), причем этот участок 18 отображается на схему 13 в зоне 17а поверхности 10 в камере. Однако в этом случае визуальный луч 15 отклоняется в соответствии с нормалями 16а/16b к поверхности, присутствующими в этом месте. Ситуация в соответственно последнем изображении каждой последовательности регистрации изображений показана на фиг. 6а, 6b, 6с и 6d. В этом случае участок 18b схемы 13 отображается на участке 17b на сдвинутой поверхности 10 в точке 12 изображения. В этом случае нормали 16b, 16b' к поверхности важны для зеркального отражения краевых лучей 15, исходящих из камеры. Поскольку они отличаются от присутствующих в первом изображении (фиг. 5а, 5b, 5с и 5d), участок схемы 130 освещения в осветительном устройстве 8, который виден/отображен в точке 12 изображения, также сдвигается. В общем, на протяжении последовательности изображений от первой до последней регистрации точка 12 изображения движется по участку 17 поверхности 10 на фиг. 6а, 6b, 6с и 6d и, таким образом, по всему участку 18 схемы 13. Точка 12 изображения видит участок, который находится как в зонах 17а и 17b отражения на поверхности 10, так и на участках 18а и 18b схемы на схеме 13. Она, т.е. точка 12 изображения, не видит участки, которые на протяжении всей последовательности изображений присутствуют только в 17а или 17b/18аили 18b.In fig. 5a, 5b, 5c and 5d show the situation in the first image of the sequence. In addition, the camera pixel 12 in the image sensor 11 is illuminated by a pattern portion 18 limited by the edge rays 15 (before surface reflection)/19a (after surface reflection), which portion 18 is mapped onto the pattern 13 in the area 17a of the surface 10 in camera. However, in this case, the visual beam 15 is deflected in accordance with the surface normals 16a/16b present at that location. The situation in the respective last image of each image registration sequence is shown in FIG. 6a, 6b, 6c and 6d. In this case, portion 18b of the circuit 13 is displayed on portion 17b on the shifted surface 10 at image point 12. In this case, the surface normals 16b, 16b' are important for specular reflection of the edge rays 15 emanating from the camera. Since they are different from those present in the first image (FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d), the portion of the lighting circuit 130 in the lighting device 8 that is visible/displayed at image point 12 is also shifted. In general, throughout the image sequence from the first to the last acquisition, the image point 12 moves along a portion 17 of the surface 10 in FIG. 6a, 6b, 6c and 6d and thus throughout the entire pattern area 18 of pattern 13. Image point 12 sees a region that is located both in the reflection zones 17a and 17b of the surface 10 and in the pattern regions 18a and 18b of pattern 13. She, i.e. image point 12 does not see areas that throughout the entire sequence of images are present only in 17a or 17b/18a or 18b.
Однако следует отметить, что пропорции на фиг. 3а, 3b, 3c, 3d, 4а, 4b, 4с, 4d, 5а, 5b, 5с, 5d, 6а, 6b, 6с, 6d не являются реалистичными. Также участки 171, 181 отсечки, обозначенные поперечной штриховкой соответственно не соответствуют реалистичным переменным, а служат только для иллюстративных целей и облегчения понимания. Фактически, по меньшей мере схема 13/схема освещения должна иметь намного большую длину волны по сравнению с изображенным размером точки 12 изображения, так что точка 12 изображения охватывает только небольшую долю длины волны. Если бы пропорции, связанные с размерами, были реалистичными, этот принцип невозможно было бы понять из графического материала.However, it should be noted that the proportions in Fig. 3a, 3b, 3c, 3d, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b, 5c, 5d, 6a, 6b, 6c, 6d are not realistic. Also, the cross-hatched cutoff portions 171, 181, respectively, do not correspond to realistic variables but are for illustrative purposes and to facilitate understanding only. In fact, at least the lighting circuit 13/circuitry must have a much longer wavelength compared to the image size of the image dot 12, such that the image dot 12 covers only a small fraction of the wavelength. If the proportions associated with size were realistic, this principle could not be understood from graphic material.
