DE19960044A1

DE19960044A1 - Optische Inspektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE19960044A1
Application number: DE19960044A
Authority: DE
Inventors: Peter Bollinger
Original assignee: Pulsotronic Merten GmbH and Co KG
Current assignee: ASENTICS GMBH & CO. KG, 57078 SIEGEN, DE
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-21

Abstract

Die Inspektionsvorrichtung hat eine Kamera (14) mit langer Brennweite, so dass das von dem aufzunehmenden Gegenstand (18) erzeugte Bild aus nahezu parallelen Strahlen besteht. Dadurch wird eine geringere Bildverzerrung erreicht als bei Weitwinkelaufnahmen. Um den Abstand zwischen Videokamera (14) und Gegenstand (18) nicht zu groß machen zu müssen, ist der Strahlengang (W) gefaltet. Hierzu sind im Strahlengang (W) Umlenkvorrichtungen (23, 24, 25) in Form von Spiegeln angeordnet. Die Kamera (14) ist hinter einer Beleuchtungsvorrichtung (21) angeordnet und in der Nähe des Gegenstandes (18) plaziert, während der Strahlenweg (W) aus mehreren winklig zueinander angeordneten Abschnitten (W1, W2, W3, W4) besteht. Die Betrachtungsseite (27) des Gegenstandes (18) ist der Videokamera (14) abgewandt. Die Erfindung ermöglicht verzerrungsarme Aufnahmen mit Teleobjektiv bei geringem Abstand von Gegenstand und Videokamera.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Inspektionseinrichtung zum Inspizieren von Gegenständen mit einer Videokamera zur Aufnahme des jeweils in einer Aufnahmeposition befindlichen Gegen standes.

Es ist bekannt, bei der Qualitätskontrolle oder für vergleich bare Tätigkeiten Inspektionsvorrichtungen mit Videokamera ein zusetzen; wobei ein Bild des zu inspizierenden Gegenstandes aufgenommen und mit mathematischen Verfahren analysiert und be wertet wird, um Abweichungen festzustellen. Solche Inspektions vorrichtungen eignen sich für die. Inspektion standardisierter Gegenstände, jedoch nicht für Gegenstände mit einem erheblichen Abweichungspotential, wie beispielsweise Pflanzen. Für die Klassifikation von Pflanzen gibt es komplexe Kriterien, wie beispielsweise

- Lage der Krone zum Topf (Schwerpunktvergleich),
- kompakte Form als Vergleich von Innen- und Außendurchmes ser (minimaler/maximaler Durchmesser der Krone),
- Lage des Stiels zur Topfmitte,
- Seitenansicht: Kompaktheit der Krone, hervorstehende Äste, fehlende Ästen,
- Hochstieligkeit, Stiellänge, Lage der Krone.

Mit unverzerrten Videobildern könnten diese Parameter geprüft werden, jedoch ist es schwierig eine Meßapparatur mit verhält nismäßig geringen Abmessungen zu entwickeln, mit der unver zerrte Videobilder erhalten werden können. Damit die Apparatur kleine Abmessungen hat, muß die Videokamera nahe an das Objekt herangeführt werden. Hierzu muss eine Videokamera mit kleiner Brennweite (etwa 10 mm) benutzt werden. Eine solche Videokamera ist eine Weitwinkelkamera, die erhebliche Verzerrungen hervor ruft, so dass eine geeignete Bildauswertung praktisch unmöglich wird. Eine Kamera mit Teleoptik und entsprechend großer Brenn weite (50 mm) hätte einen nahezu parallelen Strahleneinfall und würde ein unverzerrtes Bild des Gegenstandes erzeugen, hätte aber den Nachteil, dass sie in großer Entfernung von dem Gegen stand positioniert werden müßte. Dadurch würde die Inspektions vorrichtung sehr voluminös.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Inspek tionsvorrichtung zu schaffen, die imstande ist, Gegenstände mit einer Teleoptik groß er Brennweite aufzunehmen und die dennoch raumsparend ausgebildet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist der Strahlenweg zwischen dem zu inspizierenden Gegenstand und der Videokamera durch mindestens eine Umlenkvorrichtung gefaltet, so dass der gegenseitige Abstand von Gegenstand und Videokamera kleiner ist als ein Drittel der Länge des Strahlenweges. Hierbei kann die Videokamera relativ nahe an dem Gegenstand angeordnet werden, während der Strahlenweg ein Vielfaches von diesem Abstand be trägt. Es ist somit möglich, eine. Teleoptik großer Brennweite einzusetzen, ohne dass die Kamera in entsprechend großer Ent fernung vom Gegenstand angeordnet werden muss.

