DE10063293A1

DE10063293A1 - Verfahren und Vorrichtung zur mehrkanaligen Inspektion von Oberflächen im Durchlauf

Info

Publication number: DE10063293A1
Application number: DE2000163293
Authority: DE
Inventors: Detlef Paul; Hannu Kauppinen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-07-04

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur mehrkanaligen Inspektion von Oberflächen im Durchlauf, bei dem nur eine farbtüchtige Kamera (Zeilenkamera oder Matrixkamera) verwendet wird, aber mindestens zwei Lichtquellen. Die Lichtquellen werden synchron zum Aufnahmetakt der Kamera abwechselnd geschaltet, wodurch simultan mindestens zwei Bilder aufgenommen werden, die paßgenau aufeinander bezogen sind. Je nach Ausgestaltung der Lichtquellen können die Bilder unterschiedliche Arten von Information über die Oberfläche enthalten; insbesondere Farbinformation bei Beleuchtung der Oberfläche mit weißem homogenen Licht, Information über den Höhenverlauf der Oberfläche bei Beleuchtung mit strukturiertem Licht (Lichtschnittverfahren) oder Information über die Transparenz der Oberfläche bei Beleuchtung im Durchlicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur automatischen Inspektion sich bewegender Oberflächen; insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung mehrkanaliger Information von Oberflächen mit Hilfe von nur einer Kamera, die Bilder mit einer von der Vorschubgeschwindigkeit der inspizierten Oberfläche gesteuerten Bildfrequenz erzeugt, und zumindest zwei Strahlungsquellen, die die Oberfläche abwechselnd be leuchten.

Die automatische Inspektion von Oberflächen ist im allge meinen eine "multisensorielle Aufgabe". Unter einer "multi sensoriellen" Anordnung versteht man zunächst eine Einrich tung, an der Sensoren unterschiedlicher Qualität beteiligt sind, z. B. bei der Fliesenprüfung eine Klanganalyse und ei ne Bildanalyse. Multisensoriell sind aber auch Meßanordnun gen mit mehreren Kameras, z. B. einer Kamera für Hellfeldbe leuchtung und einer zweiten für Dunkelfeldbeleuchtung.

Bei der automatischen Inspektion von Oberflächen möchte man z. B. Information über Farbe, Glanz und dreidimensionale Ei genschaften (Erhöhungen oder Vertiefungen) der Oberfläche ermitteln. Das ist mit einer einzigen Lichtquelle und einer einzelnen Kamera nicht möglich. Auch der Mensch muß bei sorgfältiger Inspektion einer Oberfläche aus verschiedenen Richtungen auf den Prüfling schauen, um alle Arten von Fehlstellen erkennen zu können. Dazu bewegt man normaler weise den Prüfling während der Betrachtung.

Mit technischen Mitteln löst man bei anspruchsvollen Prüf aufgaben (wie der Inspektion von Stahlband oder Fliesen) dieses Problem meist so, daß man mehrere (mindestens zwei) Prüfstationen einrichtet, z. B. eine erste mit Dunkelfeldbe leuchtung für die Beurteilung der Farbe des Prüflings und eine zweite zur Beurteilung des Glanzes oder des Höhenpro fils. Eine solche Prüfung ist z. B. in der EP 0 898 163 A beschrieben. Bei diesem Verfahren ist es nachteilig, daß die Bilder aus den verschieden Prüfstationen nicht exakt zueinander passen - sie werden mit verschiedenen Kameras an unterschiedlichen Stellen aufgenommen. Eine direkte Zuord nung der Information aus den verschiedenen Bildern im klei nen (auf Bildpunktebene) ist damit nicht möglich. Das wäre aber z. B. zur Klassifikation von kleinen Fehlstellen sehr vorteilhaft.

Systeme zur automatischen Inspektion von Oberflächen sind bekannt und werden in industriellen Anwendungen verwendet, wie z. B. bei der Inspektion von Stahl- und Holzoberflächen oder von Fliesen. Solche Produkte werden typischerweise bei hohen Geschwindigkeiten in einem kontinuierlichen Prozeß hergestellt und müssen im Durchlauf geprüft werden. Die zu untersuchenden Eigenschaften der Oberfläche beziehen sich normalerweise auf Farbe, Textur, Glanz und die dreidimen sionalen Abmessungen. In der Vergangenheit wurde die Mes sung der Farbe und die Erfassung der dreidimensionalen In formation mittels getrennter Meßgeräte an unterschiedlichen Orten durchgeführt. Aufgrund dieser Vorgehensweise ist die genaue Zuordnung z. B. von Farbinformation und dreidimensio naler Information schwierig. Die genaue Zuordnung ist aber zur verbesserten Analyse der untersuchten Produkte vorteil haft und wünschenswert.

Im Stand der Technik werden zur Inspektion bewegter Ober flächen bevorzugt Zeilenkameras verwendet. Im Vergleich zu Matrixkameras bieten Zeilenkameras folgende Vorteile:

- einfache Einrichtungen für eine homogene Ausleuchtung der Meßlinie,
- unproblematische Bewältigung veränderlicher Vorschub geschwindigkeiten, und
- flexible Anpassung der Bildformate an die Geometrie des Prüflings (Stückgut oder Bahnenware).

Die derzeit bekannten farbtüchtigen Zeilenkameras haben ty pischerweise eine Länge von ca. 2000 Bildpunkten bei Zei lenraten von bis zu 10.000 Zeilen pro Sekunde. Mit solchen Kameras lassen sich nach dem Stand der Technik Farbbilder hoher Qualität von bewegten Oberflächen gewinnen. Ebenso Stand der Technik ist die Erfassung des Höhenprofils von Oberflächen mit strukturiertem Licht. Information über Far be und Höhenprofil jedoch so zu gewinnen, daß diese paßge nau übereinstimmen, ist nicht üblich. Insbesondere nicht für die Inspektion von Oberflächen im Durchlauf.

In der WO 99/58930 A wird ein Gerät beschrieben, welches auf Triangulation mit strukturiertem Licht basiert und auch Farbinformationen über das Objekts bereitstellt. Das Objekt wird aus derselben Richtung abwechselnd sowohl mit struktu riertem Licht als auch mit homogenem weißen Licht beleuch tet. Um eine dreidimensionale Messung durchzuführen, werden bis zu vier Bilder mit einer Matrix-Kamera aufgenommen. Das Verfahren ist insbesondere zur Vermessung von dreidimensionalen Objekten gedacht, wie z. B. von Menschen oder Tieren. Für die automatische Inspektion von (im wesentlichen ebe nen) Oberflächen im Durchlauf ist es wenig geeignet.

M. Gökstorp und K. Gunnarsson beschreiben in ihrem Artikel "CMOS Sensors: Smart Sensors yield fast and robust machine vision" in Laser Focus World, USA PennWell Publishing 36: 101-103, Nr. 2, Februar 2000 eine Anwendung einer 512 × 512 Pixel CMOS Matrixkamera, bei der Farb- und Höheninformatio nen gleichzeitig aufgenommen werden. Der Sensor enthält Verarbeitungsschaltungen, mit denen sich Reihen des Sensors getrennt adressieren und verarbeiten lassen. Bestimmte Zei len des Matrixsensors dienen der Erfassung von Farbinforma tion vom Prüfling. Weitere Zeilen des Matrixsensors werden zum Erfassen eines Laserprofils verwendet, welches zur Hö henmessung herangezogen wird. Die Farb- und Höhenmessungen werden von unterschiedlichen Orten des Objekts erhalten. Eine unmittelbare Passung der beiden Arten von Information ist nicht gegeben.