Как уже было описано ранее, в последовательности регистрации изображений, которая зарегистрирована для процесса фазовых сдвигов нескольких изображений, одно и то же место поверхности 10, т.е. одна и та же зона 17 отражения, в действительности должно быть отображено на всех изображениях в каждой точке 12 изображения. При регистрации нескольких изображений один за другим они по отношению к движущейся поверхности 10 сдвигаются относительно друг друга. То, что имеет решающее значение для оценки того, может ли место, регистрируемое точкой 12 изображения во время последовательности изображений, по-прежнему считаться «приблизительно тем же местом» в контексте настоящего изобретения, в конечном итоге зависит от того, насколько отображение периодической схемы 13 на поверхности 10 в устройстве 7 регистрации изменяется во время последовательности изображений. В свою очередь, это зависит, с одной стороны, от собственно схемы 13 (схемы 130 освещения) и его расстояния от поверхности 10, с другой стороны, от зоны 17 отражения, которая отображается на точку 12 изображения на протяжении всей последовательности изображений, и от того, как изменяется этот участок (зона 17 отражения). Площадь зоны отражения зависит от оптического пиксельного разрешения (т.е. участка, который отображается в плоскости обзора на одном пикселе), времени воздействия, длительности последовательности воздействия и скорости движения (т.е. насколько далеко перемещается поверхность 10 на протяжении полной последовательности изображений). Изменения участка 18 схемы зависят от топографии поверхности (в частности, от изменения нормали к поверхности).As described earlier, in the image registration sequence that is registered for the multi-image phase shift process, the same location of the surface 10, i.e. the same reflection zone 17 should in fact be displayed in all images at each image point 12. When several images are recorded one after another, they shift relative to each other with respect to the moving surface 10. What is critical to assessing whether the location recorded by image point 12 during an image sequence can still be considered "about the same location" in the context of the present invention ultimately depends on how the periodic pattern 13 is displayed on the surface 10 in the recording device 7 changes during the image sequence. In turn, this depends, on the one hand, on the actual circuit 13 (lighting circuit 130) and its distance from the surface 10, on the other hand, on the reflection zone 17, which is mapped onto the image point 12 throughout the entire image sequence, and on how this area changes (reflection zone 17). The area of the reflection zone depends on the optical pixel resolution (i.e., the area that is imaged in the viewing plane on a single pixel), exposure time, duration of the exposure sequence, and motion speed (i.e., how far the surface 10 moves throughout the entire image sequence) . Changes in section 18 of the circuit depend on the topography of the surface (in particular, on changes in the normal to the surface).
Если необходимо выполнить процесс фазовых сдвигов, схема 13 и точка 12 изображения (также в случае неподвижной поверхности 10) должны соответствовать друг другу таким образом, чтобы в части схемы 130 освещения, охватываемой точкой 12 изображения на схеме 130 освещения, яркость можно было считать почти постоянной/средняя яркость фактически представляла яркость, измеренную в точке 12 изображения. Также яркости позволяют изменяться до такой степени, чтобы яркость для требуемого минимального отклонения на поверхности (вызванного обнаруживаемым дефектом) изменялась в достаточной степени, чтобы контрольное устройство 9 было способным это воспринимать. Первое имеет место, если поверхность 10, охватываемая точкой 12 изображения в качестве зоны 19 отражения, может считаться почти плоской. Если это не так, топографическое измерение становится невозможным без дополнительной информации; все, что еще можно обнаружить, это наличие отклонения на поверхности. Кроме того, боковое разрешение (т.е. размер участка на поверхности) должно быть отрегулировано таким образом, чтобы наименьшие отклонения поверхности, которые будут выявлены во время контроля, все еще были разрешены.If it is necessary to carry out a phase shifting process, the circuit 13 and the image point 12 (also in the case of a fixed surface 10) must correspond to each other in such a way that in the part of the lighting circuit 130 covered by the image point 12 in the lighting circuit 130, the brightness can be considered almost constant /average brightness actually represented the brightness measured at point 12 of the image. Also, the brightnesses are allowed to vary to such an extent that the brightness for the required minimum deviation on the surface (caused by the defect being detected) changes sufficiently that the monitoring device 9 is able to perceive it. The first occurs if the surface 10 covered by the image point 12 as the reflection zone 19 can be considered almost flat. If this is not the case, topographic measurement becomes impossible without additional information; all that can still be detected is the presence of a deviation on the surface. In addition, the lateral resolution (i.e., the size of the area on the surface) must be adjusted so that the smallest surface deviations that will be detected during inspection are still resolved.