Vorzugsweise ist der Abstand von Gegenstand und Videokamera kleiner als ein Fünftel, insbesondere kleiner als ein Sechstel und insbesondere kleiner als ein Siebtel des Strahlenweges. Dies läßt sich durch Mehrfachumlenkung erreichen, wobei der Strahlengang vorzugsweise rechtwinklig abgelenkt wird und dabei abwechselnd parallel und rechtwinklig zur Betrachtungsrichtung verläuft. Die Betrachtungsrichtung ist diejenige Richtung, aus der die im Strahlenweg letzte Umlenkvorrichtung den Gegenstand sieht. Als Umlenkvorrichtungen werden vorzugsweise einfache Spiegel benutzt, jedoch sind auch Prismen oder optische Gitter möglich.

Vorzugsweise ist auf der der Betrachtungsseite des Gegenstandes abgewandten Seite eine flächenhafte Beleuchtungsvorrichtung an geordnet. Diese Beleuchtungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Diffusorscheibe auf, um eine gleichmäßige Hintergrundausleuch tung zu erzeugen.

In einer Inspektionseinrichtung können mehrere Systeme aus Videokameras mit entsprechenden Umlenkvorrichtungen angeordnet sein, die sich durch ihre Betrachtungsrichtungen unterscheiden.

Auf diese Weise können unregelmäßig geformte dreidimensionale Gegenstände aus unterschiedlichen Blickrichtungen inspiziert werden.

Die Zahl der Umlenkvorrichtungen beträgt vorzugsweise min destens zwei und insbesondere mindestens drei.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Aus führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische. Draufsicht einer Inspektionsvorrich tung, durch die die zu inspizierenden Gegenstände ent lang einer Förderlinie transportiert werden, und

Fig. 2 eine Seitenansicht eines der in der Inspektionsvorrich tung enthaltenen Systeme aus Richtung der Linie II-II von Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Förderlinie 10 dargestellt, auf der Gegen stände mit einer. Förderkette 11 in Richtung des Pfeiles 12 kon tinuierlich transportiert werden. Die Förderlinie führt durch ein Gehäuse 13 hindurch, das zur Fremdlichtabschirmung vorge sehen ist.

Die Inspektionseinrichtung weist ein erstes System S1 aus Kamera 14, Leuchtschirm 15 und Spiegelturm 16 auf. Zwischen der Videokamera 14 und dem Leuchtschirm 15 einerseits und dem Spiegelturm 16 andererseits befindet sich die erste Prüf position T1, die von den in Fig. 1 nicht dargestellten Gegen ständen durchlaufen wird. Der Strahlenweg P1 verläuft in Drauf sicht unter einem Winkel α1 von -40° zu der Längsrichtung der Förderlinie 10.

Ein zweites System S2, das aus den gleichen Komponenten besteht wie das System S1, ist derart angeordnet, das sein Strahlenweg P2 unter einem Winkel α2 von +40° zur Längsrichtung der Förderlinie 10 verläuft. Die Prüfposition T2 des Systems S2 be findet sich stromab von der Prüfposition T1. Die beiden Strah lenwege P1 und P2 haben einen Kreuzungspunkt 17, der im Abstand der von der Mitte der Förderlinie 10 und vom Transportweg der Gegenstände angeordnet ist.

Ein drittes System S3 ist mit vertikalem Strahlengang ange ordnet, um den Gegenstand von oben zu inspizieren und ein viertes System S4 ist mit rechtwinklig zur Längsrichtung der Förderlinie verlaufendem Strahlengang P4 angeordnet. Die Be trachtungsrichtungen 26 aller drei horizontalen Systeme S1, S2 und S4 unterscheiden sich jeweils um 40 bis 50°, so dass um fangsmäßig nahezu gleichmäßig verteilt aus verschiedenen kich tungen Aufnahmen erstellt werden.

Anhand von Fig. 2 wird nun das System 52 beschrieben. Die übrigen Systeme sind prinzipiell in gleicher Weise ausgebildet.

Der zu inspizierende Gegenstand 18 ist eine Pflanze 19, die aus einem Topf 20 herausragt. Auf einer Seite der Förderlinie be findet sich eine Beleuchtungsvorrichtung 21, die eine Hinter grundbeleuchtung für die Aufnahme des Videobildes erzeugt. Die Videokamera 14 befindet sich hinter der Beleuchtungsvorrichtung mit senkrecht nach oben gerichteter optischer Achse. Die Video kamera 14 ist auf eine Umlenkvorrichtung 23 gerichtet, die senkrecht über der Videokamera montiert ist. Diese Umlenkvor richtung 23 ist ein unter 45° schräg stehender Spiegel. Der Strahlenweg W zur Videokamera 14 verläuft über einen ersten vertikalen Abschnitt W1. Er wird durch die Umlenkvorrichtung 23 rechtwinklig abgelenkt und setzt sich in einem zweiten horizon tal verlaufenden Abschnitt W2 fort. Dieser stößt auf die zweite Umlenkvorrichtung 24, bei der es sich ebenfalls um einen unter 45° stehenden Spiegel handelt, welcher die horizontal eintref fende Strahlung nach unten reflektiert, wo sie sich in dem ver tikalen Abschnitt W3 fortsetzt. Dieser trifft auf die Umlenk vorrichtung 25, die ebenfalls aus einem unter 45° geneigten Spiegel besteht. Die Umlenkvorrichtung 25 erzeugt den Abschnitt W4, der aus der Betrachtungsrichtung 26 von der Betrachtungs seite 27 her auf den Gegenstand trifft. Die Betrachtungsseite 27 ist diejenige Seite, die der Beleuchtungsvorrichtung 21 ab gewandt ist. Die Betrachtungsrichtung 26 ist annähernd auf die Kamera 14 gerichtet.