DE 196 04 076 A1 beschreibt die Gewinnung von Information über die Farbe einer Oberfläche (Holz), das Höhenprofil und die Dichte des Materials (über den Tracheideneffekt). Hier bei wird die Oberfläche durch einen Laserscanner mit tele zentrischem Strahlengang beleuchtet. Durch Kombination von Lasern verschiedener Wellenlänge kann man einen mehrfarbi gen (z. B. auch weißen) Lichtpunkt erzeugen. Durch Beobach tung der beleuchteten Oberflächenelemente über den Strah lengang der Beleuchtung (mit mehreren Fotosensoren) gewinnt man ein Farbbild der Oberfläche. Durch Beobachtung der be leuchteten Oberflächenelemente über einen zweiten Strahlen gang, der gegenüber dem ersten Strahlengang geneigt ist, gewinnt man simultan die Information über das Höhenprofil der Oberfläche (Triangulationsverfahren).

Nachteilig ist hierbei, daß der Meßaufbau eine Reihe von optischen und mechanischen Sonderkomponenten enthält (Poly gonspiegel, Parabolspiegel, Verlaufsfilter, . . .). Dement sprechend läßt sich die Meßapparatur schlecht auf verschie dene Anwendungen anpassen (z. B. auf unterschiedliche In spektionsbreite oder unterschiedliche Winkelverhältnisse für die Triangulation). Außerdem läßt sich die Meßapparatur kaum um weiter "Informationskanäle" erweitern, insbesondere nicht um einen Durchlichtkanal.

Ausgehend von dem oben beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur automatischen multisensoriellen Inspektion von Oberflächen zu schaffen, wobei die aus den verschiedenen Sensorkanälen gewonnene Information (z. B. über Farbe und Höhenprofil der Oberfläche) paßgenau aufeinander bezogen ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung nach Anspruch 12, und durch ein Ver fahren nach Anspruch 24 gelöst.

Die vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zur auto matischen Inspektion sich bewegender Oberflächen (118) un ter Verwendung einer Bilderfassungseinrichtung (106), die Bilder mit einer durch den Vorschub des Prüflings bestimm ten oder einer gegebenen Bilderzeugungsfrequenz erzeugt, und zumindest zwei Strahlungsquellen (102, 104), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Bestrahlen der Oberfläche (118) mit einer Strahlung von einer ersten Strahlungsquelle (102), die bezüglich der Oberfläche (118) in einer ersten geometrischen Ausrich tung angeordnet ist, wobei die Strahlung eine erste Charakteristik aufweist;
- Erfassen eines ersten Bildes von der Oberfläche (118);
- Bestrahlen der Oberfläche (118) mit einer Strahlung von einer zweiten Strahlungsquelle (104), die bezüglich der Oberfläche (118) in einer zweiten geometrischen Aus richtung angeordnet ist, wobei die Strahlung eine zwei te Charakteristik aufweist;
- Erfassen eines zweiten Bildes von der Oberfläche (118); und
- Bestimmen von Eigenschaften der Oberfläche (118) basie rend auf Informationen aus dem ersten Bild und aus dem zweiten Bild;
- wobei die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) derart angesteuert werden, daß dieselben mit der Bilderzeugungsfrequenz der Bilderfas sungseinrichtung (106) synchronisiert sind, so daß die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strahlungs quelle (104) abwechselnd die Oberfläche (118) bestrah len.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur au tomatischen Untersuchung sich bewegender Oberflächen, mit:

- einer ersten Strahlungsquelle (102), die Strahlung mit einer ersten Charakteristik auf die Oberfläche (118) strahlt und die in einer ersten geometrischen Anordnung bezüglich der Oberfläche (118) angeordnet ist;
- einer zweiten Strahlungsquelle (104), die eine Strah lung mit einer zweiten Charakteristik auf die Oberflä che (118) strahlt und die in einer zweiten geometri schen Ausrichtung bezüglich der Oberfläche angeordnet ist;
- einer Bilderfassungseinrichtung (106), die Bilder der Oberfläche (118) mit einer gegebenen Bilderfassungsfre quenz erzeugt;
- einer Steuerungseinheit (108), die wirksam mit der er sten Strahlungsquelle (102), der zweiten Strahlungs quelle (104) und der Bilderfassungseinrichtung (106) verbunden ist, und die die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) mit der Bilder zeugungsfrequenz der Bilderzeugungseinrichtung (106) derart synchronisiert, daß die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) die Ober fläche (118) abwechselnd bestrahlen, um abwechselnd ein Bild der Oberfläche (118) basierend auf der Bestrahlung durch die erste Strahlungsquelle (102) und ein Bild der Oberfläche (118) basierend auf der Bestrahlung durch die zweite Bestrahlungsquelle (104) zu erzeugen; und
- einer Auswertungseinrichtung, die basierend auf Infor mationen der abwechselnd erzeugten Oberflächeneigen schaften der Oberfläche (118) bestimmt.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur multisensoriellen Inspektion sich bewegender Oberflächen mit einer mehrkanaligen Sensoreinrichtung, die Bilder von der Oberfläche erzeugt, wobei jedes der erzeugten Bilder Informationen über die Oberfläche in zumindest einem Kanal der mehrkanaligen Sensoreinrichtung bereitstellt, wobei die mehrkanalige Sensoreinrichtung zumindest zwei Bilder bei unterschiedlichen Bestrahlungsbedingungen erzeugt, wobei die mehrkanalige Sensoreinrichtung die Bilder synchron mit einem Bilderzeugungstakt abwechselnd erzeugt.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die mehrkanalige Sensor einrichtung eine einzelne farbtüchtigen Kamera ist, und die Oberfläche wird durch mindestens zwei Beleuchtungseinrich tungen zur Erzeugung mehrkanaliger Bilder von der Oberflä che beleuchtet, wobei die Lichtquellen im Zeitmultiplex be trieben und synchron mit dem Aufnahmetakt der Kamera ab wechselnd geschaltet werden, wobei die Lichtquellen zusätz lich durch ihre Farbe (R, G, B) unterschieden werden können und die Zahl der unterscheidbaren Sensorkanäle damit dem Produkt aus der Zahl der Zeitschlitze und der Zahl der Farbauszüge besteht, wobei jedem Sensorkanal eine Kombina tion aus der Kamera und einer Lichtquelle entspricht und wobei durch Ausgestaltung und geometrische Anordnung der Lichtquellen in den verschiedenen Sensorkanälen Information unterschiedlicher Art über die Oberfläche erfaßt werden kann, wobei die Information aus den verschiedenen Sensorka nälen paßgenau aufeinander bezogen ist.

Ziel der vorliegenden Anmeldung ist die Gewinnung multisen sorieller Information von Oberflächen (insbesondere Farbe und Höhenprofil) derart, daß auch im kleinen (auf Bild punktebene) eine exakte Zuordnung der Detailinformation (insbesondere von Höhenmessungen und Farbbild) möglich ist. Die Meßapparatur soll einfach zu realisieren sein und damit gegenüber dem Stand der Technik (Anordnungen mit mehreren Kameras) nicht nur technische, sondern auch wirtschaftliche Vorteile bieten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vorzugsweise nur eine einzige (farbtüchtige) Kamera verwendet wird, aber mehrere Beleuchtungseinrichtungen. Mit jeder Kombination Kamera/Beleuchtung wird ein anderer Sensor (Sensorkanal) realisiert, z. B. ein erster Sensor für die Aufnahme eines Farbbildes mit weißer diffuser Beleuchtung und ein zweiter Sensor für die Gewinnung von Höheninformation mit Hilfe von strukturiertem Licht. Die Beleuchtungseinrichtungen werden synchron zur Bildaufnahmefrequenz der Zeilenkamera (z. B. 10 kHz) abwechselnd geschaltet. Man betreibt die "Sensoren" also im Zeitmultiplex.