Для подвижной поверхности 10 также необходимо учитывать, что во время последовательности регистрации изображений больший участок (вся зона 17 отражения) на поверхности 10 по фиг. 4а, 4b, 4с, 4d, например 6а, 6b, 6с, 6d, охвачен точкой изображения. Это влияет на боковое разрешение. Если поверхность дополнительно изогнута, одна точка изображения дополнительно охватывает больший участок 18 схемы на схеме 13. Это влияет на разрешение по глубине. Если поверхность 10 движется во время регистрации изображений в последовательности регистрации изображений, решающим фактором является то, как соответствующий визуальный луч 15, 19 точки 12 изображения проходит поверх схемы 130 освещения (мгновенная регистрация схемы 13).For the moving surface 10, it must also be taken into account that during the image recording sequence, a larger area (the entire reflection zone 17) on the surface 10 of FIG. 4a, 4b, 4c, 4d, for example 6a, 6b, 6c, 6d, is covered by the image point. This affects the lateral resolution. If the surface is further curved, one image point additionally covers a larger area 18 of the pattern in the pattern 13. This affects the depth resolution. If the surface 10 moves during image registration in the image registration sequence, the decisive factor is how the corresponding visual beam 15, 19 of the image point 12 passes over the lighting circuit 130 (instantaneous registration of the circuit 13).
В случае плоской поверхности 10 этот эффект вообще не происходит, как показано на фиг. 3 и 4. Таким образом, не происходят ошибки, вызванные отображением разных регистрируемых участков схемы в изображениях последовательности регистрации. Однако это применимо только при отсутствии ошибок измерения в ситуации без помех. Как только на поверхности появляется какой-либо дефект (или если она в любом случае изогнута), это больше не применимо. Следовательно, случай, показанный на фиг. 5 и 6, также происходит в случае ошибок измерения.In the case of a flat surface 10, this effect does not occur at all, as shown in FIG. 3 and 4. Thus, errors caused by the display of different recording sections of the circuit in the recording sequence images do not occur. However, this only applies if there are no measurement errors in a no-interference situation. Once there is any defect on the surface (or if it is curved in any way), this is no longer applicable. Therefore, the case shown in FIG. 5 and 6 also occurs in case of measurement errors.
Благодаря способу согласно настоящему изобретению и соответствующему контрольному устройству система спроектирована таким образом, чтобы вышеупомянутые условия соблюдались также для времени воздействия/всего времени регистрации для полной последовательности регистрации изображений. В связи с этим, изображения последовательности регистрации изображений регистрируют в хронологическом порядке друг за другом так быстро, что сдвиг поверхности 10 во время регистрации настолько мал, что каждая точка 12 изображения охватывает участок (зону 17 отражения) на поверхности 10, которую все еще можно считать постоянной. Помимо этого, длина периода схемы 31 выбрана таким образом, что участок, по которой проходит визуальный луч 15, 19 устройства 7 регистрации, зеркально отображаемый или отражаемый на поверхности во время регистрации последовательности регистрации изображений, все еще можно считать постоянной/погрешность, возникающая из-за этого, меньше необходимого разрешения по глубине.Thanks to the method according to the present invention and the corresponding control device, the system is designed in such a way that the above conditions are also met for the exposure time/total acquisition time for the complete image acquisition sequence. In this regard, the images of the image registration sequence are recorded in chronological order one after another so quickly that the displacement of the surface 10 during registration is so small that each image point 12 covers an area (reflection zone 17) on the surface 10 that can still be read constant. In addition, the length of the period of the circuit 31 is chosen such that the portion along which the visual beam 15, 19 of the registration device 7 passes, mirrored or reflected on the surface during registration of the image registration sequence, can still be considered constant/error arising from For this, there is less than the required depth resolution.