Das Objektiv der Videokamera 14 hat eine große Brennweite von etwa 50 mm. Daher ist der Öffnungswinkel des Strahlenbündels relativ klein. Die Größe der die Umlenkvorrichtungen 23, 24 und 25 bildenden Spiegel vergrößert sich in dieser Reihenfolge, so dass der Spiegel 25 der größte ist. Der in einer vertikalen Ebene verlaufende Strahlenweg W, der sich aus den Abschnitten W1, W2, W3 und W4 zusammensetzt, hat eine Länge, die um ein Viel faches größer ist als der Abstand zwischen Videokamera 14 und Gegenstand 18.

Das von der Videokamera 14 erzeugte Videobild wird einer auto matischen Bildverarbeitung unterzogen, wobei alle von dem Ge genstand an den verschiedenen Prüfpositionen aufgenommenen Videobilder für die Auswertung herangezogen werden.

In den Seitenansichten werden folgende Kriterien geprüft:

- Lage des Stiels zur Topfmitte,
- Kompaktheit der Krone, hervorstehende Äste, fehlende Äste,
- Hochstieligkeit, Stiellänge, Position der Krone.

Von dem System S3 wird eine Videoaufnahme der Pflanze an der Prüfposition T3 von oben aufgenommen. Da die Pflanzen in der Höhe differieren, muss die Videokamera ggf. in der Höhe ver stellt werden.

In der Draufsicht werden folgende Kriterien geprüft:

- Lage der Krone zum Topf (Schwerpunktvergleich),
- kompakte Form als Vergleich von Innendurchmesser und Außendurchmesser (minimaler/maximaler Durchmesser) der Krone.

Claims

1. Optische Inspektionsvorrichtung zum Inspizieren von Gegen ständen (18), mit einer Videokamera (14) zur Aufnahme des jeweils in einer Aufnahmeposition (T) befindlichen Gegen standes, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlenweg (W) zwischen Gegenstand (18) und Video kamera (14) mindestens eine Umlenkvorrichtung (23, 24, 25) angeordnet ist und dass der gegenseitige Abstand von Gegen stand (18) und Videokamera (14) kleiner ist als ein Drittel der Länge des Strahlenweges (W).

2. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass drei Umlenkvorrichtungen (23, 24, 25) vorge sehen sind und dass die Videokamera (14) auf derjenigen Seite des inspizierten Gegenstandes (18) angeordnet ist, die der Betrachtungsseite (27) abgewandt ist.

3. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Größen der Umlenkvorrichtungen (23, 24, 25) von der Videokamera (14) zum Gegenstand (18) hin zunehmen.

4. Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Betrachtungsseite (27) des Gegenstandes (18) abgewandten Seite eine flächen hafte Beleuchtungsvorrichtung (21) angeordnet ist.

5. Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Optik der Videokamera (14) mindestens 50 mm beträgt.

6. Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, da durch gekennzeichnet, dass zwei Systeme (S1, S2) aus Video kamera (14) und entsprechenden Umlenkvorrichtungen (23, 24, 25) derart angeordnet sind, dass ihre Betrachtungs richtungen (26) sich annähernd rechtwinklig kreuzen.

7. Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, da durch gekennzeichnet, dass ein Transportweg (10) vorgesehen ist, der zwischen mehreren Systemen (S1, S2, S3, S4) aus Videokamera (14) und Umlenkvorrichtungen (23, 24, 25) hin durchführt, wobei die Betrachtungsrichtungen (26) der Systeme jeweils um einen Winkel zwischen etwa 20° und 50°, vorzugsweise von etwa 40° gegeneinander verdreht sind.

8. Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, da durch gekennzeichnet, dass mindestens ein System (S4) aus Videokamera (14) und Umlenkvorrichtungen (23, 24, 25) mit vertikaler Betrachtungsrichtung (26) an einem Transportweg (10) für die Gegenstände angeordnet ist.