Die verwendete farbtüchtige Zeilenkamera ist bei genauerem Hinsehen ein dreikanaliger Sensor. Sie liefert simultan drei getrennte Bilder, den Rotauszug, den Grünauszug und den Blauauszug des Farbbildes. Die im Zeitmultiplex betrie bene Farbkamera mit mehreren Beleuchtungseinrichtungen kann man deshalb auch als sechskanaligen Bildsensor verstehen - per Zeitmultiplex wird die Kamera doppelt genutzt (zwei Zeitschlitze), wobei in jedem Zeitschlitz drei Kanäle (R, G, B) zur Verfügung stehen. Erweiterbar ist das natürlich auch auf mehr als zwei Zeitschlitze.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung ist der bildgebende Sensor eine Zeilenkamera oder eine Matrixkamera, und die erste Strahlungsquelle ist eine Lichtquelle, welche homogenes weißes Licht erzeugt.

Die zweite Strahlungsquelle ist eine Lichtquelle, welche strukturiertes einfarbiges Licht erzeugt, z. B. der Farbe rot.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden durch die Kamera im Zeitmultiplex simultan zwei Bilder erzeugt: ein erstes Bild aufgrund der Beleuchtung mit homogenem weißen Licht, das die Information über die Farbe der Oberfläche enthält und ein zweites Bild aufgrund der Beleuchtung mit strukturier tem (roten) Licht, das die Höheninformation enthält. Die beiden Lichtquellen werden synchron mit der Zeilenfrequenz der Kamera abwechselnd geblitzt. Damit sind die beiden Bil der in Zeilenrichtung paßgenau aufeinander bezogen, in Vor schubrichtung aber um einen Zeilenabstand gegeneinander versetzt. Dieser Versatz in Vorschubrichtung stört im all gemeinen nicht. Für den Fall, daß eine nochmals verbesserte Paßgenauigkeit in Vorschubrichtung erwünscht ist, läßt sie sich durch Interpolation zwischen den Zeilen eines der bei den Bilder erreichen. Damit erhält man durch das erfin dungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei paßgenau aufeinander bezogene Bilder von der Oberflä che, in denen exakt zugeordnete Information über Farbe und Höhe der Oberflächenelemente enthalten ist. Als Gewinn ge genüber dem Stand der Technik wird dadurch eine zuverlässi gere Analyse der Oberflächeneigenschaften möglich.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung besteht der erfindungsgemäße Ansatz darin, eine einzelne Zeilenkamera und zumindest zwei gepulste Lichtquellen zu verwenden, um mehrere Informationskanäle aufzunehmen, wie z. B. Farb- und Höheninformationen. Die Lichtquellen werden synchron mit der Zeilenfrequenz der Zeilenkamera gepulst.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß diese es ermöglicht, unterschiedliche Informationsmodalitä ten bezüglich der zu untersuchenden Oberfläche mit nur ei ner einzelnen Kamera zu erhalten. Ein weiterer Vorteil be steht darin, daß diese Informationen, die durch unter schiedliche Beleuchtungskanäle erhalten wurden, paßgenau aufeinander bezogen sind, Wiederum ein weiterer Vorteil be steht darin, daß die erfindungsgemäße Lösung für die In spektion von Oberflächen im Durchlauf geeignet ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur Standardkomponenten (wie Kameras und LED-Lampen) und keine beweglichen Teile für die Implementierung des Verfahrens erforderlich sind.

Im Falle der vorliegenden Anmeldung sei unter "Sensor" nicht der bildgebende Sensor im engeren Sinne (die Kamera) allein, sondern die Kombination Kamera/Beleuchtung verstan den. Bei Bildern von einer Farbkamera spricht man i. a. von "dreikanaligen" Bildern (R, G, B), allgemein von mehrkana ligen Bildern. Ein bekanntes Beispiel sind die multispek tralen Bilder von Satelliten.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen be vorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrich tung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 1B eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine Darstellung des Bildzeileninhalts einer Zeilenkamera,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Bildzeilenin halts einer Zeilenkamera beim Ausführungsbeispiel aus Fig. 1,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Vorrichtung,

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Vorrichtung, und

Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, welches in seiner Ge samtheit mit dem Bezugszeichen 100 versehen ist.

Die Vorrichtung 100 umfaßt eine erste Lichtquelle 102, eine zweite Lichtquelle 104 sowie eine Farbzeilenkamera 106. Ferner ist eine Verarbeitungseinheit 108 vorgesehen, die einen Prozessor 110, eine Steuerungseinheit 112 sowie eine Rahmenausleseeinheit 114 umfaßt.

Die erste Lichtquelle 102 beleuchtet eine Untersuchungsli nie 116 einer Oberfläche 118, die sich in Richtung des Pfeils 120 bewegt. Ein Weggeber 122 ist vorgesehen, um ein Positionssignal entsprechend der Position der sich bewegenden Oberfläche auszugeben. Wie schematisch bei 124 gezeigt, ist die Oberfläche 118 dreidimensional gekrümmt.

Die erste Lichtquelle 102 und die zweite Lichtquelle 104 sind über eine Steuerungsleitung 126 mit der Steuerungsein heit 112 der Verarbeitungseinheit 108 verbunden. Die Steue rungseinheit 112 erfaßt ferner das Ausgangssignal des Weg gebers 122, mit dem diese über eine Leitung 128 verbunden ist. Ferner ist die Steuerungseinheit 112 mit der Rahmen ausleseeinrichtung 114 verbunden, die ihrerseits über die mit R, G und B bezeichneten Verbindungsleitungen mit der Kamera 106 verbunden ist. Die Rahmenausleseeinheit 114 liest, unter der Steuerung des Prozessors 110 die drei Rah men aus, die für jeden Bilderzeugungstakt durch die Kamera für das rote, grüne und blaue Videosignal erzeugt werden.

Wie durch die von der Kamera 106 ausgehenden, gestrichelten Linien dargestellt ist, erzeugt diese ein Bild der Untersu chungslinie 116 von der inspizierten Oberfläche 118.

Die erste Lichtquelle 102 ist derart angeordnet, daß diese im wesentlichen diffuses Licht auf die Untersuchungslinie 116 abstrahlt. Die zweite Lichtquelle 104 strahlt gerichte tes, strukturiertes Licht unter einem Winkel bezüglich der Oberfläche auf die Untersuchungslinie 116 ab. Der Lichtfä cher der Lichtquelle 104 und der Aufnahmefächer der Zeilen kamera 106 liegen in derselben Ebene.

Fig. 1A stellt eine allgemeine Übersicht über die erfin dungsgemäße Vorrichtung dar. Die wichtigsten Komponenten sind bei diesem Ausführungsbeispiel die farbtüchtige Zei lenkamera 106 mit den drei Farbkanälen R, G, B; zwei oder mehr Lichtquellen 102, 104, die in gepulster Art betrieben werden, um unterschiedliche Modalitäten der untersuchten Oberfläche oder des untersuchten Objekts zu messen, und die Steuerungseinheit 112, die die zeilenweise Bildaufnahme mit der gepulsten Ansteuerung der Lichtquellen 102 und 104 syn chronisiert.

Die Zeilenkamera 106 ist derart angeordnet, daß diese die Untersuchungslinie 116 "sieht", welche sich senkrecht zur Richtung 120 der Bewegung des Objekts erstreckt. Aufgrund der Ansteuerung 112 wird die Untersuchungslinie 116 wech selweise durch zwei oder mehrere Lichtquellen in einem Zy klus von zwei oder mehr Zeitschlitzen beleuchtet.