Чем больше искривлена поверхность 10, тем быстрее нужно регистрировать изображения и тем больше нужно увеличить длину волны схемы 13. Однако оба условия необходимо соблюдать только для тех участков на поверхности 10, которые фактически подлежат контролю. В большинстве случаев они представляют собой конструктивно не содержащие дефекты участки поверхности и участки, в которых существуют плоские топографические дефекты с большой длиной волны. Более того, большинство поверхностей имеют очень небольшие, в основном очень отвесные топографические дефекты. Применительно к этим дефектам в большинстве случаев условия больше не могут быть соблюдены, причем в основном это относится уже к статическому случаю. Все, что можно сделать в этом случае, это обнаружить эти дефекты (обнаружить дефект), но их измерение (измерение топографии) больше не возможно.The more curved the surface 10 is, the faster the images need to be recorded and the more the wavelength of the circuit 13 needs to be increased. However, both conditions need to be met only for those areas on the surface 10 that are actually being monitored. In most cases, they represent structurally defect-free surface areas and areas in which flat topographic defects with a long wavelength exist. Moreover, most surfaces have very small, mostly very vertical, topographic defects. For these defects, in most cases the conditions can no longer be met, and this mainly applies to the static case. All that can be done in this case is to detect these defects (detect the defect), but measuring them (measuring the topography) is no longer possible.
Очень высокие частоты регистрации изображений необходимы для этого способа, чтобы достичь необходимого бокового разрешения для всей последовательности регистрации изображений. В свою очередь, это требует очень короткого времени воздействия, что, в свою очередь, требует очень яркого освещения.Very high image acquisition rates are required for this method to achieve the required lateral resolution for the entire image acquisition sequence. This in turn requires very short exposure times, which in turn requires very bright lighting.
Для способа фазовых сдвигов, используемого очень преимущественным образом в этом контексте, наиболее преимущественно, чтобы схема 13 (т.е. каждый из схем 130 освещения) имел синусоидальную кривую яркости. Этого обычно достигают, например, используя экраны или схемы, проецируемые на поверхность. Благодаря этому кривая синуса может быть представлена очень хорошим или идеальным образом. К сожалению, яркость, достигаемая при экономически оправданных затратах с этим освещением, часто является недостаточной, и возможная частота изображений ограничена так, что их можно использовать только в медленных процессах.For the phase shift method to be used very advantageously in this context, it is most advantageous for the circuit 13 (ie, each of the lighting circuits 130) to have a sinusoidal luminance curve. This is usually achieved, for example, by using screens or circuits projected onto a surface. Thanks to this, the sine curve can be represented in a very good or ideal way. Unfortunately, the brightness achievable at an economical cost with this lighting is often insufficient, and the possible image rates are limited so that they can only be used in slow processes.
При использовании светодиодной линии или светодиодной матрицы, где можно по отдельности управлять отдельными светодиодами или даже отдельными светодиодными модулями, которые состоят из нескольких одиночных светодиодов, можно реализовать как необходимую яркость, так и необходимую частоту переключения, синхронизированную с регистрацией изображений камерами. Или несколько линий могут быть объединены с образованием матрицы.By using an LED line or LED matrix, where individual LEDs or even individual LED modules that consist of several single LEDs can be controlled individually, both the required brightness and the required switching frequency can be realized, synchronized with the cameras' image acquisition. Or several lines can be combined to form a matrix.
В простейшей форме отдельные светодиоды/светодиодные модули можно только включать или выключать. Это означает, что может быть реализована только прямоугольная кривая яркости, которая является лишь грубым приближением к фактически необходимой кривой яркости. Этого уже достаточно для выполнения способа фазовых сдвигов, но точность ограничена. Принимая различные меры, можно достичь лучшего приближения к необходимой кривой. Чем больше сходство с синусоидальной кривой, тем выше точность. Осветительная линия/осветительная матрица могут быть модифицированы таким образом, чтобы также можно было настраивать промежуточные значения яркости для отдельных светодиодов. В зависимости от размера светодиодов или светодиодных модулей таким образом можно достичь хорошего приближения к синусоидальной кривой. Это возможно, например, благодаря тому, что отдельные светодиоды/светодиодные модули соединяют только время от времени на протяжении фактического времени воздействия. Однако этот способ является дорогостоящим, поскольку в этом случае требуется чрезвычайно быстрая управляющая электроника. Решение, предпочтительное согласно настоящему изобретению, обеспечивает размытость на камере схемы, подлежащей отображению. Это уже было описано и не будет повторяться в данном документе.In their simplest form, individual LEDs/LED modules can only be switched on or off. This means that only a rectangular luminance curve can be realized, which is only a rough approximation to the actual luminance curve required. This is already enough to perform the phase shift method, but the accuracy is limited. By taking various measures, a better approximation to the required curve can be achieved. The greater the similarity to a sine curve, the higher the accuracy. The light line/light matrix can be modified so that intermediate brightness values for individual LEDs can also be adjusted. Depending on the size of the LEDs or LED modules, a good approximation to the sinusoidal curve can be achieved in this way. This is possible, for example, because the individual LEDs/LED modules are only connected sporadically during the actual exposure time. However, this method is expensive because it requires extremely fast control electronics. A preferred solution according to the present invention causes the circuit to be displayed to be blurred on the camera. This has already been described and will not be repeated in this document.