Der Zyklus der Zeitschlitze und die damit verbundene Tak tung der Beleuchtung wird, ebenso wie die Auslesung der Ka mera 106, durch die Steuerungseinheit 112 gesteuert, entwe der gemäß der Bewegungsinformation vom Weggeber 122, oder gemäß einer konstanten Rate. Die Rahmenausleseeinrichtung 114, die mit der Steuerungseinheit und mit der Kamera syn chronisiert ist, überträgt die Daten des erfaßten Zeilen bildes an den Prozessor 110.

Die Zahl der Zeitschlitze ist nicht auf zwei begrenzt, son dern richtet sich nach der Zahl der für die jeweilige Meß aufgabe notwendigen Sensorkanäle. Ein Bild kann bis zu drei Farbkanäle umfassen, so daß ein Satz von bis zu drei farb kodierten Beleuchtungssystemen verwendet werden kann, um innerhalb eines Zeitschlitzes unterschiedliche Modalitäten der Oberfläche zu erfassen. Mit einem Farbbild (Farbauszüge R, G, B) ist dabei ein Zeitschlitz voll belegt.

Ein entscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung be steht darin, daß die Information aus den unterschiedlichen Sensorkanälen paßgenau aufeinander bezogen ist. Anhand der Fig. 1B wird diese Eigenschaft für zwei Beleuchtungssätze kurz erläutert. In Fig. 1B sind in der linken Hälfte bei spielhaft zwei Bilder 200 und 202 dargestellt, welche durch die Kamera 106 in Fig. 1A in einem ersten Zeitschlitz bzw. in einem zweiten Zeitschlitz aufgenommen wurden. Nachdem bei dem gezeigten Beispiel nur zwei Beleuchtungssätze vor handen waren, umfaßt der Zyklus bei diesem Beispiel ledig lich zwei Bilder. Beispielhaft ist in Fig. 1B in jedem der Bilder ein schwarzer Fleck auf der Oberfläche gezeigt (Be zugszeichen 204). Derselbe Fleck ist auch im zweiten Bild 202 vorhanden, jedoch ist dieser gegenüber dem ersten Bild - aufgrund der Weiterbewegung der Oberfläche - leicht ver setzt, so daß er mit dem Bezugszeichen 204' versehen ist. Dieser Versatz zwischen den beiden Bildern ist in der rech ten Seite der Figur iß bei dem Bezugszeichen 206 darge stellt. Er entspricht einem Zeilenabstand. Bei typischen Anwendungsdaten mit einer Zeilenfrequenz von 10 kHz und ei ner Transportgeschwindigkeit des Prüflings von 3 m/s beträgt der Versatz also 0.3 mm. Falls die Aufgabe es erfordert, läßt sich der Versatz zwischen den beiden Bildern noch aus gleichen, indem man in einem der beiden Bilder zwischen den Zeilen interpoliert.

Für das erste Bild 200 werden erste Informationen bezüglich des Fehlers 204 aufgrund der gewählten Aufnahmemodalität erhalten. Aufgrund der zweiten Aufnahmemodalität werden weitere Informationen bezüglich des Fehlers 204' im zweiten Bild 202 erhalten. Wegen der exakten Passung beider Bilder kann man die beiden Informationsquellen nutzen, um sich wechselseitig zu ergänzen. Dieser neuartige, durch die vor liegende Erfindung gelehrte Ansatz ermöglicht die verbes serte Analyse der Oberflächeneigenschaften.

Als Beispiel dafür sei ein Fall betrachtet, bei dem die zu untersuchende Oberfläche eine unerwünschte Erhöhung auf weist. Diese Erhöhung erscheint im ersten Bild 200 als Fleck, was jedoch noch keine sichere Entscheidung darüber zuläßt, was für eine Art von Störung auf der Oberfläche vorliegt. Es kann sich hierbei aufgrund der Aussage bezüg lich des Bildes 200 um eine Verschmutzung, einen Einschluß von Fremdpartikeln oder ähnliches handeln. Erst die Infor mation des zweiten Bildes 202, beispielsweise zur Gewinnung von höhenrelevanten Informationen, ergibt aufgrund der ge nauen Passung der beiden Bilder, daß der im ersten Bild er kannte Fehler eine unerwünschte Überhöhung in der Oberflä che darstellt. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung gesicherte Aussagen über bestimmte Fehler zuverlässig zu treffen.

In Fig. 2 ist ein Beispiel des Inhalts der Bildzeilen einer Zeilenkamera dargestellt, die mit zwei Zeitschlitzen be trieben wird. Von links nach rechts in Fig. 2 sind die Pi xelspalten aufgeführt und von oben nach unten sind die Zei len aufgeführt, wie dies durch die Begriffe "Pixelspalten" und "Zeilenindex" verdeutlicht ist. Bei diesem Beispiel enthält jeder Zeitschlitz alle Informationen, die aus der Kamera in Fig. 1A ausgelesen werden können: jeder Zeit schlitz enthält Information aus dem roten, grünen und blau en Kanal.

Wie aus der obigen Erläuterung der vorliegenden Erfindung deutlich wird, liegen die Informationen der unterschiedli chen Meßmodalitäten in den Zeitschlitzen sowohl im Zeitmul tiplex als auch farbkodiert über die Farbkanäle der Kamera vor.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 1 und der Fig. 3 ein Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Höhen- und Farbmessung näher erläutert. Der Meßaufbau aus Fig. 1 kann verwendet werden, um Höhen- und Farbmessungen unter Verwen dung von zwei Zeitschlitzen durchzuführen. Während des er sten Zeitschlitzes wird mittels der zweiten Lichtquelle 104, welche z. B. ein Projektor für strukturiertes Licht auf der Grundlage eines roten Diodenlasers ist, die Ober fläche 118 mit einem Linienmuster unter einem Winkel be strahlt. Die Kamera 106 erfaßt im roten Kanal eine Bildzei le, die Information über das Linienmuster enthält. Bei die sem Beispiel bleiben der grüne und blaue Farbkanal unbe nutzt. Während eines zweiten Zeitschlitzes wird mittels der ersten Lichtquelle 102, welche bei diesem Ausführungsbei spiel eine homogene weiße Lichtquelle ist, die Oberfläche 118 mit diffusem Licht beleuchtet, um ein Farbbild auf dem roten Kanal, dem grünen Kanal und dem blauen Kanal zu er halten. In Fig. 3 ist die Kamerazeilenreihenfolge, die sich aus dieser Anordnung ergibt, dargestellt. Ähnlich wie in Fig. 2 sind dort von links nach rechts die Pixelspalten und von oben nach unten die Zeilen des Bildes gezeigt. Wie zu erkennen ist, enthält der Zeitschlitz 1 lediglich Informa tionen, die auf dem roten Kanal basieren, und der Zeit schlitz 2 enthält die RGB-Farbinformation.

Die homogene Beleuchtung besteht aus einer oder mehreren Lichtquellen, die mit der Zeilenfrequenz der Zeilenkamera gepulst werden können. Die Eigenschaften der Beleuchtungs einrichtung, wie Farbe und Geometrie, hängen von der Anwen dung ab. Bei Anwendungen, welche eine Farbanalyse verwen den, wird typischerweise eine Beleuchtung mit weißem Licht bevorzugt. Der Projektor für strukturiertes Licht (Lichtquelle 104) ist in der Ebene angeordnet, die durch die op tische Achse der Kamera 106 und durch die Untersuchungsli nie 116 aufgespannt ist. Die Entfernung und der Beleuch tungswinkel des Projektors wird gemäß der erwünschten Auf lösung und dem erwünschten Bereich der Höhenmessung sowie gemäß dem Öffnungswinkel und der Größe der Elemente des projizierten Musters eingestellt.

Ein Laserdiodenmodul mit einer Projektionsoptik wird als Projektor für strukturiertes Licht bevorzugt. Als Projekti onsoptik wird eine Beugungsoptik für mehrere Zeilen bevor zugt, welche eine Anzahl von parallelen kurzen Linien pro jiziert. Die kurzen projizierten Linien und die Untersu chungslinie der Kamera stehen senkrecht zueinander und schneiden einander. Die Kamera "sieht" die Schnittpunkte als Intensitätsspitzen. Die Positionen der Intensitätsspit zen enthalten die Höheninformationen (Lichtschnittverfah ren). Die Abhängigkeit der Höheninformation von der Positi on der Spitzen wird durch eine Kalibrierung auf ein Objekt bestimmt, welches eine bekannte dreidimensionale Form auf weist, z. B. eine geneigte flache Platte.

Ein bekanntes Problem bei der Verwendung des Lichtschnitt verfahrens mit Hilfe von strukturiertem Licht ist das Kor respondenzproblem, welches ein Problem der Identifizierung der einzelnen Elemente des projizierten strukturierten Mu sters ist. Eine gut eingeführte Lösung, um dieses Problem zu lösen, besteht darin, einen begrenzten Meßbereich zu ha ben, so daß jedes Element der strukturierten Beleuchtung innerhalb eines definierten Rahmens gefunden werden kann, der für jedes Element definiert ist. In der Praxis wird ein Bereich, der durch einen minimalen und einen maximalen Ko ordinatenwert definiert ist, für jedes Element bestimmt.

Der Koordinatenbereich sollte nicht mit einem benachbarten Bereich überlappen, um Zweideutigkeiten zu vermeiden.

Obwohl damit der Bereich der Höhenmessung beschränkt ist, kann dieser Bereich leicht verschoben werden, z. B. basie rend auf einer groben Höhenabschätzung, die aufgrund von Vorwissen über die Form der zu untersuchenden Oberfläche erhalten wird, oder aufgrund einer anderen strukturierten Lichtquelle, welche einen größeren Meßbereich bereitstellt, jedoch mit niedrigerer Höhenauflösung. Diese Ansätze sind aufgrund des erfindungsgemäßen Einsatzes, der die Zeitmul tiplex- und die Farbkodierungseigenschaften verwendet, leicht zu implementieren.

Nachdem die vorliegende Erfindung exakt registrierte Farb- und Höheninformation bereitstellt, kann die Farbinformation verwendet werden, um die Position des untersuchten Objektes in der Bildzeile zu bestimmen. Auf der Grundlage von Vor wissen über den Höhenverlauf des Objektes läßt sich diese Information zur Abschätzung der Höhe des Objektes nutzen. Dieser Ansatz schafft eine hohe Meßgenauigkeit über einen breiten Meßbereich.

Eine Erweiterung des Meßbereichs kann auch mit zwei im Zeitmultiplex betriebenen oder farbkodierten Beleuchtungen für strukturiertes Licht implementiert werden. Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt, welche die erfindungsgemä ße Vorrichtung gemäß diesem weiteren Ausführungsbeispiel darstellt. Ähnliche Elemente, die bereits anhand von Fig. 1 beschrieben wurden, weisen dieselben Bezugszeichen auf. Ge genüber dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1A umfaßt das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eine weitere, drit te Lichtquelle 130, die unter einem weiteren Winkel die Untersuchungslinie 116 bestrahlt. Der dritte Winkel unter scheidet sich von dem Winkel, unter dem die Lichtquelle 104 abstrahlt. Der erste Projektor 104 schafft eine Höhenmes sung mit einem großen Meßbereich, jedoch einer groben Auf lösung. Der zweite Projektor 130 schafft eine verbesserte Auflösung, jedoch einen geringeren Meßbereich. Die Höhen- Informationen der ersten Messung können verwendet werden, um den Meßbereich der zweiten Messung zu verschieben.

Die örtliche Dichte der Elemente des strukturierten Lichtes beschränkt den Bereich der Höhenmessung. Wenn eine höhere Dichte erwünscht ist, verringert sich der Meßbereich. Eine Lösung, um die Dichte zu erhöhen und gleichzeitig den Meß bereich beizubehalten, ist eine Anordnung mit zwei im Zeit multiplex betriebenen oder farbcodierten Quellen für struk turiertes Licht an fast dem gleichen Ort, so daß die beiden projizierten Muster ineinander verschachtelt sind. Fig. 5 zeigt eine solche Anordnung, bei der, ähnlich wie in Fig. 4, bereits anhand der Fig. 1A beschriebene Elemente die gleichen Bezugszeichen aufweisen. In Fig. 5 ist zusätzlich zu der ersten Lichtquelle 104 aus Fig. 1 eine dritte Licht quelle 104' vorgesehen, wobei das Muster von der Lichtquel le 104 und das Muster von der Lichtquelle 104' auf der Meß linie 116 um eine halbe Periode der projizierten Struktur gegeneinander versetzt sind. Damit verdoppelt man die Zahl der Strukturelemente auf der Meßlinie und erhöht so die örtliche Auflösung der Meßwerte für die Höhenmessung.

Ein weiteres Problem beim Lichtschnittverfahren mit struk turiertem Licht ist der Schattenwurf. Wenn die Neigung der beobachteten Oberfläche nahe dem Winkel der verwendeten strukturierten Beleuchtung ist oder diesen überschreitet, erhält man nur noch spärliche Meßpunkte auf der geneigten Fläche oder es kommt sogar zur Schattenbildung, wodurch Hö henmeßwerte völlig fehlen. Ein symmetrischer Aufbau von zwei im Zeitmultiplex betriebenen oder farbkodierten Pro jektoren für strukturiertes Licht kann verwendet werden, um dieses Schattenwurfproblem zu vermeiden. Fig. 6 zeigt eine solche Anordnung, in der wiederum Elemente, die bereits an hand der Fig. 1 beschrieben wurden, die gleichen Bezugszei chen aufweisen. Zusätzlich zu der zweiten Lichtquelle 104 ist eine weitere Lichtquelle 132 vorgesehen, die die Unter suchungslinie 116 beleuchtet. Die Lichtquellen 104 und 132 sind symmetrisch bezüglich der optischen Achse der Kamera 106 angeordnet.

Abhängig von der Geometrie, der Kameraauflösung und der Breite der projizierten Linien des strukturierten Lichtes können die Spitzen, die von einem projizierten Musterele ment beobachtet werden, eine Breite von mehreren Pixeln in dem Kamerasensor haben. Spitzen, die von einer homogen dif fusen Oberfläche reflektiert werden, haben die Form einer Gauß-Verteilung. Die Position der Spitzen kann unter Ver wendung dieser Annahme mit einer Sub-Pixel-Genauigkeit ab geschätzt werden, wodurch die Genauigkeit der Höhenmessung verbessert wird. Wenn die Oberfläche keine homogene Reflek tivität an dem Ort der Schnittstelle hat, ist die Gauß-Form gestört und die Abschätzung der Position auf Grundlage der Gauß-Form ist nicht genau.

Nachdem die Farb- und Höheninformationen paßgenau zugeord net sind, können die Farbinformationen, die z. B. von vor hergehenden oder folgenden Farbbildzeilen erhalten wurden, im Prinzip zur Korrektur dieser Abschätzung verwendet wer den. Da aber die Beleuchtungswinkel der homogenen Licht quelle und der strukturierten Lichtquelle unterschiedlich sind, kann infolge von schwankenden Glanzeigenschaften der Oberfläche eine unterschiedliche Rückstreuung des Lichts von diesen Quellen erfolgen, und eine Korrektur der Spit zenform erscheint unzuverlässig. Daher besteht die bevor zugte Ausführung zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Höhenmessung darin, die Farbinformation zu verwenden, um solche Höhenmessungen als unzuverlässig zu kennzeichnen, die an einem Ort mit einem hohen Gradienten an Reflektivi tät durchgeführt wurden.