Следует отметить, что в вышеприведенном описании термины «камера» и «устройство регистрации изображений» используются как синонимы. Все признаки и функции, раскрытые в отношении камеры, соответственно также применимы к устройству регистрации изображений и наоборот.It should be noted that in the above description, the terms “camera” and “image recording device” are used interchangeably. All features and functions disclosed in relation to the camera are accordingly also applicable to the image recording device and vice versa.
Перечень ссылочных обозначений:List of reference designations:
1 объект1 object
2 медная пленка2 copper film
3 пластиковая пленка3 plastic film
4 первый дефект4 first defect
5 второй дефект5 second defect
6 направление движения6 direction of movement
61 сдвиг61 shifts
7 устройство регистрации7 registration device
8 осветительное устройство8 lighting device
9 контрольное устройство9 control device
10 поверхность10 surface
11 регистрирующий датчик11 recording sensor
12 точка изображения12 point image
13 схема13 scheme
130 схема освещения130 lighting scheme
14 распределение яркости14 brightness distribution
15 визуальный луч15 visual beam
16 нормаль к поверхности16 normal to surface
17 зона отражения17 reflection zone
170 точка отражения170 reflection point
171 участок отсечки зон отражения отдельных изображений171 sections for cutting off reflection zones of individual images
18 участок схемыSection 18 of the scheme
181 участок отсечки участков схемы в отдельных изображениях181 cut-off sections of circuit sections in separate images
19 визуальные лучи19 visual rays
α угол отраженияα reflection angle
Claims (22)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020109945.2 | 2020-04-09 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2812804C1 true RU2812804C1 (en) | 2024-02-02 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5228042B2 (en) | Method and apparatus for optical inspection of the surface of an object | |
US7105848B2 (en) | Dual level out-of-focus light source for amplification of defects on a surface | |
US7382457B2 (en) | Illumination system for material inspection | |
US8125563B2 (en) | Camera chip, camera and method for image recording | |
CN105301865B (en) | Automatic focusing system | |
US20160334340A1 (en) | Method and device for the detection in particular of refracting defects | |
US8081840B2 (en) | Appliance for controlling transparent or reflective elements | |
JP2004184397A (en) | Method for inspecting defect in shape of band-like body and apparatus therefor | |
MX2014000972A (en) | Method and device for the reliable detection of material defects in transparent material. | |
US20230140278A1 (en) | Method and inspection device for optically inspecting a surface | |
JP2004279244A (en) | Pattern inspection device | |
CN109724982A (en) | Image generating method, video generation device and method is determined using its defect | |
US20180367722A1 (en) | Image acquisition device and image acquisition method | |
JP2011043504A (en) | Method and apparatus for optical inspection of surface of object | |
JP6584454B2 (en) | Image processing apparatus and method | |
RU2812804C1 (en) | Method and testing device for optical surface testing | |
JP2012063190A (en) | Surface unevenness detection apparatus and surface unevenness detection method | |
CN110402386A (en) | Cylinder surface examining device and cylinder surface inspecting method | |
KR101423276B1 (en) | Surface shape measuring equipment | |
JP2020091143A (en) | Surface defect inspection method and device of translucent member | |
JP2024035690A (en) | Measuring device, measuring method, and method for manufacturing article | |
JP2020060533A (en) | Optical evaluation device and optical evaluation method | |
JP4162131B2 (en) | Scanning head and visual inspection apparatus using the same | |
RU2284510C1 (en) | Method of testing wide article | |
JP2020091132A (en) | Surface defect inspection device of translucent member |