In den oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispie len der vorliegenden Erfindung, wurde als Bilderfassungs einrichtung eine Zeilenkamera verwendet, die Bildzeilen synchron mit dem vom Weggeber erfaßten Vorschub der Ober fläche oder mit einer gegebenen Zeilenfrequenz erzeugt. Die Synchronisation der gepulsten ersten und zweiten Strah lungsquellen ist derart, daß diese mit der Zeilenfrequenz der Zeilenkamera synchron sind, so daß die Strahlungsquel len abwechselnd gepulst werden.

Anstelle der beschriebenen Ausführungsbeispiele, die eine Zeilenkamera verwenden, kann die Bilderfassungseinrichtung durch eine Matrixkamera realisiert sein, die Bilder syn chron mit dem vom Weggeber erfaßten Vorschub der Oberfläche oder mit einer gegebenen Frequenz erzeugt. Auch hier ist die erste Strahlungsquelle und die zweite Strahlungsquelle mit dem Bildwechsel der Matrixkamera synchronisiert, um ei ne abwechselnde gepulste Ansteuerung dieser Quellen zu er möglichen.

Die obigen Ausführungsbeispiele wurden alle anhand von Lichtquellen als Strahlungsquellen beschrieben, welche sichtbares Licht als Strahlung erzeugen. Neben dem sichtbaren Licht sind auch andere Strahlungstypen zur Untersuchung von Oberflächen und deren Charakteristika einsetzbar, so daß abhängig von den zu untersuchenden Oberflächen und der anzuwendenden Aufnahmemodalität, z. B. Durchlicht, auch an dere Strahlungen als sichtbares Licht zum Einsatz kommen können, z. B. Infrarot-Strahlung.

Ferner wurden die obigen Ausführungsbeispiele anhand einer Konfiguration beschrieben, bei der im ersten Zeitschlitz alle drei Kanäle der Zeilenkamera verwendet werden, und im zweiten Zeitschlitz nur ein Kanal, im Regelfall der Rot- Kanal. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Anwendung beschränkt. Bei Nutzung von zwei Zeit schlitzen und einer farbtüchtigen Kamera mit den 3 Kanälen R, G und B stehen insgesamt sechs "Sensorkanäle" zur Verfü gung, die man je nach Anwendung unterschiedlich belegen kann. Denkbar wäre also eine Anordnung mit sechs getrennten Beleuchtungseinrichtungen (zwei roten, zwei grünen und zwei blauen), wobei durch Anordnung und Art der jeweiligen Be leuchtung unterschiedliche Information von der Oberfläche erfaßt wird. In den obigen Ausführungsbeispielen wurden drei Kanäle (eine rote, eine grüne und eine blaue Licht quelle) zu einer weißen Lichtquelle zusammengefaßt, um die Farbe der Oberfläche zu ermitteln. Von diesen drei Kanälen wird ein Zeitschlitz voll belegt. Im zweiten Zeitschlitz wird Höheninformation erfaßt. Weitere bevorzugte Möglich keiten zur Nutzung der verfügbaren Sensorkanäle sind Meßan ordnungen mit einem oder mehreren Kanälen für Durchlicht, einem oder mehreren Kanälen für eine seitliche Beleuchtung der zu prüfenden Objekte und/oder einem Kanal für die Nut zung des "Tracheideneffektes".

Ein Durchlichtkanal entsteht durch Anordnung einer Licht quelle, die aus Sicht der Kamera unter dem Prüfling liegt. Im Durchlicht lassen sich Löcher und klaffende Risse der Oberfläche sicher erkennen. Bei der Prüfung von ganz oder teilweise transparenten Materialien wie Glas oder Folien liefert der Durchlichtkanal z. B. Information über Ein schlüsse oder Schwankungen in der Dicke des Prüflings.

Eine seitliche Beleuchtung strahlt die Oberfläche mehr oder weniger flach von der Seite an. Unter seitlicher Beleuch tung lassen sich z. B. bei der Inspektion von Fliesen Kan tenfehler erkennen oder bei der Prüfung von Holz rinden freie Waldkanten.

Der Tracheideneffekt tritt bei faserigen Stoffen auf und ist durch das durch die Fasern kriechende Licht gekenn zeichnet. Er wird insbesondere bei der Inspektion von Holz oberflächen genutzt. Man beleuchtet dazu die Oberfläche mit einer möglichst scharf begrenzten Linie (Laserlinie) quer zur Transportrichtung der Oberfläche und beobachtet dabei mit der Zeilenkamera nicht die beleuchtete Linie selbst, sondern eine parallel dazu liegende Linie in geringem Ab stand. Dann sieht man bei dichten (z. B. metallischen) Mate rialien nichts. Bei faserigen Stoffen sieht man aber das durch die Fasern kriechende Licht. Das ist relativ viel Licht bei langfaserigem weichem Holz (Nadelholz) und wenig bei hartem Holz, insbesondere auch bei Ästen in Nadelholz. Man kann aufgrund dieses Effektes in Nadelholz auch Äste erkennen, die sich farblich nicht von der Umgebung abheben. Bei den genannten Ausführungsbeispielen werden, allgemein gesprochen, sechs Informationskanäle während der zwei Zeit schlitze bereitgestellt, die abhängig von der durchzufüh renden Untersuchung individuell belegt sind. Durch Erweiterung auf mehr als zwei Zeitschlitze läßt sich die Zahl der Sensorkanäle weiter erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung finden neben anderen Anwendungen auch Verwen dung bei der Holzprüfung, wobei hier alle sechs Informati onskanäle der Meßeinrichtung ausgenutzt werden. Im ersten Zeitschlitz wird auf die oben beschriebene Art mittels ei ner homogenen weißen Lichtquelle ein Farbbild der Oberflä che erzeugt. Im zweiten Zeitschlitz werden gleichzeitig drei Lichtquellen, eine rote, eine grüne und eine blaue ge pulst. Die rote Lichtquelle dient zur Erfassung von Höhen information und entspricht der in Fig. 1A dargestellten Lichtquelle 104. Die zweite, grüne Lichtquelle beleuchtet die Rückseite des Holzes und stellt im Grünkanal der Zei lenkamera im zweiten Zeitschlitz Durchlichtinformation zur Erkennung von Löchern und klaffenden Rissen bereit. Der blaue Kanal liefert über die Nutzung des Tracheideneffekts Information über die Dichte des Materials.

Diese Beschreibung ist ein Beispiel. In einer anderen Vari ante kann man z. B. den Durchlichtkanal durch seitliche Be leuchtungen ersetzen. Insbesondere lassen sich die Zuord nung der Farben zu den Kanälen natürlich variieren.

Durch die oben beschriebene individuelle Belegung der sechs Bildkanäle ergeben sich also Freiheiten, die man je nach Anwendung verschieden nutzen kann. Im folgenden sind drei Beispiele für diese Nutzung dargestellt:

Prüfung einer Oberfläche auf Farbe und Höhenverlauf

- erster Zeitschlitz: dreikanaliges Farbbild (R, G, B). Beleuchtung: weißes Licht (von Leuchtdioden, die sich mit 10 kHz schalten lassen).
- zweiter Zeitschlitz: Strukturiertes Licht für Höhenmes sung. Beleuchtung: Laserdiode mit Strichgitter. Die Be leuchtung ist einfarbig, z. B. rot. Das Bild belegt also nur einen Kanal im zweiten Zeitschlitz

Prüfung von Holzoberflächen

- Erster Zeitschlitz: dreikanaliges Farbbild (R, G, B). Beleuchtung: weißes Licht (damit ist der erste Zeit schlitz voll belegt.
- Zweiter Zeitschlitz:
- Rotkanal (Farbkanal 1): Strukturiertes Licht für Hö henmessung (z. B. rote Laserdiode mit Strichgitter)
- Farbkanal 2: Durchlichtbeleuchtung (zur Darstellung von Rissen und Löchern im Holz; Beleuchtung realisiert z. B. mit grünen Leuchtdioden).
- Farbkanal 3: Tracheideneffekt. Beleuchtung realisiert z. B. mit blauem Laser und Linienoptik.

Prüfung transparenter Materialien

- Erster Zeitschlitz: dreikanaliges Farbbild (R, G, B). Beleuchtung: weißes Licht (Auflicht)
- Zweiter Zeitschlitz: Durchlicht (Farbe oder einfarbig).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemä ßen Vorrichtung zur mehrkanaligen Inspektion von Oberflä chen im Durchlauf wird nur eine farbtüchtige Kamera (Zei lenkamera oder Matrixkamera) verwendet, aber mindestens zwei Lichtquellen. Die Lichtquellen werden synchron zum Aufnahmetakt der Kamera abwechselnd geschaltet, wodurch simultan mindestens zwei Bilder aufgenommen werden, die paß genau aufeinander bezogen sind. Je nach Ausgestaltung der Lichtquellen können die Bilder unterschiedliche Arten von Information über die Oberfläche enthalten; insbesondere Farbinformation bei Beleuchtung der Oberfläche mit weißem homogenen Licht, Information über den Höhenverlauf der Oberfläche bei Beleuchtung mit strukturiertem Licht (Licht schnittverfahren) oder Information über die Transparenz der Oberfläche bei Beleuchtung im Durchlicht.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Inspektion sich bewegender Oberflächen (118) unter Verwendung einer Bilderfas sungseinrichtung (106), die Bilder mit einer durch den Vorschub des Prüflings bestimmten oder einer gegebenen Bilderzeugungsfrequenz erzeugt, und zumindest zwei Strahlungsquellen (102, 104), wobei das Verfahren fol gende Schritte aufweist:
Bestrahlen der Oberfläche (118) mit einer Strahlung von einer ersten Strahlungsquelle (102), die bezüglich der Oberfläche (118) in einer ersten geometrischen Ausrichtung angeordnet ist, wobei die Strahlung eine erste Charakteristik aufweist;
Erfassen eines ersten Bildes von der Oberfläche (118);
Bestrahlen der Oberfläche (118) mit einer Strahlung von einer zweiten Strahlungsquelle (104), die bezüg lich der Oberfläche (118) in einer zweiten geometri schen Ausrichtung angeordnet ist, wobei die Strahlung eine zweite Charakteristik aufweist;
Erfassen eines zweiten Bildes von der Oberfläche (118); und
Bestimmen von Eigenschaften der Oberfläche (118) ba sierend auf Informationen aus dem ersten Bild und aus dem zweiten Bild;
wobei die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) derart angesteuert werden, daß dieselben mit der Bilderzeugungsfrequenz der Bilder fassungseinrichtung (106) synchronisiert sind, so daß die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strah lungsquelle (104) abwechselnd die Oberfläche (118) be strahlen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bilderfassungs einrichtung (106) eine Zeilenkamera ist, die Bildzei len mit einer durch den Vorschub des Prüflings be stimmten oder mit einer gegebenen Zeilenfrequenz er zeugt, wobei die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) synchron mit der Zeilen frequenz der Zeilenkamera abwechselnd gepulst werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bilderfassungs einrichtung (106) eine Matrixkamera ist, die Bilder mit einer durch den Vorschub des Prüflings bestimmten oder mit einer gegebenen Frequenz erzeugt, wobei die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strah lungsquelle (104) synchron zum Bildwechsel der Matrix kamera abwechselnd gepulst werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Bilderfassungseinrichtung (106) im wesentlichen senkrecht beabstandet von der Oberfläche (118) ange ordnet ist und Bilder von einer Untersuchungslinie (116) auf der Oberfläche (118) erzeugt, wobei eine Strahlung von der ersten Strahlungsquelle (102) im we sentlichen senkrecht auf die Untersuchungslinie (116) auf der Oberfläche (118) auftrifft, wobei eine Strah lung von der zweiten Strahlungsquelle (104) unter ei nem Winkel auf die Untersuchungslinie (116) auf der Oberfläche (118) auftrifft oder die Rückseite der Oberfläche (118) in einem Bereich bestrahlt, der der Untersuchungslinie (116) gegenüberliegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, mit folgendem Schritt:
Bestrahlen der Oberfläche (118) mit einer Strahlung einer dritten Strahlungsquelle (104'; 130; 132), die bezüglich der Oberfläche (118) in einer dritten geome trischen Ausrichtung angeordnet ist, wobei die zweite Strahlungsquelle (104) und die dritte Strahlungsquelle (104'; 130; 132) gleichzeitig angesteuert werden, um die Oberfläche gleichzeitig zu beleuchten,
wobei eine Strahlung von der dritten Strahlungsquelle (130; 132) auf die Untersuchungslinie (116) auf der Oberfläche (118) unter einem Winkel auftritt, der nicht gleich dem Winkel ist, unter dem eine Strahlung von einer zweiten Strahlungsquelle (104) auf der Un tersuchungslinie (116) auftrifft, oder wobei eine Strahlung von der dritten Strahlungsquelle (104') auf die Untersuchungslinie auf der Oberfläche unter einem Winkel auftrifft, der im wesentlichen gleich dem Win kel ist, unter dem eine Strahlung von der zweiten Strahlungsquelle (104) auf der Untersuchungslinie (116) auftrifft, wobei die zweite Strahlungsquelle (104) und die dritte Strahlungsquelle (104') zumin dest teilweise unterschiedliche Abschnitte der Unter suchungslinie (116) bestrahlen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die zweite Strah lungsquelle (104) und die dritte Strahlungsquelle (104') eine Strahlung mit gleicher Charakteristik er zeugen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die zweite Strah lungsquelle (104) und die dritte Strahlungsquelle eine Strahlung mit unterschiedlicher Charakteristik erzeu gen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die erste Strahlungsquelle (102) eine Lichtquelle ist, die homogenes weißes Licht erzeugt, und bei dem die zweite Strahlungsquelle (104) eine Lichtquelle ist, die strukturiertes Licht erzeugt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die dritte Strah lungsquelle eine Lichtquelle ist, die strukturiertes Licht erzeugt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das erste Bild Informationen über den Farbverlauf der Oberfläche (118) enthält, und bei dem das zweite Bild Informatio nen über den Höhenverlauf enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, bei dem die Oberfläche eine Holzoberfläche ist, wobei drei Bilder erzeugt werden, wobei das erste Bild von der Oberfläche ein dreikanaliges Farbbild (R, G, B) ist und die erste Strahlungsquelle weißes Licht liefert, wobei das zweite Bild ein einkanaliges Bild ist und die zweite Strahlungsquelle strukturiertes Licht mit einer ersten Farbe für eine Höhenmessung liefert, wo bei das dritte Bild ein weiteres einkanaliges Bild ist und die dritte Strahlungsquelle mit einer zweiten Far be eine linienhafte Beleuchtung der Oberfläche zur Er fassung des Tracheideneffektes liefert.

12. Vorrichtung zur automatischen Untersuchung sich bewe gender Oberflächen, mit:
einer ersten Strahlungsquelle (102), die Strahlung mit einer ersten Charakteristik auf die Oberfläche (118) strahlt und die in einer ersten geometrischen Anord nung bezüglich der Oberfläche (118) angeordnet ist;
einer zweiten Strahlungsquelle (104), die eine Strah lung mit einer zweiten Charakteristik auf die Oberflä che (118) strahlt und die in einer zweiten geometri schen Ausrichtung bezüglich der Oberfläche angeordnet ist;
einer Bilderfassungseinrichtung (106), die Bilder der Oberfläche (118) mit einer gegebenen Bilderfassungs frequenz erzeugt;
einer Steuerungseinheit (108), die wirksam mit der er sten Strahlungsquelle (102), der zweiten Strahlungs quelle (104) und der Bilderfassungseinrichtung (106) verbunden ist, und die die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) mit der Bilderzeugungsfrequenz der Bilderzeugungseinrichtung (106) derart synchronisiert, daß die erste Strahlungs quelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) die Oberfläche (118) abwechselnd bestrahlen, um abwech selnd ein Bild der Oberfläche (118) basierend auf der Bestrahlung durch die erste Strahlungsquelle (102) und ein Bild der Oberfläche (118) basierend auf der Be strahlung durch die zweite Bestrahlungsquelle (104) zu erzeugen; und
einer Auswertungseinrichtung, die basierend auf Infor mationen der abwechselnd erzeugten Bilder Eigenschaf ten der Oberfläche (118) bestimmt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Bilderfas sungseinrichtung (106) eine Zeilenkamera ist, die Bildzeilen mit einer durch den Vorschub des Prüflings bestimmten oder gegebenen Zeilenfrequenz erzeugt, wo bei die Steuerungseinheit (108) die erste Strahlungs quelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) synchron mit der Zeilenfrequenz der Zeilenkamera ab wechselnd pulst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Bilderfas sungseinrichtung (106) eine Matrixkamera ist, die Bil der mit einer durch den Vorschub des Prüflings be stimmten oder gegebenen Frequenz erzeugt, wobei die Steuerungseinheit (108) die erste Strahlungsquelle (102) und die zweite Strahlungsquelle (104) synchron zum Bildwechsel der Matrixkamera abwechselnd pulst.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die Bilderfassungseinrichtung (106) im wesentli chen senkrecht beabstandet von der Oberfläche (118) angeordnet ist und Bilder von einer Untersuchungslinie (116) auf der Oberfläche (118) erzeugt, wobei die erste Strahlungsquelle (102) eine Strahlung im wesentlichen senkrecht auf die Untersuchungslinie (116) auf der Oberfläche (118) richtet, wobei die zweite Strahlungsquelle (104) Strahlung unter einem Winkel auf die Untersuchungslinie (116) auf der Oberfläche (118) richtet oder auf einen Bereich der Rück seite der Oberfläche richtet, der der Untersuchungsli nie (116) gegenüberliegt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, mit folgendem Merkmal:
einer dritten Strahlungsquelle (104'; 130; 132), die Strahlung auf die Oberfläche (118) strahlt und die in einer dritten symmetrischen Ausrichtung bezüglich der Oberfläche (118) angeordnet ist;
wobei die Steuerungseinheit (108) die zweite Strah lungsquelle (104) und die dritte Strahlungsquelle (104', 130, 132) gleichzeitig ansteuert, um die Ober fläche (118) gleichzeitig zu bestrahlen,
wobei die dritte Strahlungsquelle (130, 132) eine Strahlung auf die Untersuchungslinie (116) der Ober fläche (118) unter einem Winkel strahlt, der nicht gleich dem Winkel ist, unter dem die zweite Strah lungsquelle (104) eine Strahlung auf die Untersu chungslinie (118) richtet, oder wobei die dritte Strahlungsquelle (104') eine Strahlung auf die Unter suchungslinie (116) der Oberfläche (118) unter einem Winkel richtet, der im wesentlichen gleich dem Winkel ist, unter dem die zweite Strahlungsquelle (104) Strahlung auf die Untersuchungslinie (116) richtet, wobei die zweite Strahlungsquelle und die dritte Strahlungsquelle zumindest teilweise unterschiedliche Abschnitte der Untersuchungslinie (116) bestrahlen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die zweite Strahlungsquelle (104) und die dritte Strahlungsquelle (130, 132) Strahlung mit gleicher Charakteristik er zeugen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die zweite Strahlungsquelle (104) und die dritte Strahlungsquelle Strahlung unterschiedlicher Charakteristik erzeugen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei der die erste Strahlungsquelle (102) eine Lichtquelle ist, die homogenes weißes Licht erzeugt, und bei der die zweite Strahlungsquelle (104) eine Lichtquelle ist, die strukturiertes Licht erzeugt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die dritte Strahlungsquelle eine Lichtquelle ist, die struktu riertes Licht erzeugt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, bei der das er ste Bild Informationen über den Farbverlauf der Ober fläche (118) enthält, und bei der das zweite Bild In formationen über den Höhenverlauf enthält.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, bei der die Strahlungsquellen durch LED-Bauelemente oder Laserdioden-Bauelemente gebildet sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei der die Oberfläche eine Holzoberfläche ist, wobei drei Bilder erzeugt werden, wobei das erste Bild von der Oberfläche ein dreikanaliges Farbbild (R, G, B) ist und die erste Strahlungsquelle weißes Licht liefert, wobei das zweite Bild ein einkanaliges Bild ist und die zweite Strahlungsquelle strukturiertes Licht mit einer ersten Farbe für eine Höhenmessung liefert, wo bei das dritte Bild ein weiteres einkanaliges Bild ist und die dritte Strahlungsquelle mit einer zweiten Far be eine linienhafte Beleuchtung der Oberfläche zur Er fassung des Tracheideneffektes liefert.

24. Verfahren zur multisensoriellen Inspektion sich bewe gender Oberflächen mit einer mehrkanaligen Sensorein richtung, die Bilder von der Oberfläche erzeugt, wobei jedes der erzeugten Bilder Informationen über die Oberfläche in zumindest einem Kanal der mehrkanaligen Sensoreinrichtung bereitstellt, wobei die mehrkanalige Sensoreinrichtung zumindest zwei Bilder bei unter schiedlichen Bestrahlungsbedingungen erzeugt, wobei die mehrkanalige Sensoreinrichtung die Bilder synchron mit einem Bilderzeugungstakt abwechselnd erzeugt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei der die mehrkanalige Sensoreinrichtung eine einzelne farbtüchtigen Kamera ist, und wobei die Oberfläche durch mindestens zwei Beleuchtungseinrichtungen zur Erzeugung mehrkanaliger Bilder von der Oberfläche beleuchtet wird, wobei die Lichtquellen im Zeitmultiplex betrieben und synchron mit dem Aufnahmetakt der Kamera abwechselnd geschaltet werden, wobei die Lichtquellen zusätzlich durch ihre Farbe (R, G, B) unterschieden werden können und die Zahl der unterscheidbaren Sensorkanäle damit dem Pro dukt aus der Zahl der Zeitschlitze und der Zahl der Farbauszüge besteht, wobei jedem Sensorkanal eine Kom bination aus der Kamera und einer Lichtquelle ent spricht und wobei durch Ausgestaltung und geometrische Anordnung der Lichtquellen in den verschiedenen Sen sorkanälen Information unterschiedlicher Art über die Oberfläche erfaßt werden kann, wobei die Information aus den verschiedenen Sensorkanälen paßgenau aufeinan der bezogen ist.